用于确定溶解的样品的总有机碳的测量设备和方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于确定溶解的样品的总有机碳的测量设备，并且涉及一种利用该测量设备确定液体介质中的样品的总有机碳的方法。

背景技术

对于制药行业以及其它生产纯水和超纯水的行业中的过程水监控，有必要测量痕量范围内液体中的总有机碳(TOC)。在用于此目的的大多数测量设备中，有机碳被热转化为或借助于UV辐射被转化为CO

通常，以下两种方法之一用于此目的：

(i)消解定义的样品量，并且将生成的CO

(ii)借助于UV辐射消解液体，并且通过增加液体的电导率来测量溶解在液体中的CO

在这种方法中，有机碳通过UV辐射(在<200nm的波长范围内)被消解成CO

根据现有技术，存在用于实现第二种方法的若干设计变形，即，借助于UV辐射来消解液体并且通过增加液体的电导率来测量溶解在液体中的CO

在连续微分电导率测量中，不是像在不连续微分电导率测量中那样周期性地获取测量值，而是连续地获取测量值。为此，首先在第一流动电导率测量单元中测量电导率。然后，在UV流动反应器中消解样品。然后，在第二流动电导率测量单元中再次测量电导率。可以根据电导率的增加来计算碳浓度。

有利地产生连续的测量信号，由此可以可靠地检测出浓度峰值。

不利的是，尽管由于恒定的样品流量，样品在消解反应器中的停留时间是恒定的，但是不同的有机化合物具有不同的消解速率。因此，样品可能无法完全消解，或者各种物质之间的消解程度可能不同。结果会产生测量误差。

同样不利的是，易消解的化合物，例如有机酸或化合物(例如，CHCl

电导率测量单元的漂移也会导致测量误差。

还应该考虑到，液体的温度升高(例如，由于灯的热量)会影响电导率，这就是为什么必须使用热交换器等将两个测量单元保持在均匀温度下或需要计算温度补偿的原因。

现有技术中已知的用于连续测量液体中有机碳的装置由于诸如第一电导率测量单元、其中可应用加热筒或冷却单元的热交换器、消解反应器、以及还有第二电导率测量单元等部件而需要相对较大的安装空间。

发明内容

在此初步考虑的基础上，本发明的目的是改进一种测量设备和一种方法，尤其是用于连续测量液体中总有机碳(TOC)，以便减少上述缺点中的至少一些的测量设备和方法。

本发明通过权利要求1的主题以及具有权利要求16的特征的方法来实现该目的。

根据本发明的用于确定样品(尤其是确定溶解在液体介质中的样品)中的总有机碳的测量设备，具有由导电且耐腐蚀的材料制成的反应器块。该材料优选是金属的。特别优选的是诸如不锈钢、石墨、钛和/或铂的材料。

由金属形成反应器块促进了反应器块的导热性。

反应器块采取壳体的形式，该壳体具有相应的壳体壁，并且该壳体具有进入反应器块的进口和从反应器块离开的出口。

反应器块可以例如呈立方体、长方体或圆筒体的形式，在反应器块中，进口和出口布置在限定的位置处，通过所述进口和出口可以将溶解的样品引入到测量设备中并且排出。

此外，反应器块可以具有至少0.5mm的壁厚的壳体壁。壳体壁的壁厚也可以被设计成至少15mm，特别优选21mm至200mm厚，其结果是可以产生尤其是与设计相关的优点，例如壁中较大直径的孔用于容纳相应直径的测量部件。

UV灯加热反应器块。任选地，反应器块可以在外部或内部被加热或被主动冷却。反应器块的大壁厚允许通过反应器块本身将样品或液体介质预热至高达流动室的温度。

可选地并且有利地，反应器块具有在壳体壁中的第一连接通道，该第一连接通道垂直于反应器块的纵向轴线布置。取决于壳体壁的壁厚和相应的孔，该第一连接通道可以具有不同尺寸的直径。该第一连接通道在反应器块的壁中的布置节省了附加的安装空间。

此外，壳体壁封闭流动室，在该流动室中发生用于确定有机碳的样品的消解。该流动室可以是消解室。

壳体壁将流动室与周围环境隔开。术语“环境”是指反应器块外面的空间。

流动室被设计用以容纳光源，尤其是UV光源，并且流动室被设计用以使被UV光照射的样品或含有该样品的液体介质经过。UV光源可以有利地是根据本发明的测量设备的一部分。UV光源可以优选地在流动室中布置成可更换。流动室可以采取自成一体的腔的形式，该腔具有供液体介质经过的开口。可以设置多个开口。UV光源可以优选地是真空汞灯。已经证明，优选在＜200nm的波长范围内的UV辐射是有利的。

该测量设备具有至少一个电导率测量装置。电导率测量装置可以由一个或多个部件组成。可以布置多个部件以形成由若干部件组成的单个部件。

反应器块被设计为电导率测量装置的电极，尤其是外电极。结果，反应器块采用壳体的形式，同时采用外电极的形式。

以前尚不知道将若干部件集成到一个组件中的测量设备的这样的紧凑布置，其结果是在检测液体中的总有机碳中提高的测量可靠性。

此外，由金属形成反应器块提升反应器块的热导率。

反应器块被设计用以吸收例如由反应器室中的UV光源的能量产生的热量，并且反应器块被设计用以将所述热量散发到外部。结果，反应器块也被设计为热交换器，以补偿集成在反应器块中的电导率测量单元之间的温度差，并且将反应器块的流动室中的温度在限定的热量水平下保持恒定。

第一连接通道在反应器块的壳体壁中的布置是尤其有利的，因为由于反应器块的热导率，被供应到第一连接通道中的样品已经被预热到均匀的反应器温度。

预热有利地缩短了分析仪的响应时间，从而可以通过极限值监控获得更快的响应时间。

总体而言，将样品预热至反应器温度并且在反应器块的室中维持恒定的温度具有有益的效果，因为结果是提高了测量的可靠性。

总体而言，这也使得可以省去作为单独的部件的热交换器、加热筒和/或冷却单元。

结果，本发明有利地还减少测量设备所需的安装空间并且确保增加的测量可靠性。另外，将各种部件集成在单个组件中使得可以以节省空间的方式制造测量设备。

使用更少的部件还有利地降低了故障的风险以及减少了泄漏和泄漏位置。将多个功能集成到一个部件中也是有利的，从而降低了生产成本。

本发明尤其适合用于确定痕量范围内液体中有机化合物浓度的测量。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

在本发明的有利实施例中，电导率测量装置的第一电导率测量单元可以被布置在反应器块中，该第一电导率测量单元具有至少两个对应的电极，其中所述两个电极是内电极和外电极，并且其中第一内电极布置在第一电导率测量单元内部，并且与作为外电极的反应器块相对应。第一电导率测量单元可以布置在发生样品的消解的流动室的上游。

在前述实施例中，电导率测量装置的第二电导率测量单元也布置有至少两个对应的电极，其中所述两个电极是内电极和外电极，并且其中第二内电极布置在第二电导率测量单元内部，并且与作为外电极的反应器块对应。第二电导率测量单元可以布置在发生样品的消解的流动室的下游。

内电极包括导电材料。由于两个电导率测量单元集成在反应器块中，因此所述两个电导率测量单元内部的温度也是均匀的。

第一连接通道可以优选地形成在进口和第一电导率测量单元之间。此外，在第一电导率测量单元和流动室之间必须存在通路，并且在流动室和第二电导率测量单元之间必须存在通路。最后，可以在第二电导率测量单元和出口之间布置第二连接通道。

第二连接通道可以小于第一连接通道的长度的20％。

有利地，在反应器块的进口的上游连接有供应和排放装置。在这种情况下，该供应和排放装置包括测量设备的到第一阀和/或泵的供应线，其中第三连接通道在第一阀和泵之间延伸。在泵与反应器块的进口之间布置有第四连接通道，而在反应器块的出口和第二阀之间布置有第五连接通道。有利地，第六连接通道在第二阀和第一阀之间延伸。排放线布置成从第二阀开始。第三连接通道、第四连接通道和第五连接通道可以例如由延伸到反应器块外面的管或软管形成。

供应和排放装置优选是测量设备的一部分。上游供应和排放装置将测量设备扩展，以使得样品可以以环流或回路的方式被输送通过测量设备。

由不同的消解速率引起的测量误差可以通过环流进行补偿。

电导率测量单元的漂移也可以通过如下方式来进行校正：在回路中泵送样品液体，直到两个测量单元中的电导率都已经达到稳定值为止。这使得可以确保样品被完全氧化。

由于沉积和其它影响，可以发生测量设备的漂移。然而，这可以有利地被校正。为此，评估单元被有利地设计成使得可以在确定测量值期间进行偏移测量，尤其是偏移校正。

这里有用的是，第一阀和第二阀可以在多种操作模式之间切换。第一操作模式确保到测量设备中的恒定供应和从测量设备的排放，并且第二操作模式确保介质在回路中返回。可以通过控制和评估单元执行基于相应的操作模式的阀门控制。

在这方面还有利的是，控制和评估单元还通过电导率测量装置控制电导率测量，其中控制和评估单元被设计用以考虑在第一电导率测量单元和第二电导率测量单元中确定的电导率来确定液体介质中有机碳的含量。

测量设备的流动室可以是圆柱形的。流动室布置在反应器块的中央并且垂直于反应器块的纵向轴线，并且相对于UV光源对称地布置，并且该流动室优选地将UV光源封闭。

流动室侧表面的背离UV光源的外部内壁与UV光源的纵向轴线的中心之间的横向距离可以小于8mm，该纵向轴线对应于反应器块的纵向轴线。流动室的下圆形区段表面的外部内壁与UV光源的纵向轴线的下部中心之间的下部距离也可以小于8mm。靠近UV光源经过的样品流使得提高辐射强度成为可能，从而也可以完全氧化样品中的含碳化合物。

第一电导率测量单元和第二电导率测量单元可以布置在距反应器块的纵向轴线相同的径向距离处。

这种布置确保了在优选为圆柱形的流动室的整个垂直侧表面上的可预测的消解。

反应器块可以形成为若干部分，从而有助于在生产过程中提供孔和铣削的凹部。因此，如果发生故障，则也可以更容易地更换反应器块的部件。

反应器块可以优选由不锈钢制成。然而，反应器块也可以由导电且耐腐蚀的其它金属材料或金属合金，例如黄铜等制成。在许多行业中，例如在冷凝锅炉技术中，已知使用不锈钢作为热交换器。应用领域尤其是包括使用热量、对介质加热和将介质冷却。在本发明任务的解决方案中，这些性质在不锈钢反应器块中协同地起作用。

有利地，第一连接通道和第二连接通道、进口和第一通路、以及第二通路还有出口具有相等的直径。该直径优选大于0.5mm，特别优选在1.5mm和4mm之间。

此外，有利的是，在每种情况下，在第一电导率测量单元的壁和第二电导率测量单元的壁与布置在相应的电导率测量单元中的内电极之间形成环形间隙，并且第一环形间隙和第二环形间隙具有完全相同的容积和几何尺寸。容积和几何尺寸可以等于第一连接通道和第二连接通道、进口、第一通路和第二通路以及出口的直径。

密封装置尤其是套管可以布置在流动室中，该密封装置至少对来自UV光源的UV辐射是透明的，并且可以将UV光源插入到该密封装置中。这样即使反应器块中填充液体，也允许在发生故障的情况下更换UV灯。在这种情况下，含有样品的液体介质位于密封装置和流动室的内壁之间。

如果在流动室的侧表面的内壁和UV光源的密封装置的外壁之间设置第三环形间隙，则所述间隙的直径等于第一连接通道和第二连接通道的直径，并且优选测量在0.5mm至4mm之间。在此环形间隙内，样品围绕UV光源流动。UV光源发出的辐射将样品中的有机成分转化为CO

确保样品流在系统中并且将样品流广泛分布在UV光源的表面上，样品流对测量可靠性和测量精度具有有利的影响。

根据本发明的用于利用测量设备尤其是利用根据本发明的测量设备来确定液体样品尤其是溶解在液体介质中的液体样品的总有机碳的方法，该方法包括以下步骤：

I.提供测量设备；

II.通过反应器块的进口将液体样品引入到第一连接通道中，在该第一连接通道中，样品被预热到反应器温度；

III.将样品输送到第一电导率测量单元中，并且通过控制和评估单元进行对电导率的第一次测量；

IV.将样品从第一电导率测量单元供应到流动室中，在该流动室中，样品在第三环形间隙中围绕UV光源流动，其中来自该UV光源的辐射通过形成CO

V.将样品从流动室转移到第二电导率测量单元中，并且通过控制和评估单元执行对电导率的第二次测量，以及

VI.经由第二连接通道通过反应器块的出口从第二电导率测量单元排放样品。

附图说明

通过下面的描述，本发明的其它优点、特征和细节将变得显而易见，在下面的描述中，将参考附图更详细地说明本发明的示例性实施例。本领域的技术人员还将方便地单独考虑在附图、说明书和权利要求中组合公开的特征，并且将所述特征组合为有意义的进一步组合。

示出如下：

图1是在恒流模式下的测量设备的示意图；以及

图2是在环流模式下作为测量设备的一部分的供应和排放装置的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于确定溶解在液体介质中的样品的总有机碳的测量设备100。该测量设备具有反应器块1。

反应器块1包括金属材料，并且由导电且耐腐蚀的材料制成，优选由不锈钢制成，其具有大于0.5mm的壁厚。

反应器块1被设计为外电极，并且反应器块1借助于供应电缆19通过第一连接20连接到评估单元18。反应器块1被设计用以吸收热量并且将热量散发到外部，从而充当热交换器。

反应器块1具有液体进口5，样品通过该液体进口5被输送到连接通道9中。连接通道9布置在反应器块1的壁中。由UV光源4产生的热量被反应器块1的壳体壁27吸收，由此被引入到第一连接通道9中的样品被预热到反应器温度。

样品从第一连接通道9流入到第一电导率测量单元7的第一环形间隙29中，并且样品围绕第一内电极2流动。第一内电极2与作为外电极的反应器块1一起，该第一内电极2经由供应电缆19的第一连接20与控制和评估单元18相对应，该第一内电极2具有到控制和评估单元18的供应电缆19的第二连接21。该第一内电极2被插入反应器块1的壁中，由于安装点的，例如以聚合物密封或聚合物铸造的形式的电隔离，所以防止了电极之间的直接接触并且因此防止了电极之间的短路。评估单元借助于第一电导率测量单元7的第一内电极2和外电极对样品的电导率进行第一次测量。

将样品从第一电导率测量单元7通过第一通路10供应到流动室12中，以介质密封的方式将UV光源4引入到流动室12中。样品在第三环形间隙31中围绕UV光源4的发光部分流动，并且样品被UV光源4的辐射消解。

所使用的UV光源可以具有带有密封4a的连接头4b。密封4a可以采用带有UV光源4的球形盖罩的石英玻璃套管的形式。该密封也可以由其它材料形成。

密封4a防止与UV光源4液体接触，并且有利地简化了UV光源的更换。

样品从流动室12通过第二通路11被转移到第二电导率测量单元8的第二环形间隙30中，并且围绕第二内电极3流动。第二内电极3与作为外电极的反应器块1一起，该第二内电极3经由供应电缆19的第一连接20与控制和评估单元18相对应，该第二内电极3具有到评估单元18的供应电缆19的第三连接22。该第二内电极3被插入反应器块1的壁中，由于安装点的，例如以聚合物密封或聚合物铸造的形式的电隔离，所以防止了电极之间的直接接触并且因此防止了电极之间的短路。借助于第一内电极2和用作第二电导率测量单元7的外电极的反应器块1，通过评估单元18对样品的电导率进行第二次测量。在本申请中同义地使用“控制和评估单元”和“评估单元”。

通过反应器块1的出口6中的第二连接通道13从第二电导率测量单元8排放样品。

图2示出了作为测量设备100的一部分的供应和排放装置200，该供应和排放装置200用于在环流模式下利用测量设备100来确定溶解在液体介质中的样品的总有机碳。反应器块1的内部结构未在图2中示出，但是与图1类似地构造。

在该变形中，样品经由供应线14被输送到阀15a，并且经由第三连接通道23被输送到泵16，通过第四连接通道24进入到反应器块1的进口5中。

样品以类似于图1的方式经过流动室。在样品离开出口6之后，样品经由第五通道25，经由以环流连接的第二阀15b，经由下游的第六连接通道26，经由以环流连接的第一阀15a，借助于泵16和第四连接通道返回到反应器块1的进口5。

结果，样品保持以环流或回路的形式流过反应器室，直到两个电导率测量单元7和8中的电导率都已经达到稳定值为止。

参考标记

1反应器块

2第一内电极

3第二内电极

4UV光源

5进口

6出口

7第一电导率测量单元

8第二电导率测量单元

9第一连接通道

10第一通路

11第二通路

12流动室

13第二连接通道

14供应线

15a第一阀

15b第二阀

16泵

17排放线

18控制和评估单元

19供应电缆

20第一连接

21第二连接

22第三连接

23第三连接通道

24第四连接通道

25第五连接通道

26第六连接通道

27壳体壁

28纵向轴线

29第一环形间隙

30第二环形间隙

31第三环形间隙

4a连接头

4b密封

100测量设备

200供应和排放装置