Tipps zur Auswahl der passenden Module für die Probenvorbereitung

Tipps zur Auswahl der passenden Module für die Probenvorbereitung

Randy Rieken

Bei der Probenanalyse in analytischen Probenahmesystemen muss die Probe unter Umständen zunächst vorbereitet werden, bevor sie in das Aufbereitungssystem in der Nähe des Analysegeräts gelangt. Ist dieser Schritt für die Probenanalyse erforderlich, wird die Auswahl des passenden Vorbereitungsmoduls zu einer wichtigen Entscheidung.

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Die Auswahl des Vorbereitungsmoduls hängt von der Art des Probentransportsystems sowie vom Aggregatzustand der Probe (gasförmig oder flüssig) ab. In Abhängigkeit dieser Faktoren gibt es zwei gängige Auslegungsoptionen für die Probenvorbereitung:

1. Feldstationmodul in der Nähe der Probenahmestelle
2. Schleifenmodul (Fast Loop Module) in der Nähe des Analysegeräts

Probentransportsysteme

Zunächst muss bestimmt werden, welches Probentransportsystem in Ihrem Probenahmesystem zum Einsatz kommen soll. In der Analysetechnik gibt es zwei gängige Probentransportsysteme.

Bei Systemen mit einer Leitung wird die Probe zum Analysegerät befördert und anschließend entsorgt. Solche Systeme kommen häufig bei gasförmigen Proben zum Einsatz. Systeme mit einer Leitung und einem Feldstationmodul sind vor allem dann erforderlich, wenn die Gasproben vor Eintritt in die Probentransportleitung vorbereitet werden müssen.

Bei einem Fast-Loop-System wird die Probe ebenfalls zum Analysegerät befördert, allerdings wird nur eine kleine Menge analysiert und der Rest der Probe wird zurück in den Prozess eingespeist. Fast-Loop-Systeme kommen häufig bei flüssigen Proben zum Einsatz. Allerdings gibt es auch Szenarien, in denen Fast-Loop-Systeme für den sicheren Transport von gasförmigen Proben verwendet werden sollten. Fast-Loop-Systeme sind in der Regel mit einem entsprechenden Fast-Loop-Modul ausgestattet, in dem die Probe nach Ankunft im Analysegerät vorbereitet wird.

Feldstationmodule und Fast-Loop-Module im Vergleich

Nachdem das zu verwendende Probentransportsystem festgelegt wurde, geht es an die Auswahl des passenden Moduls für die Probenvorbereitung. Hierzu eignen sich beispielsweise Feldstationmodule, Fast-Loop-Module oder keines von beidem. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal zwischen den beiden Modulen ist die Stelle, an der die Probenvorbereitung erfolgt – entweder vor Einspeisung in die Probentransportleitung (Feldstationmodul) oder nach Ankunft beim Analysegerät (Fast-Loop-Modul). Hierbei ist zu beachten, dass nur in seltenen Fällen beide Module in ein und demselben Probenahmesystem verwendet werden.

Abbildung 1: Feldstationmodul in einem System mit einer Transportleitung

Feldstationmodule sind häufig als Teilsysteme ausgeführt und mit verschiedenen Geräten zur Filtration von Proben, zur Verdampfung von flüssigen Proben oder zur Druckentspannung von gasförmigen Proben ausgestattet. Wie in Abbildung 1 dargestellt, wird die Probe zunächst im Feldstationmodul aufbereitet, bevor sie in die Probentransportleitung eingespeist wird. Feldstationmodule erfüllen folgende Funktionen:

• Entfernung unerwünschter Feststoffe oder Flüssigkeiten aus dem Strom
• Druck- und/oder Temperaturänderung der Probe
• Änderung des Aggregatzustandes der Probe durch Verdampfung oder Kondensation
• Einspeisung von Kalibriergas

Abbildung 2: Fast-Loop-Modul in einem Fast-Loop-System

Fast-Loop-Systeme werden häufig bei flüssigen Proben eingesetzt, erfreuen sich jedoch auch bei gasförmigen Proben zunehmender Beliebtheit. In den meisten Fällen sind Fast-Loop-Module als Teilsysteme mit integrierten Geräten zur Regelung der Durchflussmenge oder zur Probenfiltration erhältlich. In Abbildung 2 ist dargestellt, wie die Probe im Fast-Loop-Modul kurz vor dem Analysegerät vorbereitet wird.

Da die Vorbereitung bei Fast-Loop-Modulen in der Regel nicht im Feld stattfindet, ist keine Feldstation erforderlich. Es wird nur eine kleine Menge in das Analysegerät eingespeist, während die restliche Probenmenge in unaufbereiteter Form in die Probenrückführleitung geleitet wird.

Überlegungen zur Vorbereitung von flüssigen Proben

Flüssige Proben werden in den meisten Fällen mit einem Fast-Loop-Modul vorbereitet, da sich bei flüssigen Stoffen die Entsorgung häufig etwas schwieriger gestaltet. Fast-Loop-Module können dazu beitragen, potenzielle Gefahrstoffabfälle zu reduzieren und damit umwelttechnische Bedenken bei der Probenentsorgung zu minimieren. Da der Massenanteil bei Flüssigkeiten etwas höher ist, sind diese Proben in der Regel etwas wertvoller als gasförmige Proben. Bei Fast-Loop-Modulen werden nicht kontaminierte Flüssigkeiten oft zurück in das Probenahmesystem eingespeist.

Überlegungen zur Vorbereitung von gasförmigen Proben

Wie bereits oben erläutert, können Gasproben entweder mit einem Feldstation- oder einem Fast-Loop-Modul vorbereitet werden. In der Regel werden Feldstationmodule nicht nur zur Vorbereitung gasförmiger Proben verwendet, sondern auch zur Druckminderung vor der Weiterleitung zum Analysegerät. Durch die Senkung des Gasdrucks wird die Reaktionszeit verbessert und das Gas bewegt sich mit doppelter Geschwindigkeit. Gleichzeitig ist bei niedrigerem Gasdruck eine höhere Sicherheit gewährleistet.

Allerdings gibt es viele Situationen, in denen ein hoher Druck aufrechterhalten werden muss. Beispielsweise kann es erforderlich sein, die Probe bei vollem Prozessdruck zu messen, oder möglicherweise ist im Analysegerät ein hoher Probendruck notwendig, um die ppm- oder ppb-Werte der Gasprobe zu bestimmen. Unter diesen Umständen steht die Frage der Probenentsorgung nach wie vor im Vordergrund – besonders wenn die Gasproben Kohlenstoff oder Schwefel enthalten. Bei solchen Proben sollte eher ein Fast-Loop-System verwendet werden, um den Großteil des Probenmaterials in die Rückführleitung einzuschleusen.

Das geeignete Probenvorbereitungsmodul für Ihre Anwendung hängt sowohl von Ihrem Probenahmesystem als auch von Ihren Proben selbst ab. Im Rahmen der PASS-Schulung (Process Analyzer Sampling System) von Swagelok erfahren Sie alles, was für die Entnahme repräsentativer Proben und genaue Analyseergebnisse erforderlich ist. Die Schulung richtet sich an erfahrene Ingenieure für die Probenahme und Branchenexperten und behandelt komplexe Teilsysteme wie Module für die Probenvorbereitung.

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