DE2807217B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von Bodenluft - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme von BodenluftInfo
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Description
15
20
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Entnahme von Proben von Medien aus dem Boden und aus
Flüssigkeiten dar, bei deren Einsatz alle möglichen bei der Probenahme auftretenden Störeffekte eleminiert so
bzw. unterdrückt werden. Der Einsatz ist sowohl Übertage als auch Untertage möglich.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bekannt sind Verfahren, bei denen Sonden mit 1^
zumeist sehr großem Durchmesser eingesetzt werden. Durch den großen Durchmesser treten verstärkte
Turbolenzen auf, so daß nicht bekannt ist, ob ein Vermischen des Probengases mit dem Totvolumengas
stattgefunden hat oder nicht. Bei einem anderen 4"
bekannten Gerät (DE-AS 16 23 443 vom 8.6.67 Verfahren und Einrichtung zur Gasvermessung —
Erfinder Richard Frommholz) wird das Totvolumen vor der Messung mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise
entgastem Wasser, gefüllt. Das setzt voraus, daß 4Γ>
dementsprechende Flüssigkeiten im Feldbetrieb bereitgestellt werden und bedingt durch das Füllen ein
Zeitverlust in Kauf genommen wird. Ein weiterer Nachteil, der sich unmittelbar auf das Meßergebnis
negativ auswirkt besteht darin, daß bei der Verwendung w
von Flüssigkeiten die Innenwandung des Gerätes benetzt bleibt, wodurch eine verstärkte Sorbtion an den
Wandungen auftritt. Die Verwendung von Flüssigkeiten, speziell Wasser, verhindert den Einsatz des Gerätes
bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt. Γ)Γ)
Es ist außerdem ein we:teres Gerät bekannt (US-PS
33 43 421 Erf. Norrel L Miller), das mit einer beliebigen Vakuumpumpe gekoppelt wird. Dieses Gerät besteht
aus zwei Vakuumkammern, die mit dem übrigen Gerät eine konstruktive Einheit bilden. Bei der Austreibung w)
des Probengases zur Analyse in ein anderes Gerät wird ein zweites Gas verwendet. Dabei ist nicht gewährleistet,
daß das Probengas restlos aus der betreffenden Vakuumkammer ausgetrieben wird. Damit besteht die
Gefahr, daß zurückgebliebene Gasreste das Meßergeb- M nis des nachfolgenden Probenahmepunktes verfälschen.
Besonders nachteilig ist dabei, daß das Gerät erst nach Durchführung der Analyse wieder für eine erneute
Probenahme einsatzbereit ist
Ziel der Erfindung
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt erstens in dem zeitsparenden Verfahren. In Veröffentlichungen
die dem bereits bekannten Stand der Technik entsprechen werden Meßleistuiigen von etwa 20 Messungen
pro Tag angegeben. Mit dem Verfahren nach der erfindungsgemäßen Lösung sind in Abhängigkeit
von den Meßpunktentfernungen bis 40 Messungen pro Stunde möglich.
Durch das weitestgehende Ausschalten von Störeffekten
wie z. B. das nicht vollständige Füllen der Probenahmegefäße oder das Verschleppen anomaler
Konzentration auf den Folgemeßpunkt wird eine wesentliche Erhöhung der Probenqualität erreicht
Durch das Vorliegen von zwei identisch gleichen Proben wird bei auftretenden Analysefehlern im Labor
der Verlust von Probenmaterial vermieden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, das garantiert daß die entscheidenden Mängel, das nicht
vollständige Füllen der Probenahmegefäße und das Verschleppen anomaler Konzentrationen auf den
Folgemeßpunkt vermieden werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Probengefäße vor der Füllung mit Bodenluft mit einem
inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, gespült und gefüllt werden und die Evakuierung der Probengefäße durch
eine im Gerät befindliche Vakuumpumpe erfolgt, nachdem die zur Verwendung gelangenden Probengefäße
an das Gerät angeschlossen wurden. Das durch den Evakuiervorgang frei werdende inerte Gas wird in
einem, ebenfalls im Gerät befindlichen, Gasbehälter zwischengelagert. Danach wird mit der im Gerät
befindlichen Druck-Saugpumpe das im Gerätesystem vorhandene Totvolumen beseitigt und dieser Arbeitsschritt durch das Verhältnis von Pumpenvolumen zu
Totvolumen in den nächsten Schritt, dem Ansaugen der Bodenluft, d. h., der Probenahme übergeleitet.
Kann, durch die geologische Situation bedingt, eine vollständige Füllung der Probengefäße nicht erreicht
werden, so ist, um trotzdem eine vollständige Füllung zu erzielen, eine definierte Zugabe inerten Gases aus dem
Gasbehälter möglich. Nach der Probenentnahme werden mit der bereits genannten Druck-Saugpumpe
50 ml Stickstoff aus dem Gasbehälter entnommen und das Totvolumen der Vorrichtung gespült und aufgefüllt.
Ausführungsbeispiel
Die zum erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Vorrichtung besteht aus zwei selbständigen Baugruppen.
Es sind dies: eine Bodensonde und eine Pumpeneinheit. Beide Baugruppen sind durch flexible
Leitungen 7 und 8 miteinander verbunden.
Die nadelartige Bodensonde, deren größter Durchmesser 12 mm beträgt, beherbergt in sich zwei
voneinander unabhängige Systeme. Es sind: ein Druck und ein Saugsystem.
Ein sich an einen Sondenkopf 1 anschließender Sondenschatt 2 und eine sich hieran durch eine
Rohrmuffe 3 anschließende Druckluftmanschetic 4 bilden das Drucksystem der Bodensonde. Durch den
Mittelpunkt dieses Systems verläuft axial vom Sonden-
kopf bis in eine Saugkammer einer Sondenspitze 5 eine Kanüle 6. Die als Grobfilter ausgebildete Saugkammer
enthält 16 radial angeordnete 1 mm Bohrungen. Eine Feinfilterung übernimmt ein in die fjaugkammer
einschraubbares Schlitzfilter mit einer Schlitzweite —0,05 mm.
In der Baugruppe Pumpeneinheit ist wiederum ein
voneinander unabhängiges Druck- und i'in Saugsyr'em
vornanden. Zu diesen beiden kommt ein drittes, ein Speichersystem, welches zur Aufnahme und Abgabe
eines inerten Gases dient.
Das Drucksystem setzt sich aus einem Anschlußstutzen 9, einem Ventil 10, einem Druckmanometer 11, einer
Druck-Saugpumpe 12 und den dazugehörenden Verbindungsleitungen 25 bis 27 und 37 zusammen.
Zum Saugsystem gehören: ein AnschluBstutzen 13,
ein Gashahn 14, eine Druck-Saugpumpe 15, ein Anschlußstück für Probenbehälter 16, zwei Probenbehälter
17, ein Ventil 18, ein Unterdruckm-nometer 19 und eine Vakuumpumpe 20 mit Rückholfeder 21 sowie
ein Fußbügel und den Verbindungsleitungen 28 bis 33.
Das Speichersystem wird von einem Gashahn 23. einem Gasbehälter mit einer Füllgradanzeige 24 und
den Verbindungsleitungen 34 bis 36 gebildet.
Um ein neutrales Verhalten der Bodensonde und der Pumpeneinheit gegenüber den Bodengasen und einem
Spülmittel, vorzugsweise 10%ige Salpetersä jre, zu gewährleisten, sind alle Bauteile, die mit diesen
Substanzen in Berührung kommen, vorzugsweise aus säurebeständigen Stahlen, hergestellt. Alle Dichtungen,
d. h. Kolbenmanschetten und Anschlußdichtungen, sind vorzugsweise aus Teflon, die flexiblen Verbindungsleitungen
vorzugsweise aus Silikongummi gefertigt. Durch den Einsatz der oben genannten Materialien wird ein
fettfreies Arbeiten der Pumpeneinheit ermöglicht.
Die eingesetzten Gashähne 14 und 23 gestatten jeweils 4 Schaltstellungen, welche in Fig.2 dargestellt
sind. Das Anschlußteil 16 ist als Gasteiler ausgebildet und es gestattet durch Steckverbindungen ein schnelles
Auswechseln der Gassammeigefäße 17, welche Vorzugsweise aus Glas hergestellt sind.
Die mit inertem Gas gefüllte Bodensonde wird in eine vorgefertigte Flachbohrung mit einem Durchmesser
von 14 mm bis 16 mm bis auf die Bohrlochsohle eingeführt. Mit Hilfe der Druck-Saugpumpe 12 wird bei
der Stellung Cdes Gashahnes 23 die Druckmanschette 4 der Bodensonde auf 0,8 at bis 1,0 at mit atmosphärischer
Luft aufgeblasen. Bei der Stellung D des gleichen Gashahns besteht die Möglichkeit, den Packer mit
inertem Gas zu füllen.
Nachdem die mit inertem Gas gefüllten gleich großen Probenbehälter durch die Steckverbindungen des
Gasteilers 16 mit der Vorrichtung verbunden sind, werden diese bei den Hahnstellungen 14/4 und 23Λ
evakuiert. Dieses geschieht durch mehrmaliges Betätigen der Vakuumpumpe 20 mit Hilfe des Fußbügels 22.
Bei dem Evakuiervorgang gelangt das neutrale Gas in den Gasbehälter 24. Ist dieser vollständig gefüllt, der
Evakuiervorgang aber noch nicht beendet, wird der Gashahn 23 in Stellung Bgebracht, und das Gas gelangt
über diesen Weg in die Atmosphäre. Den Grad des vorhandenen Vakuums zeigt das Manometer 19 an.
Der nächstfolgende Arbeitsschritt entfernt mit Hilfe der Druck-Saugpumpe das im System vorhandene
Totvolumen. Da das Pumpenvolumen auf 50 ml ausgelegt ist, das Totvolumen aber nicht mehr als 10 ml
beträgt, wird beim letztgenannten Arbeitsgang bereits Bodenluft mitgezogen, so daß am Gashahn 14 Bodenluft
anliegt Hiermit ist die Bereitschaft ζιτ Entnahme von
Bodenluft zum Analysenzweck erreicht
Nach Betätigen des Gashahnes t4 in Stellung B strömt die Bodenluft gleichmäßig in beide Probenbehälter
17, wodurch gewährleistet wi.d, daß zwei identische Proben vorhanden sind, demzufolge auch die Möglichkeit
einer Doppelbestimmung vorhanden ist Der Füllvorgang der Probengefäße wird .-ntt Hilfe des
lVlanometers 19 kontrolliert Sind die Gassammeigefäße
ι ο vollständig gefüllt, wird der Gashahn in seine Ausgangsstellung
A zurückgeführt Nachdem die Sammelbehälter verschlossen und vom Gerät entfernt sind, ist die
Probenahme beendet
In der Feldpraxis zeigt sich, daß nicht immer eine
In der Feldpraxis zeigt sich, daß nicht immer eine
π genügend große Menge Bodengas zum vollständigen
Füllen der Probenbehälter vorhanden ist Tritt dieser genannte Fall auf, wird der Hahn 14 in Stellung C
gedreht und den Proben ein inertes Gas zugegeben. Die zugeführte Gasmenge zeigt ein Maßband des Gasbehälters
24 an.
Nachdem die Probenahme beendet ist. wird durch einen Druckknopf am Ventil 10 die Druckluft des
Packers abgelassen und die Sonde aus der Bohrung gezogen.
Die Pumpe 15 wird durch Hereindrücken des Kolbens entleert. Danach der Gashahn 14 auf die Stellung D
gebracht und mit derselben Pumpe inertes Gas aus der Gaskammer 24 entnommen. Nachdem der Hahn in die
Stellung A zurückgeführt ist, wird das entnommene Gas
so wiederum durch Hereindrücken des Kolbens über die Sonde an die Atmosphäre abgegeben. Durch diesen
Arbeitsgang erfolgte das Spülen und Füllen des Systems mit nichtreagierendem Gas.
Bei Verdacht auf gröbere Verunreinigungen des
J> Entnahmesystems durch kw-haitige Substanzen kann
dieses auch mit einem flüssigem Spülmittel, vorzugsweise 100/oige HNO3, gereinigt werden. Hierfür sind
folgende Bedienungsschritte durchzuführen. Anschließen von Gassammelbehältern und evakuieren dieser
·»<> wie bereits oben genannt. Eintauchen der Sondenspitze
in ein Säurebad und Gashahn 14 in Stellung S bringen. Sind etwa 50 ml—60 ml Säure angesaugt. Hahn in
Stellung A und Sonde in ein Wasserbad tauchen. Hahn wiederum in Stellung B drehen und Ansaugen einer
·*■> etwa gleich großen Wassermenge. Herausnahme der
Sonde aus dem Wasserbad und Nachsaugen von atmosphärischer Luft. Danach wird der bereits oben
genannte Vorgang »Spülen und Füllen« des Systems mit inertem Gas durchgeführt.
w Durch die beschriebenen Arbeitsgänge Spülen mit Gas und Flüssigkeit wird ein Verschleppen anomaler
Konzentrationen der Bodenluft auf den Fclgemeßpunkt ausgeschlossen.
Die Anwendung des Gerätes ist aus der vorangegan-
Yi genen Funktionsbeschreibung anhand der Fig. 1,2 und
3 zu entnehmen.
Die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösungen wurde in Form eines möglichst schlanken aufrecht
stehenden Gerätes vorgenommen. Die Höhe des
Wi Gerätes wurde so bemessen, daß ein Arbeiten in
gebückter Haltung entfällt.
Das Gewicht des Gerätes wurde im Interesse einer leichten Transportierbarkeit auf knapp 12 kg beschränkt.
Die durch flexible Leitungen mit dem Gerät
M verbundene Sonde ist auch gegen andere Sonden
austauschbar. Damit kann auch eine Verbindung zu Rammsonden hergestellt werden.
Der Einsatz des Gerätes ist damit unter allen
Der Einsatz des Gerätes ist damit unter allen
Oberflächenbedingungen möglich. Ebenfalls ist der Einsatz auch Untertage auch bei schräg nach oben
sowie horizontal verlaufenden Bohrungen möglich.
Das Einsatzgebiet erstreckt sich auf geophysikalische,
geochemische Erkundung.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Entnahme von Bodenluft mit einer Sonde und Probenahmegefäßen, die vor der
Probenahme evakuiert werden und einem Trägergas als Spülmittel, dadurch gekennzeichnet,
daß bereits vor der Entnahme die Füllung der Probenahmegefäße mit einem inerten Gas erfolgt,
daß dieses inerte Gas beim Evakuierungsvorgang zwischengelagert, im gegebenen Fall zum definierten
Auffüllen der Probenahmegefäße und außerdem zum Spülen und Füllen der Teile des Gerätes und der
Sonde, die von den Entnahmemedien berührt werden, verwendet wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
im Gerät fest installierter Gasbehälter (24) zur Zwichenspeicherung eines inerten Gases dient
10
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD19811677A DD140324A3 (de) | 1977-03-29 | 1977-03-29 | Vorrichtung und verfahren zur entnahme von bodenluft |
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DE2807217C3 DE2807217C3 (de) | 1981-03-26 |
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DE (1) | DE2807217C3 (de) |
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DE102013013969B3 (de) * | 2013-08-23 | 2014-12-11 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Messvorrichtung mit mindestens einer Sonde zur in-situ Entnahme von gasförmigem Wasser oder anderer Gase aus einem Medium |
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RU2685315C1 (ru) * | 2018-03-21 | 2019-04-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна" | Способ криогенного отбора пробы газовой смеси |
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- 1977-03-29 DD DD19811677A patent/DD140324A3/de unknown
-
1978
- 1978-02-20 DE DE19782807217 patent/DE2807217C3/de not_active Expired
- 1978-02-28 SU SU787770104A patent/SU974198A1/ru active
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