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    公开号:WO1981002632A1
    申请号:PCT/DE1981/000043
    申请日:1981-03-10
    公开日:1981-09-17
    发明作者:B Odernheimer；J Kremer；K Kranich
    申请人:B Odernheimer；J Kremer；K Kranich；
    IPC主号:G01N1-00
    专利说明:
    [0001] Eingangs-Kopf eines Meß/Nachweissystems für chemische Agentien
    [0002] Technisches Gebiet
    [0003] Die Erfindung bezieht sich auf einen Eingangs-Kopf gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, d.h. auf einen Eingangs-Kopf eines Meß/Nachweissystemes für chemische Agentien zum Erfassen dieser Agentien, mit einer beheizten Membran, die den Agentien direkt ausgesetzt ist, welche sich selektiv in der Membran lösen, durch sie hindurchdiffundieren und rückseitig dampfförmig austreten, und die gegebenenfalls mit einem Trägergas zum Ableiten der erfaßten Agentien an das System hinterspült ist.
    [0004] Stand der Technik
    [0005] Ein derartiger Eingangs-Kopf ist durch den Aufsatz von G.E. Spangler, Internat. Laboratory July/August 1975, S. 24 - 33 (Tg. 3 b) bekannt geworden. Er dient in einoder mehrstufiger Ausführung als Anreicherungs- und
    [0006] Einlaß-System für gasförmige Proben (wie Luftproben in der Umweltüberwachung) in der Gaschromatographie oder als Übergangsglied (Interface) für die Kopplung zwischen Gaschromatographen und Massenspektrometer. Dieser Eingangs-Kopf ist dabei so konstruiert, daß seine Anwendung auf gasförmig vorliegende Proben beschränkt ist.
    [0007] Es gibt jedoch Anwendungsgebiete, bei denen diese Voraus setzung nicht erfüllt ist, bei denen also insbesondere flüssige, organische Substanzen direkt oder in wäßriger Lösung vorliegen.
    [0008] Die DE-AS 20 22958 beschreibt einen Eingangs-Kopf eines Meß/Nachweis-Systems für chemische Agentien zum Erfassen dieser Agentien, mit einer beheizten Membran, die den Agentien direkt ausgesetzt ist, welche sich selektiv in der Membran lösen, durch sie hindurchdiffundieren und rückseitig dampfförmig austreten, und die mit einem Trägergas zum Ableiten der erfaßten Agentien an das System hinterspült ist. Die organischen Agentien liegen ausschließlich in wässriger Lösung vor, d.h. die entsprechende kontaminierte Flüssigkeit wird über die Membran geleitet. Die Membran kann dabei selbsttragend ausgebildet sein oder sie kann aus dem Materialfilm bestehen, der von einem porösen gläsernen Träger gestützt wird (Spalte 2, Zeilen 20 bis 24 der DE-AS).
    [0009] Eine derartige Membran ist jedoch nicht für einen unmittelbaren Kontakt mit einer kontaminierten festen. Oberfläche geeignet. Bei der selbsttragenden Ausführungsform würde die Membran bei dem Kontakt zerbrechen. In der Ausführungsform, bei der sich die Membran auf einem porösen gläsernen Träger befindet, würde sich die aufliegende Membranschicht verschieben und reißen.
    [0010] Die bekannte Membran ist starr, nicht elastisch genug und daher nicht ausreichend strapazierfähig. Aus diesem Grunde hat man bislang - trotz großer Anstrengungen bei einem entsprechenden Bedürfnis - die Agentien, die sich auf der festen Oberfläche befinden, nur indirekt erfassen können, indem man sie, z,B. durch Wärmeeinwirkung, in die gasförmige Phase überführte. Einen direkten Kontakt der Membran mit der festen Oberfläche hat man bislang nicht für möglich gehalten.
    [0011] Bei einem dieser Anwendungsgebiete dient der EingangsKopf als Spürsonde eines mobilen Nachweissystems, welches die Aufgabe hat, gefährliche chemische Geländekontaminationen zu erfassen, insbesondere solche Substanzen an Oberflächen aller Art aufzuspüren , die, wie zum Beispiel einige Kampfstoffe, eine Giftvirkung über den Eautkontakt entfalten.
    [0012] Ein weiteres Anwendungsgebiet ist das übliche RoutineEinlaßsystem für die Gaschromatgraphie (GC) und die Kombination Gaschromatgraph/Massenspektrometer (GC/MS-Kopplung), beides wichtige Methoden der instrumentellen Umwelt- und Spurenanalytik.
    [0013] Bei dem erstgenannten Anwendungsgebiet ist davon auszugehen, daß durch Umweltkatastrophen oder Einsatz seßhafter chemischer Kampfstoffe größere Gebiete für den ungeschützten Menschen unbetretbar werden können.
    [0014] Um das Ausmaß solcher Geländekontaminationen mit chemischen Agentien beurteilen und frühzeitig über gezielte Schutz- und Abwehrmaßnahmen entscheiden zu können, werden zahlreiche qualitative und halb-quantitative Analysen notwendig, die in bekannter Weise innerhalb kurzer Zeit weitgehend automatisiert von einem geschützten Spürfahrzeug aus vorgenommen werden. Hierzu muß in kurzen zeitlichen und räumlichen Abständen eine Spürsonde aktiv an den Boden oder die fragliche Oberlfäche gebracht werden, um einem geeigneten Detektor über eine Probenleitung in schneller Folge gasförmige Proben zuzuführen. Babel muß die zu spürende Substanz weitgehend unzersetzt in die Gasphase überführbar sein.
    [0015] Da eine hohe Frequenz an Einzelmessungen erreicht werden soll, muß ein Meßsignal rasch wieder abklingen; ein Memory-Effekt von Bedeutung darf nicht auftreten.
    [0016] Die Empfindlichkeitsforderung an das Nachweissystem richtet sich nach der perkutanen Toxizität des zu detektierenden Berührungsgiftes; Belegungsdichten in der Größenordnung von Milligramm pro Quadratmeter nicht absorbierender Oberfläche müssen bei hochtoxischen Substanzen noch erfaßt werden können.
    [0017] Sind verdampfbare Substanzen im Gelände oder an einer Oberfläche durch ein mobiles Nachweissystem zwar detektiert, nicht aber zweifelsfrei identifiziert worden, so wird eine Probenahme und Probespeicherung erforderlich zur späteren Untersuchung im analytischen Laboratorium. Die Probemenge muß ausreichen, die Identifikation oder gar Strukturaufklärung des unbekannten Stoffes zu ermöglichen.
    [0018] Bei den bisherigen Überlegungen zur Spürsonde für chemische Geländekontaminationen ging man davon aus, daß der vorhandene seßhafte Schadstoff durch Aufheizen mittels Infrarotstrahler in die Gasphase überführt werden müsse, um danach als kontaminierter L u f t ström durch eiie beheizte, mehrere Millimeter weite Probenleitung einem Detektor zugeführt zu werden, der sichimFahrzeuginneren befindet.
    [0019] Diese Meßanordnung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Sie trägt dem Hauptgefährdungskriterium, nämlich dem unmittelbaren Hautkontakt mit der kontaminierten Oberfläche, ungenügend Rechnung; Meßwerte, erhalten durch Aufheizen des Bodens oder einer Oberfläche und Verdampfen des Schadstoffs aus einigem Abstand mittels IR-Strahlef, sind nur sehr vage mit der Kontaktgefährdung korreierbar.
    [0020] Die Qualität "Bodenoberflache" ist nicht definiert. Sie hängt in starkem Maße von Bodenbedeckungen und Witterungseinflüssen ab wie Bewuchs, Straßendecke, Bodenart. Damit ist ein über die Oberflächentempratur kontrolliertes Aufheizen unmöglich. Einerseits sind Aufheizaufenthalte von mehreren Minuten erforderlich, um bei schwerflüchtigen Schadstoffen ausreichenden Dampfdruck zu erreichen; andererseits werden bei intensiver IR-BeStrahlung nach Austrocknung des Bewuchses durch Versengen oder gar Entflammen der Oberfläche unvermeidliche störende Pyrolyse produkte gebildet, so daß die gesuchte Substanz nicht mehr nachgewiesen werden kann oder das Nachweissystem zur Falschanzeige veranlaßt wird.
    [0021] Kontaminierter Schnee müßte zunächst geschmolzen und das Schmelzwasser verdampft werden, bevor eine ausreichende Temperaturerhöhung stattfindet.
    [0022] Der Luftdurchsatz des bisherigen Systems IR-Strahler/Probeleitung liegt in der Größenordnung von einigen Litern pro Minute. Dies bedeutet, daß alle Messungen infolge starker V e r d ü n n u n g eines ohnehin nur in Spuren vorhandenen verdampften Schadstoffs im Bereich der Erfassungsgrenze des Detektors vorgenommen und entsprechend unsichere Ergebnisse erhalten werden: Selbst wenn relativ hohe Belegungsdichten vorliegen, bleibt die Schadstoffk o n z e n t r a t i o n in der Probenleitung und damit auch bei sehr empfindlichen Detektoren das Verhältnis Signalintensität zu Rauschen ungünstig klein.
    [0023] Eine effiziente Probenahme mittels Adsorptionsröhrchen ist nicht möglich. Vielmehr ist man auf die Entnahme von Boden-, Pflanzen- oder Wasserproben angewiesen.
    [0024] IR-Strahler und Probenleitung sind mit einem Memoryeffekt behaftet, der von den relativ großen kontaminierbaren Oberflächen der Meßanordnung herrührt und durch allmähliches Verschmutzen dieser Oberflächen gesteigert wird. Schwerflüchtige Stoffe können eine über Stunden andauernde Kontamination des Systems bewirken. Die daraus folgende Spürrate kann, gemessen an den Forderungen, die sich aus dem Anwendungszweck ableiten, nicht- akzeptiert werden.
    [0025] Das zur Deckung des Heizstrombeöarfs von mehreren Kilowatt für IR-Strahler und Probenleitung eigens mitgeführte Stromerzeugeraggregat ist nicht nur zusätzlicher Kraftstoffverbraucher und lästige Lärmquelle; es beeinflußt durch beträchtliches Gewicht auch die Fahreigenschaften und gegebenenfalls Schwimmfähigkeit des Spürfahrzeugs.
    [0026] Ein anderer Anwendungszweck liegt, wie eingangs, erwähnt, im Bereich der instrumentellspurenanalytischen Laborroutine. Hier wird nicht das Nachweissystem via Spürsonde aktiv an die fragliche, unbewegte Probe, z.B. den Geländepunkt, herangebracht; vielmehr führt man umgekehrt bewegliche Proben einem ortsfest im Laboratorium betriebenen GC- oder GC/MSNachweissystem zu.
    [0027] Als Mittler zwischen Probe und Nachweissystem fungiert hier in Analogie zur beweglichen Spürsonde das fest installierte Einlaßsystem.
    [0028] Die üblichen Probeneingabe geschieht in der Gasehromatographie und GC/MS-Kopplung über den sog. Injektor in der Weise, daß ein kleines Flüssigkeitsvolumen, z.B. 1 Mikroliter einer verdünnten Probelösung, in eine Injektionsspritze gezogen, mit der Injektionsnadel ein Gummisepturn durchstochen und die Probeläsung auf den Anfang der beheizten, trägergasdurchströmten Trennsäule gespritzt wird, wo die Probe verdampft und der Trennvorgang beginnt.
    [0029] Der Nachteil dieser allgemein angewendeten Probeneinlaßmethode liegt darin, daß die Probe als eigentliche Flüssigkeit oder als Lösung in organischem Solvens vorliegen muß, und zwar in einer Menge, die das Eintauchen der Injektionsnadel zum Füllen der Injektionsspritze gestattet.
    [0030] Befindet sich aber eine gringe Menge der zu erfassenden Substanz in einer Materialprobe, zum Beispiel
    [0031] - fein verteilt in einer Bodenprobe,
    [0032] - als dünner Film oder in feinen Tröpfchen auf einer Fest stoff-, Wasser- oder Schneeoberfläche,
    [0033] - ab flüchtiger Bestandteil eines Anstrichs oder einer anderen dünnen Schicht, in der - ähnlich den Weichmachern in Kunststoffen - diffusionsfähige Substanzen gelöst oder an welcher solche Substanzen adsorbiert sind,
    [0034] - gelöst oder suspendiert in Wasser oder wäßrigen Schlämmen,
    [0035] so muß vor der Probeninjektion ein Extraktionsschritt mit einem organischen Solvens durchgeführt werden. Dieser Probenvorbereitungsgang ist zeltraubend und arbeitsintensiv. Er kann auch zu beträchtlichen Substanzverlusten führen, namentlich beim Einengen relativ leicht flüchtiger Substanzen.
    [0036] Darstellung der Erfindung
    [0037] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den oben bezeichneten Eingangs-Kopf so auszubilden, daß er auf den vorgenannten Anwendungsgebieten - vorteilhafter als die bisher bekannten Lösungsprinzipien - anwendbar ist, d.h. ein Spürsonden- bzw. ein Probeneinlaß-System zu entwikkeln, mit dessen Hilfe diffusionsfähige organische Verbindungen, z.B. auch Kampfstoffe, an Oberflächen oder in Oberflächen-Schichten im mobilen Einsatz bzw. im Laboratorium schnell und ausreichend empfindlich qualitativ und halb-quantitativ erfaßt, d.h. detektiert und identifiziert werden können.
    [0038] Die Lösung dieser Aufgaben gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß die Membran so aufgebaut ist, daß sie möglichst dünn und dennoch mechanisch ausreichend stabil ist, damit sie als Kontaktmembran in direkten Kontakt mit kontaminierten festen Oberflächen bringbar ist, und daß der Membran eine ebenfalls beheizte Probenleitung nachgeschaltet ist, die dem Detektor des Meß/Nachweissystems die Probe mittels des Trägergases direkt zuführt oder als gaschromatographische Trennsäule wirksam ist, oder daß die Kontaktmembran als erste Stufe eines bekannten Membranseparators, z.B. eines ein- oder mehrstufigen Llewellyn-Membranseparators als direktes Einlaßsystem ins Hochvakuum eines Massenspektrometers ausgebildet ist. Als Detektor kann ein Massenspektrometer oder ein anderer in der Gaschromatographie gebräuchlicher Detektor verwendet werden. Auch ein Prüfröhrchen ist als Detektor geeignet.
    [0039] An die Probenleitung kann ein Sorptionsröhrchen für eine Probenentnahme angeschlossen sein. Die Membran und Probenleitungstemperatur wird vorteilhaft dem gaschromatographischen Verhalten der jeweils erwarteten Substanz angepaßt. Die Probenleitung besteht vorzugsweise aus einem chemisch inerten Material, wie z.B. Quarz oder Reinnickel. Sie kan eine unbelegte Kapillare, eine belegte Trennkapillare oder eine gepackte oder mikrogepackte Trennsäule sein.
    [0040] Wenn die Kontaktmembran als direktes Einlaßsystem ins Hochvakuum eines Massenspektrometers fungiert, also kein Trägergas verwendet wird, wird dem ein- oder mehrstufigen Membranseparator vorzugsweise ein evakuiertes Gasprobenvolumen nachgeschaltet.
    [0041] Die Kontaktmembran kann vorteilhafterweise von außen durch ein heißes Inertgas gespült werden, welches die Kontaktmembran auf der gewünschten Temperatur hält, das Durchdringen unerwünschter Störgase, wie Sauerstoff und Wasserdampf, verhindert und den Memoryeffekt verringert. Die Kontaktmembran kann durch eine zweite dünne, leicht auswechselbare Kontaktmembran geschützt werden.
    [0042] Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    [0043] Anhand von in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    [0044] Fig. 1 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Eingangs-Kopfes
    [0045] Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines GC-Einlaßsystems nach der Erfindung
    [0046] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Probeentnahme.
    [0047] Beschreibung der besten Ausführungsformen der Erfindung
    [0048] In Fig. 1 ist mit 1 eine Probe eines chemischen Agens bzw. mit einem chemischen Agens kontaminierte Oberfläche bezeichnet. In direktem Kontakt damit steht eine Membran 2, die an einem beheizten Metallblock 3 angebracht ist. Zur Hinterspülung der Membran mit einem Trägergas, z.B. N2 ist eine Trägergaszuleitung 4 vorgesehen, in die in Pfeilrichtung das Trägergas eingeleitet wird.
    [0049] Es ist weiterhin eine beheizte Kapillare 5 vorgesehen, die als Probenleitung zu einem nicht dargestellten Detektor des Nachweissystems, z.B. einem Massenspektrometer (in Pfeilrichtung) dienen kann oder die bei der Anwendung als GC-Einlaßsystem als gaschromatographische Trennsäule wirksam ist. Die Membran 2 ist möglichst dünn ausgebildet und ist dennoch mechanisch ausreichend stabil, damit sie ohne Be schädigung in direkten Kontakt mit den chemischen Agentien bringbar ist. Die kontaktierten Agentien lösen sich selektiv in der Membran, diffundieren durch sie hindurch und treten rückseitig dampfförmig aus, wo sie von dem Trägergasstrom mitgenommen und danach weiter ausgewertet werden.
    [0050] Die Kapillare besteht zweckmäßig aus einem chemisch inerten Material, z.B. Quarz oder Reinnickel, um jegliche Beeinflussung der erfaßten Agentien auszuschließen.
    [0051] Die Membran weist zweckmäßig ein dem vorgesehenen Anwendurgs zweck entsprechend thermisch und mechanisch belastbares, chemisch inertes Gewebe auf, das mit einer polymerisierten Paste gleichmäßig und lückenlos dünn beschichtet ist. Das Gewebe ist vorzugsweise ein 50 - 200 Mikrometer starkes Metallgewebe, vorzugsweise ein Nickel- Köpertressengewebe. Die Paste ist zweckmäßig eine Dimethylsilicon-Paste.
    [0052] Nach erfolgter Polymerisation wird dabei die so behandelte Membran einem Konditionierungsprozeß bei erhöhter Temperatur unterworfen. Wesentlich an der gezeigten Anordnung ist die kleine Oberfläche einer Kapillare ebenso wie die hohe Strömungsgeschwindigkeit und angemessene Temperatur von Membran und Kapillare, die dem gaschromatgraphischen Verhalten der jeweils erwarteten Substanz angepaßt ist.
    [0053] Die Kapillare ist für den Anwendungsfall als Kampfstoff- Geländeprüfsonde zweckmäßig eine bis zu 4 m lange geheizte Nickelkapillare.
    [0054] Es ist dabei zweckmäßig flammenphotometrische Detektoren, die gleichzeitig Phosphor und Schwefel anzeigen, oder ein mikroprozessorgesteuertes Massenspektrometer zu verwenden.
    [0055] Anhand der Fig. 2 soll die Anwendung des erfindungsgemässen Eingangs-Kopfes als Probeneinlaßsystem für die Gaschromatographie und die Kombination Gaschromatographie/ Massenspektrometrie (GC/MS-Kopplung) beschrieben werden. Die Gaschromatographie (GC) ermöglicht die Auftrennung von Gemischen und den Nachweis einzelner Komponenten, sofern sie unzersetzt in die Gasphase überführt wurden. Gaschromatographen bestehen im wesentlichen aus
    [0056] - einem Probeninjektor mit einem beheizten Injektorgehäuse 6, das einen Einlaß 8 für ein Trägergas aufweist, - einer trägergasdurehströmenten Trennsäule 7 und
    [0057] - einem nicht dargestellten Detektor, der mehr oder weniger selektiv bzw. substanzspezifisch ist, z.B. Phosphordetektor, Massenspektrometer (MS). Die Probeneingabe geschieht im bekannten Fall in der Weise, daß ein kleines Flüssigkeitsvolumen, z.B. i μl einer verdünnten Probelösung, in eine Injektionssprixze gezogen, mit der Injektionsnadel ein 3 - 4 mm dickes Gummisepturn an der Stirnseite des Inketorgehäuses durchstochen und die Probeflüssikgeit auf den Anfang der beheizten Trennsäule gespritzt wird, wo die Probe verdampft und der Trennvorgang beginnt.
    [0058] Der Vorteil dieser allgemein üblichen Probeneinlaßmethode liegt in der guten Reproduzierbarkeit bei quantitativen Analysen; vom Operateur wird hierbei allerdings Übung und Geschick verlangt.
    [0059] Der Nachteil ist, daß die Probe als eigentliche Flüssigkeit oder als Lösung in organischem Solvens vorliegen muß, und zwar in einer Menge, die das Eintauchen der Injektionsnadel zum Füllen der Injektionsspritze gestattet, wobei Wasser als Soly ens ausscheidet.
    [0060] Befindet sich nun eine geringe Menge einer zu untersuchenden Substanz in einer kontaminierten Materialprobe, z.B. fein verteilt in einer Bodenprobe oder als dünner Film auf einer Oberfläche oder stellt die Probe eine wäßrige Lösung dar, so muß v o r der Probeninjektion eine Anreicherung bzw. eine Extraktion mit einem Solvens erfolgen. Dieser Probenvorbereitungsgang ist zeitraubend und führt meist zu großen Substanzverlusten, namentlich bei Einengen von Lösungen relativ flüchtiger Substanzen.
    [0061] Beim in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Probeneinlaßsystem ist das Septum des üblichen Probeninjektors 6 durch eine dünne, trägergashinterspülte, angemessen geheizte Membran 8 ersetzt. Die kontaminierte fragliche Materialprobe wird kurzzeitig in d i r e k t e n Kontakt mit der Membran gebracht. Vorhandene diffusionsfähige Kontaminanten lösen sich in der Membranoberfläche, diffundieren durch die Membran hindurch und werden vom Trägergas nach ihrem Austritt aus der Membranrückseite unmittelbar in die Trennsäule 7 transportiert. Eine vorherige Lösungsmittelextraktion erübrigt sich.
    [0062] Liegt eine größere Probemenge vor in Form einer Flüssigkeit, so kann man z.B. einen Glasstab 9 damit benetzen und diesen an die Membran führen, ein äußerst einfacher Vorgang im Vergleich zur Spritzeninjektion.
    [0063] Das dargestellte Membran-Probeneinlaßsystem eignet sich, besonders in Kopplung mit einem Massenspektrometer, zur Durchführung schneller qualitativer und halbquantitativer Übersiehtanalysen. Die Membran kann auch direkt an einem Massenspektrometer angebracht sein, um unter Verzicht auf eine Vakuumschleuse und auf die gaschromatographische Vortrennung der Probe den Probeneinlaß direkt ins Hochvakuum des Massenspektrometers zu bewerkstelligen. Diese Anordnung ist zweckmäßig in Fällen, bei denen besonders hohe Nachweisempfindlichkeit erforderlich ist und aufgrund von Vorkenntnissen über die Probe qualitativ bereits ein bestimmer Verdacht besteht.
    [0064] Die Erennsäule 7 kann eine gepackte Säule sein; sie ist vorzugsweise eine Kapillarsäule.
    [0065] Treten bei der Anwendung als Spürsonde unbekannte oder an Ort und Stelle nicht eindeutig identifizierbare Stoffe auf, so müssen Proben entnommen werden, die später in einem Untersuchungslabor analysiert werden müssen.
    [0066] In Fig. 3 ist eine sehr einfache Möglichkeit der Probenahme mittels einer Spürsonde nach Fig. 1 aufgezeigt, die ohne jede zusätzliche mechanische Einrichtung durch Kombination der Kapillarprobenleitung 5 mit einem Sammelröhrchen 10 realisierbar ist. Bislang wurden diese Proben mittels mechanisch wirkender Probenahmewerkzeuge genommen.
    [0067] Der von der Membran 2 erfaßte Stoff wird dampfförmig durch die Kapillare 5 an einen Detektor 10 geleitet, der nur einen Teil des Stoffs zum Nachweis benötigt. Der restliche, z.B. an der Einlaßmembran eines Massenspektrometers vorbeiströmende Stoffanteil wird mittels Trägergas oder unterstützt durch eine Saugpumpe einem Röhrchen 11 zugeführt, wie es in mancherlei Variatinnen in der Umweltanalytik gebräuchlich ist, das mit absorbierendem Material, z.B. Tenax-GC, gefüllt ist.
    [0068] Bei geeigneter Konstruktionsweise des Röhrchen kann man das Adsorbat wieder eluieren.
    [0069] Vorteile dieser Variante der Probenahme sind:
    [0070] - Da beim Spürvorgang ohnehin Proben genommen werden, erübrigt sich eine zusätzliche Vorrichtung eigens für die Probenahme, die technisch aufwendig und damit störanfällig und kostspielig ist, wenn Bodenproben geschürft werden sollen.
    [0071] - Die eigentlich interessierende Oberflächenkontamination wird gezielt erfaßt.
    [0072] - Es wird ein erheblicher Zeltgewinn erzeilt.
    [0073] - Die Probe ist bereits bei der Probenahme von Trägermaterial wie nassen Böden, Pϊlanzenmaterial etc. getrennt, was ihre Auswertung im Labor wesentlich vereinfacht und verkürzt:
    [0074] Schnelle Elution auch geringer Kampfstoffmengen ist möglich. - Die Probe ist besser haltbar, weil sie von aktiven Oberflächen getrennt wurde und in relativ hoher Reinheit und in relativ großer Menge vorliegt. - Einzelfraktionen von Mehrkomponenten-Gemischen können getrennt aufgefangen und gelagert werden. Dadurch wird die spätere Laboranalyse ebenfalls erleichert.
    [0075] - Die Einzelprobe hat geringe Abmessungen, etwa wie Trä ger-Prüfröhrchen.
    [0076] - Die Spärsonde selbst liefert relativ hohe Konzentratione auch von geringen Kampfstoff-Absolutmenge, dadurch wer den gute Absorptionsausbeuten erzielt.
    [0077] - Ein zusätzlicher Energiebedarf für eine elektromotorisch bewegte Mechanik entfällt.
    [0078] Gewerbliche Verwertbarkeit
    [0079] Durch die Erfindung werden auf dem erstgenannten Anwendungsgebiet als mobile Gelände-Spürsonde folgende Vorteile erzielt:
    [0080] - Die Meßanordnung wird dem wesentlichen Gefährdungsmoment, dem unmittelbaren Hautkontakt mit der kontaminierten Oberfläche, insofern gerecht, als hier wie dort eine Membran/ Haut durch K o n t a k t Schadstoff aufnimmt, das strömende Medium Trägergas/Körperflüssigkeit den Transport übernimmt an einen Ort, an dem der Schadstoff seine Wirkung als Detektorsignal/Symptom entfaltet. Das Konzept ermöglicht damit eine realistischere quantitative Ab schätzung der Gefährdung.
    [0081] - Die hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Kapillare bedeutet schnellen Probentransport über mehrere Meter und damit eine k u r z e A n s p r e c h z e i t des Nachweissystems. - Ein Memoryeffekt wird n i c h t beobachtet. Die Probenleitung ist durch die Membran wirkungsvoll vor Verschmutzung geschützt.
    [0082] Bei Wahl der geeigneten Membran- und Probenleitungstemperatur können auch schwerflüchtige Stoffe (mit DampfdrucK) unter 10-3m Bar hei 20ºC) mehrmals innerhalb einer Minute erfaßt werden.
    [0083] - Als Folge des mit einigen Millilitern pro Minute klein gehaltenen Durchflußvolumens werden aus Schadstoffspuren, die praktisch augenblicklich durchdieMembran ins Träger gas gelangt sind, k u r z z e i t i g hohe Schadstoff k o n z e n t r a t i o n e n erzeugt und vom Detektor mit entsprechend günstigem Verhältnis Signalintensität zu Rauschen registriert.
    [0084] - Uberhitzung von Oberflächen und damit pyrolytische Stö rungen der Messungen sind ausgeschlossen.
    [0085] - Wäßrige Proben, Eis und Schnee können ebenfalls im Schnellverfahren grob auf Schadstoffe untersucht werden, wobei eine Flüssig-Fest-Extraktion mit Anreicherung der organischen Komponente in der hydrophoben Siliconmembran stattfindet.
    [0086] - Der Spürhalt beträgt nur wenige Sekunden.
    [0087] - Der Energiebedarf von ca. 100 Watt kann von der Lichtmaschine des Spürfahrzeugs gedeckt werden.
    [0088] - Die Anordnung gestattet den Ausbau der Probenleitung zur gaschromatographischen Trennsäule durch Belegen mit einer stationären Phase. Verwendet man schließlich als universellen Detektor ein Massenspektrometer, so resultiert ein mobiles GC/MS-System, das in bekannter vorteil hafter Weise die GC-Trennleistung mit der Empfindlich keit und variablen Spezifität des Massenspektrometers verknüpft. Realisierbar ist auch der Parallelbetrieb von unbelegter und belegter Probenleitung für alternativ schnelle Detektion oder langsamere Identifikation, wobei im letzteren Falle die Retentionszeiten der GC Trennung in Kauf zu nehmen sind. - Die Probenahme zum Zwecke einer späteren Laboranalyse kann bequem mittels Sorptionsröhrehen vorgenommen werden, das von schadstoffbeladenem Trägergas durchströmt wird: Man erhält so eine gegebenenfalls gaschromato graphisch vorgereinigte, beständige Substanzprobe in reichlicher Menge.
    [0089] Auf dem zweitgenannten Anwendungsgebiet - Einlaßsystem für GC - werden nachfolgende Vorteile erzielt:
    [0090] - Der Probeneinlaß wird für einen großen Teil der GC und GC/MS-Labor vorkommenden qualitativen und halb quantitavien Routine- und Übersichtsanalysen ohne Einbußen an Trennleistung und Empfindlichkeit erheblich vereinfacht.
    [0091] - Flüssigkeitsproben, auch wäßrige Lösungen oder Suspensionen, können zur schnellen Übersichtsanalyse durch Benetzen eines Glasstäbchens, das dann an die Kontaktmembran geführt wird, in bequemer Weise dosiert werden. - Die Methode ist einer Automatisierung leicht zugänglich.
    [0092] - Die quantitative Reproduzierbarkeit ist bei Anpassung der Bedingungen an das spezielle Analysenproblem ausreichend.
    [0093] - Die Probenvorbereitungszeit ist bei Untersuchungen von Oberflächen auf GC-gängige Stoffe durch Aussehalten des sonst notwendigen Extraktionsschrittes auf einen Bruchteil reduziert, d.h. es kann ein Vielfaches an Proben in der gleichen Zeit bewältigt werden: Die fragliehe Oberlfäehe ist lediglich an die Kontaktmembran heran zuführen. Leichtflüchtige polare Lösungsmittel wie Methanol, wegen seines niedrigen Molgewichts bei GC/MS-Analysen häufig eingesetzt, werden zugunsten eines weniger polaren gelösten Stoffes diskriminiert: Bei mäßig erwärmter Kontaktmembran wird so das Lösungsmittel nahezu vollständig vor. Eintritt in die Trennsäule entfernt, der gelöste Stoff aber relativ angereichert von der Membran sorbiert und schließlich durch ein Temperaturprogramm in Richtung Trennsäule mobilisiert.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche:
    1. Eingangs-Kopf eines Meß/Nachweis-Systems für chemische Agentien zum Erfassen dieser Agentien, mit einer beheizten Membran, die den Agentien direkt ausgesetzt ist, welche sich selektiv in der Membran lösen, durch sie hindurchdiffundieren und rückseitig dampfförmig austreten, und die mit einem Trägergas zum Ableiten der erfaßten Agentien an das System hinterspült ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) so aufgebaut ist, daß sie möglichst dünn und dennoch mechanisch ausreichend stabil ist, damit sie als Kontaktmembran in direkten Kontakt mit kontaminierten festen Ober flächen (1) bringbar ist, und daß der Membran eine ebenfalls beheizte Probenleitung (5) nachgeschaltet ist, die dem Detektor des Meß/Nachweis-Systems die
    Probe mittels des Trägergases direkt. zuführt oder als gaschromatographische Trennsäule wirksam ist.
    2. Eingangs-Kopf eines Meß/Nachweis-Systems für chemische Agentien zum Erfassen dieser Agentien, mit einer beheizten Membran, die den Agentien direkt ausgesetzt ist, welche sich selektiv in der Membran lösen, durch sie hindurchdiffundieren und rückseitig dampfförmig austreten, und die mit einem Trägergas zum Ableiten der erfaßten Agentien an das System hinterspült ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) so aufgebaut ist, daß sie möglichst dünn und dennoch mechanisch ausreichend stabil ist, damit sie als Kontaktmembran in direkten Kontakt mit kontaminierten festen Oberflächen (1) bringbar ist, und daß die Kontaktmembran als erste Stufe eines bekannten Membranseparators, z.B. eines ein- oder mehrstufigen Llewellyn-Membranse parators als direktes Einlaßsystem ins Hochvakuum eines Massenspektrometers ausgebildet ist.
    3. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Massenspektrometer oder ein anderer in der Gaschromatographie gebräuchlicher Detektor ist.
    4. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Prüfröhrchen ist.
    5. Eingangs-Kopf nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran ein entsprechend thermisch und für den unmittelbaren Kontakt mit der kontaminierten festen Oberfläche mechanisch ausreichend belastbares, chemisch inertes Gewebe aufweist, das mit einer polymerisierbaren, die Membran funktion liegernden Paste gleichmäßig und lückenlos dünn beschichtet, ist.
    6. Eingangs-Kopf nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe ein 50 bis 200 μm starkes Metallgewebe ist.
    7. Eingangs-Kopf nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgewebe ein Nickel Körpertressen-Gewebe ist.
    8. Eingangs-Kopf nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste ein Dimethyl-Silicon- Paste ist.
    9. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Probenleitung ein Sorptionsröhrchen (11) für eine Probenentnahme angeschlossen ist.
    10. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Membran- und Probenleitungstemperatur dem gaschromatographischen Verhalten der jeweils erwarteten Substanz angepaßt ist.
    11. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitung (5) aus einem chemisch inerten Material besteht.
    12. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Quarz oder Reinnickel ist.
    13. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probeleitung eine unbelegte Kapillare (5) ist.
    14. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitung eine belegte Trennkapillare ist.
    15. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenleitung eine gepackte oder mikro gepackte Trennsäule ist.
    16. Eingangs-Kopf nach den Ansprüchen 1 bis 2, gekennzeichnet durch die Anwendung als Spürsonde für die mobile Detektion organischer Substanzen, die sich auf festen Oberflächen und innerhalb dünner Schichten, wie z.B. Anstrichen, befinden, insbesondere solcher Substanzen, die den Menschen über den Hautkontakt gefährden können.
    17. Eingangs-Kopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung als gaschromatographisches Einlaß system.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0047286A1|1982-03-17|
    DE3009069C2|1982-10-21|
    DE3009069A1|1981-09-17|
    JPS57500481A|1982-03-18|
    EP0047286B1|1985-01-16|
    US4433982A|1984-02-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1981-09-17| AK| Designated states|Designated state(s): JP US |
    1981-09-17| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): CH FR GB NL SE |
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    1982-03-17| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1981900709 Country of ref document: EP |
    1985-01-16| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1981900709 Country of ref document: EP |
    优先权:
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