DE102013011642A1 - Method for determining carbochemically relevant characteristics of lignite by means of fluorescence photometry - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein monochromatisches, standardbezogenes, optisches Messverfahren zur lumineszenzphotometrischen Parameterbestimmung in der Carbochemie. Es dient vorzugsweise zur Quantifizierung Kohlenwasserstoff führender Braunkohlen-Inhaltsstoffe und thermischer Kohlenwasserstoff-Produkte von Braunkohlen. Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung lumineszenzphotometrischer Parameter schwach lumineszierender Stoffe zu schaffen, das auf optischem Wege die Bestimmung insbesondere der Teerausbeute bzw. des Bitumengehaltes von Braunkohlen ermöglicht. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Vergleich der bei definierter Wellenlänge gemessenen Lumineszenz des staubfein aufbereiteten, homogenisierten Probengutes und eines Lumineszenzstandards blendenanordnungslos, monochromatisch und bei Einsatz geringvergrößernder Linsensysteme als integrale Messung sämtlicher fluoreszierender Kohlenkomponenten erfolgt, wobei zur Quantifizierung des Signals eine Verstärkung notwendig ist und erfindungsgemäß die Lumineszenzemissionen des Probengutes und des Lumineszenzstandards im Bereich der höchsten Suszeptibilität des Photomultipliers/Spektrometers gemessen werden.The invention relates to a monochromatic, standard-related, optical measuring method for luminescence-photometric parameter determination in carbochemistry. It preferably serves to quantify hydrocarbon leading lignite ingredients and lignite thermal hydrocarbon products. The object of the invention is to provide a method for measuring luminescence photometric parameters of weakly luminescent substances, which optically enables the determination in particular of the tar yield or of the bitumen content of brown coal. The object is achieved in that a comparison of the measured at a defined wavelength luminescence dusty processed, homogenized sample and a luminescence blendenanordnungslos, monochromatically and when using low-magnification lens systems as an integral measurement of all fluorescent coal components, wherein an amplification is necessary to quantify the signal and according to the invention, the luminescence emissions of the sample material and of the luminescence standard in the region of the highest susceptibility of the photomultiplier / spectrometer are measured.
Description
Die Erfindung betrifft ein monochromatisches, standardbezogenes, optisches Messverfahren zur lumineszenzphotometrischen Parameterbestimmung in der Carbochemie. Es dient vorzugsweise zur Quantifizierung Kohlenwasserstoff führender Braunkohlen-Inhaltsstoffe und thermischer Kohlenwasserstoff-Produkte von Braunkohlen.The invention relates to a monochromatic, standard-related, optical measuring method for luminescence-photometric parameter determination in carbochemistry. It preferably serves to quantify hydrocarbon leading lignite ingredients and lignite thermal hydrocarbon products.
Zur lumineszenz-photometrischen Parameterbestimmung lumineszierender Stoffe in Sedimenten, Böden, Rotteprodukten, Erdölmuttergesteinen und Braunkohlen sind relativierende spektrale und monochromatisch messende Verfahren bekannt [1–8]. Diese beruhen im monochromatischen Bereich auf dem Vergleich einer gegenüber der Probenumgebung abgeschirmten Partikelemission mit geeigneten Lumineszenzstandards (Referenz). Bei letzteren handelt es sich um technische Gläser hoher Langzeitkonstanz in der Emission (fadingfrei), deren Emissionsintensität durch partielle Maskierung vermindert und damit größenordnungsgleich zum vermessenen Kohlen-Partikel ist. Die spektrale Messung der Emission wird ebenfalls an isolierten Partikeln im mikroskopischen Bereich ausgeführt. Dabei sind die zu vermessenden lumineszierenden Mikrokomponenten durch definierte Blendenanordnungen von der Umgebung abgeschirmt, oder der Umgebungseinfluss wird mittels mathematischer Algorithmen kompensiert (Untergrundkompensation).Relative spectral and monochromatic measuring methods are known for the luminescence-photometric parameter determination of luminescent substances in sediments, soils, rotting products, petroleum boulders and lignites [1-8]. These are based in the monochromatic range on the comparison of a particle emission shielded from the sample environment with suitable luminescence standards (reference). The latter are technical glasses of high long-term stability in the emission (fading-free), the emission intensity is reduced by partial masking and thus equal in size to the measured carbon particles. The spectral measurement of the emission is also carried out on isolated particles in the microscopic range. In this case, the luminescent microcomponents to be measured are shielded from the environment by defined diaphragm arrangements, or the environmental influence is compensated by means of mathematical algorithms (background compensation).
Zur Parameterbestimmung lumineszierender Stoffe mittels Integralmessung im beschriebenen Sinne des Verfahrens sind diese Methoden nicht geeignet, da es sich stets um ein punktförmiges, im Mikrometerbereich ausgeführtes Registrieren der Emissionsintensität handelt, bei der zur Vermeidung von Fluoreszenzeinflüssen der Umgebung messfeldeinengende Blendenanordnungen zur Anwendung kommen, die bei integraler Messung im Sinne der Erfindung die ohnehin geringe Lumineszenzintensität der Probe weiter herabsetzen würden.
Stand der Technik in der Altlastenerkundung ist das ROSTTM-System (Rapid Optical Screening Tool) zur Untersuchung von Kohlenwasserstoff-Kontaminationen in Sedimenten und Böden über die Registratur der mittels gepulster Laser-induzierter Fluoreszenz erzeugten Emission [9]. Eine referenzabhängige Quantifizierung des Signals in Relation zur Menge an Kontaminanten ist nicht Gegenstand der Technologie. Ein Einsatz von ROSTTM im Sinne der Nutzungsansprüche vorliegend beschriebener Erfindung ist nicht relevant.The state-of-the-art in the exploration of contaminated sites is the Rapid Optical Screening Tool (ROSTTM) for the investigation of hydrocarbon contaminations in sediments and soils via the registry of the emission generated by pulsed laser-induced fluorescence [9]. A reference-dependent quantification of the signal in relation to the amount of contaminants is not the subject of the technology. An application of ROST ™ in the sense of the use claims of the invention described here is not relevant.
Zur Bestimmung der Teerausbeute bzw. des Bitumengehaltes von Braunkohlen existieren bisher keine referenzbezogenen Verfahren auf lumineszenzphotometrischer Basis.For the determination of the tar yield or the bitumen content of lignite, there are no reference-related methods on a luminescence photometric basis.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung lumineszenzphotometrischer Parameter schwach lumineszierender Stoffe zu schaffen, das auf optischem Wege die Bestimmung insbesondere der Teerausbeute bzw. des Bitumengehaltes von Braunkohlen ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for measuring luminescence photometric parameters of weakly luminescent substances, which optically enables the determination in particular of the tar yield or of the bitumen content of brown coal.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Vergleich der bei definierter Wellenlänge gemessenen Lumineszenz des staubfein aufbereiteten, homogenisierten Probengutes und eines Lumineszenzstandards blendenanordnungslos, monochromatisch und bei Einsatz geringvergrößernder Linsensysteme als integrale Messung sämtlicher fluoreszierender Kohlenkomponenten erfolgt, wobei zur Quantifizierung des Signals eine Verstärkung notwendig ist und erfindungsgemäß die Lumineszenzemissionen des Probengutes und des Lumineszenzstandards im Bereich der höchsten Suszeptibilität des Photomultipliers/Spektrometers gemessen werden.The object is achieved in that a comparison of the measured at a defined wavelength luminescence dusty processed, homogenized sample and a luminescence blendenanordnungslos, monochromatically and when using low-magnification lens systems as an integral measurement of all fluorescent coal components, wherein an amplification is necessary to quantify the signal and according to the invention, the luminescence emissions of the sample material and of the luminescence standard in the region of the highest susceptibility of the photomultiplier / spectrometer are measured.
Damit wird ein direkter Vergleich der Lumineszenzemissionen von Probengut und Standard möglich. Unerheblich ist, ob der Lumineszenzstandard in seiner Emission größenordnungsgleich zur vermessenen Probe ist, oder seine Intensität die Lumineszenzemission des Probengutes um ein Vielfaches übersteigt.This makes a direct comparison of the luminescence emissions of sample material and standard possible. It is irrelevant whether the luminescence standard in its emission is of the same order of magnitude as the measured sample, or whether its intensity exceeds the luminescence emission of the sample by a multiple.
Das Verfahren gestattet es, die entsprechenden Parameter an sehr schwach lumineszierenden Stoffen wie Braunkohlen zu bestimmen. Das Verfahren besitzt darüber hinaus den Vorteil, dass die Bestimmungen von Teerausbeute bzw. Bitumengehalt von Braunkohlen in kürzester Zeit, ohne Trocknung und chemische Analytik flöz- bzw. lagerstätten-(areal-)spezifisch vorgenommen werden können.The method makes it possible to determine the corresponding parameters on very weakly luminescent substances such as lignite. The method also has the advantage that the determination of tar yield or bitumen content of brown coal in a very short time, without drying and chemical analysis can be made flöz- or Lagersstätten- (areal) specific.
Die Erfindung soll an folgendem Ausführungsbeispiel verdeutlicht werden:
Zur Verdeutlichung ist in
For clarification is in
In einem ersten Schritt wird das System – analog des für die Probenmessung nachstehend beschriebenen Algorithmus – kalibriert.In a first step, the system is calibrated analogously to the algorithm described below for the sample measurement.
Die vom pulverförmigen Braunkohlenstaub-Präparat (Korngröße 0–0,2 mm)
Da zwischen der Lumineszenz-Intensität von Braunkohlen und carbochemisch relevanten Parametern, wie der Schwelteerausbeute, des Bitumengehaltes bzw. dem Gewinn an Flüssigprodukt in der Hydrierung naturgegeben enge Beziehungen bestehen, werden die auf beschriebene Weise gewonnenen relativen Oberflächenlumineszenz-Emissionsintensitäten der weitestgehend homogenisierten Braunkohlenproben mit den auf bekannte Weise durch chemische Analyse bestimmten carbochemischen Parametern in Eichdiagrammen zusammengestellt. Bei hinreichender Verdichtung der Wertepaare ist auf einfachem und schnellem Wege mittels lumineszenzphotometrischer Messung die Bestimmung carbochemisch relevanter Braunkohlen-Parameter ohne weitere aufwendige chemische Analytik flöz- und lagerstätten-(areal-)spezifisch möglich.Since the luminescence intensity of lignite and carbochemically relevant parameters, such as the Schwelteerausbeute, the bitumen content or the gain of liquid product in the hydrogenation natural close relations exist, obtained in the manner described relative surface luminescence emission intensities of the largely homogenized lignite samples with the known manner by chemical analysis certain carbochemical parameters in calibration charts compiled. With sufficient densification of the pairs of values, the determination of carbochemically relevant lignite parameters is possible in a simple and fast way by means of luminescence photometric measurement, without further elaborate chemical analysis, of fl ooring and storage site (areal) specificity.
Literatur:Literature:
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BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Auflicht-LumineszenzmikroskopEpi-luminescence
- 22
- FilteranordnungA filter assembly
- 33
- dichromatischer Teilerspiegeldichromatic splitter mirror
- 44
- SperrfilterkombinationBlocking filter combination
- 55
- pulverförmiges Braunkohlenstaub-Präparat (Korngröße 0–0,2 mm)Powdered lignite dust preparation (particle size 0-0.2 mm)
- 66
- geringvergrößernde Linsensystemelow magnification lens systems
- 77
- Photomultiplier/Spektrometer (SPECTRO/SEV)Photomultiplier / spectrometer (SPECTRO / SEV)
- 88th
- AuswerteeinheitenProcessors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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