DE3128175A1 - Vorrichtung zur bestimmung verschiedener typen von spurenstickstoff - Google Patents
Vorrichtung zur bestimmung verschiedener typen von spurenstickstoffInfo
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Description
1Α-3616
MC-155
MC-155
MITSUBISHI CHEMICAL INDUSTRIES LTD. Tokyo, Japan
Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Typen von
Spurenstickstoff
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Bestimmung verschiedener Typen von Spurenstickstoff. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung.zur Abtrennung
und quantitativen Bestimmung der Gehalte an Stickstoff vom Ammonium-Typ, Stickstoff vom nitrosen Typ, Stickstoff
vom Sälpeter-Typ bzw. Stickstoff vom organischen Typ.
Der Stickstoffgehalt und die Stickstoffzusammensetzung in natürlichen Wasservorkommen, wie Flußwasser, See- oder
Teichwasser und Meerwasser, oder in Abwässern, wie industriellen Abwässern, Verfahrensabwässern und kommunalen
Abwässern, hat in jüngster Zeit zu einer Reihe von schwerwiegenden Problemen geführt. Man nimmt an, daß durch den
Stickstoffgehalt ein Nährstoff-Anreichungsphänomen bei den
Wasservorkommen verursacht wird. Die in diesen Wasservorkommen enthaltenen Stickstofftypen können in vier Katego-
* · # a · « ι
» »β ft β- »a
\A
rien eingeteilt werden, und zwar einen Ammonium-Typ, einen
nitrosen Typ, einen Salpeter-Typ und einen organischen Typ. Um die durch Abwasser auftretenden Umweltverschmutzungsprobleme zu meistern, ist es wichtig, die Gehalt der jeweiligen
Stickstofftypen zu kennen. Es wurde bereits eine Vorrichtung zur Bestimmung der verschiedenen Typen von Spurenstickstoff
vorgeschlagen. Dabei sind zwei Reaktionsrohre vorgesehen, und es wird Helium als Trägergas verwendet.
In dem ersten Reaktionsrohr wird der Stickstoff vom Ammonium-Typ in der Wasserprobe zu Stickstoffgas oxidiert,
und zwar mittels einer Reaktionsflüssigkeit mit einem Gehalt
an Hypobromidionen. Nachdem die begleitende Feuchtigkeit vollständig entfernt wurde, wird das Stickstoffgas
mittels Gaschromatographie quantitativ bestimmt» In dem zweiten Reaktionsrohr wird Stickstoff vom nitrosen Typ
in der Wasserprobe mit einer Amidosulfonsäure-Reaktionsflüssigkeit
zu Stickstoffgas reduziert, und dieses wird
wiederum nach vollständiger Entfernung der begleitenden Feuchtigkeit durch GasChromatographie quantitativ bestimmt.
Stickstoff vom Salpeter-Typ wird durch .Zinkpulver zu Nitritionen reduziert und anschließend nach der oben erwähnten
zweiten Methode bestimmt. Bei dieser Vorrichtung ist es jedoch erforderlich, das in der jeweiligen Reaktionsflüssigkeit,
und in der Wasserprobe gelöste Stickstoffgas vor
Beginn des Verfahrens vollständig zu entfernen. Darüberhinaus ist es erforderlich, daß nach der Reduktion zu Stickstoffgas
die begleitende Feuchtigkeit vollständig entfernt werden muß. Eine derartige Vorrichtung weist somit wesentliche Nachteile auf. Die vorbereitende Behandlung ist
äußerst zeitaufwendig und die Durchführung, des Verfahrens
ist mühsam.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung., eine Vorrichtung
zur Bestimmung der verschiedenen Typen von Spurenstickstoff zu schaffen, die keine derartigen Nachteile
aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Schaffung
einer Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Typen von Spurenstickstoff, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie
das folgende Meßsystem, das Destillationssystem A und/oder
das Destillationssystem B umfaßt:
(a) Ein Meßsystem, umfassend
(1) einen Reaktionsabschnitt, der ein zylindrisches Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß und einem Einleitungsrohr
für Wasserstoffgas an einem Ende und einem Gasauslaß am anderen Ende umfaßt und mit einem Reduktionskatalysator bepackt ist,
(2) einen Abschnitt zur Entfernung von saurem Gas, umfassend einen Behälter mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß,
der mit einer festen, alkalischen Substanz bepackt ist,
(3) Heizabschnitte zum Beheizen des Reaktionsabschnitts und des Abschnitts zur Entfernung des sauren
Gases, und
(4) einen Abschnitt zur coulometrisehen Titration,
umfassend ein Gasversorgungsrohr, einen Gasauslaß, elektrolyt!
sehe Elektroden, Endpunkt-Bestimmungselektroden und eine elektrolytische Zelle,
wobei der Reaktionsabschnitt und der Abschnitt zur Entfernung
des sauren Gases in den jeweils zugeordneten Heizabschnitten untergebracht sind, der Gasauslaß des Reaktionsrohrs mit dem Gaseinlaß des Abschnitts zur Entfernung
des sauren Gases verbunden ist, der Gasauslaß des Abschnitts zur Entfernung des sauren Gases mit dem Gasversorgungsrohr
des Abschnitts zur coulometrischen Titration verbunden ist und wobei das Gasversorgungsrohr in der
Nähe des Bodens innerhalb der elektrolytischen Zelle offen ist;
(.Ij) ein Destillationssystem B, umfassend
(1) ein Destillationsgefäß mit einem Probeneinlaß , einem Trägergas-Versorgungsrohr und einem Gasauslaß,
das aus einem säurebeständigen Material besteht, und
(2) einen Rückflußkühler,
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr in der Nähe des Bodens
des Destillationsgefäßes offen ist, das untere Ende des Rückflußkühlers mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes
verbunden ist und das obere Ende des Rückflußkühlers mit dem Reaktionsabschnitt benachbart dem Probeneinlaß verbunden ist, und
(c) ein Destillationssystem A, umfassend ·
(c) ein Destillationssystem A, umfassend ·
(1) ein Destillationsgefäß mit einem Probeneinlaß, einem Trägergas-Versorgungsrohr und einem Gasauslaß, das
aus einem alkalibeständigen Material besteht, und
(2) einen Rückflußkühler,
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr in der Nähe des Bodens
des Destillationsgefäßes offen ist, das untere Ende des Rückflußkühlers mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes
verbunden ist und das obere Ende des RückflußkUhlers mit dem Gasversorgungsrohr des erwähnten Abschnitts zur coulometrischen
Titration verbunden ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 bis 3 bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Meßsystem;
2 bezeichnet ein Destillationssystem B; mit 3 ist
ein Steuersystem bezeichnet und mit 4 ein Destillationssystem A. Die Bezugszeichen 12 und 19 bezeichnen Destillationsgefäße;
mit 23 ist ein Abschnitt zur coulometrisehen
Titration, mit 29 und 32 sind Heizabschnitte, mit 30 ein Abschnitt zur Entfernung von saurem Gas und mit 33 ein
Reaktionsabschnitt bez©ichnet.
Das Meßsystem 1 umfaßt den Reaktionsabschnitt 33 zur Reduzierung der Stickstoffverbindungen in einer Probe und zur
Überführung derselben in Ammoniak, den Abschnitt 30 zur Entfernung des sauren Gases, der zur Entfernung des sauren
Gases in dem umgewandelten Gas dient, und den Abschnitt zur coulometrischen Titration, der zur quantitativen Bestimmung
des Ammoniakgehaltes dient.
Der Reaktionsabschnitt 33 umfaßt ein zylindrisches Reaktionsrohr,
das einen Probeneinlaß 5 und ein Versorgungsrohr 3k für Wasserstoffgas an einem Ende und einen Gasauslaß
31 am anderen Ende aufweist. Das Reaktionsrohr ist mit einem Metallkatalysator bepackt, der aus Metallteilchen,
wie Nickel oder Kupfer, oder inerten Teilchen, wie Bimsstein oder Aluminiumoxid, die mit derartigen Metallen beschichtet
sind, zusammengesetzt ist. Die Größe der Katalysatorteilchen liegt gewöhnlich innerhalb eines Bereiches
von 0,5 bis 15 mm. Die Größe kann jedoch von der Größe des
Reaktionsrohrs abhängen. Es wird bevorzugt, daß der Katalysator in Form einer Mischung von Katalysatorteilchen mit
einer hitzebeständigen, inerten Substanz, wie Quarz, Asbest oder Aluminiumoxid, als Packung vorliegt. Der Reaktionsabschnitt
33 ist im Heizabschnitt 32 angeordnet. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Ofen,
dem ein elektrischer Heizdraht einverleibt ist. Das Reaktionsrohr wird auf einer hohen Temperatur innerhalb eines
Bereichs von 300 bis 600°C gehalten.
Der Abschnitt 30 zur Entfernung des sauren Gases ist so angepaßt, daß ein saures Gas, wie Schwefelwasserstoff, das
das aus dem Reaktionsabschnitt abgelassene Gas begleitet, entfernt wird. Der Abschnitt 30 umfaßt gewöhnlich einen
Behälter mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß und ist mit alkalischen, absorbierenden Chemikalien bepackt. Dabei
handelt es sich um Teilchen von einer oder mehreren
Λ # * β * β
Chemikalien, die ausgewählt sind unter den Oxiden oder
Hydroxiden von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen mit einer Teilchengröße innerhalb.eines Bereichs von 1 bis
7 mm. Als spezifische Beispiele der alkalischen, absorbierenden Chemikalien seien ein Gemisch (Kalksoda) von
Natriumhydroxid und Calciumoxid, ein Gemisch von Calcium-'
hydroxid und Calciumoxid, ein Gemisch von Natriumhydroxid und a-Aluminiumoxid und ein Gemisch von Natriumhydroxid,
Kaliumcarbonat und Asbest genannt. Der Abschnitt 30 zur Entfernung des sauren Gases ist in dem Heizabschnitt 29
angeordnet, der ähnlich ausgebildet ist wie der Heizabschnitt 32. Der Abschnitt 30 wird auf einer Temperatur
innerhalb eines Bereichs von Umgebungstemperatur (200C)
bis 3000C gehalten.
Der Abschnitt 23 zur coulometrisehen Titration ist in der
Weise angepaßt, daß eine quantitative Bestimmung des Ammoniakgehaltes in dem Gas, das aus dem Abschnitt zur Entfernung
des sauren Gases abgelassen wird, durchgeführt werden kann. Der Abschnitt 23 umfaßt eine elektrolytische
Zelle 27 mit einem Schliffdeckel sowie in der elektrolytischen Zelle angeordnete, elektrolytische Elektroden 24,
Bestimmungselektroden 25, Gasversorgungsrohre 22, 26 und ein Gasablaßrohr 21. Jede der Elektroden 24, 25 und die
Gasversorgungsrohre 22, 26 sind so angeordnet, daß ihr unteres Ende in einer Position liegt, bei der es in die
elektrolytische Lösung eintaucht.
Das Destillationssystem B (2) wird angewendet, um Stickstoff vom nitrosen Typ in der Probe in Form von Stickstoffmonoxidgas
oder Stickstoffdioxidgas zu entfernen. Das Destillationssystem
B (2) umfaßt ein Destillationsgefäß 19 mit einem Probeneinlaß 18, einem Trägergas-Versorgungsrohr
17 und einem Gasauslaß. Es umfaßt weiter einen Rückflußkühler
7 und eine Heizeinrichtung 20. Das Trägergas-
■ > ν»
Versorgungsrohr 17. ist in der Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes
19 offen, und das öffnungsende sollte vorzugsweise
mit einer vielfach perforierten Platte ausgerüstet sein. Da in das Destillationsgefäß 19 eine wäßrige
Lösung mit einem Gehalt von 30 bis 80 Gew.%, vorzugsweise von 30 bis 50 Gew.%, einer nicht-flüchtigen, starken Säure,
wie Schwefelsäure oder Phosphorsäure, eingefüllt wird, ist es wünschenswert, daß das Destillationsgefäß aus einem
säurebeständigen Material, wie Glas oder Keramikmaterialien, besteht. Der RUckflußkUhler 7 ist vorzugsweise mit einem
Hindernis im Gasströmungsweg ausgerüstet, um ein Austreten eines Nebels zu verhindern. Gewöhnlich wird ein Typ
mit Rohrspirale verwendet. Es kann jedoch auch ein Typ mit geradem Rohr eingesetzt werden, bei dem Füllkörper eingesetzt
sind.
Die untere öffnung des Rückflußkühlers 7 ist mit dem Gasauslaß
des Destillationsgefäßes 19 verbunden. Die obere öffnung ist über eine Leitung 6 mit dem oben erwähnten
Reaktionsabschnitt 33 verbunden, und zwar benachbart dem Probeneinlaß 5· Das Destillationsgefäß 19 wird mittels
der Heizeinrichtung 20 auf eine Temperatur von 70°C bis
zur Siedetemperatur der Flüssigkeit, vorzugsweise von 80 bis 90°C, erhitzt.
Das Destillationssystem A (4) ist in der Weise angepaßt,
daß Stickstoff vom Ammonium-Typ in der Probe in Form von
Ammoniakgas entfernt werden kann. Das System umfaßt ein Destillationsgefäß 12 mit einem Probeneinlaß 11, einem
Trägergas-Versorgungsrohr 10 und einem Gasauslaß. Das
System umfaßt weiter einen Rückflußkühler 9 und eine Heizeinrichtung 13. Das Trägergas-Versorgungsrohr 10 ist in
der Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes 12 offen und das Öffnungsende ist vorzugsweise mit einer vielfach per-
forierten Platte ausgerüstet. Da in das Destillationsgefäß
12 eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt an 20 bis 50 Gew.%,
vorzugsweise von 20 Ms 40 Gew.%, einer starken Base, wie
Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, eingefüllt wird, ist es wünschenswert, daß das Destillationsgefäß 12 aus einem
alkalibeständigen Material, wie einem Hoch-Nickellegierungsstahl oder aus Keramikmaterial, besteht. Der Rückflußkühler
9 ist von ähnlichem Typ wie der Rückflußkühler 1. Seine untere Öffnung ist mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes
12 verbunden und sein oberes Ende ist über eine Leitung 8 mit dem Gasversorgungsrohr 22 des oben erwähnten
Abschnitts 23 zur coulometrisehen Titration verbunden.
Das Destillationsgefäß 12 wird mittels der Heizeinrichtung 13 auf eine Temperatur von 70°C bis zum Siedepunkt
der Flüssigkeit, vorzugsweise von 1000C bis zur
Siedetemperatur der Flüssigkeit, erhitzt.
Das Steuersystem 3 umfaßt gewöhnlich eine Steuerkomponente
14 für die coulometrische Titration, eine Temperatursteuerungskomponente 15 und eine Steuerungskomponente 16
zur Steuerung der Gasströmungsrate. Die Steuerungskomponente 14 für die coulometrische Titration wird angewendet, um
ein elektrisches Signal zu verstärken, das korrespondierend zu der Wasserstoffionenkonzentration durch die Detektorelektroden
25 ermittelt wird. Die Steuerungskomponente 14 dient weiter zur Umwandlung dieses Signals in einen
elektrischen Stromausgang, der proportional ist zur Abweichung von dem pH-Wert am Endpunkt, und beaufschlagt
mit diesem Strom als elektrolytischem Strom die elektrolytischen Elektroden 24. Dieser elektrolytische Strom
wird andererseits, falls erforderlich, durch Ableitung
des Leerstroms zu einem abgeleiteten Strom adjustiert
und nach Durchführung einer Umwandlung auf die analytische Einheit und Korrekturoperationen, beispielsweise
durch einen Koeffizienten der Probenmenge zur Darstellung
der Verhältnisse in der Probe, integriert. Auf diese Weise wird korrespondierend zu der Elektrizitätsmenge ein direkter,
analytischer Wert angezeigt.
Die. Temperatursteuerungskomponente 15 wird angewendet, um die Temperaturen der Heizabschnitte 29, 32 und der Heizeinrichtungen
13 und 20 auf die eingestellten Niveaus zu adjustieren.
Die Steuerungskomponente 16 zur Steuerung der Gasströmungsrate
wird zur Einstellung der Gasströmungsraten des Wasserstoff gases, das aus dem Wasserstoffgas-Versorgungsrohr
zugeführt wird, und des Trägergases, wie Wasserstoffgas,
Stickstoffgas oder Argongas, das von den Trägergas-Versorgungsrohren 10, 17 zugeführt wird, auf die eingestellten
Niveaus angewendet. Die Strömungsraten dieser Gase liegen normalerweise innerhalb eines Bereiches von 200
bis 700 ml/min, vorzugsweise 400 bis 500 ml/min.
Im folgenden wird die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem oben beschriebenen Bau anhand eines
Falles erläutert, bei dem die Vorrichtung zur Verwendung einer Analyse von Wasser eingesetzt wird, das eine Spur
von Stickstoffverbindungen enthält. Zunächst wird zur Bestimmung einer Gesamtmenge an Stickstoff eine bestimmte
Menge der Wasserprobe über den Probeneinlaß 5 des Meßsystems 1 in das System eingegeben. Die auf diese Weise eingegebene
Wasserprobe wird durch das Wasserstoffgas, das
von dem Wasserstoffgas-Versorgungsrohr 34 abgegeben wird,
weitergetragen und im Reaktionsabschnitt 33 werden alle Stickstoffverbindungen zu Ammoniak reduziert. Das auf
diese Weise gebildete Ammoniakgas gelangt zusammen mit dem Wasserstoffgas durch eine Leitung 31 in den Abschnitt
30 zur Entfernung des sauren Gases. Dort werden die begleitenden, sauren Gase entfernt. Anschließend wird das
Ammoniakgas zu der elektrolytischen Zelle geleitet, und
zwar durch Leitungen 28 und 26, oder bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 3 von einer Leitung 28'über das
Destillationsgefäß 12 und eine Leitung 8 oder 22 durch entsprechende Einstellung eines Drei-Wege-Ventils 35. Das
Ammoniakgas wird in der elektrolytischen Lösung absorbiert. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine wäßrige Lösung mit einem Gehalt an 1% Natriumsulfat. Anschließend
wird die coulometrische Titration durchgeführt. Der Grund zur Durchleitung des Gases durch das Destillationsgefäß
12 besteht darin, daß auf diese Weise der Feuchtigkeitsgehalt aus dem Gas entfernt wird. Die durch die
Titration: erhaltenen Ergebnisse werden auf der Anzeige,-".'""..
tafel der Steuerungskomponente 14 für die coulometrische
Titration angezeigt. Die Menge der eingesetzten Wasserprobe variiert, abhängig von der Menge der enthaltenen
Stickstoffverbindungen. Die Menge liegt jedoch gewöhnlich in einem Bereich von 5 bis 500/ul. In dem Fall, in dem
-■ die Feuchtigkeit unter Durchleiten des Gases durch das De-
\- stillationsgefäß 12 entfernt wird, ist es möglich, die
• Menge bis auf ein Niveau von 5 ml zu steigern. Eine einzelne
Messung kann innerhalb von 4 bis 8 min vollständig
• durchgeführt werden.
Als nächstes wird in dem Fall, bei dem Stickstoff vom
nitrosen Typ mit der in den Fig. 2 oder 3 gezeigten Vor^
richtung bestimmt werden soll, eine bestimmte Menge der Wasserprobe über den·Probeneinlaß 18 des Destillationssystems B (2) in das System eingegeben. Der auf diese Weise
eingegebene Stickstoff vom nitrosen Typ in der Wasserprobe wird in Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid überführt
und mit einem Trägergas, das aus dem Trägergas-Versorgungsrohr 17 eingespeist wird, weitergetragen. Nach
! Entfernung des größten Teils der begleitenden Feuchtigkeit
mittels des Rückflußkühlers 7 wird das Gas durch eine Lei-
-Vl-
tung 6 zu dem Reaktionsnbschnitt 33 geleitet. Dort wird das Gas auf die bereits zuvor beschriebene Weise zu Ammoniak
reduziert und der coulometrischen Titration unterworfen. In diesem Fall verbleibt Stickstoff vom Salpeter-Typ
in der Lösung im Destillationsgefäß 19. Die eingesetzte Menge der Wasserprobe variiert, abhängig von der
Menge der Stickstoffverbindungen vom nitrosen Typ. Im allgemeinen liegt sie jedoch innerhalb eines Bereichs von
5/Ul bis 5 ml. Eine einzelne Messung kann innerhalb von 6 bis-8 min vollständig durchgeführt werde.n.
Zur Bestimmung des Stickstoffs vom Salpeter-Typ wird eine
Wasserprobe im voraus einer Reduktionsbehandlung unterworfen,
um den Stickstoff vom Salpeter-Typ zu nitrosen Ionen
zu reduzieren. Anschließend wird die Bestimmung gemäß de.m
oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung des Stickstoffs
vom nitrosen Typ durchgeführt. Eine einzelne Messung kann
innerhalb von 10 bis 15 min vollständig durchgeführt werden. Die Reduktionsbehandlung der Wasserprobe kann beispielsweise
durchgeführt werden nach einem Verfahren gemäß JIS-K 0104. Beispielsweise werden 80 ml einer Wasserprobe in
einen 100 ml Meßkolben gefüllt, 15 ml einer neutralen Pufferlösung
werden zugesetzt und das Ganze wird vermischt. Anschließend gibt man 0,5 g Zinkpulver zu und füllt sofort
mit Wasser bis zur Markierungslinie auf. Nach etwa 1minütigem Vermischen wird nichtreagiertes Zinkpulver durch Filtration
abgetrennt und das Filtrat wird als Probe verwendet.
Die Bestimmung des Stickstoffs vom Ammonium-Typ wird mittels
der in Fig. 1 oder 3 gezeigten Vorrichtung durchgeführt. Eine bestimmte Menge der Wasserprobe wird durch den
Probeneinlaß 11 des Destil]2fcionssystems A (4) in das System
eingegeben. Der auf diese Weise eingegebene Stickstoff vom Ammonium-Typ in der Wasserprobe wird in Ammpniakgas umgewandelt
und mit einem Trägergas, das von dem Trägergas-
«Μ
Versorgungsrohr 10 eingespeist wird, weitergetragen. Nach Entfernung des größten Teils der begleitenden Feuchtigkeit
mittels des Rückflußkühlers 9 wird das Ammoniakgas durch die Leitungen 8 und 22 zu der elektrolytischen Zelle 27 des
Abschnitts 23 zur coulometrischen Titration geleitet. Dort wird es gemäß der oben beschriebenen Verfahrensweise der
coulometrischen Titration unterworfen. Die Menge der eingesetzten Wasserprobe variiert, abhängig von der Menge der
darin enthaltenen Stickstoffverbindungen. Im allgemeinen liegt die Menge innerhalb eines Bereichs von 5/ul bis 5 ml.
Eine einzelne Messung kann innerhalb von 6 bis 8 min vollständig
durchgeführt werden.
Der Gehalt an Stickstoff vom organischen Typ läßt sich durch Ableitung erhalten, und zwar durch eine Berechnung,
bei der die analytischen Werte, die für Stickstoff vom nitrosen Typ, Stickstoff vom Salpeter-Typ und Stickstoff
vom Ammonium-Typ erhalten wurden, von dem Wert abgezogen werden, der für den Gesamtstickstoff erhalten wurde, den
man nach dem oben erwähnten Verfahren bestimmt hat.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung umfaßt die erfindungsgemäße
Vorrichtung das Destillationssystem B (2) und/oder das Destillationssystem A (4), die nicht den Einflüssen
des Wassers ausgesetzt sind, in Kombination mit dem Meßsystem 1. Auf diese Weise ist es möglich, innexhalb einer
kurzen Zeit eine genaue Bestimmung verschiedener Typen von Stickstoffverbindungen gesondert durchzuführen, und zwar
bis zu einem Ausmaß einer Spur, die so gering sein kann wie z.B. 0,002 TpM, indem man die Mengen der eingesetzten Proben variiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit
äußerst nützlich für eine Gesamtstickstoffbestimmung und
eine Bestimmung verschiedener Stickstofftypen bei natürlichen Wasservorkommen, Abwässern, landwirtschaftlichen
Produkten, Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten.
Leerseite
Claims (13)
1.) Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Typen
Spurenstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie das
folgende Meßsystem (1) und das Destillationssystem A (4)
umfaßt:
(a) ein Meßsystem (1), umfassend
; (1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindri-
; (1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindri-
! sehes Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß (5) und einem
Wasserstoffgas-Versorgungsrohr (34) an einem Ende und ei-
j nem Gasauslaß (31) am anderen Ende umfaßt und mit ei-
nem Reduktionskatalysator bepackt ist,
j (2) einen Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem
Gas, der einen Behälter mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß
umfaßt, der mit einer festen, alkalischen Substanz
bepackt ist,
(3) Heizabschnitte (29»32) zum Erhitzen des Reaktionsabschnitts
(33) und des Abschnitts (30) zur Entfer-, nung von saurem Gas, und
j (4) einen Abschnitt (23) zur coulometrisehen
Titration, umfassend Gasversorgungsrohre (22,26), einen
S Gasauslaß (21), elektrolytische Elektroden (24), Endpunkt-
; Bestimmungselektroden (25) und eine elektrolytische Zelle
wobei der Reaktionsabschnitt (33) und der Abschnitt (30)
zur Entfernung von saurem Gas in den jeweils zugeordneten Heizabschnitten (32,29) angeordnet sind, der Gasauslaß
(31) des Reaktionsabschnitts (33) mit dem Gaseinlaß des Abschnitts zur Entfernung von saurem Gas verbunden ist, der
Gasauslaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas mit dem Gasversorgungsrohr (26) des Abschnitts (23)
j zur coulometrischen Titration verbunden ist und das Gas
versorgungsrohr (26) in der Nähe des Bodens in der elektrolytischen
Zelle offen ist, und
λ-
(b) ein Destillationssystem A (4), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (12) mit einem Probeneinlaß (11), einem Trägergas-Versorgungsrohr (10) und einem
Gasauslaß und bestehend aus einem alkalibeständigen Material} .und
(2) einen RückflußkUhler,
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr (10) sich mit seiner Öffnung in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes
(12) erstreckt, das untere Ende des Rückflußkühlers (9) mit dem Gasauslaß des Reaktionsgefäßes (12) verbunden ist
und das obere Ende des Rückflußkühlers (9) mit dem Gasversorgungsrohr (22)des Abschnitts (23) zur coulometrischen
Titration verbunden ist.
2. Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Typen von Spurenstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie
das folgende Meßsystem (1) und das Destillationssystem B (2) umfaßt:
(a) ein Meßsystem (1), umfassend
(a) ein Meßsystem (1), umfassend
(-1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindrisches
Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß (5) und einem Wasserstoffgas-Versorgungsrohr (34·) an einem Ende
und einem Gasauslaß (31) am anderen Ende umfaßt und mit einem Redüktiönskatalysator bepackt ist,
(2) einen Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas, umfassend einen Behälter mit einem Gaseinlaß und
einem Gasauslaß und bepackt mit einer festen, alkalischen Substanz,
(3) Heizabschnitte (32,29) zum Erhitzen des Reaktionsabschnitts (33) und des Abschnitts (30) zur Entfernung
des sauren Gases, und
(4) einen Abschnitt (23) zur coulometrischen Titration, umfassend ein Gasversorgungsrohr (26), einen
Gasauslaß (21), elektrolytische Elektroden (24), Endpunkt-Bestimmungselektroden
(25) und eine elektrolytische Zelle (27),
» e a a
3- ^
wobei der Reaktionsabschnitt (33) und der Abschnitt (30)
zur Entfernung von saurem Gas in den jeweils zugeordneten Heizabschnitten (32 bzw. 29) angeordnet sind, der Gasauslaß
(31) des Reaktionsabschnitts (33) mit dem Gaseinlaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas verbunden ist, der Gasauslaß des Abschnitts (30) zur Entfernung
von saurem Gas mit dem Gasversorgungsrohr (26) des Abschnitts(23)
zur coulometrischen Titration verbunden ist und wobei das Gasversorgungsrohr (26) in der Nähe des Bodens
der elektrolytischen Zelle (27) offen ist, und (b) ein Destillationssystem B (2), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (19) mit einem Probeneinlaß (18), einem Trägergas-Versorgungsrohr (17) und einem
Gasauslaß und bestehend aus einem säurebeständigen Material, und
(2) einen Rückflußkühler (7),.
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr (17) sich mit seiner Endöffnung in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes
(19) erstreckt, das untere Ende des Rückflußkühlers (7) mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (19) verbunden
ist und das obere Ende des Rückflußkühlers (7) mit dem Reaktionsabschnitt in der Nähe aea Probeneinlasses
(5) verbunden ist.
3· Vorrichtung zur Bestimmung von verschiedenen Typen von Spurenstickstoff, dadurch gekennzeiclmet, daß
sie das folgende Meßsystem (1), das Destillationssystem B (2) und das Destillationssystem A (A) umfaßt:
(a) ein Meßsystem, umfassend
(1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindrisches Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß (5) und
einem Wasserstoff-Versorgungsrohr (3^) an einem Ende und
einen Gaseinlaß (31) am anderen Ende umfaßt und mit einem
Reduktionskatalysator bepackt ist,
H -
(2) einen Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas, umfassend einen Behälter mit einem Gaseinlaß und
einem Gasauslaß, der mit einer festen, alkalischen Substanz bepackt ist,
(3) Heizabschnitte (32,29) zum Erhitzen des Reaktionsabschnitts
(33) und des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas und
(4) einen Abschnitt (23) zur coulometrischen Titration, umfassend Gasversorgungsrohre (22,26), einen
Gasauslaß (21), elektrolytische Elektroden (24), Endpunkts-BeStimmungselektroden
(25) und eine elektrolytische Zelle (27),
wobei der Reaktionsabschnitt (33) und der Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas in Jeweils zugeordneten Heizabschnitten
(32 bzw.29) angeordnet sind, der Gasauslaß (31) des Reaktionsabschnitts (33) mit dem Gaseinlaß des
Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas verbunden ist, der Gasauslaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von
saurem Gas mit dem Gasversorgungsrohr (26) des Abschnitts (23) zur coulometrischen Titration verbunden ist und wobei
das Gasversorgungsrohr (26) sich mit seiner öffnung bis in die Nähe des Bodens der elektrolytischen Zelle (27) erstreckt
;
(b) ein Destillationssystem B (2), umfassend
(b) ein Destillationssystem B (2), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (19) mit einem Probeneinlaß (18), einem Trägergas-Versorgungsrohr (17) und einem
Gasauslaß und bestehend aus einem säurebeständigen Material, und
(2) einen Rückflußkühler (7),
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr (17) sich mit seiner
Öffnung in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes (19) erstreckt, das untere Ende des Rückflußkühlers (7)
mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (19) verbunden ist und das obere Ende des Rückflußkühlers (7) mit dem
Reaktionsabschnitt (33) in der Nähe des Probeneinlasses
(5) verbunden ist; und
(c) ein Destillationssystem A (A),- umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (12) mit einem Probeneinlaß
(11), einem Trägergas-Versorgungsrohr (10) und einem Gasauslaß und bestehend aus einem alkalibeständigen
Material, und
(2) einen Rückflußkühler (9),
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr (10) sich mit seiner öffnung in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes
(12) erstreckt, das untere Ende des RUckflußkühlers (9) mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (12) verbunden
ist und das obere Ende des Rückflußkühlers mit dem Gasversorgüngsrohr
(22) des Abschnitts (23) zur coulometrischen Titration verbunden 1st.
4. Vorrichtung zur Bestimmung von verschiedenen Typen
von Spurenstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie das
folgende Meßsystem (1) und das Destillationssystem A (4) umfaßt:
(a) ein Meßsystem (1), umfassend
(1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindrisches Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß (5) und
einem Wasserstoffgas-Versorgungsrohr (34) an einem Ende
und einen Gasauslaß (31) am anderen Ende umfaßt und mit einem Reduktionskatalysator bepackt ist,
(2) einen Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas, umfassend einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß und bepackt mit einer festen, alkalischen Substanz,
(3) Heizabschnitte (32,29) zum Erhitzen des Reaktionsabschnitts
(33) und des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas, und
(4) einen Abschnitt (23) zur coulometrischen Titration, umfassend Gasversorgungsrohre (22,26), einen
- ίο - ■
Gasauslaß (21), elektrolytisch«» Elektroden (24), Endpunkt-Bestimmungselektroden
(25) und eine elektrolytische Zelle (27), .
wobei der Reaktionsabschnitt (33) und der Abschnitt (30)
zur Entfernung von saurem Gas in den jeweils zugeordneten Heizabschnitten (32 bzw. 29) angeordnet sind, der Gasauslaß
(31) des Reaktionsabschnitts (33) mit dem Gaseinlaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas verbunden
ist, der Gasauslaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas mit dem Gasversorgungsrohr des Destillationsgefäßes
(12) des unten erwähnten Reaktionssystems A (4) verbunden ist und das Gasversorgungsrohr (26) des Abschnitts
(23) zur coulometrischen Titration sich mit seiner öffnung bis in die Nähe des Bodens der elektrolytischen
Zelle (27) erstreckt; und
(b) ein Destillationssystem A (4), umfassend
(b) ein Destillationssystem A (4), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (12) mit einem Probeneinlaß (1.1), einem Gasversorgungsrohr, einem Trägergas-Versorgungsrohr
(10) und einem Gasauslaß und bestehend aus einem alkalibeständigen Material, und
(2) einen Rückflußkühler (9),
wobei das Gasversorgungsrohr und das Trägergas-Versorgungsrohr (10) des. Destillationsgefäßes (12) sich mit ihren Öffnungen
in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes (12) erstrecken, das untere Ende des Rückflußkühlers (9)
mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (12) verbunden ist und das obere Ende des Rückflußkühlers (9) mit dem
Gasversorgungsrohr (22) des Abschnitts (23) zur coulometrischen Titration verbunden ist.
5. . Vorrichtung zur Bestimmung verschiedener Typen von Spurenstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß sie das
folgende Meßsystem (1), das Destillationssystem B (2) und das Destillationssystem A (4) umfaßt:
(a) ein Meßsystem (1), umfassend
(1) einen Reaktionsabschnitt (33), der ein zylindrisches
Reaktionsrohr mit einem Probeneinlaß (5) und einem Wasserstoffgas-Versorgungsrohr (34) an einem Ende
und einen Gasauslaß (31) am anderen Ende umfaßt und mit einem Reduktionskatalysator bepackt ist,
(2) einen Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas, umfassend einen Behälter mit einem Gaseinlaß und einem
Gasauslaß, der mit einer festen, alkalischen Substanz bepackt ist,
(3) Heizabschnitte (32,29) zum Erhitzen des Reaktionsabschnitts
(33) und des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas, und
(4) einen Abschnitt (23) zur coulometrisehen Titration,
umfassend Gasversorgungsrohre (22,26), einen Gasauslaß (21), elektrolytische Elektroden (24), Endpunkt-Bestimmungselektroden
(25) und eine elektrolytische Zelle (27),
wobei der Reaktionsabschnitt (33) und der Abschnitt (30)
zur Entfernung von saurem Gas in den jeweils zugeordneten
Heizabschnitten (32 bzw.29) angeordnet sind, der Gasauslaß
(31) des Reaktionsabschnitts (33) mit dem Gaseinlaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von saurem Gas verbunden
ist, der Gasauslaß des Abschnitts (30) zur Entfernung von
saurem Gas mit dem Gasversorgungsrohr des Destillationsgefäßes (12) des unten erwähnten Destillationssystems A
(4) verbunden ist und die Gasversorgungsrohre (22,26) des Abschnitts (23) zur coulometrischen Titration sich mit
ihrer öffnung bis in die Nähe des Bodens der elektrolytischen Zelle (27) erstrecken?
(b) ein Destillationssystem B (2), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (19) mit einem Probeneinlaß
(18), einem Trägergas-Versorgungsrohr (17) und einem Gasauslaß und bestehend aus einem säurebeständigen
Material, und
(2) einen Rückflußkühler (7),
wobei das Trägergas-Versorgungsrohr (17) sich mit seiner Öffnung in die Nähe des Bodens des Reaktionsgefäßes (19)
erstreckt, das untere Ende des Rückflußkühlers (7) mit dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (19) verbunden ist
und das obere Ende des Rückflußkühlers (7) mit dem Reak- . tionsabschnitt (33) in der Nähe des Probeneinlasses (5)
verbunden ist;
(c) ein Destillationssystem A (4), umfassend
(c) ein Destillationssystem A (4), umfassend
(1) ein Destillationsgefäß (12) mit einem Probeneinlaß
(11), einem Gasversorgungsrohr, einem Trägergas-Versorgungsrohr
(10) und einem Gasauslaß und bestehend aus einem alkalibeständigen Material, und
(2) einen Rückflußkühler (9)
. wobei das Gasversorgungsrohr und das Trägergas-Versorgungsrohr
(10) des Destillationsgefäßes (12) sich mit ihren Öffnungen
in die Nähe des Bodens des Destillationsgefäßes (12) erstrecken, das untere Ende des Rückflußkühlers (9) mit
dem Gasauslaß des Destillationsgefäßes (12) verbunden ist und das obere Ende des Rückflußkühlers (9) mit dem Gasversorgungsrohr (22) des Abschnitts (23) zur coulometrischen
Titration verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionskatalysator
Nickelmetallteilchen umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reduktionskatalysator, mit
dem der Reaktionsabschnitt (30) bepackt ist, in Form eines Gemisches mit einer hitzebeständigen, inerten Substanz
vorliegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei der festen, alkalischen Substanz um eine oder mehrere Substanzen handelt,
die ausgewählt sind unter Oxiden und Hydroxiden von Alkallmetallen
und Erdalkalimetallen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsabschnitt (33) mittels
des Heizabschnitts (32) auf einer Temperatur von 300
bis 6000C gehalten wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abschnitt (30) zur Entfernung von saurem Gas auf einer Temperatur von 20 bis 3000C
gehalten wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1,3 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem alkalibeständigen Material um Nickellegierungsstahl oder Keramikmaterial handelt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem säurebeständigen Material um Glas oder Keramikmaterial handelt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß es sich bei dem verwendeten Trägergas
um Wasserstoff, Stickstoff und/oder Argon handelt.
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