DE1302592C2 - Geraet zur konzentrationsbestimmung eines analysenstoffes mittels selektiver absorption modulierter strahlung - Google Patents

Description

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geeignetes Gerät zu schaffen, das mittels selektiver speziell das Gas in der Empfangskammer 16 anbe-

Absorption modulierter Strahlung arbeitet langt, so kann es auch ein Gas sein, dessen Absorp-

Die Lösung dieser Aufgabe ist durch eine Kombi- tionslinien sich teilweise mit denjenigen des Analy-

nation eines Zweistrahlgerätes mit einem Zweischicht- sengases überdecken.

detektor erzielt worden, wobei eine Anzeigevorrich- 5 Ferner sind die Längen der Empfangskammem 15

tung vorgesehen ist, die die Differenz der Einzel- und 16 und die in ihnen enthaltene Menge von Ab-

signale anzeigt, die von dem Zweischichtdetektor sorptionsgas, d. h., also der Druck bzw. Teildruck des

erzeugt werden. Gases in diesen Kammern derart gewählt, daß die

Das Analysengerät gemäß der Erfindung ist durch Amplituden der in diesen Kammern durch Absorpdie Kombination folgender, für sich bekannter Merk- io tion der Teilstrahlungen erzeugten Signale beim Fehmalsgruppen gekennzeichnet: len einer selektiven Absorption oder bei gleicher

a) Zweistrahlgerät, bestehend aus zwei nebenein- selektiver Absorption in dem zu analysierenden Stoffander angeordneten Behältern für das zu analysie- gemisch und im Vergleichsstoff praktisch gleich sind, rende Gemisch und einen Vergleichsstoff sowie einer Die Kammern 15 und 16 sind derart mit einem Einrichtung zur Erzeugung zweier praktisch identi- 15 Membrankondensator 17 verbunden, daß dieser auf scher, gegenphasig modulierter Strahlenbündel, die die Differenz der in den beiden Empfangskammem das zu analysierende Gemisch und den Vergleichs- erzeugten Signale anspricht. Mit Hilfe eines Verstärstoff abwechselnd durchlaufen; kers 13 und eines Meßinstrumentes 14 wird das vom

b) Einstrahl-Zweischichtempfänger, bestehend aus Membrankondensator 17 abgegebene Differenzsignal zwei getrennten, hintereinander angeordneten Emp- ao zur Anzeige gebracht.

fangskammem, von denen die eine mit einem Stoff Durch die Kombination der Zweistrahl-Modulagefüllt ist, dessen spektraler Absorptionsbereich mit tionseinrirhtung mit dem Einstrahl-Zweischichtempdem Maximum des Absorptionsbereiches des Analy- fänger werden die Nachteile der obengenannten, besenstoffes übereinstimmt, und die andere Empfangs- kannten Geräte weitgehend vermieden, kammer mit einem Stoff gefüllt ist, dessen Absorp- »5 Da modulierte Unterschiede der in die Empfangstionsbereich mindestens teilweise mit dem Absorp- kammern 15 und 16 eintretenden Strahlenbündel tionsbereich des Stoffes in der ersten EmpfangsLam- nach ihrem Durchgang durch die Behälter 2 und 3 nur mer übereinstimmt, sowie aus einer Einrichtung zur dann vorhanden sind, wenn sich die ursprünglich Bildung und Anzeige des Differenzsignals aus den gleichen Strahlenbündel durch unterschiedliche selekinfolge der Strahlungsabsorption in den Empfangs- 30 tive oder nichtselektive Absorption in diesen Kamkammem erzeugten Einzelsignalen. mern unterscheiden, entstehen in den Empfangskamin Fig. 1 und 2 ist beispielsweise ein Gerät zur mern 15 und 16 nur noch kleine, diesen Unterschie-Analyse eines Gasgemischs scheinatisch dargestellt, den entsprechende Drucksignale. Sind diese und zwar ist dieses Gerät in F i g. 1 im Längsschnitt Unterschiede selektiver Natur, d. h. entstehen sie gezeigt, während F i g. 2 schematisch eine Ansicht auf 35 durch unterschiedliche Konzentrationen des zu rnesdas zur Modulierung der Strahlenbündel dienende senden Gases in den Behältern 2 und 3, so kommen Blendenrad ist. sie mit Hilfe der aus Membrankondensator 17, Ver-Die von einem Strahler I erzeugte Strahlung tritt stärker 13 und Meßinstrument 14 bestehenden Meßin Form von zwei praktisch gleichen Strahlenbündeln anordnung zur Anzeige. Die obenerwähnten Phasendurch dicht gegeneinander abgeschlossene, halb- 4° Schwierigkeiten treten nicht mehr in Erscheinung, da zylindrische Behälter 2 und 3 hindurch, die nebenein- die Empfangskammersignale sehr viel kleiner sind als andergesetzt zusammen einen Zylinder 4 bilden. Beide bei einer 100 %igen Strahlungsmodulation, wie sie Strahlenbündel werden durch ein von einem Motor 5 dem bekannten Einstrahlgerät zugrunde liegt. So sind angetriebenes Blendenrad 6 mit einer um 180° gegen- für das oben genannte Beispiel der Messung einer einander verschobenen Phase moduliert. Durch den 45 Konzentration von 0,001 % CO die durch gegen-Behälter 2 wird das zu analysierende Gasgemisch ge- phasige Modulation in den Empfangskammem erleitet, während der Behälter 3 ein Vergleichsgas ent- zeugten selektiven Signale etwa 1 OOOmal kleiner als hält. Die beiden durch die Behälter 2 und 3 hin- bei der bekannten Anordnung, während die zur Mesdurchgegangenen Strahlungen gelangen dann in eine sung gelangende Differenz der Empfangskammergemeinsame Gruppe von zwei hintereinandergeschal- 50 signale praktisch unverändert bleibt, teten, voneinander getrennten, strahlenabsorbieren- Sind dagegen die Unterschiede der aus den Behälden Empfangskammem 15, 16. Die Kammer 15 tem 2 und 3 austretenden Teilstrahlungen nichtselekabsorbiert die dem Maximum des spektralen Absorp- tiver Natur, so sind die in den Empfangskammem 15 tionsbereichs des Analysenstoffs entsprechende Teil- und 16 entstehenden Drucksignale infolge der bestrahlung; und zwar spricht diese Kammer Vorzugs- 55 kannten Eigenschaften des Einstrahl-Zweischichtenweise auf die Zentren der Absorptionslinien des empfängers weitgehend einander gleich und heben Analysengases an, während die Kammer 16 eine Teil- sich daher in ihrer Wirkung auf den Membrankonstrahlung in einem Bereich absorbiert, der mindestens densator 17 auf.

teilweise mit dem Absorptionsbereich der ersten Was die Natur des Vergleichsgases in dem Behäl-Kammer übereinstimmt. Vorzugsweise spricht die 60 ter 3 anbelangt, so wird in dem Fall, wo es sich darzweite Empfangskammer auf die Flanken der Ab- um handelt, in einem Gasgemisch den unbekannten sorptionslinien an. Anteil eines bestimmten Analysengases festzustellen, Das in den Empfangskammem 15 und 16 enthal- im allgemeinen als Vergleichsgas ein Gas verwendet, tene Gas kann das in dem zu untersuchenden Gas- das keine dem Analysengas entsprechende Ultrarotgemisch festzustellende Analysengas selbst sein, es 65 absorptionsstellen hat. Wenn es sich dagegen darum kann aber auch ein Gemisch des Analysengases mit handelt, bei zwei Gasgemischen den Unterschied oder einem Gas sein, dessen Ultrarot-Absorptionsbereich das Verhältnis ihrer Anteile im Analysengas festvon dem des Analysengases verschieden ist. Was zustellen, dann kann auch das Vergleichsgas Absorp-

tionsstellen für das Analysengas haben. Der Nullpunkt ist dann vorhanden, wenn die Absorptionsverhältnisse für die Teilstrahlungeu, auf welche die Empfangskammem 15,16 abgestimmt sind, für beide Gasgemische die gleichen sind.

Gemäß einer Variante des vorstehend beschriebenen Gerätes können auch zwei getrennte Strahlungsquellen benutzt und die beiden Behälter 2 und 3 voneinander getrennt werden. Die aus diesen beiden Behältern austretenden Strahlungen werden dann durch bekannte Mittel dem ihnen gemeinsamen Zweischichtendetektor zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. die oft besondere Maßnahmen, wie z. B. Thermosta-Patentanspruch: tisierung des Gerätes notwendig machen.

   Bei einem anderen Zweistrahlgerät warden die bei-

   Gerät zur Konzentrationsbestimmung eines den Strahlenbündel gegenphasig moduliert und mit Analysenstoffes., insbesondere eines Analysen- 5 Hilfe eines sogenannten »beam-combiners« zusamgases, in einem Stoff-, insbesondere Gasgemisch mengelcitet und einem gemeinsamen selektiven Empmittels selektiver Absoφtion modulierter Strah- fänger zugeführt. Wenn auch hier nur ein der Absorplung, gekennzeichnet durch die Kombi- tionsdiSerenz in den beiden Strahlungen entsprechennation folgender, für sich bekannter Merkmals- des Signal erzeugt wird, so ist es jedoch ebenfalls gruppen: *° schwierig, bei hoher Empfindlichkeit einen konstan-

   a) Zweistrahlgerät, bestehend aus zwei neben- ten Nullwert zu erhalten. Der Grund liegt darin, daß einander angeordneten Behältern (2, 3) für das zu nicht nur die selektive Strahlungsabsorption ein Signal analysierende Gemisch und einea Vergleichsstoff bewirkt, sondern auch jede andere, auf einer nicht sowie einer Einrichtung (1,5, 6) zur Erzeugung selektiven Absorption beruhende Gleichgewichtszweier praktisch identischer, gegenphasig modu- 15 änderung der beiden Strahlenbündel zu einer Ändelierter Strahlenbündel, die das zu analysierende rung des Nullpunktes führt. Bei dem oben genannten Gemisch und den Vergleichsstoff abwechselnd Fall der Messung von 0,001 % CO genügt schon eine durchlaufen; Verschiebung von 1 %, um eine Änderung der CO-

   b) Einstrahl-Zweischichtempfänger, bestehend Konzentration gleich dem Zehnfachen des zu mesaus zwei getrennten, hintereinander angeordneten »o senden Betrages vorzutäuschen.
   Empfangskammern (15,16), von denen die eine Es ist ferner ein Einstrahlgerät bekannt, bei dem mit einem Stoff gefüllt ist, dessen spektraler Ab- das einzige Strahlenbündel nach seinem Durchgang sorptionsbereich mit dem Maximum des Absorp- durch das zu analysierende Gemisch in zwei hintertionsbereichs des Analysenstoffes übereinstimmt, einandergeschaltete, voneinander getrennte, strahlen- und die andere Empfangskammer mit einem Stoff 25 absorbierende Empfangskammern (Zweischichtdetekgefüllt ist, dessen Absorptionsbereich mindestens tor) gelangt, von denen die eine die dem Maximum teilweise mit dem Absorptionsbereich des Stoffes des spektralen Absorptionsbereichs des Analysenstofin der ersten Empfangskammer übereinstimmt, fes entsprechende Teilstrahlung und die andere eine sowie aus einer Einrichtung (Ü7,13,14) zur BiI- Teilstrahlung absorbiert, die mindestens teilweise mit dung und Anzeige des Differenzsignals aus den 3° dem Absorptionsbereich der erstgenannten Teilstrahinfolge der Strahlungsabsorption in den Emp- lung übereinstimmt, wobei Mittel vorgesehen sind, fangskammern (15,16) erzeugten Einzelsignalen. die die Differenz der in den beiden Ernpfangskam-

   mern erzeugten Einzelsignale anzeigen. Dabei soll das von den beiden Empfangskammern erzeugte 35 DifTerenzsignal praktisch gleich Null sein, solange die selektive Absorption innerhalb der Teilstrahlungen den gleichen Wert hat. Dieses Gerät arbeitet einwandfrei, solange der Anteil des in dem Gemisch festzustel-

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Kon- lenden Analysenstoffs verhältnismäßig groß ist. Wenn zentrationsbestimmung eines Analysenstoffes, insbe- 4» jedoch der Anteil des Analysenstoffs seh»· gering ist, sondere eines Analysengases, in einem Stoff-, insbe- insbesondere im Falle der Spurenanalyse, gibt auch sondere Gasgemisch mittels selektiver Absorption dieses Gerät kein brauchbares Resultat. Es tritt nämmodulierter Strahlung. Sie bezweckt, die Feststellung Hch bei ihm ein neues Störsignal selbst im Falle vollsehr geringer Mengen des Analysenstoffes (Spuren- kommenen Amplitudenausgleichs der von den beiden analyse) zu ermöglichen. 45 Meßkammern im Nullpunkt erzeugten Einzelsignale

   Das Gerät gemäß der Erfindung gehört zu den auf. und zwar beruht dieses neue Störsignal auf einem sogenannten Zweistrahlgeräten. Bei einem bekannten mangelnden Phasenausgleich der beiden Einzel-Gerät dieser Art finden zwei gleichphasig modulierte signale. Bei der Spurenanalyse ist das auf der Phasen-Strahlenbündel Anwendung, von denen das eine das diffcrenz Her beiden Einzelsignale beruhende Störzu analysierende Stoff- bzw. Gasgemisch und das 5° signal in der Regel größer als das von den festzustelandere einen Vergleichsstoff durchläuft, worauf dann lenden Spuren erzeugte Signal,
   beide Strahlenbündel in selektive Empfänger eintre- Der Phasenunterschied zwischen den von den hinten, in denen die für den festzustellenden Analysen- tereinandergeschalteten Empfangskammern erzeugten stoff charakteristischen Teilstrahlungen absorbiert Einzelsignalen ist darauf zurückzuführen, daß entwerden. Die Differenz der auf diese Weise in den 55 weder diese Empfangskammern in ihrer geometriselektiven Empfängern erzeugten Signale, die insbe- sehen Gestaltung verschieden sind oder daß sie bei sondere in Druckänderungen bestehen, dient dann gleicher geometrischer Gestallung verschieden große als Maß für den Anteil des festzustellenden Analysen- Gasmassen enthalten. Diese Unterschiede haben zur stoffes in dem zu untersuchenden Gasgemisch. Wenn Folge, daß die Erwärmungs- und Abkühlungsverhältder festzustellende Analysenstoff nur einen geringen 60 nisse in den beiden Empfangskammern verschieden Anteil hat, so ist die meßbare Differenz der Signale sind. Unter Umständen kann das Phasendifferenzim Vergleich zu der absoluten Größe der Signale nur signal schon allein durch die verschiedene Form der sehr gering. So beträgt zum Beispiel die selektive die Druckerhöhung und den Druckabfall charakteri-Differenz bei einer Messung von 0,001 % CO nur sierenden Kurve verursacht werden,
   etwa Vioon der Amplitude der Signale in der Meß- 65 Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende kammer. Um einen hinreichend konstanten Nullwert Aufgabe besteht darin, ein zur einwandfreien Festzu erhalten, müssen daher an die Konstanz der Abso- stellung sehr kleiner Mengen, insbesondere Spuren, lut-Signale sehr hohe Anforderungen gestellt werden, einer Analysensubstanz in einem Substanzgemisch