Stofftransport und Ereigniskontrolle in Systemen mit piezoelektrisch aktivierter Tröpfchenemission und Kombinationsmöglichkeiten von Trägermatrix und zu do- sierendem Stoff

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Zudosieren eines insbesondere in flüssiger Form vorliegenden Stoffes in eine Trägermatrix, insbesondere in einen Gasstrom. Die bei dem Verfahren bzw. bei der Vorrichtung verwendete Dosiereinheit zum Zudosieren des Stoffes in die Trägermatrix ist hierbei vorteilhafterweise zur piezoelektrisch aktivierten Tröpfchenemission ausge- bildet.

In vielen Bereichen der chemischen Analytik, aber auch bei Produktionsprozessen ist es oftmals wichtig, kleinste, dabei stabile und reproduzierbare Konzent- rationen eines oder mehrerer Stoffe in eine Trägermatrix, z.B. einen Gasstrom oder ein Gasvolumen zuzu- dosieren. Hierzu werden nach dem Stand der Technik meist Prüfgase eingesetzt, welche durch Einwiegen der

entsprechenden Stoffe in ein definiertes Gasvolumen hergestellt werden. Dieses Verfahren ist in der Produktion und insbesondere in der Qualitätssicherung langwierig, da die Langzeitstabilität garantiert wer- den muss. Auch müssen oftmals aus produktionstechnischen Gründen im Vergleich mit der tatsächlich benötigten Menge große Volumina hergestellt werden.

Weitere Verfahren, die die Prinzipien der Verdampfung und der Permeation ausnützen kommen ebenfalls zum

Einsatz. Diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie in der Regel nicht für Stoffmischungen angewendet werden können. Auch müssen die Randbedingungen sehr exakt kontrolliert werden, um allzu große Schwankun- gen der emittierten Stoffmenge zu vermeiden.

Aus diesen Gründen wird immer mehr dazu übergegangen, die benötigten Stoffflüsse direkt durch piezoelektrisch aktivierte Tröpfchenemission zu erzeugen. SoI- che Verfahren werden beispielsweise in den Patenten US 2002139167 und WO 2005/052571 beschrieben. Die grundsätzliche Anordnung für eine derartige Anlage besteht aus einem Vorratsgefäß, in welchem der zu dosierende Stoff bevorratet ist und einem Dosierkopf, ähnlich jenen, die in Tintenstrahldruckern eingesetzt werden, aus welchem die Tröpfchen durch piezoelektrisch induzierte Kontraktion emittiert werden. Das Vorratsgefäß und der Dosierkopf sind über eine Kapillare miteinander verbunden. In dieser wird der zuzu- dosierende Stoff zum Dosierkopf transportiert. Der

Dosierkopf ist in der Regel in einer Anordnung platziert, welche die korrekte Führung des Trägermatrixstromes ermöglicht, in welchen der zuzudosierende Stoff eingebracht wird. Unter dem Dosierraum wird im Folgenden der den Dosierkopf umgebende Luftraum verstanden, in den die Tröpfchen aus dem Dosierkopf

emittiert werden. Welches Volumen der Dosierraum genau einnimmt ist je nach Systemanordnung verschieden. Unter einem zuzudosierenden Stoff wird im folgenden ein einzelner Stoff (nachfolgend auch als Einzelstoff bezeichnet) ebenso wie ein Stoffgemisch, also ein Gemisch aus verschiedenen Einzelstoffen verstanden.

Im vorstehend genannten Stand der Technik wird vorgeschlagen, die Menge an eingebrachtem Stoff durch Vor- versuche gravimetrisch zu ermitteln. Dieses Verfahren birgt jedoch ein erhebliches Fehlerrisiko, etwa durch die Variation der Tröpfchengröße, welche insbesondere nach Ausschalten und erneuter Inbetriebnahme auftreten kann, oder durch Wandeffekte. Zusätzlich sind er- hebliche Wäägefehler bei den in der Regel kleinen verwendeten Mengen zu erwarten. Auch kann nicht schnell von einem zuzudosierenden Stoff auf einen anderen gewechselt werden, da vorab immer eine Massen- flussbeStimmung durchgeführt werden muss. Die Praxis zeigt auch, dass die aus der Dosiereinrichtung abgegebenen Tröpfchen im Verlauf einer Dosierung, insbesondere wenn diese länger andauert, in ihrer Größe systematisch variieren können, womit auch der Massen- fluss an zuzudosierendem Stoff variiert. Oftmals ist es auch gewünscht, verschiedene Massenflüsse in relativ kleinem Zeitabstand zu realisieren. Dies ist mit dem vorstehend genannten Stand der Technik nicht möglich, oder bedarf zumindest einer erheblich zeitauf- wändigen Vorbereitung.

In dem vorstehend genannten Stand der Technik werden die Tröpfchen des zuzudosierenden Stoffes in einen Gasstrom eingebracht. Dabei sind entweder der zugeführte Gasstrom oder die Fläche auf die die Tröpfchen auftreffen beheizt, um eine vollständige Verdampfung zu gewährleisten. Zu Beginn eines Dosiervorganges

muss die Flüssigkeitszuleitung zu dem Dosierkopf mit zuzudosierendem Stoff gespült werden. Dadurch wird im Vergleich mit dem späteren Betrieb eine große Menge an zuzudosierender Substanz in das System einge- bracht. Diese kann mit dem Trägergasstrom durch das System ausgetragen werden. Dieses Vorgehen birgt die Gefahr, dass sich die gesamten Wandungen des Systems mit zuzudosierendem Stoff übersättigen und diesen dann im eigentlichen Betrieb langsam und unkontrol- liert wieder an das Trägergas abgeben, was eine systematisch zu hohe Konzentration von zuzudosierendem Stoff im Betrieb bewirkt.

Die Vorrichtungen nach dem genannten Stand der Tech- nik sehen zudem die direkte Verwertung des beladenen Trägergasstromes vor. D.h. der Trägergasstrom wird ohne weitere Verdünnung an den Punkt der Nutzung geleitet, im Fall von US 2002139167 einer Kalibriereinrichtung und bei WO 2005/052571 einer Prüfkammer für Feuchtesensoren. Bei den beschriebenen Anwendungen ist festzuhalten, dass aufgrund der beschränkten Frequenz der Tröpfchenemission, der beschränkten Tröpfchengröße und des in der Regel beschränkten Trägergasflusses auch die resultierenden Konzentrationen limitiert sind. Die Konzentration an zu dosierendem Stoff in der Trägermatrix kann auch durch Verdünnung des zu dosierenden Stoffes direkt geschehen, etwa durch Herstellung einer ethanolischen Lösung. Oftmals ist es jedoch nicht gewünscht, dass ein anderer Stoff der Trägermatrix zugegeben wird, der z.B. bei olfaktorischen Untersuchungen neben dem zu dosierenden Stoff ebenfalls wahrgenommen werden würde. Es kann also durchaus sinnvoll sein, den zu dosierenden Stoff als Mischung zu konzipieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die bestehenden Vorrichtungen, insbesondere solche Vorrichtungen, welche auf piezoelektrisch aktivierter Tröpfchenemission basiert sind (sowie die entspre- chenden Verfahren) dahingehend zu verbessern, dass auf einfache, reproduzierbare und kontrollierte Art und Weise der Trägermatrix genau eine gewünschte Stoffmenge zusetzbar ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus , geeignete Maßnahmen und Anordnungen zur Verfügung zu stellen, um einen kontrollierten und reproduzierbaren Transport von zu dosierendem Stoff zu ermöglichen und die kontrollierte Beladung und Führung des Trägermatrixstroms durchzuführen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 26 gelöst. Vorteilhafte erfindungsgemäße Weiterbildungen dieser Vorrichtungen lassen sich den jeweiligen abhängigen Ansprüchen entnehmen. Entsprechende Verfahren sind den Ansprüchen 45 bis 48 zu entnehmen; die erfindungsgemäße Verwendung ist in Anspruch 49 beschrieben.

Nachfolgend werden nun zunächst die Grundlagen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Sodann schließt sich eine kurze Beschreibung einzelner Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung an, gefolgt von einer ausführlichen Beschreibung von verschiede- nen Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Die einzelnen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele bzw. einzelne erfindungsgemäße Merkmale der vorgestellten Beispiele können hierbei nicht nur in einer Kombination, wie sie in den speziellen vorteilhaften Ausführungsbeispielen gezeigt ist, auftreten, sondern

können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung in beliebigen anderen Kombinationsmöglichkeiten ausgebildet sein oder verwendet werden.

Ein wesentlicher Aspekt der Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe basiert auf der Betrachtung der physikalischen Gegebenheiten bei der Dosierung, insbesondere auf der Betrachtung der unterschiedlichen, in einer Dosiervorrichtung auftretenden Drücke bzw. Druckereignisse: Aufgrund verschiedener Aktionen, bzw. physikalischen Gegebenheiten treten an verschiedenen Teilen der Anordnung unterschiedliche Drücke auf. Diese werden erfindungsgemäß für einen korrekten und reproduzierbaren Dosiervorgang kontrolliert und ggf- geregelt bzw. beeinflusst. Es sind erfindungsgemäß insbesondere von Interesse:

Der Druck, welcher im Vorratsgefäß in der Gasphase über dem zu dosierenden Stoff anliegt (p _G ) Der Druck, welcher im Dosierraum herrscht (p _R ) - Der Druck, der aus dem Niveauunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und dem Austrittspunkt der Tröpfchen resultiert (δp _L ) .

Um einen konstanten Dosiervorgang zu gewährleisten, sollte vorteilhafterweise während der Dosierung sowohl P _G ~P _R/ als auch δp _L konstant gehalten werden, wobei δp _L in der Regel viel kleiner ist als die Differenz zwischen p _G und P _R . Die einzelnen Drücke, Druckverhältnisse und/oder Druckdifferenzen können variieren und können für die jeweilige zu dosierende Substanz unter Berücksichtigung des Gesamtsystems ü- ber Vorversuche ermittelt werden.

Der Dosierraum kann in der Regel nicht völlig ohne

Differenzdruck zur Umgebung gehalten werden, da durch

ihn hindurch z.B. ein Gasstrom geführt wird, welcher mit zu dosierendem Stoff beaufschlagt wird. An den Ort der Tropfcheneraission anschließend folgt in der Regel eine Apparatur, welche der Nutzung des beauf- schlagten Gases dient. Diese stellt einen Strömungs- widerstand dar, der durch einen entsprechenden Vordruck am Ort der Tröpfchenemission überwunden werden muss. Dieser Druck kann variieren, etwa durch Variation des Vordrucks vor dem Dosierraum, oder durch die insbesondere beim Startvorgang eingebrachte Menge zu dosierenden Stoffes, welcher aufgrund der in dem Dosierraum eingestellten Temperatur schlagartig verdampfen kann. Auch kann es möglich sein, dass der Druck in dem Dosierraum nicht genau bekannt ist, da die folgende Apparatur, welche der Nutzung des beaufschlagten Gases dient einen unbekannten Luftwiderstand hat. Aus den genannten Gründen ist es vorteilhaft, für einen Druckausgleich zwischen Vorratsgefäß und Dosierraum zu sorgen.

Zwischen dem Austrittspunkt der Tröpfchen am Dosierkopf und dem Vorratsgefäß muss eine konstante, nicht kurzfristig schwankende Druckdifferenz überwunden werden, um einen geeigneten Fluss des zu dosierenden Stoffes zu gewährleisten. Diese resultiert aus dem Strömungswiderstand den die Kapillare der zu dosierenden Substanz entgegensetzt und aus der Oberflächenspannung der zu dosierenden Substanz, die bei der Tröpfchenemission an der Spitze des Dosierkopfes ü- berwunden werden muss. Dies geschieht zwar hauptsächlich aufgrund der Druckerzeugung durch die Piezoein- heit, doch zeigen Versuche, dass ein gezieltes Erhöhen der Druckdifferenz die Tröpfchenemission fördern kann. Dies ist für jeden zu dosierenden Stoff zu ü- berprüfen. Bei länger dauernden Dosiervorgängen fällt der Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß ab. Dadurch

verringert sich die beschriebene Druckdifferenz. Dies muss zur Aufrechterhaltung einer konstanten Dosierung ausgeglichen werden.

Zum Starten und Beenden des Dosiervorgangs ist es nötig die Kapillare zu füllen, bzw. zu entleeren. Dabei gilt: p _G >> p _R (Befüllen der Kapillare) und p _G << P _R (Entleeren der Kapillare) . Da die auftretenden Druckdifferenzen zwischen p _G und p _v viel größer sind als δp _L kann diese Größe bei Befüll- und Entleerungsvorgängen vernachlässigt werden.

Zu Beginn eines Dosiervorganges muss die Leitung bzw. Kapillare zwischen Vorratsgefäß und Dosierkopf mit dem zu dosierenden Stoff gefüllt werden. Hierzu ist es nötig am Vorratsgefäß einen ausreichend hohen Vordruck anzulegen. Wie Versuche zeigen, reicht ein einmaliger Spülvorgang oftmals nicht aus, um die Kapillarinnenwand homogen mit der zu dosierenden Sub- stanz zu benetzen. Dies ist aber dringend erforderlich um einen ordnungsgemäßen Dosiervorgang zu erreichen. Somit ist es sinnvoll den Spülvorgang zu wiederholen, wobei es sich als sinnvoll erweist, die Kapillare jeweils zu entleeren, bevor ein neuer Spül- Vorgang durchgeführt wird. Zum Entleeren der Kapillare muss am Vorratsgefäß ein ausreichend hoher Unterdruck angelegt werden, der die Flüssigkeit zurück in das Vorratsgefäß fördert.

Ein ähnlicher Vorgang sollte nach Beendigung einer

Dosierung erfolgen. Als erstes muss der zu dosierende Stoff aus der Kapillare entfernt werden, wozu wieder ein ausreichend hoher Unterdruck im Vorratsgefäß angelegt werden muss. Unter Umständen ist es sinnvoll, das Vorratsgefäß gegen ein leeres Gefäß auszutauschen, um alle verbliebenen Reste des zu dosierenden

Stoffes durch erneutes Anlegen von Unterdruck, jetzt an das leere Gefäß, aus der Kapillare zu entfernen. Sinnvoll ist auch das Spülen der Kapillare mit einer geeigneten Spülflüssigkeit. Hierzu wird ein Gefäß mit Spülflüssigkeit an Stelle des Vorratsgefäßes angeschlossen. Es folgen mehrere Spül- und Entleerungsvorgänge analog zu dem oben beschriebenen Startvorgang.

Zur genaueren Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden nun zunächst die erfindungsgemäß in Bezug auf die Druckregulierung vorgenommenen Maßnahmen in drei Kategorien aufgeteilt:

1) Ausgleich des Druckes zwischen dem Vorratsgefäß und dem Dosierraum,

2) Ausgleich des Druckes, der sich aus dem Niveauunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und dem Austrittspunkt der Tröpfchen (beim Austritt in den Dosierraum) ergibt, und 3) Realisierung des Start- und Spülvorgangs.

Ausgleich des Druckes zwischen Vorratsgefäß und Dosierraum

In dieser erfindungsgemäßen Variante wird eine Druck- regelvorrichtung vorgesehen, welche einen Druckausgleich zwischen dem Vorratsgefäß und dem Dosierraum ermöglicht. Eine solche Druckregelvorrichtung kann im einfachsten Fall durch eine gasoffene überleitung zwischen dem Dosierraum und dem Vorratsgefäß reali- siert werden. Durch eine solche überleitung wird ein Gasaustausch zwischen den beiden Volumina des Dosierraums und des Vorratsgefäßes ermöglicht, was zu einer sehr schnellen Druckanpassung führt. Hierbei kann jedoch auch zu dosierender Stoff, welcher entweder be- reits im Dosierraum verdampft wurde oder in der Gas- phase über dem zu dosierenden Stoff im Vorratsgefäß ist, transportiert werden. Dies kann im Einzelfall zwar akzeptabel sein, wird aber in der Regel ein nicht erwünschter Effekt sein: Um einen solchen über- gang von zu dosierendem Stoff in der Gasphase zwischen Vorratsgefäß und Dosierraum zu verhindern, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise in die Druckausgleichsleitung eine Vorrichtung eingebaut werden, welche zwar einen Druckausgleich wie beschrieben er- laubt, den übertritt von zu dosierendem Stoff jedoch gleichzeitig verhindert.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit, mittels einer Druckregelvorrichtung den Druckausgleich zwi- sehen Vorratsgefäß und Dosierraum durchzuführen, stellt die Verwendung von Druckaufnehmern für die Drücke im Dosierraum und/oder im Vorratsgefäß dar. Mit solchen Druckaufnehmern können die Drücke in den beiden Volumina bestimmt werden und die daraus be- rechnete, somit bekannte Druckdifferenz zwischen Dosierraum und Vorratsgefäß kann dazu benutzt werden,

um den Druck im Vorratsgefäß (und/oder auch im Dosierraum) entsprechend einzustellen. Dabei ist es nicht notwendig, einen direkten Gasweg zwischen Do- sierraum und Vorratsgefäß zu errichten (wie es bei der vorbeschriebenen Variante der Fall ist) , was einen übertritt von zu dosierendem Stoff ausschließt. Ein solcher Gasweg kann jedoch zusätzlich eingerichtet werden. Vielmehr erfolgt in diesem Fall der Druckausgleich, wie nachfolgend noch näher beschrie- ben, durch zusätzlich angebrachte Systeme (eine mit dem Druckaufnehmer verbundene Steuereinheit sowie eine mit der Steuereinheit verbundene Stelleinheit) .

Ausgleich des Druckes, welcher aus dem Niveauunter- schied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und dem Austrittspunkt der Tröpfchen resultiert

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann eine Druckregelvorrichtung vorgesehen werden, mit welcher der aus dem Niveauunterschied zwischen dem

Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und dem Austrittspunkt der Tröpfchen resultierende Druck eingestellt wird. Dies kann erfindungsgemäß auf verschiedene Arten und Weisen geschehen. Am einfachsten ist hierbei, die relative Höhe zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Vorratsgefäß und dem Punkt der Tröpfchenemission auf den zu dosierenden Stoff anzupassen und für den gesamten Verlauf der Dosierung soweit notwendig konstant zu halten. Dies kann beispielsweise über eine manuelle Nachregelung oder auch über eine mechanische Stellvorrichtung realisiert werden.

Je nach Viskosität hat der Stoff beispielsweise in einem Kapillarsystem einen bestimmten Widerstand zu überwinden. Letzterer kann erfasst oder abgeschätzt werden und die Vorrichtung ensprechend, z.B. über ei-

ne mechanische Stellvorrichtung in Form einer Gewindestange mit Stellmutter, eingerichtet werden.

Hierbei kann dann in einer Leitung zwischen dem Vor- ratsgefäß und dem Dosierkopf eine Absperrvorrichtung integriert werden, welche geeignet ist, den Flüssig- keitsfluss zu sperren. Zusätzlich kann in diese Leitung eine Pumpe installiert werden (zum Flüssigkeitstransport) , die Absperrvorrichtung wird dann vorteil- hafterweise zwischen dem Vorratsgefäß und der Pumpe angeordnet. Insbesondere kann dies in Form eines Regulierventils geschehen, welches geeignet ist, den Flüssigkeitsfluss geeignet zu regeln.

Es ist selbstverständlich möglich, durch geeignete

Leitungsverschaltungen und/oder Ventile mehrere Vorratsgefäße mit einem Dosierkopf zu verbinden. Ebenso ist es möglich, durch geeignete Leitungsverschaltungen und/oder Ventile mehrere Dosierköpfe mit einem Vorratsgefäß zu verbinden. Vorteilhafterweise kann darüberhinaus in der Flüssigkeitsleitung zwischen Vorratsgefäß und Dosierkopf eine Abscheidevorrichtung integriert sein, welche geeignet ist, Partikel aus dem zuzudosierenden Stoff bzw. aus der zuzudosieren- den Flüssigkeit abzuscheiden.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit der Realisierung einer solchermaßen ausgebildeten Druckregel - Vorrichtung besteht darin, die Einstellung des geeig- neten Vordrucks durch eine Pumpe vorzunehmen. Eine solche Pumpe muss in der Lage sein, einen konstanten, dabei relativ geringen Vordruck zu erzeugen und diesen auch zu halten. Der Vorteil einer solchen Lösung besteht darin, dass mit einer solchen Pumpe teilweise oder vollständig weitere, vorstehend bereits beschriebene oder nachfolgend noch zu beschreibende

Vorgänge durchgeführt werden können. Die Pumpe ist hierbei vorteilhafterweise in die Flüssigkeitsleitung zwischen Vorratsgefäß und Dosierkopf integriert. Vorteilhafterweise ist die Pumpe dabei geeignet, die zu dosierende Flüssigkeit sowohl in Richtung zum Dosierkopf hin, als auch in Richtung von diesem weg zu bewegen. Alternativ hierzu können auch zwei geeignete Pumpen zwischen Vorratsgefäß und Dosierkopf integriert werden. Hierbei ist dann eine der Pumpen geeig- net, die zu dosierende Flüssigkeit in Richtung des Dosierkopfs zu bewegen und die andere Pumpe ist geeignet, die zu dosierende Flüssigkeit in Richtung von dem Dosierkopf wegzubewegen. Darüberhinaus kann in die Leitung zwischen Pumpe und Dosierkopf (bzw. zwi- sehen der Pumpenanordnung aus zwei Pumpen und dem Dosierkopf) ein überdruckventil integriert werden. Wiederum können durch geeignete Leitungsverschaltungen und Ventile mehrere Vorratsgefäße mit einem Dosierkopf verbunden werden oder auch mehrere Dosierköpfe mit einem Vorratsgefäß verbunden werden. In die Leitung zwischen Pumpe (oder Pumpenanordnung) und Dosierkopf kann schließlich eine Absperrvorrichtung integriert werden, welche geeignet ist, den Flüssig- keitsfluss zu unterbinden. Ebenso kann zusätzlich ei- ne Abscheidevorrichtung integriert werden, welche geeignet ist, Partikel aus der Flüssigkeit abzuscheiden.

Eine dritte erfindungsgemäße Möglichkeit, eine ent- sprechende Druckregelvorrichtung auszubilden, um den benötigten Vordruck zu erzeugen, ist es, das Vorratsgefäß a priori überhoch zu platzieren, was bedeutet, einen mit Sicherheit zu hohen Vordruck zu erzeugen. Dieser wird dann durch eine geeignete Anordnung zwi- sehen Vorratsgefäß und Dosierkopf wieder soweit reduziert, dass ein geeigneter statischer Vordruck am

Punkt der Tropfchenemission anliegt. Dies kann wiederum manuell, etwa durch Betätigen eines Nadelventils, oder durch eine geeignete mechanische Einrichtung (z.B. Druckregelventil) realisiert werden.

Realisierung eines Start- und Spülvorgangs mit den vorstehend beschriebenen Varianten

Wie bereits beschrieben, muss zum Starten des und nach Beenden des Dosiervorgangs die Kapillare bzw. die Verbindungsleitung zwischen Vorratsgefäß und Dosierkopf ggf. abwechselnd gespült und entleert werden. Solche Spül- und EntleerungsVorgänge können bei Wahl einer geeigneten Pumpe wie vorstehend beschrie- ben mit durchgeführt werden. Dabei muss die Möglichkeit gegeben sein, einen Flüssigkeitsfluss in beiden Richtungen, sowohl vom Vorratsgefäß zum Dosierkopf als auch umgekehrt, zu realisieren.

Einfacher ist hierbei der Einsatz eines Kolbens anstelle einer Pumpe (siehe auch nachfolgende Beschreibung) , welcher entweder manuell oder durch eine geeignete Mechanik betätigt werden kann. Mit einem solchen Kolben kann sowohl ein Unter- als auch ein über- druck in dem Vorratsgefäß erzeugt werden. Wird zusätzlich eine geeignete Steuerelektronik bzw. Steuereinheit zur Steuerung eines solchen Kolbens verwendet, können damit ebenfalls die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgänge durchgeführt werden. Um das Anlegen des im Kolben erzeugten über- oder Unterdrucks jederzeit unterbinden zu können, wird vorteilhafterweise eine Absperrvorrichtung zwischen Kolben und Vorratsgefäß installiert.

Erfindungsgemäße Verdünnung und resultierende Möglichkeiten der Verwendung des beladenen Trägermatrixstroms

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist (wie nachfolgend noch ausführlich beschrieben wird) das Zurverfügungstellen von mehreren, jeweils mit Mess- und/oder Regeleinrichtungen versehenen Trägermatrix- Zuführstrecken (nachfolgend auch als Trägermatrix- Zuführkanäle bezeichnet) sowie das anschließende Zusammenführen der durch die mehreren Trägermatrix- Zuführkanäle geleiteten Trägermatrizen sowie das Leiten der zusammengeführten Trägermatrix- Ströme zu einer nachfolgenden Verwendung.

Hierbei wird erfindungsgemäß die beladene Trägermatrix in einem oder mehreren weiteren Schritten vor ihrer Verwendung verdünnt. Werden ausreichend genaue Systeme zur Messung und Regelung der beteiligten Trä- germatrixströme verwendet, so kann mit hinreichender

Genauigkeit die resultierende Konzentration in der dann verdünnten Trägermatrix berechnet werden. Durch die vorteilhafterweise erfindungsgemäß erfolgende Kopplung mehrerer solcher Verdünnungsschritte ist es möglich, selbst kleinste Konzentrationen zuverlässig zu generieren. Ebenso bietet sich die Möglichkeit an, bei Durchführung mehrerer Verdünnungsschritte die entstehenden Zweigströme gezielt zu nutzen, z.B. für Kalibriervorgänge, da die Zweigströme in einen defi- nierten (bekannten) Verhältnis zueinander vorliegen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung

Bei allen bisher vorgestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Verfahren können vorteilhafterweise

Messungen der resultierenden Konzentration von zu dosierendem Stoff in der Trägermatrix erfolgen: Bei der gezielten Zugabe von Stoffen in eine Trägermatrix mittels piezoaktivierter Tröpfchenemission kann es sich oftmals um einen nicht- stationären Vorgang handeln, der entweder gewollt oder aufgrund systemimmanenter Gegebenheiten im Verlauf einer Dosierung variiert. Die Kontrolle eines solchen Vorgangs ist am einfachsten durch eine gleichzeitige Messung (Online- messung) der durch die Tröpfchenemission generierten Konzentration des zu dosierenden Stoffs in der Trägermatrix möglich. Unter Umständen kann auch eine ausreichend zeitnahe Messung genügen. Dabei kann als Messsystem bzw. als Konzentrationsmesseinheit sowohl ein System zum Einsatz kommen, welches für die Analyse der Konzentration mit Stoff beladene Trägermatrix entnimmt, als auch ein System, welches ohne Probenentnahme die Konzentration bestimmen kann.

Beispiel für ein System welches ohne Probeentnahme arbeitet: Infrarot-Messsystem. Beispiel für ein System welches mit Probeentnahme arbeitet: Prozess-FID- System (FID = Flammenionisationsdetektor) .

Wird hierbei ein Messsystem gewählt, welches Trägermatrix zur Analyse entnimmt, so ist die entnommene Menge in der Berechnung der Stoffflüsse zu berücksichtigen, da sie in der Regel nicht mehr der eigentlichen Verwendung des Systems zugeführt werden kann. Dies kann über eine geeignet ausgebildete Steuereinheit geschehen. Die Konzentrationsüberwachung kann hierbei kontinuierlich oder in ausreichend geringen Zeitintervallen durchgeführt werden.

In allen bisher vorgestellten Varianten kann vorteilhafterweise eine Abführung von nicht benötigtem, zu-

dosiertem Stoff aus dem System erfolgen. Im Verlauf eines Dosiervorgangs können Situationen eintreten, in denen die Menge an zu dosierendem Stoff, der in das System eingebracht wird, viel höher ist als die im eigentlichen Betrieb eingebrachte Menge. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, den zuviel eingebrachten Stoff schnellstmöglich aus dem System zu entfernen. Hierfür kann in dem System ein Gasweg zum Ableiten von nicht für den eigentlichen Betrieb vorgesehener, mit Stoff beladener Trägermatrix integriert werden. Dies ist auch dann von Vorteil, wenn z.B. die Konzentration des zu dosierenden Stoffs in der Trägermatrix verändert werden soll. Hierbei können Konzentrationsspitzen auftreten, die dann abgeleitet werden können. Auch für eventuell nötige Spülvorgänge des

Systems, in deren Verlauf die Konzentration an zu dosierendem Stoff im System gegen 0 gebracht werden soll (beispielsweise Nullabgleich) , kann eine solche Ableitungsvorrichtung eingesetzt werden. Die zur Ab- fuhr bzw. zur Ableitung von nicht benötigtem zudo- sierten Stoff bzw. beladener Trägermatrix vorgesehenen Einrichtungen werden nachfolgend genauer auch als Ausschusskanäle bezeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung

Nachfolgend wird nunmehr zunächst beschrieben, wie konkret eine Regelung der Zugabe von Stoff mittels des Dosierkopfes erfindungsgemäß erfolgt.

Hierzu zeigt

Figur 1 eine erste Ausgestaltungsform der Erfindung unter Verwendung einer überleitung.

Figur 2 eine zweite Ausgestaltung der Erfindung

unter Verwendung von Druckaufnehmern sowie einer überdruck- und einer Unterdruckleitung.

Figur 3 eine weitere Ausgestaltungsform unter

Verwendung von Druckaufnehmern sowie unter Verwendung eines Kolbens oder einer Pumpe .

Figur 4 eine weitere Ausgestaltung unter Verwendung einer Pumpanordnung in der Flüssigkeitsleitung zwischen dem Vorratsgefäß und dem Dosierkopf.

Anschließend wird beschrieben, wie erfindungsgemäß konkret die Führung und/oder Einstellung des bereits beladenen Trägermatrixstroms, insbesondere durch Verdünnung desselben, erfolgen kann. Hierzu zeigt

Figur 5 eine erste Ausgestaltungsform mit zwei

Trägermatrix- Zufuhrkanälen mit jeweils integrierter Mess- und/oder Regeleinrichtung.

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem die in Figur 5 gezeigte Vorrichtung um weitere Einströmkanäle und Ableitkanäle ergänzt ist.

Ausführungsbeispiel 1:

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Zudosieren eines Stoffes in eine Trägermatrix gemäß der Erfindung. Hierbei ist ein Vor- ratsgefäß 1 vorgesehen, welches über eine Leitung, hier eine Kapillarleitung 2 mit dem Dosierkopf 3 ei-

ner Dosiereinheit verbunden ist. Die Dosiereinheit weist darüberhinaus neben dem Dosierkopf 3 einen Dosierraum 4 auf, welcher einen Raum darstellt, in dem der Dosierkopf 3 zur Abgabe des Stoffes in den Do- sierraum 4 angeordnet ist. Bei dem Dosierkopf handelt es sich um einen zur piezoelektrisch aktivierten Tröpfchenemission ausgebildeten Dosierkopf.

Erfindungsgemäß weist die gezeigte Vorrichtung nun eine Verbindung ü in Form einer überleitung zwischen dem Vorratsgefäß 1 und dem Dosierraum 4 auf. Diese Verbindung ist grundsätzlich gasoffen ausgestaltet, kann jedoch durch eine Absperrvorrichtung in Form eines Ventils Vl gasdicht verschlossen werden. Das Ven- til Vl ist hierbei in der überleitung ü integriert. Im Gasweg zwischen Ventil Vl und Dosierraum 4 ist in die überleitung ü desweiteren eine Stoffsperrvorrich- tung 5 integriert .

Im vorliegenden Fall ist somit der Druckausgleich zwischen Vorratsgefäß 1 und Dosierraum 4 durch eine überleitung ü realisiert. Diese überleitung ist mit einem ausreichend großen Innendurchmesser konzipiert, um einen ausreichend schnellen Druckausgleich zu er- möglichen. Gleichzeitig ist hierbei der Innendurchmesser so klein wie möglich gehalten, um die bei diesem erfindungsgemäßen Ansatz unvermeidbaren Stoff - übergänge zwischen Vorratsgefäß und Dosierraum auf das kleinstmögliche Maß zu beschränken.

Weiterhin ist die Möglichkeit gegeben, dass der Gas- weg zwischen Vorratsgefäß 1 und Dosierraum 4 abgesperrt wird: Dies geschieht über das Ventil Vl. Dies kann z.B. nötig sein, um den vorstehend beschriebenen Startvorgang durchzuführen.

Vorliegend weist das System darüberhinaus eine Stoffsperrvorrichtung 5 auf, welche im Gasweg zwischen Vorratsgefäß und Dosierraum 4 angebracht ist: Der Zweck dieser Vorrichtung 4 ist es, den übertritt von zu dosierendem Stoff zu verhindern, gleichzeitig aber einen Druckausgleich zuzulassen. Als Stoffsperrvor- richtung 5 können in die überleitung ü eingebrachte, geeignete adsorptive und/oder absorptive oder kataly- tisch aktive Substanzen verwendet werden. Diese be- wirken, dass zu dosierender Stoff aus der durch die überleitung strömenden Luft abgeschieden wird bzw. zersetzt wird. Die Auswahl der Substanzen richtet sich somit naturgemäß nach dem zuzudosierenden Stoff. Hierbei ist darauf zu achten, dass der Strömungswi- derstand ausreichend gering ist, so dass ein ausreichend schneller Druckausgleich erfolgen kann. Dies kann beispielsweise durch geeignete Korngröße der Substanz erzielt werden.

Eine weitere Möglichkeit, den übertritt von zuzudo- sierender Substanz zu verhindern, ist die Verwendung einer Membran als StoffSperrvorrichtung 5 in der ü- berleitung ü. Diese Membran ist hierbei in Abhängigkeit von den zu erwartenden Druckschwankungen so zu dimensionieren, dass auch die größtmöglichen Druckschwankungen kompensiert werden können, ohne dass die Membran reißt. Alternativ ist es auch denkbar, eine Flüssigkeit als Trennvorrichtung bzw. als Stoffsperr- vorrichtung 5 einzusetzen. Hierbei ist zu gewährleis- ten, dass der Druckausgleich in beide Richtungen erfolgen kann. Dies kann beispielsweise durch eine Ausführung eines Teils der überleitung in Form eines U- Rohres realisiert werden, wobei der U-Rohrabschnitt der überleitung ü an beiden Enüen eine ausreichend große Verdickung aufweist, so dass das Ausblasen der Flüssigkeit verhindert wird. In diesem Fall wäre al-

lerdings ein übertritt von zuzudosierendem Stoff nicht ausgeschlossen. Die Flüssigkeit ist in einem solchen Fall somit in einer Anordnung zu platzieren, welche geeignet ist, einen Gasaustausch zwischen Do- sierraum und der Gasphase über der zu dosierenden Flüssigkeit im Vorratsgefäß ohne Flüssigkeitsverbrauch zuzulassen.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel (dies gilt ebenso für die nachfolgend gezeigten Ausführungsbeispiele) ist die Trägermatrixquelle (welche auch aus mehreren Einzelquellen bestehen kann) , mit welcher eine Trägermatrix in Form eines Gasstroms erzeugt werden und den Dosierraum 4 zum Zuzudosieren des Stoffs zuge- führt werden kann, nicht gezeigt. Der zuzudosierende Stoff ist in dem Vorratsgefäß 1 in flüssiger Form enthalten. Im gezeigten Fall ist die erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung somit über die Elemente ü, Vl und 5 ausgebildet.

Darüberhinaus ist es alternativ zur gasoffenen Variante möglich, dass eine Vorrichtung zum Druckausgleich zwischen Dosierraum 4 und der Gasphase über der zu dosierenden Flüssigkeit im Vorratsgefäß 1 in Form eines gasdichten übergangs vorgesehen ist. Wie bereits beschrieben, kann es sich bei einer solchen Vorrichtung zum Druckausgleich um eine geeignet ausgebildete Membran handeln. In den dann gasdicht ausgeführten übergang kann wiederum eine Absperrvorrich- tung integriert sein, welche geeignet ist, den Druckausgleich zu unterbinden.

Ausführungsbeispiel _< 2 -.

In diesem Fall ist die erfindungsgemäße Druckregelvorrichtung wie nachfolgend näher beschrieben mittels

zwei Druckaufnehmern 6a und 6b, einer Druckzuleitung 11, einer Unterdruckleitung IIa, einer überdruckleitung IIb, zwei Ventilen V2 und V3 , und einer Steuereinheit 7 ausgebildet. Die Steuereinheit 7 dient da- bei in Abhängigkeit von den mit den Druckaufnehmern 6a und 6b erfassten Drücken zur Regelung des Drucks im Vorratsgefäß 1 mittels der Stelleinheit 11 (welche hier in Form von Unterdruck- und überdruckleitungen ausgebildet ist, in den nachfolgend noch beschriebe - nen Beispielen jedoch auch alternativ durch die Elemente 8, 9 und/oder 10 ausgebildet sein kann) .

Der erste Druckaufnehmer 6a ist mit dem Dosierraum 4 verbunden und erfasst den in diesem Raum herrschenden Druck. Der zweite Druckaufnehmer 6b ist mit dem Vorratsgefäß 1 verbunden und erfasst den Druck oberhalb des Flüssigkeitsniveaus im Vorratsgefäß. Die gemessenen Drücke werden über Leitungen an die Steuereinheit 7 geleitet. Die Steuereinheit 7 bewertet die Druck- differenz zwischen den beiden erfassten Drücken und regelt demgemäß durch ihre Verbindung mit zwei Ventilen V2 und V3 den Druck im Vorratsgefäß 1: Hierzu ist das Vorratsgefäß 1 über die Druckzuleitung 11 mit einer Unterdruckleitung IIa und einer überdruckleitung IIb verbunden. Im Unterdruckabschnitt IIa ist das

Ventil V3 vorgesehen, im überdruckleitungsabschnitt IIb das Ventil V2. über die Steuereinheit 7 kann daher je nach erfasstem Druckzustand bzw. je nach er- fasster Druckdifferenz zwischen Vorratsgefäß und Do- sierraum entweder das Ventil V2 geöffnet und das Ventil V3 geschlossen werden oder umgekehrt. Im ersten Fall wird das Vorratsgefäß 1 mit einem überdruck p+ beaufschlagt, im umgekehrten Fall mit einem Unterdruck p- . Die weitere Ausgestaltung dieser Zudosier- Vorrichtung entspricht dem in Figur 1 gezeigten Fall.

Diese gezeigte Variante hat den Vorteil, dass der ü- bergang von zu dosierendem Stoff durch die Verwendung der Druckaufnehmer zur Aufnahme des Drucks im Dosierraum (Aufnehmer 6a) und des Drucks im Dosiergefäß (Aufnehmer 6b) ausgeschlossen ist, da keine überleitung ü benötigt wird. Bei diesem System wird mittels der elektronischen Steuer- und Regelvorrichtung bzw. Steuereinheit 7 der Druck im Vorratsgefäß 1 aufgrund der über die Druckaufnehmer erfassten und somit be- kannten Druckdifferenz reguliert. Dies erfolgt, indem die beiden Absperrvorrichtungen V2 und V3 je nach Anforderung geöffnet oder geschlossen werden. Dabei öffnet die Absperrvorrichtung V2 die Zuleitung zum Vorratsgefäß, an welcher der überdruck anliegt. Die Absperrvorrichtung V3 öffnet die Zuleitung zum Vorratsgefäß, an der Unterdruck anliegt. überdruck kann z.B. erzeugt werden, indem eine Druckleitung IIb angeschlossen wird oder indem alternativ eine Pumpe einen ausreichenden Vordruck erzeugt. Dieser Vordruck muss ausreichend über dem Druck im Dosierraum 4 liegen, um die geforderten Ausgleichsvorgänge durchführen zu können. Unterdruck kann beispielsweise erzeugt werden, indem ein Kolben, der durch entsprechendes Herausziehen einen konstanten Unterdruck erzeugt, o- der eine Pumpe an die Unterdruckleitung IIa angeschlossen wird. Es ist hierbei auch möglich, dass in dem Dosierraum 4 konstruktionsbedingt ständig ein ü- berdruck anliegt. In diesem Fall kann u.U. auf eine Erzeugung von Unterdruck verzichtet werden. Die Druckdifferenz zur Umgebungsluft kann dann für die entsprechenden Ausgleichsvorgänge ausreichend sein.

Die Regulierung des Drucks in der Gasphase über der zu dosierenden Flüssigkeit im Vorratsgefäß 1 erfolgt somit durch öffnen und/oder Schließen jeweils einer Gasleitung mit Unterdruck und einer Gasleitung mit

überdruck. Der Unterdruck kann hierbei durch eine Pumpe, einen Kolben oder durch die Vorhandene Druckdifferenz zwischen Dosierraum und der Gasphase über der zu dosierenden Flüssigkeit im Vorratsgefäß erzeugt werden. Eben solches gilt für den benötigten überdruck. Darüberhinaus kann in die Zuleitung 11 eine weitere Absperrvorrichtung integriert sein, die geeignet ist, den Gasfluss zu unterbinden.

Ausführungsbeispiel 3 :

Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung ist grundsätzlich ebenso aufgebaut wie die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung. Es werden daher nur die Unterschiede beschrieben. Anstelle der Verwendung zweier Eingänge IIa und IIb, jeweils für Unter- und überdruck, wird in diesem Fall die Erzeugung von über- oder Unterdruck im Vorratsgefäß 1 mittels eines Kolbens 8k rea- lisiert. Alternativ dazu kann der über- oder Unterdruck auch mittels einer Pumpe 8p, welche anstelle des Kolbens angeordnet wird (hier nicht gezeigt) , erfolgen. Hierbei ist nur eine Gasleitung 12 zwischen dem Kolben 8k oder der Pumpe 8p und dem Vorratsgefäß 1 vorgesehen. Der Kolben bzw. die Pumpe ist mit einem Stellmotor 9 verbunden, welcher wiederum über die Steuereinheit 7 geregelt wird. Darüberhinaus weist die Leitung 12 zwischen Kolben/Pumpe und Vorratsgefäß 1 eine Absperrvorrichtung V4 in Form eines Ventils auf. Dieses wird ebenfalls über die Steuereinheit 7 geregelt .

Im vorliegenden Fall erzeugt der Kolben 8k durch Kompression überdruck und durch Expansion Unterdruck (Steuerung mittels des Motors 9) . Die Dimensionierung des Kolbens 8k muss dabei der Größe des Vorratsgefäßes angepasst sein. Der Antrieb des Kolbens kann wie beschrieben über den Stellmotor 9, also über eine mechanische Einrichtung, erfolgen, er kann jedoch auch manuell angetrieben werden. Hier ist somit ein elektrisch ansteuerbares Bewegungssystem realisiert, bei dem die über die Druckaufnehmer 6a und 6b erfassten Drücke in der Steuereinheit 7 ausgewertet werden, woraufhin mittels der Steuereinheit 7 die Stellein- heit 8k, 9, V4 und 12 zur Erzeugung eines geeigneten Drucks im Vorratsgefäß 1 eingestellt wird. Somit ist

mit den beschriebenen Elementen eine automatisierte Druckregulierung möglich.

Um den Gasweg zwischen Vorratsgefäß 1 und Kolben 8k zu unterbrechen, ist der Einsatz der Absperrvorrichtung V4 vorgesehen. Bei Einsatz des Kolbens 8k und einer geeigneten Steuer- und Regeleinrichtung bzw. Steuereinheit 7 mit den beschriebenen Druckaufnehmern 6 lassen sich alle in den vorstehenden Abschnitten bereits beschriebenen Druckereignisse durchführen bzw. kontrollieren. Bei Verwendung einer Pumpe anstelle des Kolbens ist diese so zu wählen, dass sie sowohl ausreichend überdruck, als auch ausreichend Unterdruck erzeugen kann. Dabei muss sie ausreichend schnell zwischen der Erzeugung von überdruck und der Erzeugung von Unterdruck wechseln können. Sie kann dann analog wie der Kolben an die elektronische Steuer- und Regeleinrichtung 7 angebunden werden.

Ausführungsbeispiel 4:

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die hier gezeigte Vorrichtung ist grundsätzlich ebenso wie die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung aufgebaut, so dass nachfolgend nur die

Unterschiede beschrieben werden.

Das Vorratsgefäß 1 ist mit einem Druckaufnehmer 6b verbunden; der Dosierraum 4 mit einem weiteren Druck- aufnehmer 6a (analog wie bei den vorhergehenden beiden Beispielen) . Die Druckaufnehmer sind wiederum mit der Steuereinheit 7 verbunden. Die Steuereinheit 7 regelt nun jedoch wie nachfolgend noch näher beschrieben eine Flüssigkeitspumpe 10, welche in der Flüssigkeitsleitung 2 zwischen Vorratsgefäß 1 und Dosierkopf 3 angebracht ist. Zwischen Flüssigkeitspumpe

10 und Dosierkopf 3 befindet sich in besagter Leitung eine Absperrvorrichtung V6 in Form eines Ventils. Eine weitere Absperrvorrichtung V5 in Form eines Ventils befindet sich in dem Leitungsstück zwischen Vor- ratsgefäß 1 und der Dosierpumpe 10. Im Bereich zwischen der Dosierpumpe 10 und dem Absperrventil V6 ist die Leitung 2 darüberhinaus mit einem überdruckventil V7 versehen.

In diesem gezeigten Fall wird somit eine Flüssigkeitspumpe 10 zur Kontrolle der vorstehend beschriebenen Druckereignisse verwendet. Die Flüssigkeitspum- pe ist hierbei in der Lage, die Flüssigkeit in zwei Richtungen, also vom Dosierkopf zum Vorratsgefäß und in umgekehrter Richtung zu bewegen. Alternativ können auch zwei Flüssigkeitspumpen verwendet werden, wobei dann die erste Flüssigkeitspumpe die Flüssigkeit in Richtung Dosierkopf befördert und die zweite Flüssig- keitspumpe die Flüssigkeit vom Dosierkopf weg beför- dert . Für eine entsprechende Abstimmung der Flüssigkeitspumpen ist dann zu sorgen. Die Flüssigkeitspumpe bzw. die Flüssigkeitspumpenanordnung (aus den beiden Flüssigkeitspumpen) muss in der Lage sein, einen geringen überdruck zu halten, ggf. aber auch einen aus- reichend hohen Fluss zum Dosierkopf hin oder vom Dosierkopf weg zu erzeugen. Um kurzfristig auftretende Druckschwankungen im Dosierraum 4 zu kompensieren, kann entweder die Flüssigkeitspumpe 10 (bzw. die Flüssigkeitspumpenanordnung) entsprechend dimensio- niert werden, d.h. es muss ein ausreichend schnelles Umschalten der Flüssigkeitsfließrichtung möglich sein (die Dimensionierung erfolgt hierbei naturgemäß anhand des Leitungsdurchmessers der Leitung 2, der Volumina des Vorratsgefäßes 1 und des Dosierraums 4 so- wie anhand der Ausgestaltung des Dosierkopfs 3) oder es wird, wie hier zusätzlich gezeigt, das überdruck-

ventil V7 zwischen der Flüssigkeitspumpe 10 und dem Dosierkopf 3 in die Flüssigkeitsleitung 2 integriert. Wird ein solches überdruckventil V7 verwendet, ist sicherzustellen, dass es bei gewolltem Druckaufbau zwischen Flüssigkeitspumpe 10 und Dosierkopf 3 nicht auslöst. Das überdruckventil V7 kann auch zwischen dem Vorratsgefäß 1 und der Pumpe 10 an der Leitung 2 angeordnet werden.

Um den Flüssigkeitsfluss zwischen Vorratsgefäß 1 und Dosierkopf 3 zu unterbrechen, sind hier die Absperrvorrichtungen V5 und V6 angeordnet . Darüberhinaus bietet sich (nicht gezeigt) die Integration einer Filtereinrichtung, z.B. einer Fritte, in die Flüssig- keitsleitung 2 an. Da die Leitung der Flüssigkeit im Dosierkopf 3 sehr dünnflüssig erfolgen muss, ist sie entsprechend anfällig für Verschmutzungen durch Fest- stoffpartikel . Diese können dann durch Einsatz einer solchen Filtereinrichtung abgeschieden werden und ge- langen somit nicht in den Bereich kleiner Leitungsdurchmesser in der Nähe des bzw. im Dosierkopf. Die Verwendung einer Flüssigkeitspumpe bzw. Flüssigkeits- pumpenanordnung 10 wie gezeigt ermöglicht es auch, anstelle eines einzelnen Vorratsgefäßes 1 eine Anord- nung von mehreren Vorratsgefäßen mit einem Dosierkopf 3 zu verbinden, was je nach Anwendungsfall von Vorteil sein kann.

Auch mit der in diesem Beispiel gezeigten Vorrichtung kann der vorbeschriebene Spülvorgang automatisiert werden, indem der zuzudosierende Stoff in das Vorratsgefäß 1 zurückgepumpt wird, bis die Flüssigkeitsleitung 2 ausreichend geleert ist. Darauffolgend kann über eine geeignete Flüssigkeitsverteilungsanordnung aus einem Spülflüssigkeitsvorratsgefäß (nicht gezeigt) Spülflüssigkeit durch die Flüssigkeitsleitung

2 in den Dosierkopf gefördert werden. Durch erneutes Leerpumpen der Flüssigkeitsleitung kann dann auch die Spülflüssigkeit entfernt werden. Für eine komplette Entleerung der Flüssigkeitsleitung 2 kann es an- schließend sinnvoll sein, einen Unterdruck an die

Flüssigkeitsleitung 2 anzulegen, um letzte Reste der Spülflüssigkeit zu entfernen.

Die in den vorstehend gezeigten Ausführungsbeispielen 1 bis 4 beschriebenen Lösungen können auch in Kombination bzw. in einem gemeinsamen System zum Einsatz kommen .

Ausführungsbeispiel 5:

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Zudosieren eines Stoffes in eine Trägermatrix. Die hier gezeigte Vorrichtung weist eine Trägermatrixquelle 0 auf, welche hier als Mehrfach- versorgungseinheit so aufgebaut ist, dass sie aufgrund geeigneter Leitungs- und/oder Ventilführung beide nachfolgend noch näher beschriebenen Trägermatrix-Zufuhrkanäle Kl und K2 versorgt. Der Trägermatrix-Zufuhrkanal Kl weist hier in Strömungsrichtung gesehen zunächst eine erste Mess- und/oder Regeleinrichtung Fl auf. Dieser ist eine Dosiereinrichtung D stromabwärts nachgeschaltet, welche wie in einem der voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele 1 bis 4 beschrieben ausgestaltet sein kann. Stromabwärts - seitig der Dosiereinrichtung D ist im ersten Trägermatrix-Zufuhrkanal Kl eine Konzentrationsmesseinheit M ausgebildet, mit der die Konzentration des Stoffes in der mittels der Vorrichtung D beladenen Trägermatrix erfasst werden kann. Diese Konzentrationsmessein- heit M ist über eine Absperrvorrichtung (Ventil) Wl mit dem stromabwärts der Dosiervorrichtung D angeord-

neten Teil des Zufuhrkanals Kl verbunden. Stromabwärts der Konzentrationsmesseinheit M führt über ein weiteres Ventil W2 ein Ausschusskanal SK aus dem Kanal Kl, mit dem überschüssige, mit dem Stoff beladene Trägermatrix, welche nicht zur später noch beschriebenen Verwendung gedacht ist, aus dem ersten Zufuhrkanal Kl abgeführt werden kann. Schließlich weist der erste Zufuhrkanal Kl stromabwärtsseitig der ausmündenden Ausschusskanals SK eine weitere Absperrvor- richtung in Form eines Ventils W3 auf.

Die gezeigte Vorrichtung weist darüberhinaus einen zweiten Trägermatrix-Zufuhrkanal K2 , welchem ebenfalls über die Trägermatrixquelle 0 Trägermatrix zu- führbar ist, auf. Dieser zweite Zufuhrkanal K2 weist zunächst eine zweite Mess- und/oder Regeleinrichtung F2 ebenfalls zum Messen und/oder Regeln des Trägermatrixstroms (hier des durch den zweiten Trägermatrix-Zufuhrkanals K2 führenden Trägermatrixstroms) auf. Stromabwärtsseitig der Regeleinrichtung F2 ist im zweiten Trägermatrix-Zufuhrkanal K2 ebenfalls ein Ventil W4 angeordnet. Stromabwärtsseitig der Ventile W3 und W4 werden die beiden Trägermatrix- Zufuhrkanäle Kl und K2 in einer Vereinigungs- und Abführeinheit VA, AK zusammengeführt. Diese Vereinigungs- und Abführeinheit VA, AK besteht hier aus einem Vereinigungsabschnitt VA, in welchem die beiden Zufuhrkanäle vereinigt werden sowie aus einem stromabwärts davon angeordneten Leitungsabschnitt AK (Abführkanal) , über den die zusammengeführten Trägermatrixströme einer nachgeschalteten Verwendungsvorrichtung (hier einer Prüfvorrichtung für katalytische und/oder ad- /absorptive Systeme und/oder einer chemischen Analysevorrichtung) zugeführt werden. Im gezeigten Fall weist lediglich der Kanal Kl eine Dosiervorrichtung D auf; eine solche kann jedoch zusätzlich auch im Kanal

K2 angeordnet sein.

Im gezeigten Fall wird, wie nun nachfolgend ausführlich beschrieben, in der erfindungsgemäßen Vorrich- tung ein Verdünnungsschritt realisiert. Grundsätzlich besteht eine gemäß der vorliegenden Erfindung zur kontrollierten Beladung und Führung des Trägermatrixstroms ausgebildete Zudosiervorrichtung hinsichtlich ihrer Stromkonfiguration aus mindestens zwei Matrix- Stromeingangseinheiten (hier Kanal Kl und Kanal K2) . Hierbei kann, wie im vorliegenden Fall gezeigt, die Trägermatrixquelle 0 für die beiden Matrixstromkanäle Kl, K2 , also für alle Eingänge, dieselbe sein, es ist aber auch möglich, je Kanal verschiedene, also ge- trennte Trägermatrixquellen zu verwenden. In jedem der beiden Matrixstromkanäle Kl und K2 ist eine geeignete Mess- und Regeleinrichtung F vorgesehen, mit der der Matrixfluss (insbesondere das Durchflussvolumen pro Zeiteinheit) erfasst und geregelt werden kann. Diese Einheiten Fl und F2 sind hier elektronisch betrieben, es sind jedoch auch manuelle Einrichtungen denkbar. Im vorliegenden Fall ist die Einrichtung Fl im ersten Kanal Kl stromaufwärtsseitig der Dosiervorrichtung D angeordnet, es ist jedoch auch denkbar, die Einrichtung Fl nach der Dosiervorrichtung D anzuordnen.

Mittels der Dosiervorrichtung D, welche wiederum als piezoelektrisch aktivierte Tröpfchenemissionseinheit ausgebildet ist, wird in den im Kanal Kl geführten

Trägermatrixstrom der zuzudosierende Stoff zugegeben. Kurz danach erfolgt die Konzentrationsmessung von zudosiertem Stoff im Trägermatrixstrom des Kanals Kl mittels der Messvorrichtung M. Der Abstand zwischen Tröpfchenemissionspunkt bzw. Dosiervorrichtung D und Messvorrichtung M muss so kurz gewählt werden, dass

möglichst geringe Verschmutzungseffekte in der Verbindungsleitung auftreten können, jedoch noch eine homogene Verteilung des zu dosierenden Stoffs in der Trägermatrix gewährleistet ist.

Um einen je nach Ausbildung der Messvorrichtung M evtl. notwendigen Fluss hin zur Messeinrichtung zu unterbinden oder zu reduzieren, ist im vorliegenden Fall eine Absperrvorrichtung in Form eines Ventils Wl zwischen Messvorrichtung und dem stromabwärts der

Vorrichtung D befindlichen Teil des Kanals Kl angeordnet. Die Messeinrichtung M kann alternativ zur gezeigten Positionierung auch am Punkt der eigentlichen Verwendung des Systems platziert werden (also am Aus- gang des Abführkanals AK) . Unter Umständen herrschen dort jedoch so geringe Stoffkonzentrationen, dass diese mit der handelsüblichen Messtechnik nicht mehr erfassbar sind. Auch können dann zu hohe Konzentrationen erst am Ende des Systems erkannt werden und u.U. nicht rechtzeitig verhindert werden bzw. (über den Ausschusskanal SK) abgeleitet werden.

Möglichst kurz nach der Messeinheit M bzw. dem Ort der Tröpfchenemission D ist hier ein Leitungsweg SK zur Ableitung von nicht zur Verwendung vorgesehener Trägermatrix aus dem ersten Trägermatrix-Zufuhrkanal Kl angebracht. Der Abstand zwischen Tröpfchenemissionspunkt D und Ableitung SK muss hierbei so kurz wie möglich gewählt werden, um mögliche Verschmutzungsef - fekte in der Verbindungsleitung zu minimieren.

Um die Abluftleitung bzw. den Ausschusskanal SK nach Anforderung öffnen und schließen zu können, ist die Absperrvorrichtung (alternativ oder zusätzlich kann auch eine Regeleinrichtung vorgesehen sein) W2 angeordnet .

Darüberhinaus ist durch Vorsehen des weiteren Ventils W3 sichergestellt, dass nicht ungewollt beladener Trägermatrixstrom über den Kanal Kl in den Vereini- gungsabschnitt VA bzw. den Abführkanal AK gelangt. Die weitere Absperr- und/oder Regeleinrichtung W3 trennt somit den beladenen und den unbeladenen (über den Trägermatrix- Zufuhrkanal K2 zugeführten) Trägermatrixstrom. Es ist auch möglich, die Absperr- und/oder Regeleinrichtungen bzw. Ventile W2 , W3 und W4 für Abluft und zwischen beladenem und unbeladenem Trägermatrixstrom als eine einzige Absperr- und/oder Regeleinrichtung, beispielsweise in Form eines Dreiwegeventils, auszuführen. Hierbei ist zu beachten, dass der Trägermatrixstrom während des Schaltvorgangs kurz unterbrochen wird, was zu einem kurzzeitigen Druckanstieg am Punkt der Tröpfchenemission führt. Dies kann den Tropfchenemissionsvorgang stören.

Um die oben beschriebenen Verschmutzungseffekte zu vermeiden, ist es neben dem Einsatz möglichst kurzer Leitungswege in den Kanälen Kl und K2 weiterhin sinnvoll (hier nicht gezeigt) die betreffenden Leitungswege zu beheizen (beispielsweise mittels einer Heiz- Vorrichtung) . Alternativ kann es hier jedoch auch ausreichend sein, die Temperatur des Trägermatrixstroms, welcher am Punkt der Tröpfchenemission D herrscht, in den folgenden Leitungen konstant zu halten. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen einer temperaturisolierenden Umhüllung geschehen. Es ist dabei besonders darauf zu achten, dass die Leitungswandungen die Temperatur nicht unterschreiten. Dies kann beispielsweise durch eine ausreichend dicke Isolierschicht erreicht werden.

Durch mindestens eine weitere Leitung, hier den zwei-

ten Trägermatrix- Zufuhrkanal K2 samt der darin angeordneten Einheiten, wird nun erfindungsgemäß dem be- ladenen Trägermatrixstrom des Kanals Kl mindestens ein weiterer, unbeladener Trägermatrixstrom zugelei- tet (vgl. auch nachfolgendes Ausführungsbeispiel 6), was zu einer Verdünnung des beladenen Trägermatrixstroms entsprechend dem Verhältnis der beiden Volumenströme der Kanäle Kl und K2 führt. Zur Berechnung der Verdünnung ist es notwendig, den mittels des Ka- nals K2 zugeleiteten Trägermatrixvolumenstrom zu kennen und die Möglichkeit zu haben, diesen zu regeln. Hierfür ist im Kanal K2 eine geeignete Mess- und Regeleinrichtung F2 für den Matrixfluss vorgesehen. Auch diese kann elektronisch, manuell oder in Misch- form betrieben werden, ebenso wie die Einrichtung Fl. Um den Verdünnungsfluss wenn nötig unterbrechen oder regeln zu können, ist wie beschrieben die Absperr- und/oder Regeleinrichtung W4 in die Leitung K2 integriert. Die im Vereinigungsabschnitt VA zusammenge- führten Trägermatrixströme der beiden Kanäle können, wenn die gewünschte Konzentration an zu dosierender Substanz korrekt eingestellt ist, dann der nachgeschalteten Anwendung über den Abführkanal AK zugeführt werden.

Ausführungsbeispiel 6:

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Zudosieren eines Stoffes in eine Trä- germatrix, welches grundsätzlich ebenso wie das in Figur 5 gezeigte Ausführungsbeispiel ausgestaltet ist . Nachfolgend werden daher nur die Unterschiede beschrieben. Grundlegende Idee ist hierbei, das in Figur 5 vorgestellte System um weitere Verdünnungs- schritte zu erweitern: Hierzu weist die Vereinigungsund Abführeinheit VA, AK mehrere stromabwärts des

Vereinigungsabschnitts VA und stromaufwärts des Abführkanals AK einmündende Einströmkanäle KWn (n=l, 2, ...) auf. Jeder dieser Einströmkanäle KWn ist mit der Trägermatrixquelle 0 zur Zufuhr eines Trägermat- rixstroms in den jeweiligen Einstromkanal verbunden. Darüberhinaus weist jeder dieser Einströmkanäle KWn jeweils eine Mess- und/oder Regeleinrichtung Fna (n=3, 4, ...) und stromabwärts dieser Mess- und/oder Regeleinrichtung jeweils eine Absperreinheit (Ventil) Wna (n=5, 6, ...) auf.

Ebenso weist das vorgestellte System mehrere stromabwärts des Vereinigungsabschnitts VA und stromaufwärts des Abführkanals AK ausmündende Ableitkanäle LKn (n=l, 2, ...) auf. über diese Ableitkanäle LKn ist jeweils ein Teil der bereits zusammengeführten Trägermatrixströme des ersten und des zweiten Trägermatrix- Zufuhrkanals sowie der ggf. vor dem jeweiligen Ableitkanal LK bereits eingemündeten Einströmkanäle ab- leitbar. Jeder dieser Ableitkanäle LKn weist jeweils eine Absperrvorrichtung (Ventil) Wnb (n=4, 5, ...) sowie stromabwärts davon jeweils eine Mess- und/oder Regeleinrichtung Fnb (n=2, 3, 4, ...) auf.

Die einmündenden Einströmkanäle KWn sowie die ausmündenden Ableitkanäle LKn sind jeweils abwechselnd angeordnet, im vorliegenden Fall folgt in stromabwärti- ger Richtung nach dem Vereinigungsabschnitt VA zunächst ein erster Ableitkanal LKl, dann ein erster Einströmkanal KWl, dann ein zweiter Ableitkanal LK2 usw. Je nach Systemanforderungen kann ein solcher Ableitkanal LKn entweder als weiterer Abführkanal AKWn (n=l, 2, ...) ausgebildet sein, über den die stromaufwärts bereits zusammengeführten Trägermatrixströme zumindest teilweise einer nachgeschalteten Verwendung (z.B. chemische Analysevorrichtung oder vorgenannte

Prüfvorrichtung) zuführbar sind, oder als Ausschusskanal SKn (n=2, 3, ...) ausgebildet sein, über den die stromaufwärts bereits zusammengeführten Trägermatrixströme zumindest teilweise abführbar sind, ohne einer nachgeschalteten Verwendung zugeführt zu werden.

Die in den Kanälen des vorstehend beschriebenen Systems eingesetzten Mess- und/oder Regeleinrichtungen Fl, F2a (im ersten bzw. zweiten Trägermatrixzufuhrka- nal Kl bzw. K2) , F3a, F2b, F4a, F3b, ... sind dabei im vorliegenden Fall so ausgestaltet, dass mit ihnen die durch den jeweiligen Kanal fließenden Trägermatrix-Volumenströme erfassbar sind. Die jeweiligen Messergebnisse werden in einer hier nicht gezeigten zentralen Berechnungseinheit zusammengeführt, so dass sich mit hinreichender Genauigkeit die jeweils nach den einmündenden bzw. ausmündenden Kanälen resultierender Konzentrationen in der dann jeweils verdünnten Trägermatrix berechnen lassen. Anhand der berechneten Konzentrationen können dann wiederum über die Mess- und/oder Regeleinrichtungen der einzelnen Kanäle die zugeführten bzw. abgeführten Trägermatrixströme geregelt werden.

In dem gezeigten Beispiel ist somit das bezüglich Figur 5 vorgestellte Basissystem um mehrere Verdünnungsschritte erweitert: Dies hat den Vorteil, dass auch kleinste Konzentrationen an zuzudosiertem Stoff generiert werden können. Dabei wurde für jeden Ver- dünnungsmatrixstrom eine separate Absperr- und/oder

Regeleinrichtung (W4a, W5a, W6a, ...) integriert. Zur Berechnung der Verdünnung ist es wie beschrieben notwendig, den jeweils zugeleiteten (bzw. abgeleiteten) Trägermatrixvolumenstrom zu kennen und die Möglich- keit zu haben, diesen zu regeln. Hierfür sind die

Mess- und/oder Regeleinrichtungen für den jeweiligen

Matrixfluss vorgesehen. Nach jedem Verdünnungsschritt ist im vorgestellten Beispiel eine Ableitung von Trägermatrixstrom über die Kanäle LKn möglich. Auch diese Kanäle verfügen jeweils über separate Absperrvor- richtungen W4b, W5b, ... . Da über die Mess- und Regeleinrichtungen F2b, F3b, ... der jeweils abgeleitete Trägermatrixvolumenstrom erfassbar ist, ist es möglich, die stromabwärts des jeweiligen Ableitkanals LK vorliegende Verdünnung zu ermitteln und die ein- zelnen Ströme geeignet zu regeln. Wie bereits beschrieben, kann der jeweils abgeleitete Trägermatrixstrom entweder einer Verwendung zugeführt werden (Ausbildung des jeweiligen Ableitkanals LK als weiterer Abführkanal AKW) oder er kann auch ungenutzt ab- geleitet werden (Ausbildung des jeweiligen Ableitkanals LK als Ausschusskanal SK) .

Die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Prinzipien und Anwendungsformen können in vielen technischen Bereichen eingesetzt werden. Die Abstimmung der Einzelkomponenten erfolgt sinnvollerweise den jeweiligen Einsatzzwecken angepasst . Die Einzelkomponenten können getrennt voneinander manuell oder auch über getrennte Steuer- und Regeleinheiten bedient werden. Es ist auch möglich, das (beispielsweise in Figur 6) gezeigte Gesamtsystem in einem einzigen Mess- und Regelkreis zusammenzuführen, mit Hilfe dessen sich sämtliche verwendeten Mess- und/oder Regeleinrichtungen F, sämtliche Absperr- und/oder Re- geleinrichtungen W bzw. V sowie die Dosiervorrichtung D und die Konzentrationsmesseinheit M steuern und regeln lassen. Vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit der Automatisierung des Betriebs und der rechnergestützten Auswertung der erfassten Rohdaten.