DE3815131C1 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines Meßgases, bei der der nachzuweisende Anteil in einer Reaktionslösung absorbiert wird und bei der aufgrund einer Reaktion zwischen dem Anteil und der Reaktionslösung mit Hilfe von Elektroden in der Reaktionslösung über eine Widerstandsmeßeinrichtung eine Widerstandsänderung der Reaktionslösung als Meßgröße bestimmt wird, wobei das Meßgas über ein für das nachzuweisende Medium durchlässiges, für die Reaktionslösung dichtes Abdichtelement in einen Prüfbehälter eintritt.
Eine Meßvorrichtung mit einer elektrolytischen Zelle ist in der US-PS 38 38 971 beschrieben. In der elektrolytischen Zelle befinden sich zwei Elektroden in einer Lösung von Schwefelsäure oder Phosphorsäure. Dieser Elektrolyt wird einer Meßgasatmosphäre ausgesetzt, wobei die Alkoholkonzentration im menschlichen Atemgas als nachzuweisender Anteil des Meßgases bestimmt werden soll. Die elektrische Leitfähigkeit der Zelle wird über eine Widerstandsmeßeinrichtung bestimmt und damit der nachzuweisende Anteil der Alkoholkonzentration ermittelt.
Eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art mit einem Prüfbehälter, welcher Elektroden und elektrische Anschlüsse zur Verbindung mit einer Widerstandsmeßeinrichtung aufweist, ist bei der Überwachung des Kohlendioxydgehaltes im Kreissystem einer Inhalationsnarkose durch die DE-PS 21 47 718 bekannt.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, die bekannte Bestimmung von Anteilen eines Meßgases durch Widerstandsmessung in einer Elektrolytzelle so auszubilden, daß die Ausführung der Messung besonders einfach und mit raschem Wechsel des Untersuchungsobjektes möglich wird.
Die Lösung dieser Aufgabenstellung besteht darin, daß die Reaktionslösung in einem in die Meßeinrichtung austauschbar einsetzbaren, als Wegwerfteil ausgebildeten Prüfbehälter angeordnet ist, welcher die Elektroden aufnimmt und wenigstens einseitig mit einem für das nachzuweisende Medium durchlässigen, für die Reaktionslösung dichten Abdichtelement abgeschlossen ist.
Durch die Anwendung austauschbarer Prüfbehälter wird die Durchführung der Messung wesentlich erleichtert. Dabei erscheint es vorteilhaft, den Prüfbehälter als Prüfröhrchen oder Plakette auszubilden.
Derartige Prüfbehälter als Prüfröhrchen oder Plaketten können zweckmäßig mit an die Meßeinrichtung anschließbaren Elektroden versehen sein.
Bei einer anderen gegebenenfalls vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, daß der Prüfbehälter wenigstens einseitig ein perforierbares Septum zum Einführen einer mit der Meßeinrichtung verbundenen Elektrode aufweist. Hierbei können sich die Elektroden vorteilhaft stationär in der Meßeinrichtung befinden, und der Prüfbehälter wird in die Meßeinrichtung derart eingesetzt, daß die beispielsweise nadelförmig gestalteten Elektroden jeweils ein Septum des Prüfbehälters, z. B. eine gummiartig durchstechbare Abdichtschicht, perforieren. Dadurch werden die Elektroden mit der Reaktionslösung als Elektrolyt in Berührung gebracht und der gefüllte Prüfbehälter kann als elektrolytische Zelle zur Widerstandsmessung, beispielsweise mit einer direkt anzeigenden konduktometrischen Meßeinrichtung, verbunden werden.
Das Prüfröhrchen kann vorteilhaft als Diffusionsröhrchen ausgebildet sein, und zwar günstig in der Weise, daß beidseitig für das nachzuweisende Medium durchlässige, für die Reaktionslösung dichte Stopfen als Abschluß vorgesehen sind, wobei die beiden Elektroden in Längsrichtung des Prüfröhrchens in Abstand versetzt liegen.
In einer zweckmäßigen alternativen Ausbildung kann das Prüfröhrchen zur Zwangsdurchströmung ausgebildet und mit einem Förderanschluß zur Verbindung mit einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer Saug- oder Druckpumpe zur Förderung des Meßgases, verbunden sein.
Eine andere, insbesondere bei Zwangsdurchströmung des Prüfröhrchens zweckmäßige Ausführung kann vorsehen, daß das Prüfröhrchen beidseitig mit für das Meßgas und das nachzuweisende Medium durchlässigen, für die Reaktionslösung dichten Stopfen abgeschlossen ist und daß im Innenraum des Prüfröhrchens die beiden Elektroden senkrecht zur Längsrichtung gegenüberliegend angeordnet sind. Die Auswahl zwischen den in Längsrichtung des Prüfröhrchens in Abstand liegenden und den senkrecht zur Längsrichtung gegenüberliegenden Elektrodensystemen hängt vom inneren Widerstand der Reaktionslösung und von dessen Veränderung durch den nachzuweisenden Anteil eines Meßgases ab.
Eine zusätzliche Verbesserung kann gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß der Prüfbehälter, d. h. das Prüfröhrchen oder die Plakette, mit einem Barcode zum automatischen Einlesen der relevanten Parameterwerte in die Meßeinrichtung versehen ist. Dadurch können verschiedene, bei der Massenherstellung von Prüfbehältern unterschiedlich ausfallende Ausgangswerte der elektrolytischen Zelle (z. B. Gasart, Produktionscharge, Grenzwerte etc.) bereits beim Einsetzen des Prüfbehälters in die Meßeinrichtung in einem Auswertegerät (personal monitor) automatisch eingelesen und entsprechend berücksichtigt werden.
Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines Meßgases, bei der der nachzuweisende Anteil in einer Reaktionslösung absorbiert wird und bei der aufgrund einer Reaktion zwischen dem Anteil und der Reaktionslösung mit Hilfe von Elektroden in der Reaktionslösung über eine Widerstandsmeßeinrichtung eine Widerstandsänderung der Reaktionslösung als Meßgröße bestimmt wird, kann mit einer solchen Reaktionslösung gespeist werden, welche eine Substanz enthält, die mit dem nachzuweisenden Anteil reagiert und ein Umsetzungsprodukt bildet, das seinerseits durch Reaktion mit der Reaktionslösung die Leitfähigkeit verändert. Eine solche Reaktionslösung ist nicht nur bei austauschbaren Prüfbehältern, sondern grundsätzlich allgemein bei Verwendung von Widerstandsmeßeinrichtungen für Elektrolytzellen mit Gas-, Dampf- oder Aerosolbeladung anwendbar. Durch die Auswahl einer entsprechenden Substanz können auch solche Anteile eines Meßgases bestimmt werden, die nicht unmittelbar eine Widerstandsänderung herbeiführen, sondern erst über ein als Zwischenprodukt auftretendes Umsetzungsprodukt eine Auswirkung als Widerstandsänderung bzw. Leitfähigkeitsänderung der Reaktionslösung ergeben.
Als Beispiel für eine Reaktionslösung, welche eine Substanz enthält, die mit dem nachzuweisenden Anteil reagiert und ein Umsetzungsprodukt bildet, das seinerseits durch Reaktion mit der Reaktionslösung die Leitfähigkeit verändert, kann die Umsetzung zwischen Salzsäure und Natronlauge nach der Reaktionsgleichung
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
angeführt werden.
Eine andere vorteilhafte, ebenfalls unabhängig von den austauschbar einsetzbaren Prüfbehältern anwendbare Vorschrift über die Auswahl einer Reaktionslösung kann darin bestehen, daß diese Reaktionslösung eine stark dissoziierte Substanz enthält, welche mit dem nachzuweisenden Anteil eine wenig dissoziierte Verbindung eingeht.
Hierfür wird als Beispiel die Reaktion zwischen Ammoniak, Natronlauge und Kaliumquecksilberiodid nach der Reaktionsgleichung
NH₃+3 NaOH+2 K₂(HgI₄) → (Hg₂N)I · H₂O+2 H₂O+4 KI+3 NaI
angegeben.
Bei dieser Ausbildung kann es ferner zweckmäßig sein, die Substanz so auszuwählen, daß die wenig dissoziierte Verbindung in der Reaktionslösung im wesentlichen unlöslich ist und ausfällt. Als Beispiel für eine solche Verbindung kann die Reaktion zwischen Salzsäure und Silbernitrat oder zwischen Schwefeldioxid und Bariumhydroxid sowie Wasser nach den nachfolgenden Reaktionsgleichungen angesehen werden.
HCl+AgNO₃ → AgCl+HNO₃
SO₂+Ba(OH)₂+H₂O → BaSO₄+2 H₂O.
Eine andere gegebenenfalls zweckmäßige alternative Ausbildung kann eine solche Auswahl der Substanz vorsehen, bei der die wenig dissoziierte Verbindung in der Reaktionslösung löslich bleibt, wobei sich jedoch der Anteil der gelösten Ionen und damit der Widerstand der elektrolytischen Zelle ändert. Hierfür läßt sich als Beispiel die Umsetzung zwischen Aceton und Hydrazin nach der Reaktionsgleichung
(CH₃)₂-C=O+NH₂NH₂ → (CH₃)₂-C=NNH₂+H₂O
angeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt:
Fig. 1 eine Meßvorrichtung mit Diffusionsprüfröhrchen,
Fig. 2 eine Meßvorrichtung mit zwangsdurchströmten Prüfröhrchen,
Fig. 3 eine Plakette mit perforierbaren Septen.
In Fig. 1 ist ein Diffusionsröhrchen 1 als Wegwerfteil zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines in Pfeilrichtung beidseitig eindiffundierenden Meßgases dargestellt. Das Diffusionsröhrchen 1 ist beidseitig mit für das nachzuweisende Medium durchlässigen für die Reaktionslösung 2, jedoch dichten porösen Stopfen 3, 4 aus PTFE (Polytetrafluorethylen) abgeschlossen. Die beiden Elektroden 5, 6 liegen in Längsrichtung des Prüfröhrchens 1 in Abstand versetzt hintereinander. Die Elektroden 5, 6 sind mit einer vereinfacht dargestellten konduktometrischen Meßeinrichtung verbunden.
Diese enthält einen Impulsgenerator 7, welcher eine Folge von positiven und negativen Spannungsimpulsen mit einer Impulsfolgefrequenz von 50 bis 1000 Hz, vorzugsweise 100 bis 200 Hz erzeugt. Ein Gitterableitwiderstand 8 und ein Kathodenableitwiderstand 9 gehören zu einer Triode 10, deren Anode über einen Anodenwiderstand 11 mit einer Anodenspannungsquelle 12 verbunden ist. Der durch den Einfluß der Widerstandsänderung zwischen den Elektroden 5, 6 des Prüfröhrchens 1 geänderte Eingangsspannungswert am Gitter der Triode 10 verändert mit entsprechender Verstärkung den Anodenstrom, der am Anodenwiderstand 11 mit einem Abgriff durch das anzeigende Meßinstrument 13 zur Bestimmung der Meßgröße einstellbar abgegriffen werden kann.
Das Prüfröhrchen ist in der zur praktischen Verwendung vorgesehenen Ausführungsform etwa 10 cm lang und besitzt einen Durchmesser von 1 cm. Zur Messung von Salzsäuregas besteht die als Elektrolyt dienende Reaktionslösung aus Silbernitratlösung, und die beiden aus Platin bestehenden Elektroden 5, 6 sind in einem gegenseitigen Abstand von etwa 6 cm angeordnet.
Bei der Ausbildung nach Fig. 2 ist ein Prüfröhrchen 14 als Wegwerfteil vorgesehen, welches zur Zwangsdurchströmung mit einer Fördereinrichtung 15 in einem Einsteckanschluß verbunden ist. Die porösen Stopfen sind mit 16, 17 bezeichnet, und die beiden Elektroden 18, 19 liegen im vorliegenden Falle senkrecht zur Längsrichtung des Prüfröhrchens 14 einander gegenüber. Die Verbindung der Elektroden 18, 19 erfolgt mit der konduktometrischen Meßeinrichtung wie in Fig. 1 dargestellt. Die Reaktionslösung 20 ist in das in senkrechter Lage benutzte Prüfröhrchen 14 vorteilhaft so eingefüllt, daß etwa ²/₃ des Röhrchenvolumens ausgefüllt werden.
Bei der Ausbildung nach Fig. 3 ist eine als Wegwerfteil ausgebildete Plakette 21 als Prüfbehälter vorgesehen. Diese wird auf ihrer Vorder- und auf ihrer Rückseite mit für den nachzuweisenden Anteil permeablen Membranschichten 22, 23 abgeschlossen. Der Hohlraum der Prüfplakette 21 ist mit einer Reaktionslösung 24 gefüllt. In der Seitenrandfläche 25 der Prüfplakette 21 befinden sich elastische Abdichtungen 26, 27, welche als perforierbare Septen beim Einknöpfen der Prüfplakette 21 in entsprechende Halterungen der Meßeinrichtung von nadelförmigen Elektroden 28, 29 perforiert werden. Die Verbindungsleitungen 30, 31 werden in bekannter Weise mit einer konduktometrischen Meßeinrichtung, beispielsweise nach Fig. 1, verbunden. Da die nadelförmigen Elektroden 28, 29 nur an ihren Spitzen mit leitfähigen Abschnitten versehen sind, werden bei genügender Eindringtiefe gleichbleibende Elektrodenübergangswiderstände gegenüber der als Elektrolyt dienenden Reaktionslösung erzielt.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines Meßgases, bei der der nachzuweisende Anteil in einer Reaktionslösung absorbiert wird und bei der aufgrund einer Reaktion zwischen dem Anteil und der Reaktionslösung mit Hilfe von Elektroden in der Reaktionslösung über eine Widerstandsmeßeinrichtung eine Widerstandsänderung der Reaktionslösung als Meßgröße bestimmt wird, wobei das Meßgas über ein für das nachzuweisende Medium durchlässiges, für die Reaktionslösung dichtes Abdichtelement in einen Prüfbehälter eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung (2; 20; 24) in einem in die Meßeinrichtung (7-13) austauschbar einsetzbaren, als Wegwerfteil ausgebildeten Prüfbehälter (1; 14; 21) angeordnet ist, welcher die Elektroden (5, 6; 18, 19; 28, 29) aufnimmt und wenigstens einseitig mit einem für das nachzuweisende Medium durchlässigen, für die Reaktionslösung dichten Abdichtelement (3, 4; 16, 17; 22, 23; 26, 27) abgeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbehälter ein Prüfröhrchen (1; 14) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbehälter als Plakette (21) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbehälter mit an die Meßeinrichtung (7-13) anschließbaren Elektroden (5, 6; 18, 19; 28, 29) versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbehälter (21) wenigstens einseitig ein perforierbares Septum (26, 27) zum Einführen einer mit der Meßeinrichtung verbundenen Elektrode (28, 29) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfröhrchen als Diffusionsröhrchen (1) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffusionsröhrchen (1) beidseitig mit für das nachzuweisende Medium durchlässigen, für die Reaktionslösung dichten Stopfen (3, 4) verschlossen ist und daß die beiden Elektroden (5, 6) in Längsrichtung des Prüfröhrchens (1) im Abstand versetzt liegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfröhrchen (14) zur Zwangsdurchströmung ausgebildet und mit einem Förderanschluß zur Verbindung mit einer Fördereinrichtung (15) für das Meßgas ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfröhrchen (14) beidseitig mit für das Meßgas und das nachzuweisende Medium durchlässigen, für die Reaktionslösung dichten Stopfen (16, 17) abgeschlossen ist und daß in dessen Innenraum die beiden Elektroden (18, 19) senkrecht zur Längsrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfbehälter mit Barcode zum automatischen Einlesen der relevanten Parameterwerte in die Meßeinrichtung versehen ist.
11. Vorrichtung zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines Meßgases, bei der der nachzuweisende Anteil in einer Reaktionslösung absorbiert wird und bei der aufgrund einer Reaktion zwischen dem Anteil und der Reaktionslösung mit Hilfe von Elektroden in der Reaktionslösung über eine Widerstandsmeßeinrichtung eine Widerstandsänderung der Reaktionslösung als Meßgröße bestimmt wird, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung eine Substanz enthält, welche mit dem nachzuweisenden Anteil reagiert und ein Umsetzungsprodukt bildet, das seinerseits durch Reaktion mit der Reaktionslösung die Leitfähigkeit verändert.
12. Vorrichtung zur Messung von gas-, dampf- oder aerosolförmigen Anteilen eines Meßgases, bei der der nachzuweisende Anteil in einer Reaktionslösung absorbiert wird und bei der aufgrund einer Reaktion zwischen dem Anteil und der Reaktionslösung mit Hilfe von Elektroden in der Reaktionslösung über eine Widerstandsmeßeinrichtung eine Widerstandsänderung der Reaktionslösung als Meßgröße bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung eine stark dissoziierte Substanz enthält, welche mit dem nachzuweisenden Anteil eine wenig dissoziierte Verbindung eingeht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz so gewählt ist, daß die wenig dissoziierte Verbindung in der Reaktionslösung im wesentlichen unlöslich ist und ausfällt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz so gewählt ist, daß die wenig dissoziierte Verbindung in der Reaktionslösung löslich bleibt, wobei sich der Anteil der gelösten Ionen ändert.
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