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Bestimmung von Gasen in Fluiden mittels Membranseparation

IP.com Disclosure Number: IPCOM000199032D
Published in the IP.com Journal: Volume 10 Issue 9A (2010-09-09)
Included in the Prior Art Database: 2010-Sep-09
Document File: 3 page(s) / 197K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Konzentrationen von gelösten Gasen wie CO2, H2S, O2 beeinflussen in vielfältiger Weise im Wasser und in anderen Flüssigkeiten ablaufende chemische und biologische Reaktionen. Die Bestimmung von beispielsweise CO2 in Wasser kann entsprechend der Industrienorm DIN 38409 erfolgen. Kommerziell erhältliche CO2-Messgeräte liefern pH-Wert und Temperatur als direkte Messwerte, währenddessen Salinität und Alkalinität des Wassers unabhängig bestimmt und dem Gerät als Zusatzinformation geliefert werden müssen. Die direkte Bestimmung des TDIC (Total Dissolved Inorganic Carbon) kann weiterhin nach erfolgter Probenahme durch die Umwandlung der gelösten Carbonat-Species in CO2 durch Ansäuern bestimmt werden. CO2 kann entweder durch Stripping oder Gasdiffusion in eine Akzeptorlösung separiert werden. Die Detektion des CO2 kann dann in der gasförmigen oder wässerigen Phase mit Gaschromatographie (GC), Spektrometrie, nichtdispersive IR (Infrarot) Spektrometrie, Coulometrie, Potentiometrie oder Konduktometrie erfolgen.

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Bestimmung von Gasen in Fluiden mittels Membranseparation

Idee: Prof. Dr. Broder Merkel, DE-Freiberg; Mandy Schipek, DE-Freiberg

Die Konzentrationen von gelösten Gasen wie CO2, H2S, O2 beeinflussen in vielfältiger Weise im Wasser und in anderen Flüssigkeiten ablaufende chemische und biologische Reaktionen. Die Bestimmung von beispielsweise CO2 in Wasser kann entsprechend der Industrienorm DIN 38409 erfolgen. Kommerziell erhältliche CO2-Messgeräte liefern pH-Wert und Temperatur als direkte Messwerte, währenddessen Salinität und Alkalinität des Wassers unabhängig bestimmt und dem Gerät als Zusatzinformation geliefert werden müssen.

Die direkte Bestimmung des TDIC (Total Dissolved Inorganic Carbon) kann weiterhin nach erfolgter Probenahme durch die Umwandlung der gelösten Carbonat-Species in CO2 durch Ansäuern bestimmt werden. CO2 kann entweder durch Stripping oder Gasdiffusion in eine Akzeptorlösung separiert werden. Die Detektion des CO2 kann dann in der gasförmigen oder wässerigen Phase mit Gaschromatographie (GC), Spektrometrie, nichtdispersive IR (Infrarot) Spektrometrie, Coulometrie, Potentiometrie oder Konduktometrie erfolgen.

Potentiometrische elektrochemische Sensoren beruhen auf zwei durch eine CO2-durchlässige Membran getrennte Flüssigphasen, zum einen das zu messende Medium und zum anderen die hydrogencarbonathaltige Elektrolytlösung, wobei pH-Wertänderungen der Elektrolytlösung aufgrund von diffundierendem CO2 bzw. das entsprechende Spannungssignal des Sensors proportional der CO2-Konzentration in der Messlösung ist. Während analytische Bestimmungsmethoden eine Probenahme erfordern, erlauben elektrochemische Sensoren eine In-situ-Bestimmung. Weitere Vorteile sind die einfache Handhabung und der geringe Störioneneinfluss. Der Nachteil elektrochemischer Sensoren ist die sich wiederholende Kalibrierung zum Ausgleich zeitlicher Veränderungen der Sensorparameter.

Spektrometrische Messungen mit Hilfe fiberoptischer Sensoren haben den Vorteil der Insitu-Messung, hoher Sensitivität, Stabilität, Genauigkeit sowie eines niedrigen Energieverbrauchs. Das Prinzip beruht auf der Detektion der Änderung einer Indikatorlösung im Inneren einer Membranzelle durch fiberoptische Fasern. Nachteile sind der große Wasserbedarf bis zum Gleichgewichtszustand sowie der mangelnden Eignung für Langzeitanwendungen.

Ein wesentlicher Nachteil der oben beschriebenen Messprinzipien zur Bestimmung des TDIC in wässerigen Lösungen liegt in der Voraussetzung einer Probenahme für die Bestimmung entsprechend DIN 38409 sowie der direkten Bestimmung mittels CO2-Analyzer.

Die Sensoranordnung mit dem oben beschriebenen potentiometrischen oder konduktometrischen Messprinzip weist den Nachteil auf, dass ihre Ansprechzeit relativ lang ist. Damit ist sie für die zeitlich hochauflösende Analyse nicht geeignet. Die Ansprechzeit wird maßgeblich durch die Dicke und den temperaturabhängigen Permeationskoeffizienten der verwendeten Memb...