DE1598795A1 - Reagenz zur Gasanalyse - Google Patents

Description

• Reagenz zur Gasanalyse

  Die Erfindung betrifft eia Reagenz zur Anzeige leicht

  e*-.ii -htiger Stickstoffverbindungen, wie Hydrazin r Hydrazin-

  hyd--°at, roter rauchender Balpel:ersäure, unsymmetrischem

  Diri=-:thylhydrazin und. Alkylhydrazinen, sowie zur Anzeige

  und quantitativen Bestimmung von Alkoholen in Gasen.

  Eine Vielzahl leicht flüchtiger Stickstoffverbindungen ist in Raketenbrennstoffen enthalten, wobei es sich bei diesen Stickstoffverbindungen insbesondere um Hydrazin, Hydrazinhydrat, rauchende Salpetersäure und substituierte Hydrazinep wie beispielsweise leicht flüchtige Alkylhydrazine wie Methyl-und i:thylhydrazin und um unsymmetrisches Dimethylhydrazin handelt. Das Betanken von Raketen, deren Handhabung und Lagerung ist mit zahlreichen Gefahren verbunden, insbesondere dann, wenn die Brennstoffe die erwähnten Verbindungen enthalten, so daß ein erhebliches Bedürfnis für eine prompte Anzeige des Vorhandenseins derartiger Gase oder mit diesen verwandter Gase in Luft oder einem anderen Gas besteht. Für die gleichen Zwecke werden aber auch zahlreiche Alkohoäe verwendet, die jedoch unter anderem auch als Lösungsmitte"' in zahlreichen Herstellungsbetrieben sowie für verschiedene andere Zwecke angewandt werden. Mehrere dieser- Alkohole verursachen Dermatitis, und zum Teil sind in Lufv verhandene Dämpfe von Alkoholen für den Menschen schädlich, wobei der Grad der Gefährlichkeit außerordentlich stark vor, der Art des speziellen Alkohols abhängt, so daß diese Dämpfe verhältnismäßig harmlos oder je nach Konzentration auch außerordentlich giftig sein können. Außerdem rufen die Dämpfe gewisser Alkohole eine erhebliche Feuers- und Explosions-. gefahr hervor. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu handhabendes Reagenz zu schaffen, mit dessen Hilfe Gase auf die Anwesenheit der in Rede stehenden Verbindungen untersucht und insbesondere die Alkohole auch Quantitativ bestimmt werden können. Gemäß der Erfindung enthält-das gesuchte Reagenz eine lösliche Chromverbindung, in der das Chrom sechswertig ist, und eine Säure des fünfwertigen Phosphors sowie eine inerte, körnige Trägersubstanz für diese beiden Komponenten. Das erfindungsgemäße Reagenz wechselt außerordentlich schnell und mit starkem Kontrast seine Farbe, sofern es mit den aufgeführten Verbindungen in Berührung kommt, und zwar auch dann, wenn diese in Gasform in einem Gasgemisch vorhanden sind. Die inerte Trägersubstanz nimmt: an der farberzeugenden Reaktion nicht Teil, sondern sie dient lediglich dem Zweck, flüssige Reagenzien zu vermeiden, so daß die Handhabung des erfindungsgemäßen Reagenzes außerordentlich einfach ist. Unter den zahlreichen möglichen Trägersubstanzen eignet sich besonders Kieselgel und besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels Salzsäure geläutertes Kieselgel verwendet wird, das völlig farblos ist und infolgedessen einen maximalen Kontrast beim Farbumschlag des erfindungsgemäßen Reagenzes sicherstellt. Zweckmäßig ist es, wenn das Reagenz in einem länglichen, vorzugsweise verschließbaren Behälter mit mindestens teilweise durchsichtigen Wänden untergebracht ist, so daß nach Öffnen dieses Behälters ein zu untersuchendes Gas durch diesen hindurchgedrückt oder hindurchgesatigt werden kann. Bei Anwesenheit eines Alkohols in dem untersuchten Gas ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Reagenz ein Farbumschlag von gelb in grün, wobei zu bemerken ist, daß die Tatsache, daß Alkohole und dies erwähnten Stickstoffverbindungen einen Farbumschlag hervorrufen, völlig überraschend istg da die erwähnten Verbindungsgruppen keinerlei Verwan^haft haben. Unsymmetrisches Dimethylhydrazin verursacht einen Farbumschlag von der ursprünglich gelben bis gelb-orangen Färbung ins grüne oder blaube, wobei der Kontrast zwischen de:E veränderten und dem nicht veränderten Teil des Reagenzes außerordentlich hoch ist. Die Anwesenheit von Metaphosphorsäure ergibt einen außerordentlich intensiven Parbumsch2ag, wohingegen andere Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure9 Borsäure oder Perchlorsäure nur äußerst geringfügige Farbveränderungen zur Folge haben. Die sechswertiges Chrom enthaltende Chromverbindung ist vorteilhafterweise Chromtrioxyd (Cr03) oder ein lösliches Chromat oder Bichromat, zum Beispiels Kalium- oder ein anders Alkalimetallchromat oder nBichromat (K2Cr04 oder K2Cr207). Die Säure des fünfwertigen Phosphors ist zwecl.mäßigerweise Ozlhophosphorsäure (H3 P04) oder Metaphosphorsäure (HP03). Diese zwei Bestandteile des Reagenzes werden mit Vorteil in solchen Mengen verwendet, daß auf 100 ma Kieselgel ungefähr 0,022 g bis 24 g des fünfwertigen Phosphors und ungefähr 0,014'J g bis 2,6 g des sechswertigen Chroms entfallen. Noch leuchtendere Farbunterschiede ergeben sich bei der.. Verwendung von ungefähr 0,05 bis 3 g Chromtriogyd und ungefähr 0,15 bis 9 g Metaphosphorsä:4re pro 100 ml Kieselgel, das zweckmäßigerweise eine Siebfeinheit von 8 bis 14 aufweist. Die besten Ergebnisse lassen sich mit 0,53 g Chromtrioxyd und 1,67 g Metaphosphorsäure auf 100 ml Kieselgel erzielen. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Reagenzes erfolgt zweckmäBigerweise so, daB die angegebenen Mengen der beide Bestandteile in ungefähr 16 ml Wasser gegeben werden, worauf das Kieselgel mit der Lösung vermischt wird. Bei Verwendung eines verhältnismäßig groben Kieselgels, beispielsweise mit einer Siebfeinheit von, 8 bis 149 führt das Beimischen des Kieselgels zum Wasser zu einer Aufteilung in klebte Teilchen, die kleiner sind, als es für den Zweck der Erfindung wünschenswert ist. Dies kann durch die Verwendung eines Kieselgels verhindert werden, das mittels feuchter Luft befeuchtet wurde. Das imprägnierte Kieselgel wird dann im Vakuum so lange getrocknet, bis es eine frei fließende Masse ergibt, die vorzugsweise einen Wassergehalt ungefähr zwischen 10 und 12 Gewichtsprozent aufweist.
• Zur Gasanalyse wird vorteiihafterweise mittels eines Saugballes oder einer Pumpe mit fester Fƒrderleitstung das zu unter -suchende Gas durch das erfindungsgemäße Reagenz hindurchgedrückt oder hindurchgesaugt,wobei sich besonders Pumpen nach der US-Patentschrift 3 166 938 eignen. Bei einem das Reagenz aufnehmenden Behälter mit durchsichtigen Wänden oder Wandstücken kann dann der Farbumschlag beobachtet werden. Zum Schutz von Personen wäd das erfindungsgemäße Reagenz zweckmäßigerweise in eine Gasmaskenfilterbüchse eingefüllt, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 1 537 519 beschrieben ist. Soll das Reagenz lediglich Anzeigezwecken dienen, so genügt es, wenn eine dünne Schicht

  des Reagenzes in der Nähe eines Fensters der Gc,amaskenfilter-

  büchse angeordnet wird. Bei Anwesenheit der in Rede stehenden

  Verbindungen i4er Atmosphäre erfolg dann ein l'arbumschlagg

  der vom Eingang der Gasmaskenfilterbüchse bis zu deren

  Ausgang fortschreitet@und die wandernde Farbgrenze kann durch

  das Fenster hindurch beobachtet werden. Die Lage der Farb-

  grenze gibt daher an, bis zu welchem Grad die Filtersubstanz

  der Gasmaskenfilterbüchse verbraucht ist, so daß sie aus-

  gewechselt werden kann, wenn die Farbgrenze bis zum Auslass

  vorgedrungen ist. Allerdings verursacht rote, rauchende

  Salpetersäure einen Farbumschlag ohne klare Farbgrenze,

  sondern das gesamte Reagenz färbt sich nach und nach immer

  dunkler.

  Für Stichproben ist es zweckmäßig, wenn das Reagenz in einem

  Glasröhrchen geringen Durchmessers und mit verE;chmolzenen

  Enden untergebracht wird (siehe beispielsweise US Patentschrift 2 174 349)a Bei Ingebrauchnahme werden die zugeschmolzenen Enden abgebrochen und das zu untersuchende Gas durch das Röhrchen hindurchgedrückt oder hindurchgesaugt. Vergleichstafeln für den ParbumseHag können in der auf diesem Gebiet der Technik üblichen Weise hergestellt werden. Da rote rauchende Salpetersäure in HNO3 gelöstes N02 enthält! eignet sich das erfindungsgemäße Reagenz auch für die Anzeige von Stickstoffdioxyd. Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Behälter zur Aufnahme des Reagenzes werden diese Behälter vor dem Einfüllen des erfindungsgemäßen Reagenzes zweckmäßigerweise bei 250o0 während einiger Stunden getrocki.iet. Schwankungen im Wasserdampfgehalt der zu untersuchenden Gase beeinflussen die Untersuchungsergebnisse in keiner Weise; dies wurde in einem Bereich zwischen 20 und 80 % relativer Feuchtigkeit festgestellt. Ferner stören auch organische Verbindungen wie Azeton, Benzol und Hexan die Anlayse mit Hilfe des erfindungsgemäßen Reagenzes nicht. Außerdem ist das erfindungsgemäße Reagenz in einem Temperaturbereich zwischen ungefähr 20 und 40 0 0 mit großer Anzeigegenauigkeit verwendbar. Beim Parbumschlag ergibt sich zunächst eine Parbgrenze mit nur geringem Kontrast, jedoch verstärkt sich dieser nach und nach innerhalb höchstens zwei Minuten bis zu einer deutlich sichtbaren Farbgrenze. Außerdem wurde festgestellt, daß sich das erfindungsgemäße

  Reagenz unter Luftabschluß wenigstens zwei Jahre lagern

  läßt.

  Das erfindungsgemäße Reagenz eignet sich auch ganz besonders gut zur quantitativen Bestimmung von Alkoholen in Luft und insbesondere in vielen Pällen zur Bestimmung des Threshold-Grenzwertes nach AOGIN, d.h. also zur Be-Stimmung der Konzentration, der Personen ohne Nachteile täglich ausgesetzt werden können. Bei der quantitativen Bestimmung wird ein bestimmtes Volumen des zu untersuchenden Gases mit-einer ganz bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, beispielsweise mittels einer Pumpe gemäß der-US-Patentschrift 3 166 938,dureh ein längliches Bett des erfindungs. gemäße Reagen$es hindurchgesaugt o4er hindurchgedrück, wobei

  dann die Länge der Parbeäule, in deren Bereich ein Parb-

  umschlag stattgefunden hat, ein Maß iiir die Konzentration

  des Alkohols ist ; zur Bestimmung der Konzentration dienen

  in üblicher Weise durch Eichung hergestellte Vergleichstafeln.

  Im folgenden soll anhand eines Beispieles die Bestimmung der

  Konzentration von Isesmylalkohol erläutert werden. Es wurde

  eine Pumpe verwendei%- -d@.-a pro Hub 100 ml. der $u unter--

  suchenden Duft förderte. Die Daten des verwendeten Röhr-

  chens waren 3,QI 1 nm ?.ä)., und es wurde ein Bett des

  erfindungsgemäßen Reagenzes mit folgenden Abmessungen

  verwendete 50 mit .4 5 m. Die Enden des Rährohens waren mittels

  Glasfaserbändern verschlossen. Es wurden mehrere Röhrchen

  hergestellt, zunächst am einen Bade verschlossen und dann

  während 12 Stunden bei 2500 0 getrocknet, mit dem erfindungs-

  gemäßen-Reagens gefüllt und dann am anderen Ende versohlossen.

  Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgefährt.

  IsoamylalkohoM Länge der ungefärbten Dänge der unge-
  konzentration Säule nach 5 Pumpen-- färbten Säule nach
  in Luft (10-) erben (mm) 10 Pumpenhüben (mm)
  0 _. _ ,... 0 0
  50 6 9
  100 (Threshold-Grenz- 8 12
  200 wert) 10.5 17
  300 13 21
  400 15 25
  500 17 29
  8w 20.5 36
  1000 22 40

  Die Länge der umgefärbten 2arbgäule bei Anwesenheit eines

  bestimmten Alkohols steigt mit dem durchgesaägten Luft-

  volumen an, wie die vorstehende Talgelle zeigt, so daß die

  Empfindlie&keit des Msessverfrene ebenfalls größer wird,

  Die Ergebnisse der Untersuchung anderer Alkohole zeigt die folgende Tabelle:

  Verbinduu Threshold- - Eichung (10'"6

  Grenzwert (10 6)

  n- Amylalkohol 25.-2000

  Isoamylalkohol 100 50-1000

  Sec-Amylalkohol 25-2000

  Tert-Amylalkohol * 25-2000

  n- Butylalkohol 100 50-4000

  Iso-Butylalkohol * 50-4000

  Sec-Butylalkohol 50-4000

  Tert-Butylalkohol 100 100- 800

  Hexahydrophenol 50 25-1000

  Äthylalkohol 1000 200-10000

  Äthylenglykolmonobutyläther 50 25- 800

  (2 Hutoxyäthanol)

  Äthylenglykolmonoäthyläther 200 50-1000

  ( 2-Ethoxyäthanol)

  - Furfuxylalkohol 50 25- 500

  Methylalkohol 200 100-10000

  Methylamylälkohol 25 25-1000

  (Methylisobutylkarbinol)

  2-Methyloyclohexylalkohol 100 25- 800

  Isopropylalkohol 400 100-10000

  Propylalkohol 100-10000

  * Reine Grenzwertangabe nach ACGIE

  Diese Tabelle Zeigt den weiten Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Reagenzes auf Alkohole sowie den großen Konzentrationsbereich für Luft, der mit diesem Reagenz noch erfassbar ist. Nur einige wenige Alkohole, wie Benzglalkohol schwach und Glycidol ergeben kurze, geärbte Farbsäulen, und zwar auch dann, wenn die Luft mit diesen Alkoholdämpfen gesittigt ist; trotz der Anzeige dieser Alkohole eignet sich also das erfindungsgemäße Reagenz nicht besonders gut für die qusnti" tative Analyse dieser Alkohole. Es konnte lediglich ein Alkohol ermittelt werden, nämlich Diazetonalkohol, der bei Anwesenheit in Luft nur einen äußerst geringfügigen Farbumschlag zur Folge hat, und zwar selbst bis zu Konzentrationen von 10'4. Bei der Alkoholbestimmung ergibt die quantitative Analyse bei Temperaturen unter 15 0 0 keine besonders genauen Ang.ben, und bei noch tieferen Temperaturen zwischen 4 und 15 0 0 lassen sich nur dann einigermaßen zufriedenstellende Ergebnisse erzielen, wenn das zur Untersuchung herangezogene Röhrchen in der Hand gehalten und auf diese Weise erwärmt wird, so daß auch in diesem Falle kein Korrekturfaktor erforderlich wird.

Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Reagenz zur Anzeige leichtflüchtiger Stickstoffverbindungen wie Stickstoffdioxyd, Hydrazin, Hydrazinhydrat, roter räuchender Salpetersäure, unsymmetrischem Dimethylhydrazin und Alkylhydrazin, sowie zur Anzeige und quantitativen Bestimmung von Alkoholen in Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagenz eine lösliche Chromverbindung, in der das Chrom sechswertig ist, und eine Säure des fünfwertigen Phosphors sowie eine inerte, insbesondere körnige Trägersubstanz für diese beiden Komponenten enthält.
2. 2) Reagenz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägersubstanz Kielgel ist.
3. 3) Reagenz nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 0,0145 g bis 2,S g der Chromverbindung und 0,022 g bis 24 g der Säure pro ungefähr 100 g Kieselgele 4) Reagenz nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromverbindung Chromtrioxyd ist. 5. Reagens nach einem oder mehreren. der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Säure Metaphosphorsure ist. 6. Reageng nach den ,prtiohen 3 bis 5v gekennseichnet durch 0,15 g bis 3 Z Uhrontrid und 0,15 bis 9 g metaphc.flr%- säure prob UnpfMir 100 g Kienell. 7. Reagens nach ,pruch 6, d:durch ,gekennzeichnet, daß das Ree,g. Beinen. Wassergehalt tefEhr zwischen 1ß und 92 Gewichtsprozent hat. B. Reagenz nach .Anspruch 6 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis zwischen Ohromtrioxyd und Metaphosphorsäure 0,53 zu 1,67 betragt. 9. Vorrichtung zur Bestimmung der Stickstoffverbindungen sowie der Alkohole mit Hilfe eines Reagenzee nach einem o"r mehreren der vorstehenden Anaprüche, gekennzeichnet durch einen länglichen, das Reagens auiixehmendea, i-arzugsweine verschließbaren Behälter mit mindestens teilweise durch» nichtigen Werden.