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DE102008006208A1 - Vorrichtung für die Gasanalyse - Google Patents

Vorrichtung für die Gasanalyse Download PDF

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DE102008006208A1
DE102008006208A1 DE102008006208A DE102008006208A DE102008006208A1 DE 102008006208 A1 DE102008006208 A1 DE 102008006208A1 DE 102008006208 A DE102008006208 A DE 102008006208A DE 102008006208 A DE102008006208 A DE 102008006208A DE 102008006208 A1 DE102008006208 A1 DE 102008006208A1
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Stefan Dr. Zimmermann
Sebastian Barth
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Draeger Safety AG and Co KGaA
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Draeger Safety AG and Co KGaA
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622Ion mobility spectrometry

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Abstract

Eine Vorrichtung für die Gasanalyse mit einem Trägerkreislauf (5), der eine Analyseeinheit (2) mit einer Dosiereinheit (6) verbindet, weist innerhalb der Dosiereinheit (6) variierbare Strömungswiderstände (R1, R2, R3) auf, mit denen ein variierbares Verdünnungsverhältnis von Trägergasstrom zu Probengasstrom einstellbar ist. Durch die Reduktion von die Nachweisbarkeit von bestimmten Substanzen störenden Komponenten im Probengasstrom kann die Nachweisbarkeit der Substanzen verbessert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Gasanalyse mit:
    • – einer Dosiereinheit mit einem Probengasauslass und einem Probengaseinlass, in den ein zu untersuchendes Probengas einspeisbar ist,
    • – einer Analyseeinheit, in der das Probengas analysierbar ist, und mit
    • – einem Trägergaskreislauf, der von einem Trägergasauslass der Dosiereinheit zu einem Trägergaseinlass der Analyseeinheit und von einem Trägergasauslass der Analyseeinheit zu einem Trägergaseinlass der Dosiereinheit führt.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 102 28 912 C1 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich um ein Ionenmobilitätsspektrometer, dessen Analyseeinheit von einer Spektrometerzelle gebildet ist, die über einen Trägergaskreislauf mit einem als Dosiereinheit dienenden Mehrventilblock verbunden ist.
  • Ionenmobilitätsspektrometer dienen zur schnellen Detektion kleinster Konzentrationen gasförmiger Substanzen in Luft. Insbesondere für die Detektion von Explosivstoffen, Drogen, chemischen Kampfstoffen und toxischen Industriegasen werden Ionenmobilitätsspektrometer eingesetzt. Typischerweise umfasst die Spektrometerzelle eines Ionenmobilitätsspektrometers eine Ionisationskammer und eine Driftkammer, in der der Detektor angeordnet ist. Üblicherweise wird das zu untersuchende Gas zunächst in der Ionisationskammer ionisiert. Dabei werden zunächst sogenannte Reaktantionen gebildet, die mit den Analyten zu Analytionen reagieren. Die Analytionen gelangen schließlich über ein Injektionsgitter in eine Driftkammer und driften anschließend durch die Driftkammer, wo die ionisierten Komponenten des zu untersuchenden Gases je nach Beweglichkeit räumlich separiert werden. Indem die Analytionen des zu untersuchenden Gases in räumlicher oder zeitlicher Hinsicht aufgelöst detektiert werden, können verschiedene Analyten im zu untersuchenden Gas bestimmt werden. Wesentlich für die Empfindlichkeit eines Ionenmobilitätsspektrometers ist die in der Ionisierungs kammer stattfindende Ionisierung des zu untersuchenden Gases. Zur Ionisation werden üblicherweise radioaktive Beta-Strahler verwendet, die eine weiche Ionisation ohne Fragmentierung des zu untersuchenden Gases ermöglichen. Die Ionisation erfolgt dabei nicht direkt, sondern durch komplexe chemische Reaktionen in der Gasphase. Trotz zahlreicher Untersuchungen sind die bei der Ionisierung ablaufenden chemischen Reaktionen nicht vollständig verstanden.
  • Aus SPANGLER, G. E.; CARRICO, J. P.: Membrane inlet for ion mobility spectrometry (Plasma Chromatography), International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics, 52 (1983), S. 267–287 ist beispielsweise bekannt, dass die Zusammensetzung des Probengases einen erheblichen Einfluss auf die Empfindlichkeit des Ionenmobilitätsspektrometers bezüglich der nachzuweisenden Analyten des Probengases aufweist. Insbesondere die im Probengas enthaltene Feuchte hat erheblichen Einfluss auf den Bildungsprozess der Analytionen. Bereits bei geringen Feuchten kommt es bei einer Vielzahl von Substanzen zu einer erheblichen Abnahme der Ionisationsrate und zu einer stark reduzierten Nachweisempfindlichkeit. Um Abhilfe zu schaffen, sind von den Autoren der genannten Veröffentlichung verschiedene Einlasssysteme untersucht worden, bei denen das Probengas eine Membran passieren muss, um in die Ionisierungskammer zu gelangen. Durch derartige Membranen lässt sich die Zusammensetzung des Probengases beeinflussen, insbesondere die Feuchte im Ionenmobilitätsspektrometer reduzieren. Dafür sind jedoch verlängerte Antwortzeiten des Ionenmobilitätsspektrometers in Kauf zu nehmen, da die Antwortzeit eines Ionenmobilitätsspektrometers von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der Stofftransport von der Messstelle zum Detektor stattfindet. Bei der Verwendung von Membranen in den Einlasssystemen ist der Stofftransport durch die Membran zeitbestimmend. Für kleine Antwortzeiten sind sehr dünne Membranen erforderlich, die eine geeignete Aufnahmevorrichtung einschließlich Membranheizung benötigen. Durch die Verwendung von Membranen erhöht sich daher der instrumentelle Aufwand im Vergleich zu einem direkten Einlasssystem ohne Membranen. Außerdem sind nicht ebenso kurze Antwort- und Abklingzeiten wie bei einem Einlasssystem ohne Membran möglich.
  • Aus der US 4,311,669 ist ein Ionenmobilitätsspektrometer mit Membraneinlass bekannt.
  • Weitere Ionenmobilitätsspektrometer sind aus der US 5,047,723 , der WO 94/16320 A1 , DE 10 2005 007 746 A1 , der DE 10 2005 031 048 A1 sowie der US 6,495,823 B1 und der US 6,815,668 B2 bekannt.
  • Ein Elektroneneinfangdetektor für die Gaschromatographie geht aus der DE 196 27 620 C1 hervor.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Gasanalyse zu schaffen, die auch bei der Anwesenheit störender Komponenten im Probengas zuverlässig arbeitet.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
  • Die Vorrichtung für die Gasanalyse weist eine Dosiereinheit auf, die einen Probengaseinlass, einen Probengasauslass, einen Trägergaseinlass und einen Trägergasauslass aufweist. Ferner sind zwischen Trägergaseinlass und Trägergasauslass ein Durchströmwiderstand und zwischen Trägergaseinlass und Probengasauslass ein Ausströmwiderstand sowie zwischen Probengaseinlass und Trägergasauslass ein Einströmwiderstand ausgebildet. Ferner kann die Dosiereinheit in einem Verdünnungsbetrieb betrieben werden, in dem ein Verdünnungsverhältnis vom Durchströmwiderstand zur Summe von Einströmwiderstand, Durchströmwiderstand und Ausströmwiderstand einen von Null verschiedenen endlichen Wert annimmt. Aufgrund des Verdünnungsverhältnisses werden störende Komponenten des Probengases ebenso wie zu detektierende Komponenten des Probengases verdünnt. Wenn durch die Verdünnung die Beeinträchtigung durch die störenden Komponenten wesentlich stärker reduziert wird als die Empfindlichkeit auf die zu detektierenden Komponenten des Probengases, führt die Verminderung der störenden Komponente trotz gleichzeitiger Abnahme der Konzentration der zu detektierenden Komponenten insgesamt zu einer Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bezüglich der zu detektierenden Komponenten. Dabei müssen keine Verzögerungen hinsichtlich der Antwortzeiten in Kauf genommen werden, da die Diffusion durch eine Membran entfällt. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung ist schließlich, dass das Verdünnungsverhältnis an die aktuelle Konzentration störender Komponenten im Probengas angepasst werden kann. Dadurch kann die Vorrichtung jeweils in einem optimierten Betriebszustand betrieben werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist in dem Trägergaskreislauf in Strömungsrichtung hinter der Analyseeinheit ein Filter angeordnet, durch den Störkomponenten des im Trägergaskreislauf strömenden Gases, die die Nachweisbarkeit von zu erfassenden Substanzen beeinträchtigen, ausfilterbar sind. Das am Trägergaseinlass der Dosiereinheit eintreffende Trägergas weist daher lediglich eine geringe Konzentration an Störkomponenten auf, so dass es zur Verdünnung des am Probengaseinlass eintretenden Probengases geeignet ist.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Gassensor für Störkomponenten auf, dessen Störkomponentensignal dazu verwendet wird, das Verdünnungsverhältnis in Abhängigkeit von der Konzentration an Störkomponenten einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, das Verdünnungsverhältnis hinsichtlich der Konzentration an Störkomponenten zu optimieren.
  • Daneben ist es möglich, mithilfe der Analyseeinheit die Reaktantionen zu erfassen und das Verdünnungsverhältnis in Abhängigkeit von der Konzentration der Reaktantionen einzustellen. Da eine hohe Konzentration von Reaktantionen darauf hindeutet, dass geeignete Substanzen zur Bildung von Analytionen fehlen, kann anhand der Konzentration der Reaktantionen das Verdünnungsverhältnis optimiert werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verdünnungsverhältnis in Abhängigkeit von der mithilfe der Analyseeinheit erfassten Konzentration einer nachzuweisenden Komponente des Probengases eingestellt. Auch auf diese Weise lässt sich die Empfindlichkeit der Vorrichtung für die Gasanalyse im Hinblick auf eine nachzuweisende Komponente des Probengases optimieren.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dosiereinheit zwischen dem Verdünnungsbetrieb und einem direkten Einströmbetrieb umschaltbar. Im Einströmbetrieb übersteigt das Verdünnungsverhältnis das Verdünnungsverhältnis, das im Verdünnungsbetrieb verwendet wird. Im Einströmbetrieb können dann Komponenten des Probengases mit hoher Empfindlichkeit detektiert werden, deren Nachweis durch die Anwesenheit von Störkomponenten nicht beeinträchtigt wird. Im Verdünnungsbetrieb können dagegen Komponenten des Probengases bestimmt werden, deren Nachweis durch die Anwesenheit von Störkomponenten erheblich beeinträchtigt wird.
  • Aufgrund der Abhängigkeit des Spektrums vom Verdünnungsverhältnis ist durch eine Variation der Verdünnung eine Signalauswertung unter Berücksichtigung der Verdünnung als zusätzlicher Parameter möglich. Hierdurch steigt der Informationsgehalt, so dass sich die Selektivität erhöht.
  • Schließlich ist es möglich, die Vorrichtung für die Gasanalyse mit einer weiteren Vorrichtung für die Gasanalyse zu kombinieren, die kontinuierlich im direkten Einströmbetrieb arbeitet. Auf diese Weise lassen sich einerseits Komponenten, deren Nachweisbarkeit nicht durch die Anwesenheit von Störkomponenten beeinträchtigt ist, mit größtmöglicher Empfindlichkeit nachweisen. Andererseits lassen sich zu erfassende Komponenten im Probengas, deren Nachweisbarkeit von der Anwesenheit von Störkomponenten beeinträchtigt ist, zumindest mit optimierter Empfindlichkeit nachweisen.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Vorrichtung für die Gasanalyse um ein Ionenmobilitätsspektrometer, deren Analyseeinheit eine Ionisierungskammer zur Ionisierung der nachzuweisenden Komponenten im Probengas und eine Trennkammer aufweist, in der die geladenen Komponenten des Probengases nach Beweglichkeit in räumlicher Hinsicht separiert und von einem in der Trennkammer angeordneten Detektor erfasst werden.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert werden. Es zeigen:
  • 1 ein Ionenmobilitätsspektrometer, das zum Einspeisen von Probengas mit einer Dosiereinheit versehen ist, mit der sich der Probengasstrom verdünnen lässt;
  • 2 eine Vorrichtung zur Gasanalyse, die ein Ionenmobilitätsspektrometer mit direktem Probengaseinlass und ein weiteres Spektrometer mit einer der Verdünnung dienenden Dosiereinheit umfasst;
  • 3 ein Ionenmobilitätsspektrometer, das im Trägergasstrom einen Feuchtesensor aufweist, mit dem das von der Dosiereinheit eingestellte Verdünnungsverhältnis einstellbar ist; und
  • 4 ein weiteres Ionenmobilitätsspektrometer, bei dem das Verdünnungsverhältnis der Dosiereinheit in Abhängigkeit vom Detektorsignal eingestellt wird.
  • 1 zeigt ein Ionenmobilitätsspektrometer 1, das eine Spektrometereinheit 2 aufweist, in der in der Regel eine Ionisierungskammer und ein mit einem Detektor versehene Trennkammer ausgebildet sind. Die Spektrometereinheit 2 verfügt ferner über einen Trägergaseinlass 3 und einen Trägergasauslass 4. Über den Trägergaseinlass 3 und den Trägergasauslass 4 ist die Spektrometereinheit 2 an einen Trägergaskreislauf 5 angeschlossen, über den die Spektrometereinheit 2 an eine Dosiereinheit 6 angeschlossen ist. Die Dosiereinheit 6 wiederum verfügt über einen Trägergasauslass 7, der mit dem Trägergaseinlass 3 der Spektrometereinheit 2 verbunden ist. Ein weiterer Trägergaseinlass 8 der Dosiereinheit 6 ist mit dem Trägergasauslass 4 der Spektrometereinheit 2 verbunden. Zwischen dem Trägergasauslass 4 der Spektrometereinheit 2 und dem Trägergaseinlass 8 ist im Trägergaskreislauf 5 eine Pumpe 9 und ein Filter 10 angeordnet.
  • Zum Einspeisen eines Probengases ist an der Dosiereinheit 6 ein Probengaseinlass 11 vorgesehen. Außerdem verfügt die Dosiereinheit 6 über einen Probengasauslass 12. Im Inneren der Dosiereinheit 6 ist mithilfe von einstellbaren Ventilen ein Ausströmwiderstand R1 zwischen dem Trägergaseinlass 8 und dem Probengasauslass 12 ausgebildet. Zwischen dem Trägergaseinlass 8 und Trägergasauslass 7 ist ein ebenfalls mithilfe von Ventilen bewerkstelligter Durchströmwiderstand R2 vorhanden. Zwischen dem Probengaseinlass 11 und dem Trägergasauslass 7 befindet sich schließlich ein Einströmwiderstand R3. Der Ausströmwiderstand R1, der Durchströmwiderstand R2 und der Einströmwiderstand R3 können stufenweise oder stufenlos variierbar sein. Die Funktionsweise des Dosiersystems ist auch für die Sonderfälle R1 gleich Null oder R3 gleich Null, also den Wegfall einer der beiden Strömungswiderstände R1 oder R3 ohne Einschränkung gewährleistet.
  • Das zu untersuchende Probengas wird durch einen aufgrund der Einstellung des Ausströmwiderstands R1, des Durchströmwiderstands R2 und des Einströmwiderstands R3 sowie die Wirkung der Pumpe 9 entstehenden Unterdruck gegenüber der Umgebung durch den Probengaseinlass 11 in das Ionenmobilitätsspektrometer 1 eingesaugt, während die gleiche Menge Trägergas durch den Probengasauslass 12 aus dem Trägergaskreislauf 5 ausströmt. Durch das über den Durchströmwiderstand R2 strömende Trägergas wird das einströmende Probengas verdünnt. Das Verdünnungsverhältnis der in das Ionenmobilitätsspektrometer 1 einströmenden Probengasmenge VS zur Fördermenge VP der Pumpe 9 ist dabei gegeben durch:
    Figure 00070001
  • Das aus dem Trägergasauslass 7 ausströmende Trägergas, das das verdünnte Probengas enthält, gelangt über den Trägergaseinlass 3 in die Spektrometereinheit 2. Die im Probengas in Spuren vorhandenen Substanzen werden in der Spektrometereinheit 2 nachgewiesen. Das aus der Spektrometereinheit 2 ausströmende Trägergas wird über die Pumpe 9 dem Filter 10 zugeführt, wo zumindest störende Komponenten des Trägergases entfernt werden. Hinter dem Filter 10 entspricht die Zusammensetzung des Gasstroms der Zusammensetzung des Trägergases, das zur Verdünnung des Probengases verwendet wird. Wenn beispielsweise das Trägergas keine Feuchtigkeit enthält und das Probengas Wasser mit sich führt, kann dieses Wasser im Filter 10 entfernt werden. Wenn am Probengaseinlass 11 Umgebungsluft eingesaugt wird, kann die Zusammensetzung des Trägergases gleich der Zusammensetzung von trockener Umgebungsluft sein, während die Zusammensetzung des Probengases der Zusammensetzung der Umgebungsluft einschließlich Feuchte entspricht.
  • Durch die in der Dosiereinheit 6 erfolgende Verdünnung des Probengases durch das trockene Trägergas weist das aus dem Trägergasauslass 7 der Dosiereinheit 6 ausströmende Gasgemisch eine reduzierte Feuchte auf. In dem Maß, in dem die Feuchte in dem aus dem Trägergasauslass 7 ausströmenden Gasgemisch reduziert ist, ist auch die Konzentration der nachzuweisenden Substanzen reduziert. Aufgrund der bei der Anwesenheit von Feuchte vorhandenen erheblichen Abnahme der Empfindlichkeit bei bestimmten Substanzen kann eine Verminderung der Feuchte durch Verdünnung trotz der gleichzeitigen Abnahme der Konzentration der nachzuweisenden Substanzen insgesamt zu einer Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bezüglich dieser Substanzen führen.
  • Für Substanzen, die sich auch bei der Anwesenheit von Feuchte direkt messen lassen, ist das Ionenmobilitätsspektrometer 1 nicht optimal, da die Verdünnung der Substanzen zu einer entsprechenden Abnahme der Nachweisempfindlichkeit führt. Daher kann bei dem Ionenmobilitätsspektrometer 1 das Verdünnungsverhältnis variierbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Ionenmobilitätsspektrometer 1 zeitlich nacheinander in einem Verdünnungsbetrieb und einem direktem Einströmbetrieb betrieben werden. Bei direktem Einströmbetrieb ist der Durchströmwiderstand R2 wesentlich größer als die Summe von Ausströmwiderstand R1 und der Einströmwiderstand R3. In diesem Fall liegt das Verdünnungsverhältnis im Bereich von 1. In diesem Betriebszustand können dann die Substanzen, die sich auch bei Anwesenheit von Feuchte direkt messen lassen, mit hoher Nachweisempfindlichkeit erfasst werden. Anschließend kann wieder in den Verdünnungsbetrieb umgeschaltet werden, in dem das Verdünnungsverhältnis Werte oberhalb von 10 und in einigen Fällen auch oberhalb von 100 oder oberhalb von 1000 annimmt. Dabei ist nicht unbedingt erforderlich, dass sowohl der Aus strömwiderstand R1, der Durchströmwiderstand R2 und der Einströmwiderstand R3 variabel ausgebildet sind. Es kann ausreichend sein, lediglich einen der Strömungswiderstände variabel zu gestalten.
  • In 2 ist ein weiteres Ionenmobilitätsspektrometer 13 dargestellt, das neben der Spektrometereinheit 2 eine weitere Spektrometereinheit 14 aufweist, die an eine Probengasleitung 15 angeschlossen ist. Insbesondere ist ein direkter Probengaseinlass 16 des Ionenmobilitätsspektrometers 13 unmittelbar mit einem Probengaseinlass 17 der weiteren Spektrometereinheit 14 verbunden und ein Probengasauslass 18 der Spektrometereinheit 14 ist über eine Pumpe 19 mit einem Probengasauslass 20 des Ionenmobilitätsspektrometers 13 verbunden. Das Ionenmobilitätsspektrometer ermöglicht die gleichzeitige Messung von Substanzen mit starker Abhängigkeit der Nachweisgrenze von der Feuchte und Substanzen, die sich auch bei Anwesenheit von Feuchte nachweisen lassen.
  • Die durch die Feuchte hervorgerufene starke Abnahme der Nachweisempfindlichkeit bestimmter Substanzen kann vorteilhaft sein, wenn diese Substanzen nicht gemessen werden sollen, aber zu unerwünschter Querempfindlichkeit führen. Das Ionenmobilitätsspektrometer 13 ermöglicht am direkten Probengaseinlass 16 eine selektive Messung von feuchteunempfindlichen Gasen, während am Probengaseinlass 11 auch feuchteempfindliche Substanzen erfasst werden können. Aufgrund der Selektivität der Spektrometereinheit 2 und 14 wird die Identifizierung der Substanzen im Ionenmobilitätsspektrometer 13 erleichtert, da aufgrund der Selektivität nur jeweils bestimmte Substanzen für den Nachweis durch die jeweilige Spektrometereinheit 2 oder 14 infrage kommen. Insofern weist das Ionenmobilitätsspektrometer 13 eine höhere Selektivität auf als das Ionenmobilitätsspektrometer 1 mit festem Verdünnungsverhältnis. Wenn sich das Verdünnungsverhältnis beim Ionenmobilitätsspektrometer 1 variieren lässt, weist das Ionenmobilitätsspektrometer 1 dagegen eine dem Ionenmobilitätsspektrometer 13 vergleichbare Selektivität auf.
  • In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ionenmobilitätsspektrometers 21 dargestellt, dessen Trägergaskreislauf 5 vor der Spektrometereinheit 2 mit einem Feuchtesensor 22 versehen ist. Der Feuchtesensor 22 ermöglicht eine von der im Trägergaskreislauf 5 gemessenen Feuchte abhängige Regelung des Ausströmwiderstands R1, des Durchströmwiderstands R2 und des Einströmwiderstands R3, insbesondere des Verdünnungsverhältnisses zur Einstellung einer von den Umgebungsbedingungen unabhängigen konstanten Feuchte im Trägergaskreislauf 5. Es sei angemerkt, dass sich der Feuchtesensor 22 nicht unbedingt im Trägergaskreislauf 5 befinden muss. Eine günstige Ausführung ist die Platzierung des Feuchtesensors 22 am Probengaseinlass 11 oder einer anderen Stelle, an der der Feuchtesensor 22 mit dem Probengas in Berührung kommt.
  • In 4 ist ein weiteres Ionenmobilitätsspektrometer 23 dargestellt, bei dem die Regelung des Ausströmwiderstands R1, des Durchströmwiderstands R2 und des Einströmwiderstands R3, insbesondere des Verdünnungsverhältnisses in Abhängigkeit von Messsignalen erfolgt, die von der Spektrometereinheit 2 geliefert werden. Eine starke Abnahme der Höhe der Reaktantionenlinien deutet beispielsweise auf eine sehr hohe Konzentration eines oder mehrerer nachzuweisender Substanzen hin. Eine daraufhin folgende Erhöhung des Verdünnungsverhältnisses verhindert in dieser Lage die ansonsten auftretende Überladung oder Kontamination des Ionenmobilitätsspektrometers 23 durch eine zu hohe Konzentration an nachzuweisenden Substanzen. Die Steuerung der Dosiereinheit 6 mithilfe von Messsignalen der Spektrometereinheit 2 kann weiterhin dazu verwendet werden, die Empfindlichkeit des Ionenmobilitätsspektrometers 23 bezüglich einer oder mehreren der Substanzen zu optimieren, indem die Höhe von den Substanzen zugeordneten Spektrallinien durch Veränderung des Verdünnungsverhältnisses auf ein Maximum geregelt wird. Dadurch wird für feuchteempfindliche Substanzen der im Hinblick auf die Verdünnung und Feuchteempfindlichkeit optimale Arbeitspunkt des Ionenmobilitätsspektrometers 23 eingestellt.
  • Es sei angemerkt, dass das hier beschriebene Konzept für alle Arten von für die Gasanalyse vorgesehenen Vorrichtungen, insbesondere für Vorrichtungen für die Gasanalyse mit geladenen Analyten verwendet werden kann. Insbesondere eignet sich das hier beschriebene Konzept für alle Arten von Ionenmobilitätsspektrometern oder Elektroneneinfangdetektoren für die Gaschromatographie.
  • Ferner sei angemerkt, dass die Dosiereinheit 6 mit der Spektrometereinheit 2 eine Baueinheit bilden kann, in der der Trägergasauslass 7 mit dem Trägergaseinlass 3 und der Trägergasauslass 4 mit dem Trägergaseinlass 8 zusammenfällt.
  • Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass Merkmale und Eigenschaften, die im Zusammenhang mit einem bestimmten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, auch mit einem anderen Ausführungsbeispiel kombiniert werden können, außer wenn dies aus Gründen der Kompatibilität ausgeschlossen ist.
  • Schließlich wird noch darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung der Singular den Plural einschließt, außer wenn sich aus dem Zusammenhang etwas anderes ergibt. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist sowohl der Singular als auch der Plural gemeint.
  • 1
    Ionenmobilitätsspektrometer
    2
    Spektrometereinheit
    3
    Trägergaseinlass
    4
    Trägergasauslass
    5
    Trägergaskreislauf
    6
    Dosiereinheit
    7
    Trägergasauslass
    8
    Trägergaseinlass
    9
    Pumpe
    10
    Filter
    11
    Probengaseinlass
    12
    Probengasauslass
    13
    Ionenmobilitätsspektrometer
    14
    Spektrometereinheit
    15
    Probengasleitung
    16
    Probengaseinlass
    17
    Probengaseinlass
    18
    Probengasauslass
    19
    Pumpe
    20
    Probengasauslass
    21
    Ionenmobilitätsspektrometer
    22
    Feuchtesensor
    23
    Ionenmobilitätsspektrometer
    R1
    Ausströmwiderstand
    R2
    Durchströmwiderstand
    R3
    Einströmwiderstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10228912 C1 [0002]
    • - US 4311669 [0005]
    • - US 5047723 [0006]
    • - WO 94/16320 A1 [0006]
    • - DE 102005007746 A1 [0006]
    • - DE 102005031048 A1 [0006]
    • - US 6495823 B1 [0006]
    • - US 6815668 B2 [0006]
    • - DE 19627620 C1 [0007]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - SPANGLER, G. E.; CARRICO, J. P.: Membrane inlet for ion mobility spectrometry (Plasma Chromatography), International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics, 52 (1983), S. 267–287 [0004]

Claims (16)

  1. Vorrichtung für die Gasanalyse mit: – einer Dosiereinheit (6), die über einem Probengasauslass (12) und einem Probengaseinlass (11) verfügt, in dem ein zu untersuchendes Probengas einspeisbar ist, – einer Analyseeinheit (2), in der das Probengas analysierbar ist, und mit – einem Trägergaskreislauf (5), der von einem Trägergasauslass (7) der Dosiereinheit (6) zu einem Trägergaseinlass (3) der Analyseeinheit (2) und von einem Trägergasauslass (4) der Analyseeinheit (2) zu einem Trägergaseinlass (8) der Dosiereinheit (6) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (6) zwischen Trägergaseinlass (8) und Trägergasauslass (7) einen Durchströmwiderstand (R2), zwischen Trägergaseinlass (8) und Probengasauslass (12) einen Ausströmwiderstand (R1) und zwischen Probengaseinlass (11) und Trägergasauslass (7) einen Einströmwiderstand (R3) aufweist und dass die Dosiereinheit (6) in einem Verdünnungsbetrieb betreibbar ist, in dem ein Verdünnungsverhältnis von Durchströmwiderstand (R2) zur Summe von Ausströmwiderstand (R1), Durchströmwiderstand (R2) und Einströmwiderstand (R3) einen von Null verschiedenen endlichen Wert annimmt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmwiderstand (R1), der Durchströmwiderstand (R2) und der Einströmwiderstand (R3) stufenweise oder stufenlos variierbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägergaskreislauf (5) in Strömungsrichtung hinter der Analyseeinheit ein Filter (10) angeordnet ist, durch das Störkomponenten des im Trägergaskreislauf (5) strömenden Gases, die die Nachweisbarkeit von zu erfassenden Substanzen beeinträchtigen, ausfilterbar sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägergaskreislauf (5) ein die Konzentration von Störkomponenten erfassender Gassensor (22) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Probengaseinlass (11) ein die Konzentration von Störkomponenten erfassender Gassensor (22) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Konzentration von Störkomponenten im Probengas erfassender Gassensor (22) vorhanden ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (6) mit einem vom Gassensor (22) gelieferten Störkomponentensignal beaufschlagt ist, das die Konzentration der Störkomponente anzeigt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Störkomponente in Abhängigkeit vom Störkomponentensignal des Gassensors (22) auf einen konstanten Wert geregelt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (6) mit einem Reaktantionensignal der Analyseeinheit (2) beaufschlagt ist, das die Konzentration von Reaktantionen erfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der nachzuweisenden Substanz im Trägergaskreislauf (5) anhand des Reaktantionensignals überwacht ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (6) mit einem Substanzsignal der Analyseeinheit (2) beaufschlagt ist, das die Höhe einer Substanzlinie erfasst, die einer im Probengas nachzuweisenden Substanz zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheit (6) in Abhängigkeit vom Substanzsignal auf eine maximale Höhe der Substanzlinie geregelt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zwischen einem Verdünnungsbetrieb und einem Einströmbetrieb umschaltbar ist, wobei das Verdünnungsverhältnis im Verdünnungsbetrieb das Verdünnungsverhältnis im Einströmbetrieb übersteigt.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in einem Verdünnungsbetrieb arbeitet und das Verdünnungsverhältnis variiert wird.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Analyseeinheit (14) vorhanden ist, die mit einem direkten Probengaseinlass (16) verbunden ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung für die Gasanalyse ein Ionenmobilitätsspektrometer (1, 13, 21, 23) ist, deren Spektrometereinheit (2, 14) eine Ionisierungskammer sowie eine mit einem Detektor versehene Trennkammer aufweist.
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