DE2026801C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften eines sich in einem gas- oder dampfförmigen Zustand befindlichen Stoffes - Google Patents

Description

fahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens an Hand von in den Figuren gezeigten AusfUhrungsbeispielen in Aulbau und Wirkungsweise näher erläutert. Dabei zeigt

Fi g. I eine Aufsicht auf eine solche Anordnung,

Fig·2 stellt eine Seitenansicht der Anordnung der Fig. 1 dar, und

Fig.3 zeigt die Darstellung der Fig. I entlang der Linie 3-3 im Schnitt.

In den Figuren ist die in der Hauptsache aus vier Einzelteilen bestehende Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer Hochtemperaturzelle4, aus einem Generator 5, aus einer Röhre 6 zur Vorerhitzung eines Trägergases und aus einer Röhre 7, die ein Schutzgas befördert. Sämtliche dieser Einzelteile sind mil Heizdrähten umwickelt und weisen eine geeignete Isolierschicht auf, die in den Figuren aus Gründen der Klarheit weggelassen worden sind.

Die Zelle 4 weist im wesentlichen eine zylindrische Form auf und ist an ihren beiden finder! durch Platten 8 abgeschlossen, die mit Öffnungen 9 versehen $ind und die in ihrem oberen Teil mit kurvenförmigen Abschnitten 10 versehen sind, woraui weiter unten noch genauer eingegangen wird. Nahe den Abtchlußplatten 8 sind weitere zwei Platten 11 angebracht, und zwar in der Art. daß sich .'wischen den Platten 8 und den Platten 11 und unterhalb jeder der Öffnungen 9 ein gebläseähnlieher, olfener. mundfäriniger Schlitz 12 befindet. Die Schlitze 12 sind mil Teilleitungen 13 der Röhre 7 verbunden. Wird also beispielsweise unter Druck Gas in die Röhre 7 eingeleitet, dann entströmt jedem der Schlitze 12 parallel zu bzw. an dem Fenster bzw. der Öffnung9 vorbei ein gebläseähnlicher Strom.

Oberhalb der Zelle 4 ist eine geeignete, in den Zeichnungen nicht dargestellte Ansauganordnung vorgesehen. Das aus den Schlitzen 12 austretende Gas wird von den bogenförmigen bzw. gekrümmten Teilen 10 Jer Abschlußplatten 8 geführt.

Eine Röhre 14 führt von dem Generators zu der Zelle4. Dem Generators wird aus der Röhre 6 vorerhitztes Trägergas zugeführt. Wie weiter oben schon ausgeführt, sind diese Teile von Heizspulen bedeckt. Diese Heizspulen werden von in Tauchröhren bzw. entsprechenden Behältern 16 eingeführte Thermoelemente und geeignete Thermostaten geregelt.

Bei Inbetriebnahme wird ein Schiffchen 17. welches eine Probe eines beliebigen, zu untersuchenden Materials enthält, in djn Generators eingeführt. Hin Trägergas, beispielsweise Stickstoff, wird in die Röhre 6 eingeführt, und dort vorerhitzt.

Andernfalls kann, falls ein Gas untersucht werden Roll, dieses Gas auch gleich selbst in die Röhre 6 eingeführt werden. Das Gas trägt bzw. befördert das verdampfte Material bzw. in den gasförmigen Zustand übergeführte Matcrialteile aus dem Schiffchen 17 entlang der Röhre 14 in die Zelle 4. von wo uus es in das Schutzgas der Ströme aus den Schlitzen 12 gelangt. Wie weiter oben ausgeführt, kann das Gas für die Ströme ebenfalls vorerhitzt werden. Ein passender. Schutzgas ist beispielsweise Stickstoff.

Die Gasströme dienen einem doppelten Zweck: Einmal verhindern sie, daß heiße und möglicherweise korrodierende Gase in das Spektrometer eindringen, und zweitens entfernen sie die heißen Probegasdämpfe aus dem Lichtpfad, bevor das Probegas abkühlt. Die Einlaßröhie für die Gasstrom»; kann erhitzt sein, und die Gasströme bilden selbst einen integralen Teil der Zelle, so daß in dem Beobochtungspfad keine Kondensation auftreten kann.
Im Betrieb bzw. bei der Anwendung ist die ge-

samte Vorrichtung von Abstandhalten! aus Asbestpappe getragen und befindet sich in einem wassergekühlten Lagergehäuse, das vorzugsweise aus Messing besteht, und welches die vorhandene Auskleidung des Meßprobenabteils in einem kommerziellen Spek-

trometer ersetzt. Es ist so angebracht, daß die Zelle korrekt auf den Meßprobenstrahl ausgerichtet ist bzw. mit diesem fluchtet.

Nickelpapierplatten mit rechteckigen öffnungen, die der Infrarotstrahlgeometrie angepaßr sind, sind in

der Nähe jeder Seitenfläche der Zelle vorgesehen, um die Möglichkeit eines Eindringens von Probegasdämpfen in das Instrument zu verringern.

Bei einem Versuch wurde Zinkchlorid in einem Kieselerdeschiffchen 17 eingebracht und solange er-

²⁽¹ hit7t. bis es trocken war. Der Generators wurde dann t-rhitz¹.. um bei der erwünschten Temperatur die Meßprobe zu verdampfen, v. ;>ei diese Temperatur gleichermaßen in der Röhre 6. in der Röhre 14 und in der Zelle 4 aufrechterhalten wurde. Die Zelle 4 war in einem kommerziellen Infrarotspektrometer liii'erycbrachl.

Noch vor Inbetriebnahme des Spektrometer wurden die Ciasdurchflußwerte für das Trägergas und die Gasströme zu beiden Seiten eingestellt, um ein optimales Spektrum mit minimalem Rauschen zu erzielen. Die normale Zerlegung fand dann bei einer Temperatur von 700 C statt. Das resultierende Spektrum war eine Überlagerung von Absorption und Emission. L'm ein reines Emissionsspektrum zu erhalten, wurde eine Metallblende zwischen die Spektrometerlichtquelle und die Zelle eingeführt. Das reine Absorptionsspektrum wurde dann mittels Subtraktion errechnet. In der Praxis wurde die Zerlegung jedes der ausgelesenen Spektren dn imal durch-

geführt und die Ergebnisse gemittelt. _

Beim Beispiel des Zinkchlorid wurde tatsächlich das starke Absorptionsband, welches sich bei 510 cm"¹ als Zentrum befindet und worauf in der Literatur hingewiesen wird, unter Verwendung des

Verfahrens und der entsprechenden Vorrichtung aufgefunden.

Bei einem anderen Versuch wurden die Absorptions- und Emissionsspektren von Kohlendioxid bestimmt bei Tempera!uren zwischen 25 und XOO C.

In diesem Falle wurde der Generator 5 leer gelassen, und das Kohlendioxid wurde als Gas in die Röhren eingeführt. Die erhaltenen Spektren zeigten eine Feinstruktur, und /war sogar bei so hohen Temperaturen wie HOP C.

Um die Verwendungsfähigkeit der Zelle zur Messung \on flüchtigen reaktiven Flüssigkeiten zu zeigen, wurde das Spektrum von Titan'etrachloriddampf bei Temperaturen zwischen der Umgebungstemperatur und 700 (.' gcnu-sen.

^fio In einer Untersuchung, um die von möglichen Veränderungen der Probcnkonzcntration innerhalb der Zelle herrührenden Rauschschwelle bzw. Rauschebene zu bestimmen, wurde das Meßinstrument i'iif 521 cm ' (die stärkste Absorptionsfrcc,jenz von

Zinkcliloiid) eingestellt, und es erfolgte eine Zerlegung bei dieser festen Frequenz für fünf Minuten. Zu keiner Zeit überschritten die zufälligen Bewegungen des aufzeichnenden Stiftes einen Wert von zwei Pro-

zcnt der vouch Skalenabiciikiing. Die Cieräuschebcne ist somit akzcpticrbar gering.

Die Zelle weist keine ihr selbst innewohnende Wcllenlängenbcschränkiing auf. Die Zelle kann also mit gleichem IZrToIg auch in der Ultraviolcltspektromctric verwendet werden. Ihre Fähigkeit zur Verwendung in hohen Temperaturen ist lediglich bc-

grenzt durch die konstruktiv verwendeten Materialien und die Isolierung. Masse oder korrodierende Proben können ebenfalls verwendet werden. Die Zelle kann in kommerziellen Standardspektrometern verwendet werden, die Zellenlängc ist so zu wählen, drtl.'i die Zolle für das gewählte Instrument geeignet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

X 2 einem Fenster fttr den Eintritt bzw. Austritt einer Patentansprüche: elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und p bei der das Fenster als offene, unverschlossene ötf-

1. Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaf- nungen ausgebildet sind, durch welche ein Gas nieten eines sich in einem gas- oder dampfförmigen 5 ßen kann. . „ .
Zustand befindlichen Stoffes, bei dem der Stoff Eine solche Vorrichtung ^IS»^annt aus der Zeitkontinuierlich in einen mindestens eine öffnung schrift »Spectrochimica Acta, 2JB, j Joe«, s./ia ms aufweisenden Hohlraum eingeführt und die durch 217. Diese Druckschrift zeigt in Fig. 1 auf *>· <f »& eme die öffnung emittierte elektromagnetische Stroh- Argonkammer mit einer Graphitküvette, die onne lung untersucht wird, dadurch gekenn- w Fenster betrieben wird, um eine Kondensation des zeichnet, daß ein inertes Gas in Form eines Probendampfs im Strahlengang zu vermeiden. Durch Vorhanges über die öffnung geführt wird. die Kammer wird ein schwacher Argonstrom geleitet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Allgemein kann davon ausgegangen werden, dall kennzeichnet, daß das inerte Gas erhitzt wird. es zwei Arten von auf dem Gebiet der Spektrometrie

3. Vorrichtung zur Durchführung des Vertan- 15 verwendete Hochtemperaturzellen gibt, wobei die errens nach Anspruch 1 oder 2, bei der ein gc- ste Art einer solchen Zelle einheitlich über ihre geschlossener Hohlkörper mit mindestens einem samte Länge erhitzt und die den Durchsatz einer Fenster für den Eintritt bzw. Austritt einer elek- elektromagnetischen Strahlung durch die Zeile ermogtromagnetischen Strahlung vorgesehen ist, und lichenden Fenster aus einem festen Material nergebei der das Fenster als offene, unverschlossene 20 stellt sind, welches für die in Frage kommenae jtran-Öffnung ausgebiJu-it ist, durch welche ein Gas lung transparent ist. Die Temperatur, auf welche eine fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß Blas- solche Zelle erhitzt werden kann, ist bestimmt von vorrichtungen (12) zur Erzeugung eines benach- der Temperatur, die die Fenster aushalten können bart und parallel zu dor Ebene der zugehörigen bzw. von der Temperatur, bis zu welcher die Fenster öffnung (9) strömenden Vorhanges aus inertem 25 eine ausreichende Transparenz aufweisen. Es ergibt Gas vorgesehen sind, so daß die Zelle (4) abge- sich hier ein oberer Grenzwert von etwa 350 C.
dichtet ist. Eine weitere in ihrer Art bekannte Hochtempera-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- turzelle ist langgestreckt ausgeführt mit Fenstern an kennzeichnet, daß die Zelle (4) mit zwei sich ue- jedem Ende, wobei jedoch nur dein Zentrum der genüberiiegenden Fenstern versehen ist und daß 30 Zelle Hitze zugeführt und die Fensterenden auf einer die Blasvorrichtui^en (12) an jedem Fenster zur geeigneten geringeren Temperatur gehalten werden, Erzeugung eines Gasvorhanges vorgesehen sind. die von den festen Fenstermaterialien bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch -,. dadurch ge- Als Nachteil ergibt sich hierbei, daß über die Länge kennzeichnet, daß die Zelle (4) zw i entgegenge- der Zelle gesehen ein Temperaturgradient existiert, setzte, flache und mit der öffnung (9) versehene 35 und daß die in Verbindung mit einer solchen Zehe Endteile (8) aufweist, daß unterhalb der Öffnung verwendeten optischen Systeme wesentlich kompli-

(9) die Blasvorrichtung (12) in Form eines Schiit- zierter aufgebaut sein müssen als bei der ersten Art zes vorgesehen ist, und daß Zuleitanordnungen einer Hochtemperaturzelle.

(13,7, 11) zum Einleiten eines Gases in jeden Ausgehend von den bekannten Verfahren und

Schlitz unter Druck vorgesehen sind. 40 Vorrichtungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- dung, ein besonders einfaches und nicht durch Tcmkennzeichnet, daß jedes Endteil (8) der Zelle (4) peraturgienzen eingeschränktes Verfahren zur Bcoberhalb der Öffnung (9) einen abgebogenen Teil Stimmung von gas- oder dampfförmigen Stoffen zu

(10) aufweist, um einen konvergierenden Gasfluß schaffen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung oberhalb des Zellenzentrums zu erreichen. 45 des Verfahrens.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von dem eingangs genannten Verfahren. Sie besteht

erfindungsgemäß darin, daß ein inertes Gas in Form

eines Vorhanges über die Öffnung geführt wird.
50 Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Blasvorrichtungen zur Erzeugung eines benachbart Bestimmung von Eigenschaften eines sich in einem und parallel zu der Ebene der zugehörigen Öffnung gas- oder dampfförmigen Zustand befindlichen Stof- strömenden Vorhanges aus inertem Gas vorgesehen fes, bei dem der Stoff kontinuierlich in einen minde- 55 sind, so daß die Zelle abgedichtet ist.
stens eine Öffnung aufweisenden Hohlraum cingc- Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere, daß

führt und die durch die öffnung emittierte clektro- Untersuchungen auch bei sehr hohen Temperaturen magnetische Strahlung untersucht wird. mit entsprechender Präzision durchgeführt werden

Ein solches Verfahren ist bekannt aus der USA.- können, da die Öffnungen der Zelle von einem iner-Patentschrift 2 878 388. In diesem Fall sind jedoch 60 ten Luftstrom abgedichtet werden, so daß das Meßdie öffnungen des Hohlraums über geeignete Dich- gas im wesentlichen innerhalb der Zelle verbleibt, die tungen abgedichtet, und ein dünner Film eines stark verwendete Meßstrahlung, beispielsweise eine Infrareflckticrenden Materials, beispielsweise Aluminium, rotstrahlung, jedoch ungehindert durch die Zelle hinist über die öffnungen gelegt. Der Meßstrahl läuft durch und zur Aufnahmeapparatur gelangen kann,
durch den Film hindurch. (^ Weitere Ausgestaltungen dc>· Erfindung sind Ge-

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vor- gcns,and der Unteransprüchc und in diesen niedergerichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei legt,
der ein geschlossener Hohlkörper mit mindestens Im folgenden werden das erfindungsgemäße Vcr-