WO2010057943A2 - Analysis system for fuel analysis - Google Patents

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WO2010057943A2
WO2010057943A2 PCT/EP2009/065446 EP2009065446W WO2010057943A2 WO 2010057943 A2 WO2010057943 A2 WO 2010057943A2 EP 2009065446 W EP2009065446 W EP 2009065446W WO 2010057943 A2 WO2010057943 A2 WO 2010057943A2
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pyrolysis
characteristic
sensor
surface wave
wave sensor
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Klaus KÜHLING
Wolfgang Ahlers
Wolf Stegmaier
Michael Rapp
Nicole Barie
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Basf Se
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Publication date
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2835Oils, i.e. hydrocarbon liquids specific substances contained in the oil or fuel
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
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    • GPHYSICS
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    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0423Surface waves, e.g. Rayleigh waves, Love waves

Definitions

  • the invention relates to a method for identifying a material, in particular an organic liquid, as well as a device for identifying the material and a use of the method.
  • Such methods, devices and combinations can be used in particular in the field of fuel analysis, for example in order to distinguish certain mineral oil products of a manufacturer of mineral oil products of foreign manufacturers. In particular, counterfeits can be detected in this way.
  • surface wave sensors are acousto-electrical components in which acoustic waves are excited by means of a suitable electrode structure in a substrate material.
  • a suitable electrode structure in which acoustic waves are excited by means of a suitable electrode structure in a substrate material.
  • other types of waves in solids can in principle also be used, and these types of sensors should also be included in the scope of the present invention by the term surface-wave sensors.
  • a material to be detected for example, from a Gas phase or a liquid phase, on a sensor surface of the sensor, for example by adsorption and / or by chemical reaction or other type of attachment and / or bonding, so the acoustic properties of the solid state material of the surface acoustic wave sensor. This results in a shift of the frequencies of the excited waves, which is detectable as a corresponding sensor signal.
  • At least one sensor surface of the surface wave sensors is usually pretreated in order to specifically favor the attachment of the materials to be detected.
  • suitable coatings for example polymer coatings, can be used for this purpose, which for example selectively adsorb or otherwise bind certain substances or react with them.
  • surface wave sensors of the type described are not readily usable for the analysis of organic liquids, in particular of fuels and / or other mineral oil products.
  • modification or coating of the sensor surfaces constitutes a weak point of surface acoustic wave sensors.
  • Mineral oil products and other organic liquids in many cases contain aggressive components, in particular components with solvent properties, which can influence or destroy these surface modifications.
  • mineral oil products can dissolve or at least attack polymer coatings on the sensor surfaces, so that a reproducible measurement is no longer guaranteed.
  • irreversible changes in the sensor surfaces or on the sensor surface can result from condensation. chen, which can lead to false signals for subsequent measurements.
  • a basic idea of the present invention is that not all constituents of the material are required for an identification of the material, but that many materials either themselves already contain as one constituent characteristic materials, by means of which alone the identification of the material is possible or that such characteristic materials can be generated selectively.
  • characteristic materials may be, for example, separable components, fragments, reaction products or similar materials that can be produced from the material to be identified. If these characteristic materials are produced in such a way that they are substantially harmless to the aforementioned coatings or surface modifications of conventional surface acoustic wave sensors, the problem described above can be solved in a simple manner.
  • surface wave sensors can be used in order to identify the actual material via the at least one characteristic material that in this case a damage or change of the surface acoustic wave sensors, in particular sensor surfaces of these surface acoustic wave sensors occurs.
  • the proposed method for identifying a material, in particular an organic liquid, that is to say a liquid which comprises at least one organic material comprises the following method steps, which are preferably carried out in the stated order. However, another order of the method steps is possible in principle. Additional, unlisted method steps may also be included, and one or more method steps may also be performed simultaneously or temporally overlapping or repeatedly.
  • a pyrolysis step is to be understood as meaning a thermal treatment of the material with at least one elevated temperature, which is suitable for bringing about chemical changes in the material. In particular, this may be a thermal cracking of the material into smaller components.
  • the pyrolysis step depending on the material used or used to be identified material class, temperature treatments at pyrolysis Temperatures above 500 0 C include. Pyrolysis with more than one pyrolysis temperature is also conceivable, for example a pyrolysis with a ramp-shaped or stepped course with a sequence of several different pyrolysis temperatures.
  • the pyrolysis step is carried out in such a way that at least one characteristic material is produced from the material to be identified.
  • a combination of several characteristic materials can also arise.
  • a characteristic material is meant a detectable by a surface wave sensor product of the pyrolysis step, which is characteristic of the material to be identified, that is that from a detection of the characteristic material or a combination of the characteristic materials with high probability on the presence of a particular Material or a material class can be closed.
  • the at least one characteristic material is supplied to at least one surface wave sensor.
  • surface-wave sensors described at the beginning can be used, so that with regard to possible embodiments of the at least one surface-wave sensor, reference may be made to the above description and the cited literature.
  • surface wave radiation In addition to pure surface waves, which can be excited, for example, by means of comb-like interdigitated electrode structures, in principle other types of waves can also be used in solids, whereby these types of sensors are also referred to in the context of the present invention by the term surface wave radiation. should be recorded.
  • the term "surface wave sensor” should therefore be understood broadly in the context of the present invention and include any type of gravimetric sensors, in particular the mentioned types of surface wave sensors and in particular at least partially target substance-selective sensors, for example coated, in particular polymer-coated, gravimetric - trical sensors.
  • Other examples that could be mentioned are quartz crystals and acousto-electric microresonators, especially so-called FBARs (Thin Film Buick Acoustic Wave Resonators). Combinations of the mentioned and / or other types of sensors are conceivable.
  • multiple frequency ranges can thereby be covered, for example frequency ranges from 5 MHz to 100 MHz by means of quartz crystals and / or, for example, from 1 GHz to 10 GHz by FBARs.
  • optimal configurations can be accomplished for given tasks, for example with regard to predetermined boundary conditions and / or objectives, in particular sample volumes, sample gas flows, desired detection sensitivity, reaction time, technical implementation or like.
  • At least one sensor signal is generated by the surface wave sensor, that is to say an evaluable signal which can basically be in any desired form, that is, for example in the form of a signal amplitude, a frequency, a frequency shift, a phase, in electrical or electromagnetic form or in another signal form.
  • a third method step the identification step, the identity of the material is finally deduced from the at least one sensor signal.
  • Closing to the identity of the material can be done, for example, by using at least one data processing device, although, for example, a manual evaluation is also possible.
  • a data processing device may for this purpose include, for example, a processor, one or more volatile and / or nonvolatile memories, interfaces, input and / or output means or similar components typically included in data processing equipment, and in particular may be program-programmed to perform the identification step.
  • the identification step can take place in that the at least one sensor signal is analyzed analytically, empirically or semiempirically.
  • the at least one sensor signal can be compared with known sensor signals of known characteristic materials and / or known materials. This comparison can be done, for example, by means of a correlation method. In this way materials can be directly identified and / or the materials can be identified by means of characteristic materials.
  • the device which may be equipped in particular for carrying out the proposed method, comprise at least one pyrolysis device for at least partial pyrolysis of the material.
  • this pyrolysis device may comprise one or more ovens and / or other types of heaters. Embodiments of such pyrolysis devices will be explained in more detail below.
  • the device comprises at least one surface wave sensor and is arranged to supply the at least one characteristic material generated in the pyrolysis device to the surface wave sensor.
  • This surface wave sensor should be set up to generate at least one sensor signal.
  • this surface wave sensor can have at least one sensor surface which, for example, can be selectively modified in order to detect the at least one characteristic material.
  • this sensor surface can be purposefully coated for this purpose, for example by means of appropriate organic coatings and / or polymer coatings or other types of surface modifications, for example surface films or the like.
  • the pyrolysis step can be arranged on the surface wave sensor such that the at least one characteristic material does not or only insignificantly damages this sensor surface, as for example in the direct supply of organic liquids and / or gases is often the case.
  • the device further comprises at least one identification device, in particular an identification device for carrying out the above-described identification step, which is arranged to close from the at least one sensor signal to the identity of the material.
  • the term closing refers to the identity of the material in the context of the present invention.
  • this identification can make a clear statement about the type of material, for example the specification of a specific substance or substance mixture as material.
  • a classification that is, a statement about which substance class the material is to be assigned, or which substance class or which substance classes the material is not assigned.
  • Even more general statements are possible in the context of the identification step and are included by definition, for example statements about a source of the material, such as Make a statement as to whether it is an original product or an unauthorized substance.
  • the identification step may include a statement as to whether the material is a mineral oil product of a particular manufacturer or not.
  • Other types of statements about the material should also be included in the concept of the identity of the material and can be determined in the context of the identification step.
  • the material is subjected before the at least one pyrolysis step at least one further thermal treatment step, in particular a thermal treatment step in which no pyrolysis in the sense of the above definition occurs.
  • this at least one further thermal treatment step may comprise at least one evaporation step in which volatile constituents of the material are at least partially removed from the material.
  • the thermal treatment step may include at least one evaporation step.
  • pyrolysis of major components in a fuel such as octane and / or decane
  • a direct pyrolysis of the entire fuel including the main components octane and / or decane due to the required heat of evaporation can be technically difficult and also lead to a risk of explosion.
  • the preferred at least one evaporation step which is preferably connected upstream of the pyrolysis, can avoid or at least reduce this problem.
  • the at least one thermal treatment step in particular the at least one evaporation step, can also be used for enrichment, for example for enriching low-volatility constituents of the organic liquid, for example by evaporating a higher amount of fuel.
  • the thermal treatment step can also be carried out several times in order to achieve even higher enrichment factors, in particular in an apparatus-defined volume.
  • the at least one further thermal treatment step can be carried out at temperatures which depend on the material to be identified, on which already existing information is already being carried out.
  • temperatures which depend on the material to be identified, on which already existing information is already being carried out.
  • temperatures between 50 0 C and 200 0 C have been found to be suitable to at least partially remove aggressive volatiles, which could damage the at least one surface wave sensor.
  • Particularly preferred are temperatures between 100 ° C and 150 0 C.
  • saturation effects can also be effectively avoided by the thermal treatment step.
  • major fuel components which are less aggressive in many cases, are present in large quantities in the organic sample. The large amount alone could therefore lead to saturation effects in the case of surface wave sensors during evaporation and thus to poor repeatability of the measurements.
  • the thermal treatment step in particular the at least one evaporation step, it is therefore also possible to remove non-interest and volatile constituents of the liquid sample, for example main constituents of a fuel, which would unnecessarily overload the sensors.
  • a risk of explosion due to components of the liquid sample which can lead to explosive mixtures, for example, in contact with air, can be avoided by at least partial removal of these components before pyrolysis.
  • the duration of the at least one further thermal treatment step can also be adapted to the type of material and / or the class of material to be examined. For practical reasons, time durations between 1 minute and 2 hours have proven to be particularly suitable here, in particular periods of about 1 hour.
  • further thermal treatment steps are also possible, for example combinations of further thermal treatment steps at different temperatures, for example in the context of a stepped temperature profile, a ramped temperature profile or similar thermal treatment steps.
  • the proposed device may in particular comprise at least one thermal device.
  • this thermal device may be a simple oven in which the material, for example received in one or more crucibles, is pretreated.
  • the thermal device may include one or more heating blocks into which one or more crucibles may be received to be heated evenly.
  • Other types of thermal devices are also possible, for example, devices in which the material is heated by infrared treatment, by microwaves, by other types of electromagnetic radiation, or otherwise.
  • Various such Thermal devices are known in the art.
  • the thermal device may be integrated directly into the remaining components of the device, but may also be designed as a separate component of this device, as will be explained in more detail below.
  • the thermal device may be configured such that in the thermal treatment step, in particular evaporation, released constituents of the liquid sample do not come into contact or at least only partially with the surface wave sensor.
  • the thermal device may be configured to be separated from the surface acoustic wave sensor. An arrangement in a bypass is possible, for example in a switched bypass, which prevents such contact at least substantially. In this way, the sensor of the surface acoustic wave sensor can be spared, for example, by this is shielded by not interesting for the measurement of the main fuel components.
  • the supply of the characteristic material to the surface wave sensor can be effected in particular by means of at least one carrier gas.
  • at least one carrier gas For example, ambient air, synthetic air, nitrogen, argon or other types of carrier gases or carrier gas mixtures can be used for this purpose as carrier gases.
  • the carrier gas can be dried before use and / or targeted adjustment of moisture in the carrier gas can take place.
  • at least one piping system may be provided, for example a piping system which connects the pyrolysis device to the at least one surface wave sensor.
  • the at least one piping system may include, for example, glass tubes, quartz tubes, plastic pipes or similar pipes or pipe combinations, wherein the term "pipe” mutatis mutandis hoses or other types of pipe devices are to be understood, which is the supply of the carrier gas, that is, a targeted conduction of the carrier gas
  • the piping system can be additionally purged with the carrier gas, for example before the at least one pyrolysis step is carried out, in order to allow a purging of the piping system and / or of the material which has not yet pyrolyzed.
  • this pyrolysis step can in turn be adapted to the nature of the material and / or the class of material, and / or to the nature of the at least one characteristic material to be produced.
  • the properties of the at least one characteristic material can be influenced via the parameters of the pyrolysis step, for example a size of the fragments produced during pyrolysis.
  • the at least one identification step can be carried out, for example, taking into account these pyrolysis parameters, for example by using specific identification parameters for a specific parameter set of the pyrolysis.
  • a database can be used which contains specific comparison patterns or pattern signals for a specific set of pyrolysis parameters.
  • the pyrolysis can always be carried out at the same pyrolysis parameters.
  • the pyrolysis step is carried out at temperatures of at least 500 ° C. Particularly preferred are regions of between 550 0 C and 900 ° C, in particular between 600 0 C and 650 ° C. Many of the materials to be identified, in particular organic liquids, such as, for example, mineral oil products, can be pyrolyzed in this way into certain characteristic materials. At the same time, such temperatures are still technically feasible and easily integrated, for example, in a piping system of the type described above by means of a suitable pyrolysis.
  • At least one pyrolysis step produces a plurality of products which can all be used as characteristic materials, but which can also be subjected to one or more separation steps in order to supply only one or more of these products as characteristic materials to the surface wave sensor.
  • different separation devices can be used.
  • a cold trap may be used as the separator, and / or the characteristic material or mixture of the characteristic materials may be subjected to at least one cooling step in order to condense low-volatility constituents.
  • This cooling step can in principle be carried out at temperatures below the pyrolysis temperature, preferably at temperatures below 50 ° C. Particularly preferred are temperatures of at most 25 ° C, so that, for example, a simple cooling by ambient air, is sufficient.
  • the supply of the characteristic materials may comprise a condensing section in which these low-volatility materials can condense without being supplied to the surface wave sensor, for example a bend or a loop of a pipeline system.
  • this identification step can be carried out in such a way that it deliberately searches for at least one marker material of the material.
  • This marker material may for example be admixed with the material, the characteristic material being, for example, a characteristic material consisting of the marker material is formed.
  • the material can be added specifically marker materials which form particularly reliable or reliable detectable characteristic materials in the pyrolysis step.
  • marker material As a marker material special marker materials can be used. Another possibility, which is alternatively or additionally feasible, however, is to use marker materials already contained in the starting material, preferably low-volatility marker materials, and / or to define components already present in the starting material as marker materials. Thus, for example, various mineral oil products are already admixed with additives or additive mixtures which could also serve as marker materials whose fragments could be specifically detected as characteristic materials after pyrolysis.
  • Such additives which are frequently also referred to as “performance packages", are commercially available, for example, under the trade names Keropur® for gasoline or Kerupur® DP for diesel fuels from BASF SE, Germany
  • Such packagings may include, for example, carrier liquids, solvents, conductivity improvers, marking agents and / or dyes, friction modifiers, detergents, corrosion inhibitors, defoamers, dehazers, lubricity improvers, cetane improvers or similar materials or mixtures of materials
  • One advantage of using these performance packages is that they are mixed with the mineral oil products anyway and that these are characteristic of a particular manufacturer, so that an additional expense for the addition of an additional marker material can be omitted.
  • a database of sensor signals can be used, for example sensor signals associated with a plurality of deposited characteristic materials.
  • one or more correlation methods can be used in the identification step, for example to compare the sensor signals of a plurality of characteristic materials stored in the database with the respective sensor signals of the surface sensors and to determine matches. In this way, for example, probabilities can be specified that certain materials are present and / or a fully automatic identification can take place.
  • the pyrolysis device may comprise at least one quartz tube in order to carry out the pyrolysis in this quartz tube.
  • the device may, for example, comprise at least one crucible for receiving the material, for example a metal or ceramic crucible, in particular a stainless steel crucible.
  • the material for example a metal or ceramic crucible, in particular a stainless steel crucible.
  • the material such as the organic liquid.
  • These crucibles can be transferred, for example, into the device.
  • the direct introduction of the material into the device is basically possible, but in many cases less preferred in order to avoid soiling of the device.
  • the apparatus preferably further comprises at least one piping system. It is particularly preferred if the pipeline system can be connected to a carrier gas source in order to supply the characteristic material through the pipeline system to the surface wave sensor.
  • This connection to the carrier gas source can take place, for example, via one or more corresponding nozzles, tubes or other types of interfaces.
  • the carrier gas source may comprise, for example, a carrier gas source fixedly installed on the building side, but may alternatively or additionally also comprise a mobile carrier gas source, for example one or more gas cylinders.
  • the carrier gas source may also comprise, for example, an air pump, for example for conveying outside air as a carrier gas, for example in suction operation.
  • the carrier gas source may also comprise a drying unit and / or a conditioning unit, for example for adjusting a moisture content of the carrier gas.
  • the carrier gas source itself may also be part of the device.
  • the connection of the piping system to the carrier gas source may further include one or more valves or other devices for controlling the flow of the carrier gas.
  • a further preferred embodiment of the invention relates to at least one triggering device.
  • the evaluation of the at least one sensor signal is particularly favorable and is simplified if the method is started at a precisely defined point in time.
  • the at least one triggering device can in principle be designed in any manner which starts the pyrolysis at a defined time.
  • the triggering device comprises at least one holding device which can hold the material, directly or held by a crucible. The device should then be set up in such a way that, when the holding device is released, the material falls into a pyrolysis position of the pyrolysis device.
  • the use of gravitational forces allows one fast and reproducible start of the pyrolysis process.
  • another type of transfer device can be integrated into the triggering device, which transfers the material quickly and reliably into the pyrolysis position.
  • the material may be positioned in the pyrolysis position from the beginning. The process can then be carried out simply by starting the heating of the pyrolysis process at a fixed position. The heater itself may then function as one embodiment of a trip device.
  • the method and the device can generally be set up in such a way that a defined amount of the material is subjected to pyrolysis at a defined starting time.
  • a specific technical triggering of the pyrolysis by a rapid transfer of a specimen in a corresponding heated pyrolysis zone and / or by defined, rapid heating of a defined amount of a test specimen located in one place, for example by means of a microwave irradiation and / or one laser bombardment.
  • a further preferred embodiment relates to the surface wave sensor itself.
  • the surface wave sensor may in principle comprise any of the surface wave sensors described above.
  • the surface wave sensor comprises a plurality of surface acoustic wave sensors, each of which is arranged to detect different characteristic materials.
  • the individual surface acoustic wave sensors can, for example, have differently functionalized and / or coated sensor surfaces which have different sensitivities with respect to different characteristic materials.
  • the plurality of surface acoustic wave sensors may be configured as an array of surface acoustic wave sensors, for example on a single chip or a single board.
  • DE 197 46 261 A1 for example, to DE 197 46 261 A1 and the exemplary embodiments described therein.
  • the device is designed as a mobile device, in particular as a portable handheld device.
  • a portable handset while a device to be understood, which is transportable by a person without the aid of additional transport.
  • the mobile device may also comprise other types of devices which are generally mobile. tet are.
  • such mobile devices can be accommodated or receivable in a suitcase, which if necessary can also be provided with transport devices such as rollers or the like.
  • a mobile transport in a motor vehicle, in particular a passenger car can be done. In this way, for example, a mobile device for mobile identification of the material can be provided.
  • the method described can also be used in one or more of the embodiments described above for quality assurance of the material.
  • This is likewise possible, for example, for mineral oil products, but also for other types of materials.
  • an additive concentration for example one or more of the additives described above, can be checked for their correctness.
  • this control can be done immediately during the mixing of the additive, or at a later time. In the latter case, for example, once again a mobile handheld device can be used.
  • Figure 1 shows a schematic structure of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a surface wave sensor array for use in a device according to the invention
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the measurement signals of the surface wave sensors of the surface wave sensor array according to FIG. 2 in an example measurement
  • FIG. 4 calibration lines at different concentrations of a marker material
  • FIG. 5 shows a spider-web diagram of the measurement results according to FIG. 4.
  • the device 10 initially comprises a thermal device 12 in the form of a heating device.
  • This heating device which may comprise, for example, a heatable perforated plate 14, can be used, for example, to heat a multiplicity of crucibles 116, for example stainless steel crucibles, to temperatures between 50 and 200 ° C., in particular between 100 ° C. and 150 ° C.
  • the crucibles 16 are filled with the material to be identified, preferably with a precisely defined or exactly known amount of the material to be detected. Subsequently, these crucibles 16 with the material contained in the thermal device 112 are subjected to the above-described thermal treatment step.
  • the apparatus 110 further comprises a piping system 18.
  • This piping system 18 includes at one end a crosspiece 120, which may be made of quartz or metal, for example.
  • a commercially available cross piece from Swagelok in Düsseldorf, Germany can be used as the crosspiece 120.
  • the crosspiece 120 comprises an insertion opening 122 which can be closed by a plug 124 or, alternatively or additionally, by a screw connection for insertion of the crucibles 16.
  • the crosspiece 120 comprises a release opening 126, which can be closed by a perforated plug 128. Alternatively, or in addition to a perforated plug, for example, can be closed by a union nut with a pierced septum.
  • the crosspiece 120 comprises a carrier gas opening 130, which via a suitable carrier gas supply 132, for example one or more tubes, with a carrier gas source 134, for example, a source of synthetic air and / or nitrogen, is connectable.
  • the device 1 10 comprises a pyrolysis device 136, for example in the form of a ring furnace and / or tube furnace, which annularly surrounds a quartz tube section of the pipeline system 118.
  • the pyrolysis device 136 may, for example, also comprise additional devices, for example control devices, energy sources or the like.
  • the device 110 comprises a surface wave sensor 138, which is explained in more detail below by way of example with reference to FIG.
  • This surface wave sensor 138 has an inlet port 140 which is connected to the piping 118.
  • a cold trap 142 is provided, in which the piping system 118 comprises a collection sheet 144, in which low volatiles can condense out and collect.
  • the cold trap 142 may include active cooling, but may also include simple cooling of the collection sheet 144 by air.
  • the surface wave sensor 138 includes an outlet port 146 through which the carrier gas can flow out of the surface wave sensor 138.
  • the surface wave sensor 138 further includes an interface 148 via which the surface wave sensor 138 may be connected to a computer system 152, for example, via a data link 150.
  • the computer system 152 can act, for example, as an identification device 154 or as part of such an identification device and can perform the identification step described above in whole or in part.
  • the computer system 152 can also control further components of the device 110, for example the pyrolysis device 136, the carrier gas flow, the thermal device 12 or a triggering device 156, which is described in greater detail below.
  • the trigger opening 126 of the crosspiece 120 is closed in the illustrated embodiment by means of the pierced plug 128 and / or by means of the union nut with the pierced septum.
  • a wire 158 is guided, by way of which a crucible 16 can be held in a holding position 160 in the center of the crosspiece 120.
  • a crucible 1 16 with the material contained in the piping system 1 18th transferred is indicated symbolically in FIG. 1 by the reference numeral 162.
  • the plug 124 is removed at short notice, and the crucible 1 16 is brought by the insertion opening 122 in the holding position 160.
  • the insertion opening 122 is closed again by the plug 124.
  • a rinsing step can then be carried out, for example in order to at least substantially clean the pipeline system 18 at least substantially by means of rinsing with carrier gas of air or other undesirable volatile or gaseous constituents, such as moisture.
  • triggering device 156 may then be actuated, for example, under the control of computer system 152.
  • wire 158 may, for example, be withdrawn from crosspiece 120 so that crucible 116 is released and falls from holding position 160 to a pyrolysis position 164.
  • the crucible 16 is held in the pipeline system 118 by a constriction 166.
  • another type of transfer can be used instead of a transfer by gravity from the holding position 160 to the pyrolysis position 164.
  • the pyrolysis position 164 then the pyrolysis takes place.
  • the at least one characteristic material is formed. From this at least one characteristic material, in turn, as described above, low volatility constituents in the cold trap 142 can be condensed out.
  • Other characteristic materials are introduced into the surface wave sensor 138 through the flow of the carrier gas via the inlet port 140.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a surface wave sensor 138.
  • This surface wave sensor essentially corresponds in terms of its construction to the sensor structure described in DE 197 46 261 A1, so that reference can be made to this document with regard to possible details and details.
  • the surface wave sensor 138 is configured in the illustrated embodiment according to Figure 2 as a surface wave sensor array 210 and includes a plurality, in this embodiment eight, single surface wave sensors 212, which are each shown only schematically in the illustrated embodiment.
  • Each of these individual surface acoustic wave sensors 212 each includes a sensor surface 214.
  • these sensor surfaces 214 may be differently coated to have different sensitivities for different characteristic materials.
  • the carrier gas with the characteristic materials contained therein can be guided, for example, through one or more grooves in a sensor chip of the surface wave sensor array 210 via these sensor surfaces 214.
  • the surface wave sensor 138 according to FIG. 2 comprises an encapsulated reference oscillator 216.
  • This reference oscillator 216 is not exposed to the carrier gas and / or the characteristic materials contained therein. Via a frequency mixer 218, the signals of the reference oscillator 216 can be mixed with those of the individual surface acoustic wave sensors 212 in order to be able to determine, for example, frequency shift.
  • the surface wave sensor 138 comprises a field-programmable gate array (FPGA 220) and / or other control components, which evaluate the signals of the individual surface wave sensors 212 and / or a total signal of the surface wave sensor 138 or a Prepare these signals. The actual evaluation can also take place in the computer system 152, in whole or in part.
  • FPGA 220 field-programmable gate array
  • FIG. 3 plots, as an example, sensor signals of the individual surface wave sensors 212, for example of the surface wave sensor array 210 according to FIG. 2, as a function of time.
  • difference curves are shown, wherein at the beginning of each measurement all difference frequencies have been set to zero.
  • the measured curves 310 to 324 designate the sensor signals of the individual surface wave sensors 212, plotted as frequency f in Hertz as a function of time t in seconds.
  • the reference numerals 326 and 328 designate the lower or upper limit of the measuring window, within which an evaluation of the frequency profiles 310 to 324 takes place.
  • the measurement is started, for example by actuating the triggering device 156 as described above.
  • the individual surface acoustic wave sensors 212 register a corresponding change and the frequencies of these surface acoustic wave sensors 212 begin to shift.
  • the different sensitivity is expressed. While frequency curve 312 shows the strongest change, frequency curve 320 shows the lowest interaction with the characteristic material to be detected.
  • Array 210 is used as described in FIG.
  • the material used was octane containing 500 ppm of the fuel additive Kerocom® described above
  • PIBA polyisobuteneamine
  • the different sensitivity of the individual surface sensors 212 can clearly be seen in FIG. 3, so that a composition could already be deduced from this "fingerprint" of the individual sensor signals in order to show that the individual sensor signals also correspond to the quantity of the characteristic material to be detected
  • Concentration curves with different admixtures of the above-mentioned additive Kerocom® PIBA were recorded, which are plotted in Figure 4.
  • the frequency shift ⁇ f in Hz is plotted for different volume concentrations c, indicated in ppm, showing in each case the maximum frequency shift ⁇ f 4, for example, the maximum of the frequency profiles 310 to 324 in Figure 3.
  • the concentrations were varied from 0 ppm to 1000 ppm for the measurements according to Figure 4.
  • the frequency shifts ⁇ f of the individual surface acoustic wave sensors recorded thereby 212 are, according to the curves 310 to 324, designated in Figure 4 by the reference numerals 410 to 424.
  • the calibration lines 410 to 424 show the different sensitivity of the individual surface wave sensors 212 from the course. If these calibration lines 410 to 424 are known, it is possible, for example with the aid of the identification device 154, to deduce, for example, a concentration of the marker from a specific maximum frequency shift.
  • Curve 510 indicates the signal of an unfilled crucible 116, which was used as a blank.
  • the signal 512 denotes the signal of a filled with pure octane crucible 1 16, so a blank sample without marker substance.
  • Signals 514 through 522 indicate the signals for samples of 10 ⁇ l of octane at 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 500 ppm, and 1000 ppm, respectively, in terms of volume concentration of Kerocom® PIBA as the marker.
  • spider-web diagrams in FIG. 5 that already 100 ppm of the marker substance, corresponding to 1 nl of substance in the sample, by means of the proposed method differs significantly from the blank 510 or from the blank. sample 512 and can be detected in this way.
  • Such spider-web diagrams can also be evaluated automatically, for example by means of appropriate correlation methods, so that an evaluation can be carried out quickly and reliably and with high reproducibility by means of the proposed method.

Abstract

A method is proposed for identifying a material, in particular an organic liquid. The method comprises the following steps: - subjecting the material to at least one pyrolysis step, wherein at least one characteristic material results, - feed the characteristic material to at least one surface wave sensor (138; 212), wherein at least one sensor signal is generated, and – determining the identity of the material from the at least one sensor signal in an identification step.

Description

Analysensystem für die Kraftstoffanalytik Analysis system for fuel analysis
Beschreibungdescription
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation eines Materials, insbesondere einer organischen Flüssigkeit, sowie eine Vorrichtung zur Identifikation des Materials und eine Verwendung des Verfahrens. Derartige Verfahren, Vorrichtungen und Ver- Wendungen können insbesondere im Bereich der Kraftstoffanalytik eingesetzt werden, beispielsweise um bestimmte Mineralölprodukte eines Herstellers von Mineralölprodukten fremder Hersteller zu unterscheiden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Fälschungen erkennen.The invention relates to a method for identifying a material, in particular an organic liquid, as well as a device for identifying the material and a use of the method. Such methods, devices and combinations can be used in particular in the field of fuel analysis, for example in order to distinguish certain mineral oil products of a manufacturer of mineral oil products of foreign manufacturers. In particular, counterfeits can be detected in this way.
Stand der TechnikState of the art
In vielen Bereichen der Naturwissenschaften, der Technik und der Medizin besteht ein Bedürfnis nach einer zuverlässigen und schnellen Analytik von Materialien in flüssiger, gasförmiger oder fester Form. Die folgende Beschreibung ist insbesondere auf die Analytik im Bereich von Kraftstoffen oder anderen Mineralölprodukten gerichtet, ist jedoch grundsätzlich auch auf andere Arten von Materialien, insbesondere von organischen Flüssigkeiten, anwendbar. Im Bereich der Kraftstoffanalytik ist es jedoch von besonderer Bedeutung, Kraftstoffe und andere Mineralölprodukte schnell und zuverlässig und vorzugsweise vor Ort, das heißt „on the spot", analysieren und damit identi- fizieren zu können. Auf diese Weise können Mineralölprodukte eines Herstellers von Mineralölprodukten anderer Hersteller unterschieden werden, beispielsweise um gefälschte Mineralölprodukte zu erkennen. Derartige Fälschungen können einen erheblichen wirtschaftlichen Schaden verursachen und können, bei minderwertigen Fälschungen, sogar zu Schädigungen beispielsweise von Motoren, in welchen diese Mi- neralölprodukte eingesetzt werden, führen.In many fields of science, technology and medicine there is a need for a reliable and rapid analysis of materials in liquid, gaseous or solid form. The following description is particularly directed to analytics in the field of fuels or other mineral oil products, but is generally applicable to other types of materials, particularly organic liquids. In the field of fuel analysis, however, it is of particular importance to be able to analyze and thus identify fuels and other mineral oil products quickly and reliably, preferably on the spot, ie "on the spot." In this way, mineral oil products from one manufacturer of mineral oil products can be used Such forgeries can cause considerable economic damage and, in the case of inferior counterfeits, can even lead to damage, for example, to engines in which these mineral oil products are used.
Aus der Vielzahl möglicher Analysevorrichtungen, welche sich grundsätzlich für eine automatisierte Vor-Ort-Analyse eignen, haben sich in den letzten Jahren Oberflächen- wellensensoren als besonders brauchbare Sensorsysteme erwiesen. Oberflächenwel- lensensoren sind akusto-elektrische Bauelemente, in welchen mittels einer geeigneten Elektrodenstruktur in einem Substratmaterial akustische Wellen angeregt werden. Neben reinen Oberflächenwellen, welche beispielsweise mittels kammartiger, ineinander greifender Elektrodenstrukturen angeregt werden können, sind grundsätzlich auch andere Arten von Wellen in Festkörpern nutzbar, wobei auch diese Arten von Sensoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Begriff Oberflächenwellensensoren er- fasst sein sollen. Lagert sich ein nachzuweisendes Material, beispielsweise aus einer Gasphase oder einer flüssigen Phase, auf einer Sensoroberfläche des Sensors an, beispielsweise durch Adsorption und/oder durch chemische Reaktion oder eine andere Art der Anlagerung und/oder Bindung, so verändern sich die akustischen Eigenschaften des Festkörpermaterials des Oberflächenwellensensors. Es ergibt sich dadurch eine Verschiebung der Frequenzen der angeregten Wellen, welche als entsprechendes Sensorsignal detektierbar ist.From the multitude of possible analysis devices, which are generally suitable for an automated on-site analysis, surface wave sensors have proven to be particularly useful sensor systems in recent years. Surface wave sensors are acousto-electrical components in which acoustic waves are excited by means of a suitable electrode structure in a substrate material. In addition to pure surface waves, which can be excited, for example, by means of comb-like interdigitated electrode structures, other types of waves in solids can in principle also be used, and these types of sensors should also be included in the scope of the present invention by the term surface-wave sensors. Stores a material to be detected, for example, from a Gas phase or a liquid phase, on a sensor surface of the sensor, for example by adsorption and / or by chemical reaction or other type of attachment and / or bonding, so the acoustic properties of the solid state material of the surface acoustic wave sensor. This results in a shift of the frequencies of the excited waves, which is detectable as a corresponding sensor signal.
Um einen selektiven Nachweis bestimmter Materialien mittels der Oberflächenwellen- sensoren zu ermöglichen, wird mindestens eine Sensoroberfläche der Oberflächenwel- lensensoren üblicherweise vorbehandelt, um gezielt die Anlagerung der nachzuweisenden Materialien zu begünstigen. Beispielsweise können zu diesem Zweck entsprechende Beschichtungen, zum Beispiel Polymerbeschichtungen, eingesetzt werden, welche beispielsweise gezielt bestimmte Stoffe adsorbieren oder auf andere Weise binden oder mit diesen reagieren. Durch Verwendung mehrerer Oberflächenwellen- sensoren, beispielsweise in Array-Form, beispielsweise von Sensoren mit unterschiedlich modifizierten Sensoroberflächen und damit unterschiedliche Selektivität bezüglich der nachzuweisenden Stoffe, lassen sich auf diese Weise schnell parallele Nachweise durchführen, oder es lassen sich Stoffgemische identifizieren.In order to enable a selective detection of certain materials by means of the surface acoustic wave sensors, at least one sensor surface of the surface wave sensors is usually pretreated in order to specifically favor the attachment of the materials to be detected. For example, suitable coatings, for example polymer coatings, can be used for this purpose, which for example selectively adsorb or otherwise bind certain substances or react with them. By using a plurality of surface acoustic wave sensors, for example in array form, for example, sensors with differently modified sensor surfaces and thus different selectivity with respect to the substances to be detected, can be performed in this way fast parallel evidence, or it can identify mixtures.
Die Technik der Analytik mittels Oberflächenwellensensoren, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung zurückgegriffen wird, ist beispielsweise in J. W. Grate: „Acoustic Wave Microsensor Arrays for Vapor Sensing", Chem. Rev. 2000, 100, 2627- 2648, beschrieben. Weitere Ausgestaltungen möglicher und ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbarer Oberflächenwellenfilter sind in US 6,640,613 B2, in DE 102 22 068 A1 und in DE 197 46 261 A1 beschrieben.The technique of surface wave sensor analysis used in the present invention is described, for example, in JW Grate: "Acoustic Wave Microsensor Arrays for Vapor Sensing", Chem. Rev. 2000, 100, 2627- 2648. Further embodiments are possible and also usable in the context of the present invention surface acoustic wave filters are described in US 6,640,613 B2, DE 102 22 068 A1 and DE 197 46 261 A1.
Oberflächenwellensensoren der beschriebenen Art sind jedoch nicht ohne weiteres für die Analytik organischer Flüssigkeiten, insbesondere von Kraftstoffen und/oder anderen Mineralölprodukten, einsetzbar. Zunächst ließen sich zwar aus den organischen Füssigkeiten in den meisten Fällen aufgrund des Dampfdruckes problemlos analysierbare Gase in ausreichender Konzentration gewinnen. Hierbei stellt sich allerdings die Frage, ob die Gaszusammensetzung die tatsächliche Zusammensetzung der organischen Flüssigkeit widerspiegelt oder zu dieser korreliert. Weiterhin stellt in vielen Fällen eine Modifizierung bzw. Beschichtung der Sensoroberflächen eine Schwachstelle von Oberflächenwellensensoren dar. Mineralölprodukte und andere organische Flüssigkeiten enthalten in vielen Fällen aggressive Bestandteile, insbesondere Bestandteile mit Lösemitteleigenschaften, welche diese Oberflächenmodifikationen beeinflussen oder zerstören können. Beispielsweise können Mineralölprodukte Polymerbeschichtungen auf den Sensoroberflächen auflösen oder zumindest angreifen, so dass eine reprodu- zierbare Messung nicht mehr gewährleistet ist. Weiterhin können sich durch Kondensation irreversible Veränderungen der Sensoroberflächen bzw. auf den Sensoroberflä- chen ergeben, welche zu Fehlsignalen für die nachfolgenden Messungen führen können.However, surface wave sensors of the type described are not readily usable for the analysis of organic liquids, in particular of fuels and / or other mineral oil products. In the first place, it was possible to obtain easily analyzable gases of sufficient concentration from the organic liquids in most cases due to the vapor pressure. However, the question arises as to whether the gas composition reflects or correlates with the actual composition of the organic liquid. Furthermore, in many cases, modification or coating of the sensor surfaces constitutes a weak point of surface acoustic wave sensors. Mineral oil products and other organic liquids in many cases contain aggressive components, in particular components with solvent properties, which can influence or destroy these surface modifications. For example, mineral oil products can dissolve or at least attack polymer coatings on the sensor surfaces, so that a reproducible measurement is no longer guaranteed. Furthermore, irreversible changes in the sensor surfaces or on the sensor surface can result from condensation. chen, which can lead to false signals for subsequent measurements.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche auch für die Identifikation aggressiver Materialien wie insbesondere organischer Flüssigkeiten geeignet sind und dennoch eine schnelle und zuverlässige Analytik ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a method and a device which are also suitable for the identification of aggressive materials such as in particular organic liquids and still allow a fast and reliable analysis.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination reali- sierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Es werden dabei ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, wobei das Verfahren unter Verwendung insbesondere der Vorrichtung durchgeführt werden kann und wobei die Vorrichtung eingerichtet sein kann, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es kann dementsprechend für mögliche Ausgestaltungen der Vorrichtung auf die Beschreibung des Verfahrens verwiesen werden, wobei entsprechende Verfahrensmerkmale beispielsweise durch entsprechende Vorrichtungen zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte umbesetzt werden können. Entsprechend kann für mögliche Einzelheiten des Verfahrens auf die Beschreibung der möglichen Ausgestaltungen der Vorrichtung verwiesen werden.This object is achieved by the invention with the features of the independent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in combination, are presented in the dependent claims. In this case, a method and a device are proposed, wherein the method can be carried out using in particular the device, and wherein the device can be set up to carry out the method according to the invention. Accordingly, for possible embodiments of the device, reference may be made to the description of the method, with corresponding method features being able to be re-used, for example, by corresponding devices for carrying out the individual method steps. Accordingly, for possible details of the method, reference may be made to the description of the possible embodiments of the device.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass für eine Identifikation des Materials in der Regel nicht alle Bestandteile des Materials erforderlich sind, sondern dass viele Materialien entweder bereits selbst als ein Bestandteil charakteristische Materialien enthalten, anhand derer alleine die Identifikation des Materials mög- lieh ist, oder dass derartige charakteristische Materialien gezielt erzeugt werden können.A basic idea of the present invention is that not all constituents of the material are required for an identification of the material, but that many materials either themselves already contain as one constituent characteristic materials, by means of which alone the identification of the material is possible or that such characteristic materials can be generated selectively.
Bei diesen charakteristischen Materialien kann es sich beispielsweise um abtrennbare Bestandteile, Bruchstücke, Reaktionsprodukte oder ähnliche Materialien handeln, die sich aus dem zu identifizierenden Material erzeugen lassen. Werden diese charakteristischen Materialien derart erzeugt, dass diese im Wesentlichen unschädlich für die genannten Beschichtungen oder Oberflächenmodifikationen üblicher Oberflächenwellen- sensoren sind, so lässt sich die oben beschriebene Problematik auf einfache Weise lösen. Es lassen sich somit Oberflächenwellensensoren einsetzen, um, über das min- destens eine charakteristische Material, das eigentliche Material zu identifizieren, ohne dass hierbei eine Beschädigung oder Veränderung der Oberflächenwellensensoren, insbesondere von Sensoroberflächen dieser Oberflächenwellensensoren, auftritt.These characteristic materials may be, for example, separable components, fragments, reaction products or similar materials that can be produced from the material to be identified. If these characteristic materials are produced in such a way that they are substantially harmless to the aforementioned coatings or surface modifications of conventional surface acoustic wave sensors, the problem described above can be solved in a simple manner. Thus surface wave sensors can be used in order to identify the actual material via the at least one characteristic material that in this case a damage or change of the surface acoustic wave sensors, in particular sensor surfaces of these surface acoustic wave sensors occurs.
Das vorgeschlagene Verfahren zur Identifikation eines Materials, insbesondere einer organischen Flüssigkeit, das heißt einer Flüssigkeit, welche mindestens ein organisches Material umfasst, umfasst folgende Verfahrensschritte, welche vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Auch eine andere Reihenfolge der Verfahrensschritte ist jedoch grundsätzlich möglich. Auch zusätzliche, nicht aufgeführte Verfahrensschritte können enthalten sein, und einzelne oder mehrere Verfahrensschrit- te können auch zeitgleich oder zeitlich überlappend oder wiederholt durchgeführt werden.The proposed method for identifying a material, in particular an organic liquid, that is to say a liquid which comprises at least one organic material, comprises the following method steps, which are preferably carried out in the stated order. However, another order of the method steps is possible in principle. Additional, unlisted method steps may also be included, and one or more method steps may also be performed simultaneously or temporally overlapping or repeatedly.
In einem ersten Verfahrensschritt wird das Material mindestens einem Pyrolyseschritt unterzogen. Unter einem Pyrolyseschritt ist dabei eine thermische Behandlung des Materials mit mindestens einer erhöhten Temperatur zu verstehen, welche geeignet ist, chemische Veränderungen in dem Material herbeizuführen. Insbesondere kann es sich dabei um ein thermisches Spalten des Materials in kleinere Bestandteile handeln. Beispielsweise kann der Pyrolyseschritt, je nach eingesetztem Material bzw. eingesetzter zu identifizierender Materialklasse, Temperaturbehandlungen bei Pyrolysetemperatu- ren oberhalb von 5000C umfassen. Auch eine Pyrolyse mit mehr als einer Pyrolysetemperatur ist denkbar, beispielsweise eine Pyrolyse mit rampenförmigem oder stufenförmigem Verlauf mit einer Abfolge mehrerer unterschiedlicher Pyrolysetemperaturen. Der Pyrolyseschritt wird derart durchgeführt, dass aus dem zu identifizierenden Material mindestens ein charakteristisches Material entsteht. Auch eine Kombination mehre- rer charakteristischer Materialien kann entstehen. Unter einem charakteristischen Material ist dabei ein mittels eines Oberflächenwellensensors nachweisbares Produkt des Pyrolyseschritts zu verstehen, welches charakteristisch für das zu identifizierende Material ist, das heißt dass aus einem Nachweis des charakteristischen Materials bzw. einer Kombination der charakteristischen Materialien mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das Vorliegen eines bestimmten Materials oder einer Materialklasse geschlossen werden kann.In a first process step, the material is subjected to at least one pyrolysis step. A pyrolysis step is to be understood as meaning a thermal treatment of the material with at least one elevated temperature, which is suitable for bringing about chemical changes in the material. In particular, this may be a thermal cracking of the material into smaller components. For example, the pyrolysis step, depending on the material used or used to be identified material class, temperature treatments at pyrolysis Temperatures above 500 0 C include. Pyrolysis with more than one pyrolysis temperature is also conceivable, for example a pyrolysis with a ramp-shaped or stepped course with a sequence of several different pyrolysis temperatures. The pyrolysis step is carried out in such a way that at least one characteristic material is produced from the material to be identified. A combination of several characteristic materials can also arise. By a characteristic material is meant a detectable by a surface wave sensor product of the pyrolysis step, which is characteristic of the material to be identified, that is that from a detection of the characteristic material or a combination of the characteristic materials with high probability on the presence of a particular Material or a material class can be closed.
In einem zweiten Verfahrensschritt wird das mindestens eine charakteristische Material mindestens einem Oberflächenwellensensor zugeführt. Grundsätzlich lassen sich da- bei alle Arten der eingangs beschriebenen Oberflächenwellensensoren einsetzen, so dass bezüglich möglicher Ausgestaltungen des mindestens einen Oberflächenwellensensors auf die obige Beschreibung sowie die angegebene Literatur verwiesen werden kann. Neben reinen Oberflächenwellen, welche beispielsweise mittels kammartiger, ineinander greifender Elektrodenstrukturen angeregt werden können, sind grundsätz- lieh auch andere Arten von Wellen in Festkörpern nutzbar, wobei auch diese Arten von Sensoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung vom Begriff Oberflächenwellensen- soren erfasst sein sollen. Allgemein soll der Begriff des Oberflächenwellensensors daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung weit zu fassen sein und jegliche Art von gravimetrischen Sensoren umfassen, insbesondere die genannten Arten von Oberflä- chenwellensensoren und insbesondere zumindest teilweise Zielsubstanz-selektive Sensoren, beispielsweise beschichtete, insbesondere Polymer-beschichtete, gravime- trische Sensoren. Als weitere Beispiele wären hier Schwingquarze und akusto- elektrische Mikroresonatoren, insbesondere so genannte FBARs (Thin Film BuIk A- coustic Wave Resonators), zu nennen. Auch Kombinationen der genannten und/oder anderer Arten von Sensoren sind denkbar. Insbesondere können sich hierdurch meh- rere Frequenzbereiche abdecken lassen, beispielsweise Frequenzbereich von 5 MHz bis 100 MHz durch Schwingquarze und/oder beispielsweise 1 GHz bis 10 GHz durch FBARs. Durch geeignete Kombinationen oder durch geeignete Auswahl von Oberflä- chenwellensensoren gemäß dieser Definition lassen sich beispielsweise für gegebene Aufgabenstellungen optimale Konfigurationen bewerkstelligen, beispielsweise im Hin- blick auf vorgegebene Randbedingungen und/oder Zielsetzungen, insbesondere Probenvolumina, Probengasströme, gewünschte Nachweisempfindlichkeit, Reaktionszeit, technische Umsetzung oder ähnliches.In a second method step, the at least one characteristic material is supplied to at least one surface wave sensor. In principle, all types of surface-wave sensors described at the beginning can be used, so that with regard to possible embodiments of the at least one surface-wave sensor, reference may be made to the above description and the cited literature. In addition to pure surface waves, which can be excited, for example, by means of comb-like interdigitated electrode structures, in principle other types of waves can also be used in solids, whereby these types of sensors are also referred to in the context of the present invention by the term surface wave radiation. should be recorded. In general, the term "surface wave sensor" should therefore be understood broadly in the context of the present invention and include any type of gravimetric sensors, in particular the mentioned types of surface wave sensors and in particular at least partially target substance-selective sensors, for example coated, in particular polymer-coated, gravimetric - trical sensors. Other examples that could be mentioned are quartz crystals and acousto-electric microresonators, especially so-called FBARs (Thin Film Buick Acoustic Wave Resonators). Combinations of the mentioned and / or other types of sensors are conceivable. In particular, multiple frequency ranges can thereby be covered, for example frequency ranges from 5 MHz to 100 MHz by means of quartz crystals and / or, for example, from 1 GHz to 10 GHz by FBARs. By suitable combinations or by suitable selection of surface wave sensors according to this definition, optimal configurations can be accomplished for given tasks, for example with regard to predetermined boundary conditions and / or objectives, in particular sample volumes, sample gas flows, desired detection sensitivity, reaction time, technical implementation or like.
Durch den Oberflächenwellensensor wird mindestens ein Sensorsignal erzeugt, also ein auswertbares Signal, welches grundsätzlich in beliebiger Form vorliegen kann, also beispielsweise in Form einer Signalamplitude, einer Frequenz, einer Frequenzverschiebung, einer Phase, in elektrischer oder elektromagnetischer Form oder in anderer Signalform.At least one sensor signal is generated by the surface wave sensor, that is to say an evaluable signal which can basically be in any desired form, that is, for example in the form of a signal amplitude, a frequency, a frequency shift, a phase, in electrical or electromagnetic form or in another signal form.
In einem dritten Verfahrensschritt, dem Identifikationsschritt, wird schließlich aus dem mindestens einen Sensorsignal auf die Identität des Materials geschlossen. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Das Schließen auf die Identität des Materials kann beispielsweise durch Verwendung mindestens einer Datenverarbeitungseinrichtung geschehen, wobei jedoch auch beispielsweise eine manu- eile Auswertung möglich ist. Eine Datenverarbeitungseinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Prozessor, einen oder mehrere flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicher, Schnittstellen, Ein- und/oder Ausgabemittel oder ähnliche üblicherweise in Datenverarbeitungseinrichtungen enthaltene Komponenten umfassen und kann insbesondere programmtechnisch eingerichtet sein, um den Identifikationsschritt durchzuführen. Beispielsweise kann der Identifikationsschritt dadurch erfolgen, dass das mindestens eine Sensorsignal analytisch, empirisch oder semiempirisch ausgewertet wird. Beispielsweise kann das mindestens eine Sensorsignal mit bekannten Sensorsignalen bekannter charakteristischer Materialien und/oder bekannter Materialien verglichen werden. Dieser Vergleich kann beispielsweise mittels eines Korrela- tionsverfahrens erfolgen. Auf diese Weise lassen sich direkt Materialien identifizieren und/oder über den Umweg charakteristischer Materialien die Materialien identifizieren. Entsprechend kann die Vorrichtung, welche insbesondere zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ausgestattet sein kann, mindestens eine Pyrolysevorrichtung zur zumindest teilweisen Pyrolyse des Materials umfassen. Insbesondere kann diese Pyrolysevorrichtung einen oder mehrere Öfen umfassen und/oder andere Arten von Heizvorrichtungen. Ausführungsbeispiele derartiger Pyrolysevorrichtungen werden unten näher erläutert.In a third method step, the identification step, the identity of the material is finally deduced from the at least one sensor signal. Corresponding methods are known in principle to the person skilled in the art. Closing to the identity of the material can be done, for example, by using at least one data processing device, although, for example, a manual evaluation is also possible. A data processing device may for this purpose include, for example, a processor, one or more volatile and / or nonvolatile memories, interfaces, input and / or output means or similar components typically included in data processing equipment, and in particular may be program-programmed to perform the identification step. For example, the identification step can take place in that the at least one sensor signal is analyzed analytically, empirically or semiempirically. For example, the at least one sensor signal can be compared with known sensor signals of known characteristic materials and / or known materials. This comparison can be done, for example, by means of a correlation method. In this way materials can be directly identified and / or the materials can be identified by means of characteristic materials. Accordingly, the device, which may be equipped in particular for carrying out the proposed method, comprise at least one pyrolysis device for at least partial pyrolysis of the material. In particular, this pyrolysis device may comprise one or more ovens and / or other types of heaters. Embodiments of such pyrolysis devices will be explained in more detail below.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens einen Oberflächenwellensensor und ist eingerichtet, um das in der Pyrolysevorrichtung erzeugte mindestens eine charakteristische Material dem Oberflächenwellensensor zuzuführen. Dieser Oberflächenwellensensor soll eingerichtet sein, um mindestens ein Sensorsignal zu erzeugen. Beispielsweise kann dieser Oberflächenwellensensor, wie oben dargelegt, über mindestens eine Sensoroberfläche verfügen, welche beispielsweise gezielt modifiziert sein kann, um das mindestens eine charakteristische Material nachzuweisen. Beispielsweise kann diese Sensoroberfläche zu diesem Zweck gezielt beschichtet werden, beispielsweise mittels entsprechender organischer Beschichtungen und/oder Polymerbeschichtungen oder anderer Arten von Oberflächenmodifikationen, beispielsweise Oberflächenfilmen oder ähnlichem. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren und Vorrichtungen, bei wel- chen kein Pyrolyseschritt erfolgt, kann jedoch der Pyrolyseschritt derart auf den Oberflächenwellensensor eingerichtet sein, dass das mindestens eine charakteristische Material diese Sensoroberfläche nicht oder nur unwesentlich schädigt, wie dies beispielsweise bei der direkten Zuleitung organischer Flüssigkeiten und/oder Gase häufig der Fall ist.Furthermore, the device comprises at least one surface wave sensor and is arranged to supply the at least one characteristic material generated in the pyrolysis device to the surface wave sensor. This surface wave sensor should be set up to generate at least one sensor signal. For example, as stated above, this surface wave sensor can have at least one sensor surface which, for example, can be selectively modified in order to detect the at least one characteristic material. For example, this sensor surface can be purposefully coated for this purpose, for example by means of appropriate organic coatings and / or polymer coatings or other types of surface modifications, for example surface films or the like. In contrast to known methods and devices in which no pyrolysis step takes place, however, the pyrolysis step can be arranged on the surface wave sensor such that the at least one characteristic material does not or only insignificantly damages this sensor surface, as for example in the direct supply of organic liquids and / or gases is often the case.
Das mindestens eine Sensorsignal, welches in der vorgeschlagenen Vorrichtung erzeugt wird, kann dann, wie oben dargelegt, manuell ausgewertet werden. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Vorrichtung weiterhin mindestens eine Identifikationsvorrichtung aufweist, insbesondere eine Identifikationsvorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Identifikationsschritts, welche eingerichtet ist, um aus dem mindestens einen Sensorsignal auf die Identität des Materials zu schließen.The at least one sensor signal which is generated in the proposed device can then be evaluated manually, as explained above. However, it is particularly preferred if the device further comprises at least one identification device, in particular an identification device for carrying out the above-described identification step, which is arranged to close from the at least one sensor signal to the identity of the material.
Allgemein ist der Begriff des Schließens auf die Identität des Materials im Rahmen der vorliegenden Erfindung weit zu fassen. So kann einerseits diese Identifikation eine kla- re Aussage über die Art des Materials erlauben, beispielsweise die Angabe eines bestimmten Stoffs oder Stoffgemischs als Material. Auch möglich und vom Begriff der Identifikation erfasst ist jedoch beispielsweise eine Klassifizierung, das heißt eine Aussage darüber, welcher Stoffklasse das Material zuzuordnen ist, oder welcher Stoffklasse bzw. welchen Stoffklassen das Material nicht zuzuordnen ist. Auch allgemeinere Aussagen sind im Rahmen des Identifikationsschritts möglich und definitionsgemäß mit umfasst, beispielsweise Aussagen über eine Herkunft des Materials, wie beispielswei- se eine Aussage darüber, ob es sich um ein Originalprodukt handelt oder um eine nicht-autorisierte Substanz. Beispielsweise kann der Identifikationsschritt eine Aussage darüber beinhalten, ob das Material ein Mineralölprodukt eines bestimmten Herstellers ist oder nicht. Auch andere Arten von Aussagen über das Material sollen vom Begriff der Identität des Materials umfasst sein und können im Rahmen des Identifikationsschritts bestimmt werden.In general, the term closing refers to the identity of the material in the context of the present invention. Thus, on the one hand, this identification can make a clear statement about the type of material, for example the specification of a specific substance or substance mixture as material. However, it is also possible and covered by the concept of identification, for example, a classification, that is, a statement about which substance class the material is to be assigned, or which substance class or which substance classes the material is not assigned. Even more general statements are possible in the context of the identification step and are included by definition, for example statements about a source of the material, such as Make a statement as to whether it is an original product or an unauthorized substance. For example, the identification step may include a statement as to whether the material is a mineral oil product of a particular manufacturer or not. Other types of statements about the material should also be included in the concept of the identity of the material and can be determined in the context of the identification step.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Material vor dem mindestens einen Pyrolyseschritt mindestens einem weiteren thermischen Behandlungsschritt unterzogen, insbesondere einem thermischem Behandlungsschritt, bei welchem keine Pyrolyse im Sinne der obigen Definition auftritt. Insbesondere kann dieser mindestens eine weitere thermische Behandlungsschritt mindestens einen Eindampfschritt umfassen, bei welchem flüchtige Bestandteile des Materials zumindest teilweise aus dem Material entfernt werden. Diese Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass be- reits vor Durchführung des Pyrolyseschritts Bestandteile des Materials, welche beispielsweise den Oberflächenwellensensor oder eine Sensoroberfläche desselben schädigen könnten, gezielt aus dem Material entfernt werden können. Auf diese Weise können beispielsweise flüchtige und aggressive Bestandteile von Mineralölprodukten gezielt entfernt werden, bevor die eigentliche Pyrolyse durchgeführt wird, so dass diese Bestandteile vorzugsweise nicht zum Oberflächenwellensensor gelangen können.In a preferred embodiment of the method, the material is subjected before the at least one pyrolysis step at least one further thermal treatment step, in particular a thermal treatment step in which no pyrolysis in the sense of the above definition occurs. In particular, this at least one further thermal treatment step may comprise at least one evaporation step in which volatile constituents of the material are at least partially removed from the material. This development of the invention has the advantage that components of the material which could damage the surface wave sensor or a sensor surface of the same, for example, can be specifically removed from the material before the pyrolysis step is carried out. In this way, for example, volatile and aggressive components of mineral oil products can be specifically removed before the actual pyrolysis is carried out, so that these components preferably can not get to the surface wave sensor.
Beispielsweise kann der thermische Behandlungsschritt mindestens einen Eindampfschritt beinhalten. Insbesondere eine Pyrolyse von in einem Kraftstoff befindlichen Hauptkomponenten, wie beispielsweise Oktan und/oder Dekan, kann sich in vielen Fällen bei bevorzugten Pyrolysetemperaturen als schwierig oder unmöglich erweisen. Zudem kann eine direkte Pyrolyse des gesamten Kraftstoffs einschließlich der Hauptkomponenten Oktan und/oder Decan aufgrund der benötigten Verdampfungswärme technisch schwierig sein und zudem zu einer Explosionsgefahr führen. Der bevorzugte mindestens eine Eindampfschritt, welcher vorzugsweise der Pyrolyse vorgeschaltet ist, kann diese Problematik vermeiden oder zumindest vermindern.For example, the thermal treatment step may include at least one evaporation step. In particular, pyrolysis of major components in a fuel, such as octane and / or decane, may in many cases prove difficult or impossible at preferred pyrolysis temperatures. In addition, a direct pyrolysis of the entire fuel including the main components octane and / or decane due to the required heat of evaporation can be technically difficult and also lead to a risk of explosion. The preferred at least one evaporation step, which is preferably connected upstream of the pyrolysis, can avoid or at least reduce this problem.
Der mindestens eine thermische Behandlungsschritt, insbesondere der mindestens eine Eindampfschritt, kann auch zu einer Anreicherung genutzt werden, beispielsweise zu einer Anreicherung schwerflüchtiger Bestandteile der organischen Flüssigkeit, bei- spielsweise durch Eindampfen einer höheren Kraftstoffmenge. Optional kann der thermische Behandlungsschritt auch mehrfach durchgeführt werden, um noch höhere Anreicherungsfaktoren, insbesondere in einem apparativ vorgegebenen Volumen, zu erzielen.The at least one thermal treatment step, in particular the at least one evaporation step, can also be used for enrichment, for example for enriching low-volatility constituents of the organic liquid, for example by evaporating a higher amount of fuel. Optionally, the thermal treatment step can also be carried out several times in order to achieve even higher enrichment factors, in particular in an apparatus-defined volume.
Der mindestens eine weitere thermische Behandlungsschritt kann bei Temperaturen durchgeführt werden, welche auf das zu identifizierende Material, über welches übli- cherweise bereits Informationen vorliegen, durchgeführt wird. Insbesondere bei organischen Flüssigkeiten, wie beispielsweise Mineralölprodukten, jedoch auch bei anderen Arten von Materialien, haben sich Temperaturen zwischen 500C und 2000C als geeignet erwiesen, um aggressive flüchtige Bestandteile, welche den mindestens einen Oberflächenwellensensor schädigen könnten, zumindest teilweise zu entfernen. Besonders bevorzugt sind Temperaturen zwischen 100°C und 1500C.The at least one further thermal treatment step can be carried out at temperatures which depend on the material to be identified, on which already existing information is already being carried out. In particular, in organic liquids, such as mineral oil products, but also in other types of materials, temperatures between 50 0 C and 200 0 C have been found to be suitable to at least partially remove aggressive volatiles, which could damage the at least one surface wave sensor. Particularly preferred are temperatures between 100 ° C and 150 0 C.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Vermeidung von Schädigungen durch aggressive Bestandteile lassen sich durch den thermischen Behandlungsschritt auch Sättigungsef- fekte wirksam vermeiden. Insbesondere Kraftstoff-Hauptkomponenten, welche in vielen Fällen weniger aggressiv sind, liegen in der organischen Probe in großen Mengen vor. Allein die große Menge könnte daher bei einer Verdampfung zu Sättigungseffekten bei den Oberflächenwellensensoren führen und dadurch zu einer schlechten Wiederholbarkeit der Messungen. Durch den thermischen Behandlungsschritt, insbesondere den mindestens einen Eindampfschritt, lassen sich daher auch nicht interessierende und flüchtige Bestandteile der flüssigen Probe, beispielsweise Hauptbestandteile eines Kraftstoffs, welche die Sensoren unnötig überlasten würden, entfernen. Auch eine Explosionsgefahr aufgrund von Bestandteilen der flüssigen Probe, welche beispielsweise in Kontakt mit Luft zu explosionsfähigen Gemischen führen können, lässt sich durch ein zumindest teilweises Entfernen dieser Bestandteile vor der Pyrolyse vermeiden.Alternatively or in addition to avoiding damage by aggressive components, saturation effects can also be effectively avoided by the thermal treatment step. In particular, major fuel components, which are less aggressive in many cases, are present in large quantities in the organic sample. The large amount alone could therefore lead to saturation effects in the case of surface wave sensors during evaporation and thus to poor repeatability of the measurements. As a result of the thermal treatment step, in particular the at least one evaporation step, it is therefore also possible to remove non-interest and volatile constituents of the liquid sample, for example main constituents of a fuel, which would unnecessarily overload the sensors. A risk of explosion due to components of the liquid sample, which can lead to explosive mixtures, for example, in contact with air, can be avoided by at least partial removal of these components before pyrolysis.
Auch die Zeitdauer des mindestens einen weiteren thermischen Behandlungsschritts kann auf die Art des Materials und/oder der zu untersuchenden Materialklasse ange- passt werden. Als besonders geeignet haben sich hier aus praktischen Gründen Zeit- dauern zwischen 1 Minute und 2 Stunden erwiesen, insbesondere Zeitdauern von ca. 1 Stunde. Es sind auch mehrere weitere thermische Behandlungsschritte möglich, beispielsweise Kombinationen weiterer thermischer Behandlungsschritte bei verschiedenen Temperaturen, beispielsweise im Rahmen eines stufenförmigen Temperaturverlaufs, eines rampenförmigen Temperaturverlaufs oder ähnliche thermische Behand- lungsschritte.The duration of the at least one further thermal treatment step can also be adapted to the type of material and / or the class of material to be examined. For practical reasons, time durations between 1 minute and 2 hours have proven to be particularly suitable here, in particular periods of about 1 hour. Several further thermal treatment steps are also possible, for example combinations of further thermal treatment steps at different temperatures, for example in the context of a stepped temperature profile, a ramped temperature profile or similar thermal treatment steps.
Zur Durchführung des mindestens einen weiteren thermischen Behandlungsschritts kann die vorgeschlagene Vorrichtung insbesondere mindestens eine thermische Vorrichtung umfassen. Diese thermische Vorrichtung kann beispielsweise ein einfacher Ofen sein, in welchem das Material, beispielsweise aufgenommen in einem oder mehreren Tiegeln, vorbehandelt wird. Beispielsweise kann die thermische Vorrichtung einen oder mehrere Heizblöcke umfassen, in welche ein oder mehrere Tiegel aufgenommen werden können, um gleichmäßig beheizt zu werden. Auch andere Arten thermischer Vorrichtungen sind möglich, beispielsweise Vorrichtungen, in welchen das Material durch Infrarotbehandlung aufgeheizt wird, durch Mikrowellen, durch andere Arten elektromagnetischer Strahlen oder auf andere Weise. Verschiedene derartiger thermischer Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt. Die thermische Vorrichtung kann unmittelbar in die übrigen Bestandteile der Vorrichtung integriert sein, kann jedoch auch als separater Bestandteil dieser Vorrichtung ausgebildet sein, wie unten näher erläutert wird.To carry out the at least one further thermal treatment step, the proposed device may in particular comprise at least one thermal device. By way of example, this thermal device may be a simple oven in which the material, for example received in one or more crucibles, is pretreated. For example, the thermal device may include one or more heating blocks into which one or more crucibles may be received to be heated evenly. Other types of thermal devices are also possible, for example, devices in which the material is heated by infrared treatment, by microwaves, by other types of electromagnetic radiation, or otherwise. Various such Thermal devices are known in the art. The thermal device may be integrated directly into the remaining components of the device, but may also be designed as a separate component of this device, as will be explained in more detail below.
Insbesondere kann die thermische Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass bei dem thermischen Behandlungsschritt, insbesondere dem Eindampfen, freigesetzte Bestandteile der flüssigen Probe nicht oder zumindest nur teilweise mit dem Oberflächenwel- lensensor in Kontakt kommen. Dementsprechend kann die thermische Vorrichtung derart ausgestaltet sein, dass diese abgetrennt von dem Oberflächenwellensensor angeordnet ist. Auch eine Anordnung in einem Bypass ist möglich, beispielsweise in einem geschalteten Bypass, welcher einen derartigen Kontakt zumindest weitgehend verhindert. Auf diese Weise kann die Sensorik des Oberflächenwellensensors geschont werden, beispielsweise indem diese von für die Messung nicht interessanten Kraftstoff-Hauptkomponenten abgeschirmt wird.In particular, the thermal device may be configured such that in the thermal treatment step, in particular evaporation, released constituents of the liquid sample do not come into contact or at least only partially with the surface wave sensor. Accordingly, the thermal device may be configured to be separated from the surface acoustic wave sensor. An arrangement in a bypass is possible, for example in a switched bypass, which prevents such contact at least substantially. In this way, the sensor of the surface acoustic wave sensor can be spared, for example, by this is shielded by not interesting for the measurement of the main fuel components.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Zufuhr des charakteristischen Materials zu dem Oberflächenwellensensor. Diese Zufuhr kann insbesondere mittels mindestens eines Trägergases erfolgen. Beispielsweise können zu diesem Zweck als Trägergase Umgebungsluft, synthetische Luft, Stickstoff, Argon oder andere Arten von Trägergasen oder Trägergasmischungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Gasförderung des Trägergases durch eine Gaspumpe im Druckbetrieb oder, was bevorzugt ist, im Saugbetrieb stattfinden. Das Trägergas kann ggf. vor Verwendung getrocknet werden und/oder es kann eine gezielte Einstellung einer Feuchtigkeit des Trägergases erfolgen. Zur Zuführung des charakteristischen Materials mittels des mindestens einen Trägergases kann insbesondere mindestens ein Rohrleitungssystem vorgesehen sein, beispielsweise ein Rohrleitungssystem, welches die Pyrolysevorrichtung mit dem mindestens einen Oberflächenwellensensor verbindet. Das mindestens eine Rohrleitungssystem kann beispielsweise Glasrohre, Quarzrohre, Kunststoffrohre oder ähnliche Rohre oder Rohrkombinationen umfassen, wobei unter dem Begriff „Rohr" sinngemäß auch Schläuche oder andere Arten von Leitungsvorrichtungen zu verstehen sind, welche die Zufuhr des Trägergases, das heißt eine gezielte Leitung des Trägergases, ermöglichen. Das Rohrleitungssystem kann, beispielsweise vor Durchführung des mindestens einen Pyrolyseschritts, zusätzlich mit dem Trägergas gespült werden, um eine Säuberung des Rohrleitungssystems und/oder des noch nicht pyrolysierten Materials zu ermöglichen.Further advantageous embodiments of the invention relate to the supply of the characteristic material to the surface wave sensor. This supply can be effected in particular by means of at least one carrier gas. For example, ambient air, synthetic air, nitrogen, argon or other types of carrier gases or carrier gas mixtures can be used for this purpose as carrier gases. For example, a gas delivery of the carrier gas by a gas pump in the pressure mode or, which is preferred, take place in the suction mode. If appropriate, the carrier gas can be dried before use and / or targeted adjustment of moisture in the carrier gas can take place. For supplying the characteristic material by means of the at least one carrier gas, in particular at least one piping system may be provided, for example a piping system which connects the pyrolysis device to the at least one surface wave sensor. The at least one piping system may include, for example, glass tubes, quartz tubes, plastic pipes or similar pipes or pipe combinations, wherein the term "pipe" mutatis mutandis hoses or other types of pipe devices are to be understood, which is the supply of the carrier gas, that is, a targeted conduction of the carrier gas The piping system can be additionally purged with the carrier gas, for example before the at least one pyrolysis step is carried out, in order to allow a purging of the piping system and / or of the material which has not yet pyrolyzed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Durchführung desFurther advantageous embodiments of the invention relate to the implementation of the
Pyrolyseschritts. Insbesondere kann dieser Pyrolyseschritt wiederum auf die Art des Materials und/oder der Materialklasse eingerichtet sein, und/oder auf die Art des zu erzeugenden mindestens einen charakteristischen Materials. So können beispielswei- se über die Parameter des Pyrolyseschritts die Eigenschaften des mindestens einen charakteristischen Materials beeinflusst werden, beispielsweise eine Größe der bei der Pyrolyse erzeugten Bruchstücke. Der mindestens eine Identifikationsschritt kann beispielsweise unter Berücksichtigung dieser Pyrolyseparameter durchgeführt werden, beispielsweise indem für einen bestimmten Parametersatz der Pyrolyse bestimmte Identifikationsparameter verwendet werden. Beispielsweise kann eine Datenbank verwendet werden, welche für einen bestimmten Satz von Pyrolyseparametern bestimmte Vergleichsmuster bzw. Mustersignale beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Pyrolyse jedoch auch stets bei gleichen Pyrolyseparametern durchgeführt werden.Pyrolysis step. In particular, this pyrolysis step can in turn be adapted to the nature of the material and / or the class of material, and / or to the nature of the at least one characteristic material to be produced. For example, the properties of the at least one characteristic material can be influenced via the parameters of the pyrolysis step, for example a size of the fragments produced during pyrolysis. The at least one identification step can be carried out, for example, taking into account these pyrolysis parameters, for example by using specific identification parameters for a specific parameter set of the pyrolysis. For example, a database can be used which contains specific comparison patterns or pattern signals for a specific set of pyrolysis parameters. Alternatively or additionally, however, the pyrolysis can always be carried out at the same pyrolysis parameters.
Als besonders bevorzugt hat es sich erwiesen, wenn der Pyrolyseschritt bei Temperaturen von mindestens 5000C durchgeführt wird. Besonders bevorzugt sind dabei Bereiche zwischen 5500C und 900°C, insbesondere zwischen 6000C und 650°C. Viele der zu identifizierenden Materialien, insbesondere organische Flüssigkeiten, wie beispiels- weise Mineralölprodukte, lassen sich auf diese Weise in bestimmte charakteristische Materialien pyrolysieren. Gleichzeitig sind derartige Temperaturen technisch noch gut realisierbar und auch beispielsweise in einem Rohrleitungssystem der oben beschriebenen Art mittels einer geeigneten Pyrolysevorrichtung leicht integrierbar.It has proven to be particularly preferable if the pyrolysis step is carried out at temperatures of at least 500 ° C. Particularly preferred are regions of between 550 0 C and 900 ° C, in particular between 600 0 C and 650 ° C. Many of the materials to be identified, in particular organic liquids, such as, for example, mineral oil products, can be pyrolyzed in this way into certain characteristic materials. At the same time, such temperatures are still technically feasible and easily integrated, for example, in a piping system of the type described above by means of a suitable pyrolysis.
In der Regel entstehen bei dem mindestens einen Pyrolyseschritt mehrere Produkte, welche allesamt als charakteristische Materialien verwendet werden können, welche jedoch auch einem oder mehreren Trennschritten unterzogen werden können, um lediglich ein oder mehrere dieser Produkte als charakteristische Materialien dem Ober- flächenwellensensor zuzuführen. Im letzteren Fall können verschiedene Trennvorrich- tungen verwendet werden. Beispielsweise kann als Trennvorrichtung eine Kühlfalle verwendet werden, und/oder das charakteristische Material bzw. das Gemisch der charakteristischen Materialien kann mindestens einem Kühlschritt unterworfen werden, um schwerflüchtige Bestandteile auszukondensieren. Dieser Kühlschritt kann grundsätzlich bei Temperaturen unterhalb der Pyrolysetemperatur durchgeführt werden, vorzugswei- se bei Temperaturen unterhalb von 50°C. Besonders bevorzugt sind Temperaturen von maximal 25°C, so dass beispielsweise eine einfache Kühlung durch Raumluft, ausreichend ist. Beispielsweise kann die Zuführung der charakteristischen Materialien eine Kondensierstrecke umfassen, in welcher diese schwerflüchtigen Materialien auskondensieren können, ohne den Oberflächenwellensensor zugeführt zu werden, bei- spielsweise einen Bogen oder eine Schleife eines Rohrleitungssystems.As a rule, at least one pyrolysis step produces a plurality of products which can all be used as characteristic materials, but which can also be subjected to one or more separation steps in order to supply only one or more of these products as characteristic materials to the surface wave sensor. In the latter case, different separation devices can be used. For example, a cold trap may be used as the separator, and / or the characteristic material or mixture of the characteristic materials may be subjected to at least one cooling step in order to condense low-volatility constituents. This cooling step can in principle be carried out at temperatures below the pyrolysis temperature, preferably at temperatures below 50 ° C. Particularly preferred are temperatures of at most 25 ° C, so that, for example, a simple cooling by ambient air, is sufficient. For example, the supply of the characteristic materials may comprise a condensing section in which these low-volatility materials can condense without being supplied to the surface wave sensor, for example a bend or a loop of a pipeline system.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen betreffen den Identifikationsschritt. So kann dieser Identifikationsschritt beispielsweise derart durchgeführt werden, dass in diesem gezielt nach mindestens einem Markermaterial des Materials gesucht wird. Dieses Markermaterial kann beispielsweise dem Material beigemischt werden, wobei das charakteristische Material beispielsweise ein charakteristisches Material ist, welches aus dem Markermaterial gebildet wird. So können beispielsweise dem Material gezielt Markermaterialien beigemischt werden, welche besonders sicher oder zuverlässig nachweisbare charakteristische Materialien in dem Pyrolyseschritt bilden.Further preferred embodiments relate to the identification step. For example, this identification step can be carried out in such a way that it deliberately searches for at least one marker material of the material. This marker material may for example be admixed with the material, the characteristic material being, for example, a characteristic material consisting of the marker material is formed. Thus, for example, the material can be added specifically marker materials which form particularly reliable or reliable detectable characteristic materials in the pyrolysis step.
Als Markermaterial können spezielle Markermaterialien verwendet werden. Eine andere Möglichkeit, welche alternativ oder zusätzlich realisierbar ist, besteht jedoch darin, bereits in dem Ausgangsmaterial enthaltene Markermaterialien, vorzugsweise schwerflüchtige Markermaterialien, zu verwenden und/oder im Ausgangsmaterial ohnehin vorhandene Komponenten als Markermaterialien zu definieren. So werden beispiels- weise verschiedenen Mineralölprodukten bereits heute Additive oder Additivmischungen beigemischt, welche auch als Markermaterialien dienen könnten, deren Bruchstücke nach der Pyrolyse gezielt als charakteristische Materialien nachgewiesen werden könnten. Derartige Additive, welche häufig auch als „Performance Packages" bezeichnet werden, sind beispielsweise unter den Handelsnamen Keropur® für Benzin oder Kerupur® DP für Dieselkraftstoffe von der BASF SE, Deutschland, kommerziell erhältlich. Derartige Packages können beispielsweise Trägerflüssigkeiten, Lösungsmittel, Leitfähigkeitsverbesserer, Markierstoff und/oder Farbstoffe, Reibungsmodifikatoren, Detergenzien, Korrosionsverhinderer, Entschäumer, Klärungsmittel (Dehazer), Schmierfähigkeitsverbesserer, Cetanzahlverbesserer (Cetane Improver) oder ähnliche Materialien oder Materialgemische enthalten. Ein Vorteil der Verwendung dieser Performance Packages besteht darin, dass diese beispielsweise den Mineralölprodukten ohnehin beigemischt sind und dass diese charakteristisch sind für einen bestimmten Hersteller, so dass ein zusätzlicher Aufwand für die Beimischung eines zusätzlichen Markermaterials entfallen kann.As a marker material special marker materials can be used. Another possibility, which is alternatively or additionally feasible, however, is to use marker materials already contained in the starting material, preferably low-volatility marker materials, and / or to define components already present in the starting material as marker materials. Thus, for example, various mineral oil products are already admixed with additives or additive mixtures which could also serve as marker materials whose fragments could be specifically detected as characteristic materials after pyrolysis. Such additives, which are frequently also referred to as "performance packages", are commercially available, for example, under the trade names Keropur® for gasoline or Kerupur® DP for diesel fuels from BASF SE, Germany Such packagings may include, for example, carrier liquids, solvents, conductivity improvers, marking agents and / or dyes, friction modifiers, detergents, corrosion inhibitors, defoamers, dehazers, lubricity improvers, cetane improvers or similar materials or mixtures of materials One advantage of using these performance packages is that they are mixed with the mineral oil products anyway and that these are characteristic of a particular manufacturer, so that an additional expense for the addition of an additional marker material can be omitted.
Wie oben dargestellt, kann in dem mindestens einen Identifikationsschritt beispielsweise eine Datenbank von Sensorsignalen eingesetzt werden, beispielsweise von Sensorsignalen, welche einer Mehrzahl hinterlegter charakteristischer Materialien zugeordnet ist. Beispielsweise können in dem Identifikationsschritt ein oder mehrere Korrelations- verfahren verwendet werden, beispielsweise um die Sensorsignale einer Mehrzahl charakteristischer Materialien, welche in der Datenbank hinterlegt sind, mit den jeweiligen Sensorsignalen der Oberflächensensoren zu vergleichen und Übereinstimmungen festzustellen. Auf diese Weise können beispielsweise Wahrscheinlichkeiten angegeben werden, dass bestimmte Materialien vorliegen und/oder es kann eine vollautomatische Identifikation erfolgen.As described above, in the at least one identification step, for example, a database of sensor signals can be used, for example sensor signals associated with a plurality of deposited characteristic materials. For example, one or more correlation methods can be used in the identification step, for example to compare the sensor signals of a plurality of characteristic materials stored in the database with the respective sensor signals of the surface sensors and to determine matches. In this way, for example, probabilities can be specified that certain materials are present and / or a fully automatic identification can take place.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen betreffen Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung. So kann insbesondere die Pyrolysevorrichtung mindestens ein Quarzrohr umfassen, um die Pyrolyse in diesem Quarzrohr durchzuführen. Die Vorrichtung kann beispielsweise mindestens ein Tiegel zur Aufnahme des Materials umfassen, beispielsweise einen Metall- oder Keramiktiegel, insbesondere einen Edelstahltiegel. Der- artige Tiegel können beispielsweise Proben im Mikroliterbereich, bis hin in den terbereich, des Materials aufnehmen, beispielsweise der organischen Flüssigkeit. Diese Tiegel können beispielsweise in die Vorrichtung transferiert werden. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Tiegeln ist jedoch grundsätzlich auch die direkt Ein- bringung des Materials in die Vorrichtung möglich, ist jedoch in vielen Fällen weniger bevorzugt, um Verschmutzungen der Vorrichtung zu vermeiden.Further advantageous embodiments relate to details of the device according to the invention. Thus, in particular, the pyrolysis device may comprise at least one quartz tube in order to carry out the pyrolysis in this quartz tube. The device may, for example, comprise at least one crucible for receiving the material, for example a metal or ceramic crucible, in particular a stainless steel crucible. Of the- Such crucibles can accommodate, for example, samples in the microliter range, down to the terbereich, the material, such as the organic liquid. These crucibles can be transferred, for example, into the device. Alternatively or in addition to the use of crucibles, however, the direct introduction of the material into the device is basically possible, but in many cases less preferred in order to avoid soiling of the device.
Wie oben beschrieben, umfasst die Vorrichtung weiterhin vorzugsweise mindestens ein Rohrleitungssystem. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn das Rohrleitungssystem an eine Trägergasquelle anschließbar ist, um das charakteristische Material durch das Rohrleitungssystem dem Oberflächenwellensensor zuzuführen. Dieser Anschluss an die Trägergasquelle kann beispielsweise über einen oder mehrere entsprechende Stutzen, Schläuche oder andere Arten von Schnittstellen erfolgen. Die Trägergasquelle kann beispielsweise eine fest gebäudeseitig installierte Trägergasquelle umfassen, kann jedoch, alternativ oder zusätzlich, auch eine mobile Trägergasquelle, beispielsweise eine oder mehrere Gasflaschen umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Trägergasquelle auch beispielsweise eine Luftpumpe umfassen, beispielsweise zur Förderung von Außenluft als Trägergas, beispielsweise im Saugbetrieb. Weiterhin kann die Trägergasquelle auch eine Trocknungseinheit und/oder eine Konditionierein- heit, beispielsweise zum Einstellen einer Feuchtigkeit des Trägergases, umfassen. Die Trägergasquelle selbst kann auch Bestandteil der Vorrichtung sein. Die Verbindung des Rohrleitungssystems mit der Trägergasquelle kann weiterhin auch ein oder mehrere Ventile oder andere Vorrichtungen zur Steuerung des Flusses des Trägergases umfassen.As described above, the apparatus preferably further comprises at least one piping system. It is particularly preferred if the pipeline system can be connected to a carrier gas source in order to supply the characteristic material through the pipeline system to the surface wave sensor. This connection to the carrier gas source can take place, for example, via one or more corresponding nozzles, tubes or other types of interfaces. The carrier gas source may comprise, for example, a carrier gas source fixedly installed on the building side, but may alternatively or additionally also comprise a mobile carrier gas source, for example one or more gas cylinders. Alternatively or additionally, the carrier gas source may also comprise, for example, an air pump, for example for conveying outside air as a carrier gas, for example in suction operation. Furthermore, the carrier gas source may also comprise a drying unit and / or a conditioning unit, for example for adjusting a moisture content of the carrier gas. The carrier gas source itself may also be part of the device. The connection of the piping system to the carrier gas source may further include one or more valves or other devices for controlling the flow of the carrier gas.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft mindestens eine Auslösevorrichtung. So hat es sich gezeigt, dass die Auswertung des mindestens einen Sensorsignals besonders günstig ist und vereinfacht wird, wenn das Verfahren zu einem genau definierten Zeitpunkt gestartet wird. Dementsprechend wird vorgeschlagen, eine Auslösevorrichtung vorzusehen, welche eingerichtet ist, um das Material zu einem definierten Zeitpunkt der Pyrolysevorrichtung zuzuführen. Auf diese Weise beginnt die Pyrolyse zu einem definierten Startzeitpunkt, so dass eine hohe Reproduzierbarkeit hinsichtlich des Auftretens der Sensorsignale gewährleistet ist.A further preferred embodiment of the invention relates to at least one triggering device. Thus, it has been shown that the evaluation of the at least one sensor signal is particularly favorable and is simplified if the method is started at a precisely defined point in time. Accordingly, it is proposed to provide a triggering device which is set up to supply the material to the pyrolysis device at a defined time. In this way, the pyrolysis begins at a defined starting time, so that a high reproducibility is ensured with respect to the occurrence of the sensor signals.
Die mindestens eine Auslösevorrichtung kann grundsätzlich auf beliebige Art ausgestaltet sein, welche die Pyrolyse zu einem definierten Zeitpunkt startet. Besonders bevorzugt und technisch einfach realisierbar ist es jedoch, wenn die Auslösevorrichtung mindestens eine Haltevorrichtung umfasst, welche das Material, direkt oder gehalten durch einen Tiegel, halten kann. Die Vorrichtung soll dann derart eingerichtet sein, dass das Material bei einem Lösen der Haltevorrichtung in eine Pyrolyseposition der Pyrolysevorrichtung fällt. Die Ausnutzung von Gravitationskräften ermöglicht einen schnellen und reproduzierbaren Start des Pyrolysevorgangs. Grundsätzlich ist jedoch auch eine andere Art von Transfervorrichtung in die Auslösevorrichtung integrierbar, welche das Material schnell und zuverlässig in die Pyrolyseposition transferiert.The at least one triggering device can in principle be designed in any manner which starts the pyrolysis at a defined time. However, it is particularly preferred and technically easy to implement if the triggering device comprises at least one holding device which can hold the material, directly or held by a crucible. The device should then be set up in such a way that, when the holding device is released, the material falls into a pyrolysis position of the pyrolysis device. The use of gravitational forces allows one fast and reproducible start of the pyrolysis process. In principle, however, another type of transfer device can be integrated into the triggering device, which transfers the material quickly and reliably into the pyrolysis position.
Alternativ kann auf eine Transfervorrichtung auch verzichtet werden. In diesem Fall kann das Material beispielsweise von Anfang an in der Pyrolyseposition positioniert sein. Der Vorgang kann dann einfach durch einen Beginn des Heizens des Pyrolysevorgangs an fester Position erfolgen. Der Heizer selbst kann dann als eine Ausführungsform einer Auslösevorrichtung fungieren.Alternatively, it is also possible to dispense with a transfer device. In this case, for example, the material may be positioned in the pyrolysis position from the beginning. The process can then be carried out simply by starting the heating of the pyrolysis process at a fixed position. The heater itself may then function as one embodiment of a trip device.
Unabhängig von der Verwendung einer Auslösevorrichtung und/oder einer Transportvorrichtung können das Verfahren und die Vorrichtung allgemein derart eingerichtet sein, dass definiert zu einem vorgegebenen Startzeitpunkt eine definierte Menge des Materials einer Pyrolyse unterzogen wird. Beispielsweise kann eine gezielte technische Auslösung der Pyrolyse durch eine schnelle Verbringung eines Probekörpers in eine entsprechen beheizte Pyrolyse-Zone erfolgen und/oder durch definiertes, schnelles Aufheizen einer definierten Menge eines an einem Ort befindlichen Probekörpers, beispielsweise mittels einer Mikrowellen bestrahl ung und/oder eines Laserbeschusses.Irrespective of the use of a triggering device and / or a transport device, the method and the device can generally be set up in such a way that a defined amount of the material is subjected to pyrolysis at a defined starting time. For example, a specific technical triggering of the pyrolysis by a rapid transfer of a specimen in a corresponding heated pyrolysis zone and / or by defined, rapid heating of a defined amount of a test specimen located in one place, for example by means of a microwave irradiation and / or one laser bombardment.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft den Oberflächenwellensensor selbst. Dieser kann, wie oben dargelegt, grundsätzlich beliebige der eingangs beschriebenen Oberflächenwellensensoren umfassen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn der Oberflächenwellensensor eine Mehrzahl von Oberflächenwellensensoren umfasst, welche jeweils eingerichtet sind, um unterschiedliche charakteristische Materialien zu detektieren. Zu diesem Zweck können die einzelnen Oberflächenwellensensoren beispielsweise unterschiedlich funktionalisierte und/oder beschichtete Sensoroberflächen aufweisen, welche unterschiedliche Sensitivitäten hinsichtlich unterschiedlicher charakteristischer Materialien aufweisen. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Oberflächenwellensensoren als Array von Oberflächenwellensensoren ausgestaltet sein, bei- spielsweise auf einem einzelnen Chip oder einer einzelnen Platine. Für mögliche Ausführungsformen dieser Weiterentwicklung der Erfindung kann beispielsweise auf DE 197 46 261 A1 und die darin beschriebenen Ausführungsbeispiele verwiesen werden.A further preferred embodiment relates to the surface wave sensor itself. As stated above, it may in principle comprise any of the surface wave sensors described above. However, it is particularly preferred if the surface wave sensor comprises a plurality of surface acoustic wave sensors, each of which is arranged to detect different characteristic materials. For this purpose, the individual surface acoustic wave sensors can, for example, have differently functionalized and / or coated sensor surfaces which have different sensitivities with respect to different characteristic materials. For example, the plurality of surface acoustic wave sensors may be configured as an array of surface acoustic wave sensors, for example on a single chip or a single board. For possible embodiments of this further development of the invention, reference may be made, for example, to DE 197 46 261 A1 and the exemplary embodiments described therein.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung machen sich die Tatsache zunutze, dass das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung leicht in kompakte Geräte integrierbar sind. So ist es besonders bevorzugt, wenn die Vorrichtung als mobiles Gerät, insbesondere als tragbares Handgerät, ausgestaltet ist. Unter einem tragbaren Handgerät soll dabei ein Gerät zu verstehen sein, welches durch eine Person ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Transportmittel transportierbar ist. Alternativ kann das mobile Gerät auch andere Arten von Geräten umfassen, welche allgemein mobil ausgestal- tet sind. Beispielsweise können derartige mobile Geräte in einem Koffer aufgenommen oder aufnehmbar sein, welcher ggf. auch mit Transporteinrichtungen wie beispielsweise Rollen oder ähnlichem, versehen sein kann. Auch ein mobiler Transport in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen, kann erfolgen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein mobiles Gerät zur mobilen Identifikation des Materials bereitgestellt werden.Further embodiments of the invention take advantage of the fact that the method described and the device described can be easily integrated into compact devices. Thus, it is particularly preferred if the device is designed as a mobile device, in particular as a portable handheld device. Under a portable handset while a device to be understood, which is transportable by a person without the aid of additional transport. Alternatively, the mobile device may also comprise other types of devices which are generally mobile. tet are. For example, such mobile devices can be accommodated or receivable in a suitcase, which if necessary can also be provided with transport devices such as rollers or the like. A mobile transport in a motor vehicle, in particular a passenger car, can be done. In this way, for example, a mobile device for mobile identification of the material can be provided.
Besonders bevorzugt ist es, wie oben dargelegt, wenn das Verfahren und/oder die Vorrichtung zur Unterscheidung von autorisierten und nicht-autorisierten Produkten einge- setzt werden. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Mineralölprodukte, Kraftstoffe oder Alkohole identifizieren und Plagiate oder nicht-autorisierte Materialien identifizieren. Dies ist wiederum besonders bevorzugt im Zusammenhang mit dem beschriebenen tragbaren Handgerät, welches beispielsweise an Tankstellen oder ähnlichen Einrichtungen eingesetzt werden kann, um beispielsweise im Rahmen mobiler Kontrollen Fälschungssicherung zu betreiben.It is particularly preferred, as stated above, if the method and / or the device for distinguishing between authorized and unauthorized products are used. In particular, in this way mineral oil products, fuels or alcohols can be identified and identify plagiarism or unauthorized materials. This in turn is particularly preferred in connection with the portable handset described, which can be used, for example, at gas stations or similar facilities to operate for example in the context of mobile controls counterfeiting.
Alternativ oder zusätzlich kann das beschriebene Verfahren in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen auch zur Qualitätssicherung des Materials verwendet werden. Dies ist ebenfalls beispielsweise für Mineralölprodukte, jedoch auch für andere Arten von Materialien, realisierbar. So kann beispielsweise eine Additivkonzentration, beispielsweise eines oder mehrere der oben beschriebenen Additive, auf ihre Korrektheit überprüft werden. Beispielsweise kann diese Kontrolle unmittelbar während des Beimischens des Additivs erfolgen, oder auch zu einem späteren Zeitpunkt. In letzterem Fall kann beispielsweise wiederum ein mobiles Handgerät verwen- det werden.Alternatively or additionally, the method described can also be used in one or more of the embodiments described above for quality assurance of the material. This is likewise possible, for example, for mineral oil products, but also for other types of materials. Thus, for example, an additive concentration, for example one or more of the additives described above, can be checked for their correctness. For example, this control can be done immediately during the mixing of the additive, or at a later time. In the latter case, for example, once again a mobile handheld device can be used.
Ausführungsbeispieleembodiments
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dar- gestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The invention is not limited to the embodiments. The exemplary embodiments are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate the same or functionally identical or with respect to their functions corresponding elements. In detail shows:
Figur 1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figure 1 shows a schematic structure of a device according to the invention;
Figur 2 ein Oberflächenwellensensor-Array für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;FIG. 2 shows a surface wave sensor array for use in a device according to the invention;
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel der Messsignale der Oberflächenwellensensoren des Oberflächenwellensensor-Arrays gemäß Figur 2 bei einer Beispielmes- sung;FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the measurement signals of the surface wave sensors of the surface wave sensor array according to FIG. 2 in an example measurement;
Figur 4 Kalibrationsgeraden bei verschiedenen Konzentrationen eines Markermaterials; undFIG. 4 calibration lines at different concentrations of a marker material; and
Figur 5 ein Spinnennetz-Diagramm der Messergebnisse gemäß Figur 4.FIG. 5 shows a spider-web diagram of the measurement results according to FIG. 4.
In Figur 1 ist in stark schematisierter Form ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 10 zur Identifikation eines Materials dargestellt, anhand derer auch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden soll. Die Vorrichtung 1 10 umfasst zunächst eine thermische Vorrichtung 1 12 in Form einer Heizvorrichtung. Diese Heizvorrichtung, welche beispielsweise eine beheizbare Lochplatte 1 14 umfassen kann, kann beispielsweise genutzt werden, um eine Vielzahl von Tiegeln 116, beispielsweise Edelstahltiegel, auf Temperaturen zwischen 50 und 2000C, insbesondere zwischen 1000C und 1500C, aufzuheizen. Zur Durchführung des Verfahrens werden zunächst die Tiegel 1 16 mit dem zu identifizierenden Material befüllt, vorzugsweise mit einer genau definierten bzw. genau bekannten Menge des nachzuweisenden Materials. Anschließend werden diese Tiegel 1 16 mit dem darin enthaltenen Material in der thermischen Vorrichtung 112 dem oben beschriebenen thermischen Behandlungsschritt unterzogen.1 shows a highly schematic form of an embodiment of a device 1 10 according to the invention for the identification of a material, by means of which an embodiment of the method according to the invention is to be explained. The device 10 initially comprises a thermal device 12 in the form of a heating device. This heating device, which may comprise, for example, a heatable perforated plate 14, can be used, for example, to heat a multiplicity of crucibles 116, for example stainless steel crucibles, to temperatures between 50 and 200 ° C., in particular between 100 ° C. and 150 ° C. To carry out the method, first the crucibles 16 are filled with the material to be identified, preferably with a precisely defined or exactly known amount of the material to be detected. Subsequently, these crucibles 16 with the material contained in the thermal device 112 are subjected to the above-described thermal treatment step.
Die Vorrichtung 110 umfasst weiterhin ein Rohrleitungssystem 1 18. Dieses Rohrleitungssystem 1 18 umfasst an einem Ende ein Kreuzstück 120, welches beispielsweise aus Quarz oder Metall hergestellt sein kann. Beispielsweise kann als Kreuzstück 120 ein kommerziell erhältliches Kreuzstück der Firma Swagelok in Karlsruhe, Deutsch- land, verwendet werden. Das Kreuzstück 120 umfasst eine Einführöffnung 122, welche durch einen Stopfen 124 oder, alternativ oder zusätzlich, durch eine Verschraubung verschließbar ist, zum Einführen der Tiegel 1 16. Weiterhin umfasst das Kreuzstück 120 eine Auslöseöffnung 126, welche durch einen durchbohrten Stopfen 128 verschließbar ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem durchbohrten Stopfen kann beispielsweise auch ein Verschließen durch eine Überwurfmutter mit einem durchbohrten Septum erfolgen. Weiterhin umfasst das Kreuzstück 120 eine Trägergasöffnung 130, welche über eine geeignete Trägergaszuführung 132, beispielsweise einen oder mehrere Schläuche, mit einer Trägergasquelle 134, beispielsweise einer Quelle für synthetische Luft und/oder Stickstoff, verbindbar ist.The apparatus 110 further comprises a piping system 18. This piping system 18 includes at one end a crosspiece 120, which may be made of quartz or metal, for example. For example, a commercially available cross piece from Swagelok in Karlsruhe, Germany, can be used as the crosspiece 120. The crosspiece 120 comprises an insertion opening 122 which can be closed by a plug 124 or, alternatively or additionally, by a screw connection for insertion of the crucibles 16. Furthermore, the crosspiece 120 comprises a release opening 126, which can be closed by a perforated plug 128. Alternatively, or in addition to a perforated plug, for example, can be closed by a union nut with a pierced septum. Furthermore, the crosspiece 120 comprises a carrier gas opening 130, which via a suitable carrier gas supply 132, for example one or more tubes, with a carrier gas source 134, for example, a source of synthetic air and / or nitrogen, is connectable.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 10 eine Pyrolysevorrichtung 136, beispielsweise in Form eines Ringofens und/oder Röhrenofens, welcher einen Quarzrohr-Abschnitt des Rohrleitungssystems 118 ringförmig umgibt. Die Pyrolysevorrichtung 136 kann beispielsweise auch noch zusätzliche Vorrichtungen umfassen, beispielsweise Steuervorrichtungen, Energiequellen oder ähnliches.Furthermore, the device 1 10 comprises a pyrolysis device 136, for example in the form of a ring furnace and / or tube furnace, which annularly surrounds a quartz tube section of the pipeline system 118. The pyrolysis device 136 may, for example, also comprise additional devices, for example control devices, energy sources or the like.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 10 einen Oberflächenwellensensor 138, welcher unten beispielhaft anhand der Figur 2 näher erläutert wird. Dieser Oberflächenwellensensor 138 verfügt über einen Einlassstutzen 140, welcher mit dem Rohrleitungssystem 118 verbunden ist. Zwischen dem Einlassstutzen 140 und der Pyrolysevorrich- tung 136 ist eine Kühlfalle 142 vorgesehen, in welcher das Rohrleitungssystem 118 einen Sammelbogen 144 umfasst, in welchem schwerflüchtige Bestandteile auskondensieren und sich sammeln können. Die Kühlfalle 142 kann eine aktive Kühlung umfassen, kann jedoch auch eine einfache Kühlung des Sammelbogens 144 durch Luft beinhalten.Furthermore, the device 110 comprises a surface wave sensor 138, which is explained in more detail below by way of example with reference to FIG. This surface wave sensor 138 has an inlet port 140 which is connected to the piping 118. Between the inlet stub 140 and the pyrolysis device 136, a cold trap 142 is provided, in which the piping system 118 comprises a collection sheet 144, in which low volatiles can condense out and collect. The cold trap 142 may include active cooling, but may also include simple cooling of the collection sheet 144 by air.
Weiterhin umfasst der Oberflächenwellensensor 138 einen Auslassstutzen 146, durch welchen das Trägergas aus dem Oberflächenwellensensor 138 ausströmen kann. Der Oberflächenwellensensor 138 beinhaltet weiterhin eine Schnittstelle 148, über welche der Oberflächenwellensensor 138 beispielsweise über eine Datenverbindung 150 mit einem Computersystem 152 verbunden sein kann. Das Computersystem 152 kann beispielsweise als Identifikationsvorrichtung 154 oder als Bestandteil einer derartigen Identifikationsvorrichtung wirken und kann den oben beschriebenen Identifikationsschritt ganz oder teilweise durchführen. Weiterhin kann das Computersystem 152 auch weitere Bestandteile der Vorrichtung 1 10 ansteuern, beispielsweise die Pyrolysevor- richtung 136, den Trägergasstrom, die thermische Vorrichtung 1 12 oder eine Auslösevorrichtung 156, welche unten näher beschrieben wird.Furthermore, the surface wave sensor 138 includes an outlet port 146 through which the carrier gas can flow out of the surface wave sensor 138. The surface wave sensor 138 further includes an interface 148 via which the surface wave sensor 138 may be connected to a computer system 152, for example, via a data link 150. The computer system 152 can act, for example, as an identification device 154 or as part of such an identification device and can perform the identification step described above in whole or in part. Furthermore, the computer system 152 can also control further components of the device 110, for example the pyrolysis device 136, the carrier gas flow, the thermal device 12 or a triggering device 156, which is described in greater detail below.
Wie oben beschrieben, ist die Auslöseöffnung 126 des Kreuzstücks 120 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels des durchbohrten Stopfens 128 und/oder mittels der Überwurfmutter mit dem durchbohrten Septum verschlossen. Durch diesen durchbohrten Stopfen 128 ist, als Bestandteil der Auslösevorrichtung 156, ein Draht 158 geführt, über welchen ein Tiegel 1 16 in einer Halteposition 160 im Zentrum des Kreuzstücks 120 gehalten werden kann.As described above, the trigger opening 126 of the crosspiece 120 is closed in the illustrated embodiment by means of the pierced plug 128 and / or by means of the union nut with the pierced septum. By means of this pierced plug 128, as part of the triggering device 156, a wire 158 is guided, by way of which a crucible 16 can be held in a holding position 160 in the center of the crosspiece 120.
Nach Durchführung der thermischen Behandlung in der thermischen Vorrichtung 112 wird ein Tiegel 1 16 mit dem darin enthaltenen Material in das Rohrleitungssystem 1 18 transferiert. Dies ist in Figur 1 symbolisch durch die Bezugsziffer 162 angedeutet. Zu diesem Zweck wird kurzfristig der Stopfen 124 entfernt, und der Tiegel 1 16 wird durch die Einführöffnung 122 in die Halteposition 160 gebracht. Anschließend wird die Einführöffnung 122 wieder durch den Stopfen 124 verschlossen. In der Halteposition 160 kann dann ein Spülschritt durchgeführt werden, beispielsweise um das Rohrleitungssystem 1 18 zumindest weitgehend mittels Spülung durch Trägergas von Luft oder anderen unerwünschten flüchtigen oder gasförmigen Bestandteilen, wie beispielsweise Feuchtigkeit, zumindest weitgehend zu reinigen.After carrying out the thermal treatment in the thermal device 112 is a crucible 1 16 with the material contained in the piping system 1 18th transferred. This is indicated symbolically in FIG. 1 by the reference numeral 162. For this purpose, the plug 124 is removed at short notice, and the crucible 1 16 is brought by the insertion opening 122 in the holding position 160. Subsequently, the insertion opening 122 is closed again by the plug 124. In the holding position 160, a rinsing step can then be carried out, for example in order to at least substantially clean the pipeline system 18 at least substantially by means of rinsing with carrier gas of air or other undesirable volatile or gaseous constituents, such as moisture.
Anschließend kann dann die Auslösevorrichtung 156 betätigt werden, beispielsweise gesteuert durch das Computersystem 152. Zu diesem Zweck kann beispielsweise der Draht 158 aus dem Kreuzstück 120 herausgezogen werden, so dass der Tiegel 116 freigegeben wird und aus der Halteposition 160 in eine Pyrolyseposition 164 fällt. In dieser Pyrolyseposition 164 wird der Tiegel 1 16 durch eine Verengung 166 im Rohrlei- tungssystem 118 gehalten. Es sei darauf hingewiesen, dass, anstelle eines Transfers durch Gravitation von der Halteposition 160 in die Pyrolyseposition 164, auch eine andere Art von Transfer eingesetzt werden kann.Thereafter, triggering device 156 may then be actuated, for example, under the control of computer system 152. For this purpose, wire 158 may, for example, be withdrawn from crosspiece 120 so that crucible 116 is released and falls from holding position 160 to a pyrolysis position 164. In this pyrolysis position 164, the crucible 16 is held in the pipeline system 118 by a constriction 166. It should be noted that, instead of a transfer by gravity from the holding position 160 to the pyrolysis position 164, another type of transfer can be used.
In dieser Pyrolyseposition 164 findet dann die Pyrolyse statt. Dabei bildet sich, wie oben beschrieben, das mindestens eine charakteristische Material. Aus diesem mindestens einen charakteristischen Material können wiederum, wie oben beschrieben, schwerflüchtige Bestandteile in der Kühlfalle 142 auskondensiert werden. Übrige charakteristische Materialien werden durch den Strom des Trägergases über den Einlassstutzen 140 in den Oberflächenwellensensor 138 eingeleitet.In this pyrolysis position 164 then the pyrolysis takes place. In this case, as described above, the at least one characteristic material is formed. From this at least one characteristic material, in turn, as described above, low volatility constituents in the cold trap 142 can be condensed out. Other characteristic materials are introduced into the surface wave sensor 138 through the flow of the carrier gas via the inlet port 140.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Oberflächenwellensensors 138 gezeigt. Dieser Oberflächenwellensensor entspricht von seinem Aufbau her im Wesentlichen dem in DE 197 46 261 A1 beschriebenen Sensoraufbau, so dass bezüglich möglicher Einzelheiten und Details auf diese Druckschrift verwiesen werden kann.FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a surface wave sensor 138. This surface wave sensor essentially corresponds in terms of its construction to the sensor structure described in DE 197 46 261 A1, so that reference can be made to this document with regard to possible details and details.
Der Oberflächenwellensensor 138 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 als Oberflächenwellensensor-Array 210 ausgestaltet und umfasst eine Mehrzahl, in diesem Ausführungsbeispiel acht, einzelne Oberflächenwellensensoren 212, welche in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils nur schematisch dargestellt sind. Jeder dieser einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 umfasst jeweils eine Sensoroberfläche 214. Diese Sensoroberflächen 214 können beispielsweise unterschiedlich beschichtet sein, um unterschiedliche Sensitivitäten für unterschiedliche charakteristische Materialien aufzuweisen. Das Trägergas mit den darin enthaltenen charakteristischen Materialien kann beispielsweise durch eine oder mehrere Nuten in einem Sensorchip des Oberflächenwellensensor-Arrays 210 über diese Sensoroberflächen 214 geführt werden. Weiterhin umfasst der Oberflächenwellensensor 138 gemäß Figur 2 einen gekapselten Referenzoszillator 216. Dieser Referenzoszillator 216 wird nicht dem Trägergas und/oder den darin enthaltenen charakteristischen Materialien ausgesetzt. Über einen Frequenzmischer 218 können die Signale des Referenzoszillators 216 mit denen der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 gemischt werden, um beispielsweise Frequenzverschiebung ermitteln zu können. Weiterhin umfasst der Oberflächenwellensensor 138 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ein Feld-programmierbares Gate- Array (FPGA 220) und/oder andere Steuerbausteine, welche die Auswertung der Sig- nale der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 und/oder eines Gesamtsignals des Oberflächenwellensensors 138 bzw. eine Voraufbereitung dieser Signale ermöglichen. Die eigentliche Auswertung kann, ganz oder teilweise, auch im Computersystem 152 erfolgen.The surface wave sensor 138 is configured in the illustrated embodiment according to Figure 2 as a surface wave sensor array 210 and includes a plurality, in this embodiment eight, single surface wave sensors 212, which are each shown only schematically in the illustrated embodiment. Each of these individual surface acoustic wave sensors 212 each includes a sensor surface 214. For example, these sensor surfaces 214 may be differently coated to have different sensitivities for different characteristic materials. The carrier gas with the characteristic materials contained therein can be guided, for example, through one or more grooves in a sensor chip of the surface wave sensor array 210 via these sensor surfaces 214. Furthermore, the surface wave sensor 138 according to FIG. 2 comprises an encapsulated reference oscillator 216. This reference oscillator 216 is not exposed to the carrier gas and / or the characteristic materials contained therein. Via a frequency mixer 218, the signals of the reference oscillator 216 can be mixed with those of the individual surface acoustic wave sensors 212 in order to be able to determine, for example, frequency shift. Furthermore, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the surface wave sensor 138 comprises a field-programmable gate array (FPGA 220) and / or other control components, which evaluate the signals of the individual surface wave sensors 212 and / or a total signal of the surface wave sensor 138 or a Prepare these signals. The actual evaluation can also take place in the computer system 152, in whole or in part.
In Figur 3 sind beispielhaft Sensorsignale der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212, beispielsweise des Oberflächenwellensensor-Arrays 210 gemäß Figur 2, als Funktion der Zeit aufgetragen. Dabei sind jeweils Differenzkurven dargestellt, wobei zu Beginn jeder Messung alle Differenzfrequenzen auf Null gesetzt wurden. Dabei bezeichnen die Messkurven 310 bis 324 die Sensorsignale der einzelnen Oberflächen- wellensensoren 212, aufgetragen als Frequenz f in Hertz als Funktion der Zeit t in Sekunden. Mit den Bezugsziffern 326 bzw. 328 sind die untere bzw. obere Grenze des Messfensters bezeichnet, innerhalb derer eine Auswertung der Frequenzverläufe 310 bis 324 erfolgt.FIG. 3 plots, as an example, sensor signals of the individual surface wave sensors 212, for example of the surface wave sensor array 210 according to FIG. 2, as a function of time. In each case difference curves are shown, wherein at the beginning of each measurement all difference frequencies have been set to zero. The measured curves 310 to 324 designate the sensor signals of the individual surface wave sensors 212, plotted as frequency f in Hertz as a function of time t in seconds. The reference numerals 326 and 328 designate the lower or upper limit of the measuring window, within which an evaluation of the frequency profiles 310 to 324 takes place.
Im Bereich der unteren Grenze 326 des Messfensters wird die Messung gestartet, beispielsweise indem, wie oben beschrieben, die Auslösevorrichtung 156 betätigt wird. Zu einem gegenüber diesem Auslösevorgang um ungefähr 35 Sekunden verschobenen Zeitpunkt, welcher durch die Pyrolysebedingungen und/oder die Strömung des Trägergases bestimmt wird, registrieren die einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 eine entsprechende Veränderung, und die Frequenzen dieser Oberflächenwellensensoren 212 beginnen, sich zu verschieben. Im unterschiedlichen Verlauf der einzelnen Frequenzverläufe 310 bis 324 der unterschiedlich beschichteten bzw. unterschiedlich sensitiven einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 drückt sich die unterschiedliche Sensitivität aus. Während der Frequenzverlauf 312 die stärkste Änderung zeigt, ist im Frequenzverlauf 320 die geringste Wechselwirkung mit dem nachzuweisenden charakteristischen Material zu erkennen.In the region of the lower limit 326 of the measuring window, the measurement is started, for example by actuating the triggering device 156 as described above. At a time shifted from this triggering event by approximately 35 seconds, which is determined by the pyrolysis conditions and / or the flow of the carrier gas, the individual surface acoustic wave sensors 212 register a corresponding change and the frequencies of these surface acoustic wave sensors 212 begin to shift. In the different course of the individual frequency profiles 310 to 324 of the differently coated or differently sensitive individual surface wave sensors 212, the different sensitivity is expressed. While frequency curve 312 shows the strongest change, frequency curve 320 shows the lowest interaction with the characteristic material to be detected.
Für das in Figur 4 dargestellte Experiment wurde ein Oberflächenwellensensor-For the experiment shown in FIG. 4, a surface wave sensor
Array 210 gemäß der Beschreibung in Figur 2 verwendet. Als Material wurde Oktan eingesetzt, welchem 500 ppm des oben beschriebenen Kraftstoffzusatzes Kerocom®Array 210 is used as described in FIG. The material used was octane containing 500 ppm of the fuel additive Kerocom® described above
PIBA (Polyisobutenamin) beigemischt wurden. Die thermische Vorbehandlung (Ein- dampfen) wurde auf einer Heizplatte bei ca. 1500C für ca. 15 Minuten vorgenommen und anschließend eine Pyrolyse bei ca. 6300C.PIBA (polyisobuteneamine) were added. The thermal pretreatment (in- Steaming) was carried out on a hot plate at about 150 0 C for about 15 minutes and then pyrolysis at about 630 0 C.
Die unterschiedliche Sensitivität der einzelnen Oberflächensensoren 212 ist in Figur 3 deutlich zu erkennen, so dass bereits anhand dieses „Fingerabdrucks" der einzelnen Sensorsignale auf eine Zusammensetzung geschlossen werden könnte. Um zu zeigen, dass die einzelnen Sensorsignale auch mit der Menge des jeweils nachzuweisenden charakteristischen Materials korrelieren, wurden Konzentrationskurven mit unterschiedlichen Beimengungen des oben genannten Zusatzes Kerocom® PIBA aufgenommen. Diese sind in Figur 4 dargestellt. Dabei ist jeweils die Frequenzverschiebung Δf in Hz für unterschiedliche Volumenkonzentrationen c, angegeben in ppm, aufgetragen. Dargestellt ist dabei jeweils die maximale Frequenzverschiebung Δf, beispielsweise das Maximum der Frequenzverläufe 310 bis 324 in Figur 3. Die Konzentrationen wurden dabei für die Messungen gemäß Figur 4 von 0 ppm bis 1000 ppm variiert. Die dabei aufgenommenen Frequenzverschiebungen Δf der einzelnen Oberflächenwellensenso- ren 212 sind, entsprechend den Kurven 310 bis 324, in Figur 4 mit den Bezugsziffern 410 bis 424 bezeichnet.The different sensitivity of the individual surface sensors 212 can clearly be seen in FIG. 3, so that a composition could already be deduced from this "fingerprint" of the individual sensor signals in order to show that the individual sensor signals also correspond to the quantity of the characteristic material to be detected Concentration curves with different admixtures of the above-mentioned additive Kerocom® PIBA were recorded, which are plotted in Figure 4. In each case the frequency shift Δf in Hz is plotted for different volume concentrations c, indicated in ppm, showing in each case the maximum frequency shift Δf 4, for example, the maximum of the frequency profiles 310 to 324 in Figure 3. The concentrations were varied from 0 ppm to 1000 ppm for the measurements according to Figure 4. The frequency shifts Δf of the individual surface acoustic wave sensors recorded thereby 212 are, according to the curves 310 to 324, designated in Figure 4 by the reference numerals 410 to 424.
Wiederum geht aus dem Verlauf die Kalibrationsgeraden 410 bis 424 die unterschiedli- che Sensitivität der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212 hervor. Sind diese Kalibrationsgeraden 410 bis 424 bekannt, so lässt sich, beispielsweise unter Zuhilfenahme der Identifikationsvorrichtung 154, aus einer bestimmten maximalen Frequenzverschiebung beispielsweise auf eine Konzentration des Markers schließen.Again, the calibration lines 410 to 424 show the different sensitivity of the individual surface wave sensors 212 from the course. If these calibration lines 410 to 424 are known, it is possible, for example with the aid of the identification device 154, to deduce, for example, a concentration of the marker from a specific maximum frequency shift.
In Figur 5 ist dieser Zusammenhang zwischen der Konzentration und den unterschiedlichen Sensorsignalen nochmals in einem Spinnennetzdiagramm (auch Radar-Plot genannt) aufgetragen. Ausgehend vom in der Mitte gelegenen Nullpunkt sind dabei die Sensorsignale der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212, in Figur 5 mit den Nummern 1 bis 8 bezeichnet, jeweils in Richtung der Ecken eines Spinnennetzes auf- getragen.In Figure 5, this relationship between the concentration and the different sensor signals is again in a spider chart (also called radar plot) plotted. Starting from the zero point located in the middle, the sensor signals of the individual surface wave sensors 212, designated by the numbers 1 to 8 in FIG. 5, are respectively applied in the direction of the corners of a spider web.
Dabei bezeichnet die Kurve 510 das Signal eines nicht-befüllten Tiegels 116, welches als Blindprobe verwendet wurde. Das Signal 512 bezeichnet hingegen das Signal eines mit reinem Oktan befüllten Tiegels 1 16, also einer Nullprobe ohne Markersubstanz. Die Signale 514 bis 522 bezeichnen die Signale für Proben von 10 μl Oktan mit jeweils 100 ppm bzw. 200 ppm bzw. 300 ppm bzw. 500 ppm bzw. 1000 ppm (angegeben als Volumenkonzentration) Kerocom® PIBA aIs Markersubstanz.Curve 510 indicates the signal of an unfilled crucible 116, which was used as a blank. The signal 512, however, denotes the signal of a filled with pure octane crucible 1 16, so a blank sample without marker substance. Signals 514 through 522 indicate the signals for samples of 10 μl of octane at 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 500 ppm, and 1000 ppm, respectively, in terms of volume concentration of Kerocom® PIBA as the marker.
Anhand dieser Spinnennetzdiagramme in Figur 5 lässt sich erkennen, dass bereits 100 ppm der Markersubstanz, entsprechend 1 nl Substanz in der Probe, mittels des vorgeschlagenen Verfahrens sich deutlich von der Blindprobe 510 bzw. von der Null- probe 512 unterscheiden und sich auf diese Weise nachweisen lassen. Auch derartige Spinnennetz-Diagramme lassen sich automatisiert auswerten, beispielsweise mittels entsprechender Korrelationsverfahren, so dass mittels des vorgeschlagenen Verfahrens schnell und zuverlässig und mit hoher Reproduzierbarkeit eine Auswertung erfolgen kann. It can be seen on the basis of these spider-web diagrams in FIG. 5 that already 100 ppm of the marker substance, corresponding to 1 nl of substance in the sample, by means of the proposed method differs significantly from the blank 510 or from the blank. sample 512 and can be detected in this way. Such spider-web diagrams can also be evaluated automatically, for example by means of appropriate correlation methods, so that an evaluation can be carried out quickly and reliably and with high reproducibility by means of the proposed method.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
110 Vorrichtung zur Identifikation eines Materials 112 thermische Vorrichtung110 Device for identifying a material 112 thermal device
114 Lochplatte114 perforated plate
116 Tiegel116 crucible
118 Rohrleitungssystem118 pipeline system
120 Kreuzstück 122 Einfuhröffnung120 cross piece 122 import opening
124 Stopfen124 plugs
126 Auslöseöffnung126 trigger opening
128 durchbohrter Stopfen128 drilled plugs
130 Trägergasöffnung 132 Trägergaszuführung130 carrier gas opening 132 carrier gas supply
134 Trägergasquelle134 carrier gas source
136 Pyrolysevorrichtung136 pyrolysis device
138 Oberflächenwellensensor138 surface wave sensor
140 Einlassstutzen 142 Kühlfalle140 inlet nozzle 142 cold trap
144 Sammelbogen144 collection sheets
146 Auslassstutzen146 outlet
148 Schnittstelle148 interface
150 Datenverbindung 152 Computersystem150 data connection 152 computer system
154 Identifikationsvorrichtung154 identification device
156 Auslösevorrichtung156 triggering device
158 Draht158 wire
160 Halteposition 162 Transfer160 Hold position 162 Transfer
164 Pyrolyseposition164 pyrolysis position
166 Verengung166 constriction
210 Oberflächenwellensensor-Array 212 einzelne Oberflächenwellensensoren210 surface wave sensor array 212 single surface wave sensors
214 Sensoroberfläche214 sensor surface
216 Referenzoszillator216 reference oscillator
218 Frequenzmischer218 frequency mixer
220 FPGA 310-324 Frequenzverläufe der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212220 FPGA 310-324 frequency curves of the individual surface acoustic wave sensors 212
326 untere Grenze Messfenster326 lower limit measurement window
328 obere Grenze Messfenster328 upper limit measurement window
410-424 Kalibrationsgeraden der einzelnen Oberflächenwellensensoren 212410-424 calibration lines of the individual surface acoustic wave sensors 212
510 Blindprobe leerer Tiegel510 Blank sample empty crucible
512 Nullprobe Oktan512 zero sample octane
514 Oktan mit 100 ppm Kerocom® PIBA 516 Oktan mit 200 ppm Kerocom® PIBA514 octane with 100 ppm Kerocom® PIBA 516 octane with 200 ppm Kerocom® PIBA
518 Oktan mit 300 ppm Kerocom® PIBA518 octane with 300 ppm Kerocom® PIBA
520 Oktan mit 500 ppm Kerocom® PIBA520 octane with 500 ppm Kerocom® PIBA
522 Oktan mit 1000 ppm Kerocom® PIBA 522 octane with 1000 ppm Kerocom® PIBA

Claims

1Patentansprüche 1Patentansprüche
1. Verfahren zur Identifikation eines Materials, insbesondere einer organischen Flüssigkeit, umfassend die folgenden Schritte: - das Material wird mindestens einem Pyrolyseschritt unterzogen, wobei mindestens ein charakteristisches Material entsteht, das charakteristische Material wird mindestens einem Oberflächenwellen- sensor (138; 212) zugeführt, wobei mindestens ein Sensorsignal erzeugt wird, und - aus dem mindestens einen Sensorsignal wird in einem Identifikationsschritt auf die Identität des Materials geschlossen.1. A method for identifying a material, in particular an organic liquid, comprising the following steps: - the material is subjected to at least one pyrolysis step, wherein at least one characteristic material is formed, the characteristic material is fed to at least one surface acoustic wave sensor (138; 212), wherein at least one sensor signal is generated, and - from the at least one sensor signal is closed in an identification step on the identity of the material.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Material vor dem Pyrolyseschritt mindestens einem weiteren thermischen Behandlungsschritt un- terzogen wird, insbesondere mindestens einem Eindampfschritt, wobei flüchtige2. Method according to the preceding claim, wherein before the pyrolysis step the material is subjected to at least one further thermal treatment step, in particular at least one evaporation step, whereby volatile
Bestandteile des Materials zumindest teilweise aus dem Material entfernt werden.Components of the material are at least partially removed from the material.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem weiteren thermi- sehen Behandlungsschritt eine Temperatur zwischen 500C und 2000C verwendet wird, insbesondere eine Temperatur zwischen 100°C und 1500C.3. The method according to the preceding claim, wherein in the further thermal treatment step see a temperature between 50 0 C and 200 0 C is used, in particular a temperature between 100 ° C and 150 0 C.
4. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der weitere thermische Behandlungsschritt für eine Zeitdauer zwischen 1 Minute und 2 Stun- den, insbesondere für eine Zeitdauer von einer Stunde, durchgeführt wird.4. The method according to one of the two preceding claims, wherein the further thermal treatment step for a period of between 1 minute and 2 hours, in particular for a period of one hour, is performed.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zufuhr des charakteristischen Materials zu dem Oberflächenwellensensor (138; 212) mittels mindestens eines Trägergases erfolgt.5. A method according to any one of the preceding claims, wherein the supply of the characteristic material to the surface wave sensor (138; 212) is effected by means of at least one carrier gas.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Pyrolyseschritt mindestens eine Temperaturbehandlung mit einer Temperatur von mindestens 500°C erfolgt, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 550°C und 9000C, besonders bevorzugt zwischen 600°C und 650°C.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the pyrolysis step at least one temperature treatment is carried out at a temperature of at least 500 ° C, preferably in a range between 550 ° C and 900 0 C, more preferably between 600 ° C and 650 ° C.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Pyrolyseschritt das charakteristische Material mindestens einem Kühlschritt unterworfen wird, um schwerflüchtige Bestandteile auszukondensieren.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein after the pyrolysis step, the characteristic material is subjected to at least one cooling step to condense low volatiles.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Identifikationsschritt nach mindestens einem Markermaterial des Materials gesucht wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the identification step, at least one marker material of the material is sought.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Datenbank von Sensorsignalen einer Mehrzahl charakteristischer Materialien verwendet wird.9. The method of claim 1, wherein at least one database of sensor signals of a plurality of characteristic materials is used.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Identifikationsschritt ein Korrelationsverfahren verwendet wird.10. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the identification step, a correlation method is used.
1 1. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Unterscheidung von autorisierten und nicht-autorisierten Produkten, insbesondere Mineralölprodukten, Kraftstoffen oder Alkoholen.1 1. Use of a method according to any one of the preceding claims for distinguishing authorized and unauthorized products, in particular petroleum products, fuels or alcohols.
12. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche zur Qualitätssicherung, insbesondere zur Überprüfung einer Konzentra- tion eines Additivs.12. Use of a method according to one of the preceding method claims for quality assurance, in particular for checking a concentration of an additive.
13. Vorrichtung (110) zur Identifikation eines Materials, insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine Pyrolysevorrichtung (136) zur zumindest teilweisen Pyrolyse des Materials, wobei die Pyrolysevorrichtung (136) eingerichtet ist, um aus dem13. A device (110) for identifying a material, in particular using a method according to one of the preceding claims, comprising at least one pyrolysis device (136) for at least partial pyrolysis of the material, wherein the pyrolysis device (136) is adapted to from the
Material zumindest ein charakteristisches Material zu erzeugen, wobei die Vorrichtung (1 10) weiterhin mindestens einen Oberflächenwellensensor (138; 212) umfasst und eingerichtet ist, um das charakteristische Material dem Oberflächenwellensensor (138; 212) zuzuführen, wobei der Oberflächenwellensensor (138; 212) eingerichtet ist, um mindestens ein Sensorsignal zu erzeugen.At least one characteristic material, the apparatus (110) further comprising at least one surface wave sensor (138; 212) and arranged to supply the characteristic material to the surface wave sensor (138; 212), the surface wave sensor (138; 212) is arranged to generate at least one sensor signal.
14. Vorrichtung (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend mindestens eine Identifikationsvorrichtung (154), wobei die Identifikationsvorrichtung (154) eingerichtet ist, um aus dem mindestens einen Sensorsignal auf die Identität des Materials zu schließen.The apparatus (10) according to the preceding claim, further comprising at least one identification device (154), wherein the identification device (154) is set up in order to deduce the identity of the material from the at least one sensor signal.
15. Vorrichtung (1 10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pyrolysevorrichtung (136) mindestens ein Quarzrohr umfasst.15. Device (1 10) according to one of the two preceding claims, wherein the pyrolysis device (136) comprises at least one quartz tube.
16. Vorrichtung (1 10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, umfassend mindestens eine thermische Vorrichtung (1 12), wobei die thermische Vorrichtung (112) eingerichtet ist, um das Material vor der Pyrolyse mindestens einem weiteren thermischen Behandlungsschritt zu unterziehen, insbesondere mindestens einem Eindampfschritt, wobei flüchtige Bestandteile des Materials zumindest teilweise aus dem Material entfernt werden. 316. Device (1 10) according to one of the preceding device claims, comprising at least one thermal device (1 12), wherein the thermal device (112) is adapted to subject the material before pyrolysis at least one further thermal treatment step, in particular at least one Evaporation step, wherein volatile constituents of the material are at least partially removed from the material. 3
17. Vorrichtung (1 10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, umfassend mindestens einen Tiegel (1 16) zur Aufnahme des Materials, insbesondere einen Edelstahltiegel.17. Device (1 10) according to one of the preceding device claims, comprising at least one crucible (1 16) for receiving the material, in particular a stainless steel crucible.
18. Vorrichtung (1 10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, weiterhin umfassend ein Rohrleitungssystem (1 18), wobei das Rohrleitungssystem (1 18) an eine Trägergasquelle (134) anschließbar ist, um das charakteristische Material durch das Rohrleitungssystem (1 18) dem Oberflächenwellensensor (138; 212) zuzuführen.18. Device (1 10) according to one of the preceding device claims, further comprising a piping system (1 18), wherein the piping system (1 18) to a carrier gas source (134) is connectable to the characteristic material through the piping system (1 18) the Supply surface wave sensor (138; 212).
19. Vorrichtung (1 10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, weiterhin umfassend eine Auslösevorrichtung (156), wobei die Auslösevorrichtung (156) eingerichtet ist, um das Material zu einem definierten Zeitpunkt der Pyrolysevorrichtung (136) zuzuführen.The apparatus (1 10) of any one of the preceding apparatus claims, further comprising a triggering device (156), wherein the triggering device (156) is arranged to supply the material to the pyrolysis device (136) at a defined time.
20. Vorrichtung (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Auslösevorrichtung (156) eine Haltevorrichtung (158) umfasst, wobei die Vorrichtung (110) derart eingerichtet ist, dass das Material bei einem Lösen der Haltevorrichtung (158) in eine Pyrolyseposition (164) der Pyrolysevorrichtung (136) fällt.20. Device (1 10) according to the preceding claim, wherein the triggering device (156) comprises a holding device (158), wherein the device (110) is arranged such that the material in a release of the holding device (158) in a pyrolysis position ( 164) of the pyrolysis device (136).
21. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei der mindestens eine Oberflächenwellensensor (138; 212) eine Mehrzahl von Oberflächenwellensensoren (212) umfasst, wobei die Oberflächenwellensenso- ren (212) jeweils eingerichtet sind, um unterschiedliche charakteristische Materia- lien zu detektieren.21. The apparatus of claim 1, wherein the at least one surface wave sensor includes a plurality of surface acoustic wave sensors, the surface acoustic wave sensors each being configured to acquire different characteristic materials detect.
22. Vorrichtung (1 10) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, weiterhin umfassend eine Kühlfalle (142), wobei die Kühlfalle (142) eingerichtet ist, um das charakteristische Material nach der Pyrolysevorrichtung (136) abzuküh- len und schwerflüchtige Bestandteile auszukondensieren.22. Device (1 10) according to one of the preceding device claims, further comprising a cold trap (142), wherein the cold trap (142) is arranged to cool the characteristic material after the pyrolysis device (136) and condense low volatiles.
23. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei die Vorrichtung (1 10) als mobiles Gerät zur mobilen Identifikation des Materials, insbesondere als tragbares Handgerät, ausgestaltet ist. 23. Device (110) according to one of the preceding device claims, wherein the device (1 10) as a mobile device for the mobile identification of the material, in particular as a portable handset, is configured.
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