用于定量测定存在于一个试样中的材料之方法和装置

本发明是关于用于定量测定存在于一个试样中的材料之方法和装置，该材料作为亚微米粒子被具有光电发射能力的物质覆盖着。

这类方法或测量仪在许多应用领域被采用，例如用于一种预定燃料燃烧时碳含量的定量测定和用于在一种食品里或一种其它试样中有机成分的定性测定。

从专利DE3422054C2得知，借助于悬浮粒子的光电发射测量可以获得表面特性的信息。此现象发生在材料的定量测定，该材料在一定的温度下从粒子上蒸发出来。在这里，在仪器的光电发射部分测得的信号被用于衡量游离到气溶胶表面的物质量的尺度。

相比之下本发明的任务是创造一种方法，将物质的一部分作为试样进行测定成为可能。另外本发明的任务还与实施该方法的装置有关。

该项任务按着本发明的方法将如下解决：试样的材料通过热处理使之达到光电发射状态，在此状态下将进行光电发射测量，并根据该测量中获得的试样中材料成分的测量信号，借助于一个对比试样的测量数据进行测定，该对比试样中含有预先设定量的需测材料，或者利用通过对需测材料的标定获得的数据。

在试验中可以看到(见附图说明)，在借助于一个光电气溶胶传感器获得的信号与试样中材料成分之间有一个直接关系，前提是涉及到的材料作为亚微米粒子是被一种具有光电发射能力的物质覆盖着。

为了使试样的的材料处于一种具有光电发射能力的状态，将材料预先进行机械处理，例如研磨是适宜的。此外，如下做法也是适宜的，为了产生具有光电发射能力状态而在处理试样之前或处理当中冲稀试样，也就是将一种没有发射能力的，惰性的固体材料以适当形式混进去。

一种可选择的处理方法是把惰性的固体材料作为附加的载体材料在热处理之前或当中加入到试样中。这种附加的载体材料的作用是接受产生信号的材料，该材料在此种情况下以蒸汽形式存在，并作为被吸附物，由此使测试得以进行。

同样地，将一种附加的气体载体，例如一种惰性气体混入试样中也是合乎目的的。

对试样进行适当的准备之后，材料的光电发射测定可以连续进行，并将获得一个相应的连续的测试信号。

如果在试样中存在一种以上具有光电发射能力的材料，那么试样或试样的一部分将在不同的光电发射能力状态进行光电发射测量，在材料的定量测定时，要考虑到相应的对比试样的测试数据或相应的通过标定获得的数据。

对于材料是一种有机物和被亚微米粒子覆盖的具有光电发射能力的材料是聚芳烃的情况下，为了达到光电发射状态，把试样加热到温度范围为600℃-1000℃，优选约为750℃-850℃。

测定一个试样的材料成分的方法，在技术上可以采用不同的方式：

在连续测量时，测量信号可以作为指令参数用来控制和调节一个燃烧过程。

本发明所述方法的另一个应用可能性是将物质的测定结果用来检验样品的质量(例如食品试样)。

一种用于定量测定的适宜的装置提供了接着权利要求13所述的装置特征。在这里，连接在传感器前的装置，如果材料是通过它进入光电发射状态的，那么该装置可以是一个试样的热处理装置。特别是对于有机物质，热处理装置应该能调到预定的温度，其范围在600℃和1000℃。

按着前述的处理方法，有选择地把一个用来输送没有发射能力的、惰性固体材料的装置接到热处理装置的前面，和/或把一个输入附加的气体载体的装置接上去。

如若采用连续测定材料的装置时，要事先安排样品的连续进料装置和安装用于连续给出测量信号的电子装置。电子装置之后接上一个控制-或调节装置是合乎目的的。

按本发明所述的理论，对于由可燃材料或部分可燃材料构成的样品，有一种快速、简单的装置可供使用。

样品的测定及分析结果可以被用于如煤的产品监控、开采、预处理、贸易和电厂使用时的设备控制和/或过程监测。

单一煤粉燃烧器的直接控制，根据输入煤的量及质置是可能的。此外，燃烧过程的调节还包括废气的分析。

测试涉及到以下几点：

——形成并加热一个流动的样品流，在此种情况下即是煤粉流；

——通过热处理形成一个由多环芳烃(PAK及PAH)覆盖的废气气溶胶，多环芳烃与样品的有机含量有关，与温度(高度、持续时间……)以及周围气体的成分有关；

——流动的废气气溶胶PAH-覆盖物将通过气溶胶-光电-发射在线测量(On-line-aerosol-Photo-Emission)。

本发明所述的方法及装置将借助附图作进一步说明，并将给出一个样品中材料测定的试验结果。试验中使用的操作规程基本上与测试方法相同。在试验中没有采用数据处理设备和为一个程序产生控制信号的数据分析和对比装置。从一个程序里的取样进行了模拟。

操作规程：

A.连续地或非连续地从一个程序取样或者将样品分散到载体气体中(空气、N、O等)，连续地或非连续地传送样品。

B.粉尘状的样品通过热处理进行预处理(例如：热曝光、闪光汽化、激光)。

B.1.采用一种或多种温度。

B.2.亚微米样品气溶胶的预处理(例如：稀释、一种惰性附加气溶胶的添加、干燥)。

C.分析设备(可提供的传感器装置)

用于吸附已经带电粒子的静电过滤器；UV-辐照装置；

静电计；放大器。

D.数据处理装置。

附图：

图1.经过热处理样品转换过程和亚微米气溶胶的测量方法的图示；

图2.用于测量和信号发生装置的示意图；

图3.气溶胶-光电发射(APE)原理图示和UV-辐照装置；

图4.一个定量测量的PAS-信号曲线；

图5.一个定性测量的PAS-信号曲线(PAS≡光电气溶胶传感器Photoelektrischer-Aerosol-Sensor)；

图6.用于测定存在于一个样品中的物质之试验装置。

图1展示了一个粉尘粒经过热处理的样品转变示意图，及亚微米燃烧的气溶胶的跟踪测量。样品粒的直径D

图2描述了用于测定存在于一个样品中材料之装置部件的连接情形。一个样品(A)的准备可以通过从一个程序里直接取样和/或通过用一种载体(如：空气)冲稀。随后进行热处理(B)，例如：在一个毛细管状红外线辐射炉或通过其它形式的加热。

在光电发射测量的分析(C)前可以先接上一个静电过滤器E。必要的话，连接上UV-辐射源UV，产生电荷量的测量装置M和测量信号的放大装置V。在一个连接上的数据处理装置D里，它可以是例如微机PC，可以进行信号数据处理，信号与存储的数据对比以及为一个程序产生一种控制信号。

图3展示一个亚微米烧结粒子的模型，它的被吸附物通过UV-辐照而激发，从而给出一个光电子(气溶胶-光电发射原理，APE；hv≡光量子能量，Φ

图4显示PAS-信号、温度和煤粉输入之间的关系。如果输入减少，PAS-信号相应地减弱。如果样品中的惰性材料成分增加，PAS-信号也同样减弱。

对于不同的煤，在这里采用的参数条件下(特别是温度、波长值、停留时间，……)大约在800℃达到最高值。

在这个定量测量中，作为样品，采用一个煤样为300、225、150和75mg/小时，载体气体为0.6m

食品领域取一个面粉样品，在相同的设备参数条件下，对不同的剂量(大约300、225、150和75mg/小时；载体气体为0.6m

信号曲线与煤的相似。特别是存在一个可比较的质量-和温度的依赖关系。

图5显示了不同样品定性测量的结果。

如果对铸工车间的砂子进行测量，将砂子在一个预处理设备中进行不同次数(0或4或5)循环处理。

对0-及4回预处理的砂子在900℃测得一个信号最高值。5回预处理的砂子几乎不产生信号。

图6描述了为了测定存在于一个样品中材料的成分所进行试验而采用的布局。气溶胶样品所用的测量装置其组成部分是：静电过滤器、UV-辐射源、气溶胶静电计。

在这个布局中，下列的测量可以平行进行：

1.借助于UV-辐射光源产生的流动的气溶胶样品的光电充电测量。

粒子充电的测量采用一个光电-气溶胶-传感器(PAS)。

2.PAS-信号和废气气溶胶的PAH-浓度的相互关系的测量是通过对废气经过滤样品的PAH-成分的湿化学法的GC-测定进行的。

3.表面相互关系的测试是通过用静电筛分机和冷凝粒子计数器来测量颗粒粒度分布。

4.产生信号粒子其微观结构的显示是借助于透射电子显微镜(TEM)的显示。

粒子将通过静电沉淀收集到用碳覆盖的标准的TEM-网上。

试验用的炉子的参数(毛细管炉)：

    炉长              600mm

    炉子直径(内径)    5.4mm

    载体空气流量  大约0.6m

    停留时间      大约0.125秒

    负压              15mbar

给定的温度是最高值。

煤粉和其它材料(大约400mg/小时，粒子尺寸＞300nm)被分散在空气中、加热和分析。

试验结果：

试验是在最高温度为600和1000℃之间进行的。

在燃烧的气溶胶分析之前，废气被冷却和用空气(1∶3)和N

空气的通过能力、稀释比例和UV-光强度进行了适当地选择，以便在满意的灵敏度情况下，获得尽可能简单的PAS-信号、PAH-浓度和样品材料容量之间的依赖关系。

对于不同的样品而有效的结果与粒子的大小分布有关：

对于不同的样品来讲，于大约800℃，最大的PAS-信号的温度下，不仅粒子的(空气动力学的)直径，而且粒子数量浓度也最高。

如果把温度提高到1000℃，颗粒大小的分布和数量浓度只产生轻微的移动。可是所属的PAS-信号降低75％以上。这个结果与用湿化学法测定的PAH-浓度很好相符。在较低的温度下(＜800℃)产生较少的和较小的烧结块，并且PAS-信号进一步下降。

TEM-照片显示，在所有的温度下都存在烧结块，实质上，它们是由直径小于50nm的初级小球形成的。估计它们是在冷却时形成的。