DE1067243B

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Publication number: DE1067243B
Application number: DENDAT1067243D
Authority: DE
Priority date: 1955-10-10
Publication date: 1959-10-15
Also published as: CH352847A; FR1167052A

Description

DEUTSCHES

Die Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen oder Dämpfen spielt in der technischen Betriebskonr trolle physikalisch-chemischer Verfahren eine wesentliche Rolle. Die bekanntesten bei derartigen Bestimmungen verwendeten Kontrollverfahren sind unter anderem die Messung der Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei der Kontrolle von binären Gasmischungen, und die Messung der Absorption einer Gasschicht im sichtbaren oder einem diesen benachbarten Spektralgebiet.

Es sind auch Meßanordnungen bekannt, bei denen mit Hilfe von /?-Strahlen das C : H-Verhältnis von Flüssigkeiten bestimmt oder bei denen mit Hilfe des Ionisationsvermögens von α-Strahlen die Zusammensetzung eines Gases bestimmt wird.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen oder Dämpfen mittels α-Strahlen ist dadurch gekennzeichnet, daß die α-Strahlen nacheinander die zu messende Gasschicht und eine als Vergleichsabsorber dienende Gasschicht durchdringen und schließlich auf einen Detektor für α-Strahlen auftreffen, daß ferner gleichzeitig die Dichte der zu messenden Gasschicht bestimmt wird und daß außerdem der Druck im Vergleichsabsorber oder der Abstand des Detektors von der Quelle der α-Strahlen so gewählt wird, daß, gemäß dem bekannten Zusammenhang zwischen Ionisation bzw. Teilchenzaihl und der von der α-Strahlung durchmessenen Wegstrecke, kleine, in der zu. messenden Gasschioht auftretende Änderungen des Bremsvermögens für α-Strahlen große Änderungen der Ionisation im Vergleichabsorber bzw. große Änderungen der Zahl der α-Teilchen, die in den Detektor eintreten, hervorrufen.

An Hand der Fig. 1 soll die Erfindung zunächst näher erläutert werden. In Fig. 1 ist durch die Kurve 1 die Anzahl der α-Teilchen in Abhängigkeit vom Abstand von der Strahlenquelle dargestellt. Die Kurve 2 ergibt die durch die α-Teilchen hervorgerufene Ionisation als Funktion des Abstandes wieder. Wählt man nun eine der vorstehend genannten Größen, also die Anzahl von α-Teilchen oder die durch die α-Teilchen hervorgerufene Ionisation als Meßgröße bei einem Meßverfahren nach der Erfindung, so ergibt sich bei einer Wahl des Arbeitspunktes entsprechend den Stellen 3, 3' der in Fig. 1 dargestellten Kurven eine empfindliche Nachweismöglichkeit. Infolge der großen Steigung der Tangenten an den Kurven 1, 2 in den Punkten 3, 3' ergeben kleine Änderungen in der Zusammensetzung des zu untersuchenden Gases oder Dampfes, die eine Änderung des Brems Vermögens für die verwendete α-Strahlung zur Folge haben, relativ große Änderungen der gemessenen Teilchenzahl oder Ionisation. Eine besonders empfindliche Nachweis-Meßverfahren zur Bestimmung
der Zusammensetzung von Gasen
oder Dämpfen mittels α-Strahlen

Anmelder:

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz,
München, Pienzenauerstr. 110

Dr. phil. Heinz Maier-Leibnitz, München,
ist als Erfinder genannt worden

methode ergibt sich, wenn als Nachweiseinirichtung eine. Differentialionisationskammer verwendet wird. Eine besonders vorteilhafte Verwendung des Meßverfahrens nach der Erfindung ergibt sich bei der C : Η-Bestimmung von organischen Verbindungen., insbesondere von Kohlenwasserstoffen, da die C- und Η-Atome einen relativ großen Unterschied in der spezifischen Elektronenzahl besitzen. Bei der Kontrolle von Crackprozessen ergibt sich somit eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens, das eine laufende Betriebskontrolle gestattet. Bei einer bevorzugten Durchführung wird die bei der Erfindung verwendete. Anordnung auf einer gegenüber der Umgebung etwas erhöhten, konstanten Temperatur gehalten, womit eine Kondensation von Dämpfen in der Anordnung vermieden wird.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, neben dem Bremsvermögen für α-Strahlen und der Dichte der zu untersuchenden Gase oder Dämpfe von diesen weitere spezifische Meßgrößen zu bestimmen, z. B. den Druck und/oder die Temperatur und/oder eine bestimmte optische Absorption.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren soll im folgenden an Hand der in Fig. 2 und Fig. 3 schematisch dargestellten Durchfüforungsbeispiele näher erläutert

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werden, ohne jedoch die, Erfindung auf die dargestellten Durchfüihrungsbeispiele beschränken zu wollen.

Die von einem α-Strahler IO emittierten α-Teilchen durchsetzen, wie ersichtlich, eine von den zu untersuchenden Gasen oder Dämpfen gebildete Gasschicht 11 sowie einen veränderlichen, ebenfalls durch eine Gässchicht gebildeten Absorber 12 und gelangen dann zu. einer Nachweiseinirichtung für α-Strahlen, im Ausführungsbeispiel einem Zählrohr 13. Die Gasschichten 11 und 12 sind durch thermisch gut isolierende Wände von der Atmosphäre getrennt. An den für den Durchtritt von α-Teilchen vorgesehenen Stellen der Wandungen sind für α-Strahlen durchlässige Folien 5, 6, 7 vorgesehen. Wie aus der Fig, 2 ersichtlich, erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel die Veränderung des Bremsvermögens des Absorbers 12 durch eine Druckänderung. Zu diesem Zweck ist ein zwischen einem nicht dargestellten Gasbehälter und dem veränderlichen Absorber 12 geschalteter Druckregler 16 vorgesehen. Der in der Absorberschicht 12 herrschende Druck wird im Ausführungsbeispiel durch ein Quecksilbermanometer 15 gemessen. Die Einstellung des in der Absorberschicht 12 gewünschten Druckes erfolgt im Ausführungsbeispiel automatisch dadurch, daß Abweichungen von einer vorgegebenen, zweckmäßig von der halben Zählrate von der Nachweiseinrichtung 17 auf einen Regler 18, der eine entsprechende Einstellung des Druckreglers 16 bewirkt, gegeben werden.

Ferner ist, wie ersichtlich, zur Bestimmung der Dichte der zu untersuchenden Gase oder Dämpfe eine Gaswaage 20 vorgesehen. Durch diese Gaswäage werden Dichteveränderungen der zu untersuchenden Gase oder Dämpfe, die vorteilhaft die Anordnung durchströmen, erfaßt. Es ist dabei günstig, eine Einrichtung 21 vorzusehen, durch die die Dichte der Gasschicht 11 beispielsweise mittels eines Ventils 22 auf einem konstanten Wert gehalten wird. In diesem Fall kann die Skala des Quecksilbermanometers 15 für eine bestimmte, konstante Temperatur des Absorbers 12 entsprechend dem jeweils zu untersuchenden Gas geeicht werden, so daß nach Einstellung auf eine bestimmte, vorgegebene Zählrate die Zusammensetzung an der »Druckskala« des Quecksilbermanometers 15 abgelesen werden kann. ■

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer für die Durchführung des erfundenen Verfahrens geeigneten Anordnung dargestellt, bei der das Bremsvermögen der Gasschicht 11 durch eine Veränderung der wirksamen Absorptionslänge des Absorbers 12, der vprteilhafterweise ein konstantes Volumen besitzt, bestimmt wird, wobei der Druck in dem für den Absorber 12 vorgesehenen Raum konstant gehalten wird.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in Fig. 2 und 3 gleiche Teile.

Wie schematisch angedeutet ist, kann die wirksame ;Absorptionslänge des Absorbers 12 mittels einer Vorrichtung 23 verändert werden. Die Wandungen 24 sind dazu derart ausgebildet, daß sie auftretende Längen-'änderungen bei gleichbleibendem Druck des Ab-'sofbers 12. aufnehmen können. Gegebenenfalls wird der für den Absorber 12 vorgesehene Raum mit einem großen, abgeschlossenen Gasgefäß verbunden, so daß ■'etwa auftretende Druckänderurigen vernachlässigbar 'klein bleiben. Das Zählrohr 13 ist im Ausführungs- -beispiel zweckmäßigerweise hängend angeordnet.

Wird nun durch eine Vorrichtung 21 für die Einstellung einer konstanten Dichte der zu untersuchenden Gase ode.r Dämpfe 11 gesorgt, und sind vorteilhaft die Längenskala 27 und die Skala 25 entsprechend ■der Zusammensetzung· der. zu untersuchenden Gase oder Dämpfe geeicht, so kann nach einer durch eine Veränderung des Absorbers 12 bewirkten Einstellung auf eine bestimmte, am Instrument 26 abzulesende Zählrate die Zusammensetzung durch eine einfache Ablesung an den genannten Skalen ermittelt werden. Das vorteilhafterweise konstante Volumen des Absorbers hat dabei zur Folge, daß die Dichte des im Absorber 12 enthaltenen Gases, bezogen auf die Temperatur, konstant bleibt, womit eine von der ίο Temperatur unabhängige Bestimmung der Zusammensetzung der zu untersuchenden Gase oder Dämpfe ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Meßverfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen oder Dämpfen mittels α-Strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die

ao α-Strahlen nacheinander die zu messende Gasschioht und eine als Vergleichsabsorber dienende Gasschicht durchdringen und schließlich auf einen Detektor für α-Strahlen auftreffen, daß ferner gleichzeitig die Dichte der zu messenden Gasschicht bestimmt wird und daß außerdem der Druck im Vergleichsabsorber oder der Abstand des Detektors von der Quelle der α-Strahlen so gewählt wird, daß, gemäß dem bekannten. Zusammenhang zwischen Ionisation bzw. Teilohenzahl und der von der «-Strahlung durchmessenen Wegstrecke, kleine, in der zu messenden Gasschicht auftretende Änderungen des Bremsvermögens für ^; α-Strahlen große Änderungen der Ionisation im Vergleichsabsorber bzw. große Änderungen der Zahl der α-Teilchen, die in den Detektor eintreten, hervorrufen.

2. Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der genannten Gase oder Dämpfe auf einen bestimmten Wert eingestellt wird.

3. Meßverfahren nach Anspruoh 1 oder.2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Vergleichsabsorber bzw. als Meßobjekt dienenden Gasschichten auf einer konstanten, vorzugsweise einer gegen die

⁴S Umgebung etwas erhöhten Temperatur gehalten werden.

4. Meßverfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Gase oder Dämpfe den Meß raum durchströmen.

5. Meßverfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß weitere spezifische Meßgrößen von den zu untersuchenden Gasen oder Dämpfen bestimmt werden.

6. Verwendung des Meßverfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur C: H-Bestimmung bei organischen Verbindungen.

7. Meßverfahren nach Anspruch 1 oder einem

[ . der folgenden, insbesondere zur Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckskala entsprechend der Zusammensetzung der zu bestimmenden Gase oder Dämpfe geeicht wird, so daß durch Einstellung auf eine bestimmte

' vorgegebene Zählrate die Zusammensetzung an der · Druckskala abgelesen werden kann.

8., Meßverfahren, nach Anspruch 1. oder einem

der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Absorbers konstant gehalten wird.

.9. Meßverfahren'nach Anspruch.8, dadurch gekennzeichnet, daß eine entsprechend der Zusam-

mensetzung der zu untersuchenden Gase oder Dämpfe geeichte Längenskala zur Einstellung der Absorptionslänge vorgesehen wird, so daß durch Einstellung auf eine bestimmte Zählrate die Zusammensetzung durch eine Ablesung an der Längenskala ermittelt werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Technische Informationen für Feinmechanik und Optik, Februar 1955: »Beta-Ray H/C Meter« der Central Scientific Comp., Chicago;

»Journal de Physique et Ie Radium«, 12 (1951), S. 64 A.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen