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Verdampfungsprozess Richtig verdampfen – Flüssige Proben für die Analyse gasförmig machen

| Autor / Redakteur: Doug Nordstrom* und T. Waters* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Häufig benötigen Analysensysteme gasförmige Proben, flüssige Proben müssen gegebenenfalls verdampft werden. Das Ziel beim Verdampfungsprozess ist es, eine flüssige Probe schnell in eine gasförmige Probe umzuwandeln – ohne die Zusammensetzung zu ändern.

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Abb.1: Die richtigen Druckeinstellungen sind für den Verdampfungsprozess enorm wichtig. (Bild: Swagelok)
Abb.1: Die richtigen Druckeinstellungen sind für den Verdampfungsprozess enorm wichtig. (Bild: Swagelok)

Wenn eine Verdampfung durchgeführt werden soll, ist es wichtig, den Unterschied zwischen Verdunstung und Verdampfung zu kennen. Verdunstung ist ein allmählicher, mit steigender Temperatur stattfindender Vorgang. Verdampfung geschieht unmittelbar mit einem Druckabfall.

In einer gemischten Probe führt Verdunstung dazu, dass manche Stoffe vor anderen verdunsten, was zu einer Fraktionierung führt. Wenn die Verdampfung richtig durchgeführt wird, verdampfen alle Stoffe gleichzeitig, wodurch die Zusammensetzung der Probe beibehalten wird.

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Allerdings ist es möglich, dass bei der Verdampfung nicht alles planmäßig verläuft. Anstatt die gesamte Probe schnell zu verdampfen, könnte versehentlich eine Kombination von Verdampfung und Verdunstung erzeugt werden. Das Resultat wäre eine Fraktionierung. Wenn eine aus verschiedenen Stoffen zusammengesetzte Probe fraktioniert, eignet sie sich nicht mehr zur Analyse. Auch wenn eine fraktionierte Probe zu einem späteren Zeitpunkt im Prozess ganz gasförmig zu sein scheint, hat die Mischung nicht dieselben molekularen Zusammensetzung wie vor der Fraktionierung.

Verdampfung verstehen

Zum Verdampfen einer Probe verwendet man in der Regel einen Verdampfungsdruckregler, auch Verdampfer genannt. Dies ist ein Druckminderungsregler, mit dem an genau der richtigen Stelle Wärme zur Probe transferiert werden kann. Die Verdampfung ist ein dreistufiger Prozess (s. Abb. 2). Zuerst gelangt die Probe als Flüssigkeit in den Verdampfer. Die Flüssigkeit sollte an diesem Punkt keine Blasen bilden oder sieden.

Als zweiter Schritt gelangt die Flüssigkeit durch die Druckregleröffnung im Verdampfer, was zu einem starken und plötzlichen Druckabfall und damit der Verdampfung der Flüssigkeit führt. Gleichzeitig wird Wärme zugeführt, wodurch die verdampfte Flüssigkeit gasförmig bleiben kann.

Im dritten Schritt verlässt die gasförmige Probe den Verdampfer und gelangt zum Analysegerät, wo sie ausgewertet wird. Aufgrund des unmittelbaren Übergangs in die Dampfphase bleibt die Zusammensetzung des Gases unverändert. Bei diesem empfindlichen Prozess gibt es viele Variablen oder Einwirkungen, die bestimmen, ob der Prozess erfolgreich ist oder nicht. Es handelt sich hier um zwei Hauptgruppen von Eingangsparametern.

Die erste Gruppe hat mit der Zusammensetzung der Probe zu tun. Je nach der Zusammensetzung der Proben beginnt deren Blasenbildung und endet die Verdampfung bei verschiedenen Drücken und Temperaturen. Für eine richtige Verdampfung müssen diese Parameter bekannt sein.

Die zweite Gruppe der Eingangsparameter hat mit den Einstellungen zu tun, die im Probeentnahmesystem gesteuert werden: Druck, Temperatur und Durchfluss. Druck und Temperatur werden am Verdampfer reguliert, während der Durchfluss an der Ausgangsseite mit einem Rotameter (Durchflussmesser für variable Bereiche) und Nadelventil gesteuert wird. Zur richtigen Verdampfung ist ein empfindliches Gleichgewicht aller Eingangsparameter erforderlich.

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