Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Ver- fahren zur Gewinnung von Wasser und wasserfreien Sub- stanzen aus Umweltproben.

Stand der Technik : Bei bisher bekannten Vorrichtungen sind die Gefäße, in denen sich die Proben befinden, über Schliffverbindun- gen, z. B. Kegelschliff mit beispielsweise dem Vakuum- anschluss verbunden. Dies hat zum einen den Nachteil, dass die Gefäße unbeweglich in der gesamten Apparatur angeordnet sind und die Handhabung der Apparatur da- durch erschwert wird. Zum anderen kann es durch die Verwendung des benötigten Schlifffetts zu Verunreini- gungen und damit zu Verfälschungen der Messergebnisse der Proben kommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mit der eine schnelle, kontaminationsfreie Gewinnung von Wasser und wasser- freien Proben aus Umweltproben mit einem großen Proben- volumen möglich wird.

Mit der vorliegenden Vorrichtung und dem Verfahren ist es nunmehr möglich, unter schonenden Bedingungen Wasser aus Umweltproben sowie wasserfreie Substanzen zu gewin- nen, die für weitere analytische Untersuchungen verwen-

det werden sollen. Unter Umweltproben werden beispiels- weise Lebensmittel, Bodenproben, Flüssigkeiten, Geträn- ke, biologisches Material, besonders pflanzliche und tierische Gewebe, Futtermittel oder Ausscheidungen ver- standen. Das gewonnene Wasser kann für die Bestimmung seiner Isotopen (D/H und i80/60)-Verhältnisse sowie für andere Methoden eingesetzt werden. Das Gleiche gilt für den Rückstand an wasserfreien Substanzen, der für wei- tere analytische Verfahren eingesetzt werden kann, z. B. 13C/l2C-Analysen. Durch Auswägen der erfindungsge- mäßen Vorrichtung kann darüber hinaus auch der Wasser- gehalt der eingesetzten Umweltproben genauer bestimmt werden. Durch die Vermeidung von Schlifffett wird ein genaueres und einfacher zu handhabendes Auswiegen der Vorrichtung möglich, da beim Auswiegen die eingesetzte Menge an Schlifffett nicht mehr mit berücksichtigt wer- den muss.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf- gabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Weiterhin wird die Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des An- spruchs 6 erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeich- nenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü- chen angegeben.

Die Zeichnung zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Es zeigt : Fig. 1 : Erfindungsgemäße Vorrichtung

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Gefäßen 1 und 2, wobei ein Gefäß 1 länger als das ande- re 2 ausgebildet ist, die über eine Brücke 3, miteinan- der verbunden sind. Die Öffnungen der Gefäße werden je- weils über einen Kugelschliff 4, der mit einem O-Ring 5 abgedichtet wird, mit der Brücke 3 verbunden. Die Brü- cke 3 ist mit einem Ventil 6 ausgestattet. Hinter dem Ventil 6 befindet sich ein Anschluß 7 mit einem Kegel- schliff 8, an den ein Vakuum angelegt werden kann.

Im folgenden soll die Erfindung beispielhaft beschrie- ben werden.

Nach dem Henry'schen Gesetz herrscht in einem geschlos- senen System, zu dem auch die vorliegende erfindungsge- mäße Vorrichtung zählt, der Dampfdruck an der kältesten Stelle. Taucht man das unbeladene, lange Gefäß (1) in flüssigen Stickstoff ein, so wird dieses Gesetz dadurch erfüllt, dass die Umweltprobe im gefüllten, kurzen Ge- fäß (2) durchfriert. Die Länge der Gefäße spielt nur insofern eine Rolle, dass das lange unbefüllte Gefäß (1) in Kühlgefäß, z. B. einen Dewar getaucht wird und dabei mit der Zeit der dort eingebrachte flüssige Stickstoff verdampft. Deshalb sollte es möglichst tief in den Dewar eintauchen, um den weiteren Vorteil des Verfahrens, die passive Reaktion des Systems, auszunut- zen. Der Vorgang kann bequem über Nacht ablaufen.

Selbst wenn das Material kein Wasser mehr enthält und der Stickstoff bis zum Morgen verbraucht ist, ist das Material durch die Gefriertrocknung ausreichend konser- viert.

Voraussetzung ist allerdings, dass das System ausge- pumpt wird und das Vakuum hält. Dies ist notwendig, da die Gasteilchen ihre kinetische Energie beim Einfrieren im langen Gefäß (1) abgeben. Jedes Gasteilchen trans- portiert letztendlich Energie. Das ist aber nur mög- lich, wenn es von der Probe direkt bis zum Einfrieren sich frei bewegen kann. Diese notwendige mittlere freie Weglänge ist nur bei Vakuum gegeben, wobei die Bedin- gungen von etwa 10-2 Torr ausreichend sind. Im Falle von höherem Druck stoßen sich die Teilchen vorher mit- einander und gegen die kinetische Energie untereinander ab.

Die erfindungsgemäße Brücke (3) ist besonders zur Auf- nahme größerer Probenmengen von ca. 10 bis 50 ml Wasser geeignet. Da beispielsweise zur 13C/12C-Analyse kleinste Substanzmengen benötigt werden, sollte jede Kontamina- tion der eingesetzten Probe dadurch verhindert werden, daß die Brücke (3) ohne Schlifffett gehandhabt wird, da dieses zu Kontaminationen der Proben führen kann. Le- diglich der Kegelschliff (8) oder ein anderer Vakuu- manschluß nach dem Ventil (6), hier beispielsweise ein Young-Ventil NSH 14/23, können gefettet werden.

Die Fettfreiheit wird durch die Kugelschliffe (4) ge- währleistet, die durch 0-Ringe (5) abgedichtet werden.

Solche Ringe mit besonders niedrigem Dampfdruck des fertigen Polymerproduktes können aus Viton sein. Die Kugelschliffe (4) garantieren eine Beweglichkeit der Gefäße (1,2) und damit eine gute Handhabbarkeit und Ro- bustheit der Robustheit der Vorrichtung.

Um einen besonders sicheren Verschluß der Gefäße mit der Brücke (3) zu gewährleisten, wird der Kugelschliff

(4) noch durch je eine Klammer gehalten. Diese Klammern sind derart verschiebbar, dass sie nach innen gedreht eine Stütze auf dem Rand des Dewars bilden und die Pro- be auch hier ohne weitere Hilfen positioniert werden kann.

Dazu ist der Kopfteil der Gefäße in abgeplatteter Form ausgebildet, um einen stabilen Halt am Dewar zu gewähr- leisten. Vor allem wird durch die quadratische Ausbil- dung der Endköpfe der Gefäße auch die Bruchsicherheit gewährleistet, die bei einer Abrundung des Verbindungs- rohres erfahrungsgemäß nicht gegeben ist.

Zu beachten ist noch, dass das System nach vollständi- ger Abtrennung des Wassers beim Auftauen belüftet wer- den muß, da sich sonst Wasserdampf zurück im Ausgangs- material wieder abscheidet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist diese aus Borosilikatglas, z. B. Duranglas, gefer- tigt. Prinzipiell sind alle temperaturwechselbeständi- gen und chemisch inerten Glasmaterialien geeignet, wie z. B. auch Quarzglas.

Ausführungsbeispiel : 5-10 g der zu untersuchenden Probe werden in das Gefäß 2 eingewogen. Anschließend werden die Gefäße 1, 2 mit der Brücke 3 zusammengesetzt.

Die so vorbereitete Vorrichtung wird jetzt der Gefrier- trocknung unterzogen : Bei laufender Vakuumanlage sind der Schliffhahn der Vakuumanlage und das Ventil 6 der Vorrichtung geschlossen. Man verbindet nun die Gefäße 1

und 2 über die Kugelschliffe 4 mit der Brücke und damit mit der Vakuumanlage. Zur Sicherung der Verbindung kön- nen Metallklammern um die Verbindung zwischen Brücke und Gefäßen 1 und 2 eingesetzt werden. Die Probe in Ge- fäß 2 wird durch Eintauchen in einen mit flüssigem Stickstoff gefüllten Behälter, z. B. DEWAR-Gefäß, in- nerhalb eines Zeitraumes von 3-4 Minuten vollständig eingefroren. Das Ventil 6, z. B. ein Teflon Drehventil, ist dabei geschlossen. Nun öffnet man langsam den Schliffhahn der Vakuumanlage und evakuiert so den Be- reich bis zum Ventil 6. Ist die Probe vollständig ein- gefroren, öffnet man das Drehventil 6 wieder und evaku- iert die gesamte Vorrichtung. Nach etwa 2 Minuten hat sich ein konstantes Vakuum eingestellt. Der Schliffhahn der Vakuumanlage und das Ventil 6 werden wieder ge- schlossen und die Vorrichtung wird von der Vakuumanlage getrennt. Anschließend stellt man das Gefäß 1 mit der langen Hülse über Nacht in ein mit flüssigem Stickstoff gefülltes DEWAR-Gefäß, um das aus der Probe sublimie- rende Wasser aus Gefäß 2 in Gefäß 1 zu resublimieren.

Am nächsten Tag wird die Vorrichtung aus dem flüssigen Stickstoff genommen, durch Öffnen und Schließen des Ventils 6 belüftet und bei Raumtemperatur aufgetaut. In Gefäß 1 befindet sich nun das resublimierte Wasser aus der Probe aus Gefäß 2 und in Gefäß 2 die Trockensub- stanz der eingesetzten Probe.