<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Identifizieren von wässrigen Flüssigkeiten durch Auswertung eines im Infrarotbereich aufgenommenen Absorptionsspektrums einer Flüssigkeitsprobe.
Wässer gleicher chemischer Zusammensetzung können eine elektromagnetische Strahlung unterschiedlich absorbieren, wie dies Untersuchungen mit Hilfe von Spektralphotometern zeigen So Ist beispielsweise die Absorption einer Infrarotstrahlung durch eine frische Probe eines Brunnen- oder Quellwassers signifikant geringer als einer abgestandenen Probe aus demselben Brunnen bzw. derselben Quelle. Allerdings lassen die in herkömmlicher Weise im Infrarotbereich aufgenommenen Absorptionsspektren nur eine grobe Unterscheidung solcher Proben zu.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass eine weitgehende Identifizierung der untersuchten Flüssigkeit über ihre chemische Zusammensetzung hinaus unter Berücksichtigung Ihres Absorptionsverhaltens mit vergleichsweise einfachen Mitteln sichergestellt werden kann.
Die Erfindung lost die gestellte Aufgabe dadurch, dass das bei einer bestimmten Probentemperatur als Schwingungsspektrum mit einer vorgegebenen mittleren Mindestabsorption aufgenommene Absorptionsspektrum zunächst geglättet und dann die sich aus dem geglättete Schwingungsspektrum ergebende Verteilung der Absorption bzw. der Transmission der Flüssigkeit zumindest über einen Bereich des erfassten Wellenzahlenbereiches als Kennzeichen für die Flüssigkeit festgelegt wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Moleküle wässriger Flüssigkeiten bilden Dipole, die um eine Gleichgewichtslage schwingen und durch eine Schwingungsanregung auf ein höheres Energieniveau angehoben werden können. Da sich die Bindungslängen und damit die Winkel zwischen den Atomen der Moleküle mit dem Energieinhalt ändern, ist auch das Schwingungsverhalten der Moleküle von ihrem Energieinhalt abhängig. Dies bedeutet, dass bei einer Schwingungsanregung durch eine Infrarotstrahlung diese Infrarotstrahlung im Bereich jener Wellenzahlen absorbiert wird, die für die Anhebung des Energieinhaltes der Moleküle auf die jeweils nächst höhere Energiestufe erforderlich sind.
Das mit Hilfe einer Infrarotstrahlung aufgenommene Absorptionsspektrum einer wässrigen Flüssigkeitsprobe enthält somit Informationen über die Schwingungsanregung der Flüssigkeitsmoleküle, doch können unter üblichen Aufnahmebedingungen erstellte Absorptionsspektren wegen der Informationsdichte und Informations- überlagerungen bezüglich der Schwingungsanregungen der Flüssigkeitsmoleküle nicht ausgewertet werden. Diese Auswertung wird jedoch möglich, wenn das Absorptionsspektrum bei einer mittleren Mindestabsorption von beispielsweise 97 % aufgenommen wird.
Die vorzugebende Mindestabsorption kann bei den üblichen Infrarotspek- trometern, die nicht regelbare Schwarzstrahler aufweisen, über ein die Strahlungintensität dämpfendes Filter, das auch durch die Küvette zur Aufnahme der Probe gebildet werden kann, bzw. über die zu durchstrahlend Schichtdicke der Probe eingestellt werden.
Diese in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsprobe vorzugebende mittlere Mindestabsorption lässt den Einfluss der jeweiligen chemischen Zusammensetzung der Probe gegenüber dem Einfluss der Schwingungsanregung in den Hintergrund treten, so dass ein unter solchen Bedingungen aufgenommenes Absorptionsspektrum unter der Voraussetzung einfach im Hinblick auf die Schwingungsanregung der Flüssigkeits- moleküle ausgewertet werden kann, dass das aufgenommene Absorptionsspektrum nachträglich geglättet wird, um bezüglich der Wellenzahlen dicht nebeneinanderliegende Absorptionswerte zu einem sich über einen entsprechenden Wellenzahlenbereich erstreckenden Absorptions- bzw. Transmissionsbereich zusammenzufassen.
Die Verteilung dieser unterschiedlichen Absorptions- bzw Transmissionsbereiche über den untersuchten Wellenzahlenbereich gibt ein Bild der frequenzabhängigen Schwin-
<Desc/Clms Page number 3>
gungsanregung bel der Durchstrahlung der Probe und kann somit als Kennzeichen fur den energetischen Zustand der Probe dienen In diesem Zusammenhang Ist zu bedenken, dass ein bereits ein hoheres Energieniveau aufweisendes Flussigkeitsmolekul keine diesem Energieniveau entsprechende Strahlung mehr absorbieren kann.
Da der energetische Zustand der Probe selbstverstandlich von der Probentemperatur ab hangt, Ist auf die Einhaltung einer bestimmten Probentemperatur zu achter) bzw. das Messergebnis auf eine bestimmte Temperatur zu beziehen Es muss allerdings sichergestellt sein,
dass die ermittelte Absorption auf einer Schwingungsanregung der Flüsslgkeltsmolekule beruht und eine Absorption Insbesondere aufgrund der Rotation der Moleküle und zufolge von Elektronensprüngen zumindest weitgehend ausgeschaltet werden kann Diese wesentliche Beschrankung des Absorptionsspektrums auf ein Schwingungsspektrum kann ohne weiteres durch die Wahl einer entsprechenden Bandbreite der Infrarotstrahlung sichergestellt werden Im allgemeinen wird daher das Absorptionsspektrum mit einer Infrarotstrahlung insbesondere Im nahen und mittleren Bereich aufzunehmen sein Um verschiedene Flüssigkeitsproben in übersichtlicher Art hinsichtlich Ihres energetischen Zustandes vergleichen zu konnen. ISt es vorteilhaft.
die Verteilung der Absorption bzw der Transmission in bezug auf einen vorgegebenen mittleren Absorp-
EMI3.1
TransmissionswertIm gleichen Wehenzahtenberetch den Bezugswert der mittleren Absorption bzw Transmission fur die eine Probe über-und für die andere Probe unterschreiten Dieser mittlere, vom jeweiligen Wellenzahlenbereich abhangige Absorptions- bzw Transmissionswert kann fur verschiedene F ! usstgke ! ten aus jeweils mehreren Proben mit unterschiedlicherSchwingungsabsorptionmitherkommlichenMittelungsverfahren bestimmt und als Vergleichsgrosse Vergleichsuntersuchungen zugrundegelegt werden An Hand der Zeichnung wird das erfindungsgemasse Verfahren naher erlautert.
Es zeigen
<Desc/Clms Page number 4>
Fig. 1 ein Schw) ngungsspektrum e) ner fnschen Tnnkwasserprobe in einem Wellen- zahlenbereich von 7265 bis 7165,
Fig. 2 ein Schwingungsspektrum einer abgestandenen Tnnkwasserprobe entspre- chend der Fig. 1 im gleichen Wellenzahlenbereich, die
Fig. 3 bis 5 die einander uberlagerten, geglätteten Schwingungsspektren der Trink- wasserproben nach den Fig. 1 und 2 in Wellenzahlenbereichen von 5505 bs
5405, von 1750 bis 1650 und von 570 bis 470, die Fig 6 bis 8 die zu den Schwingungsspektren der Fig 3 bis 5 gehöngen. zu Block diagrammen vereinfachten Schwingungsspektren der fnschen und der abge- standenen Trinkwasserprobe, Fig.
9 ein geglättete Schwingungsspektrum einer abgestandenen Trinkwasser- probe im Vergleich zum Schwingungsspektrum dieser Trinkwasserprobe nach einer mechanischen Behandlung und zum Schwingungsspektrum einer abgestandenen Trinkwasserprobe, der eine genngfuglge Menge der mecha- nisch behandelten Tnnkwasserprobe hinzugefugt wurde, Fig 10 die zu Blockdiagramme vereinfachten Schwingungsspektren der abgestan- denen Trinkwasserprobe und der mechanisch behandelten Trinkwasserprobe gemass den Schwingungsspektren der Fig. 9 im Vergleich und Fig 11 einen der Fig. 10 entsprechende Gegenüberstellung der blockartig verein- fachten Schwingungsspektren der abgestandenen Tnnkwasserprobe und der mit dem behandelten Trinkwasser versetzten Tnnkwasserprobe.
Wie die Fig 1 erkennen lässt In der ein mit einer Infrarotstrahlung aufgenommenes Schwingungsspektrum einer fnschen Tnnkwasserprobe aus dem offentlichen Trinkwassernetz von Tlmelkam in einem Koordinatensystem dargestellt ist, auf dessen Abszisse die Wellenzahlen und auf dessen Ordinate die Transmission der Infrarotstrahlung in Prozent aufgetragen sind kann bei einer vorgegebenen Mindestabsorption der Infrarotstrahlung ein strichliert gezeichnetes Schwingungsspektrum 1 aufgenommen werden, bei dem der Einfluss der chemischen Zusammensetzung gegenuber der Schwingungsanregung der Wassermoleküle in den Hintergrund tritt.
Die im Vergleich zur Aufnahme üblicher Absorptionsspektren grosse Absorption von beispielsweise mindestens 99 %, was einer Transmission von hochstens 1 % entspricht,
<Desc/Clms Page number 5>
wird durch eine entsprechende Filterwirkung der Infrarotstrahlung beispielsweise durch die Auswahl der Kuvette und der Schichtdicke der Probe erreicht. Die Auswertung der unter diesen Bedingungen aufgenommenen Kurve 1 Ist jedoch aufgrund des Kurvenverlaufs mit einer Vielzahl von Maxima und Minima schwierig, so dass diese Kurve 1 geglÅattet wird, wie dies durch die voll ausgezogene Linie 2 angedeutet ist. Diese Glättung kann über die Programme handelsubilcher Infrarotspektrometer Im allgemeinen in Abhängigkeit von frei wahlbaren Glättungsfaktoren vorgenommen werden.
Das geglättete Schwingungsspektrum 2 zeigt bereits deutlich, dass in ve- schiedenen Wellenzahlenbereichen eine unterschiedliche Schwingungsanregung der Wassermolekule vorliegt. Diese Verteilung der Absorption bzw der Transmission kann daher über die chemische Zusammensetzung hinaus als Kennzeichen der Flüssigkeit gewertet werden. Um verschiedene Flüssigkeitsproben hinsichtlich ihres Absorptionsbzw.
Transmissionsverhaltens gegenüber einer Infrarotstrahlung einfacher vergleichen zu konnen. wurden die Schwingungsspektren einer Mehrzahl von hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung vergleichbaren Proben, die jedoch ein unterschiedliches Absorptionsverhalten aufwiesen, einander gegenubergestellt, wobei sich zeigte, dass sich charaktenstlsche Abweichungen gegenuber einem mittleren Absorptions-
EMI5.1
durch die Linie 3 wiedergegeben.
Die untersuchte frische Tnnkwasserprobe weicht gegenuber diesem mittleren TransmissIonswert 3 Im Verlauf des geglatteten Schwingungsspektrums 2 In für diese Probe kennzeichnender Welse ab, was besonders deutlich dargestellt werden kann, wenn das geglattete Schwingungsspektrum 2 zu einem Blockdiagramm vereinfacht wird. das lediglich eine stufenweise Anderung der Transmission beispielsweise In Stufen von 0, 03 %. bel Wellenzahlensprungen von 5 beruckslchtlgt In der Fig 1 Ist dieses auf den vorgegebenen Mittelwert 3 der Transmission bezogene Blockdiagramm 4 strichpunktiert mit einer Langsschraffur dargestellt Die Fig 2 zeigt ein Schwingungsspektrum der Tnnkwasserprobe entsprechend der Fig.
1, jedoch nach einer Lagerung uber 48 Stunden bel 18 OC in einem geschlosse-
<Desc/Clms Page number 6>
nen Trinkwasserbehälter. Die Aufnahme des Absorptionsspektrums wurde bei 18"C unter den übereinstimmenden Bedingungen wie für die frische Trinkwasserprobe vorgenommen. Die analog zu der Fig. 1 dargestellten Schwingungsspektren sind für die ungeglättete Darstellung mit 5 und für die geglättete Darstellung mit 6 bezeichnet.
Aus diesem geglättete Schwingungsspektrum 6 lässt sich wiederum ein vereinfachtes Blockdiagramm 7 in bezug auf den vorgegebenen Mittelwert der Transmission 3 ableiten, wobei die Blöcke mit einer Querschraffur versehen wurden.
Die Schwingungsspektren der frischen und der abgestandenen Trinkwasserprobe wurden über einen weiten Wellenzahlenbereich zwischen 7265 und 470 aufgenommen. Die Fig. 3 bis 5 zeigen die geglätteten, einander gegenübergestellten Schwingungsspektren 2 und 6 dieser Trinkwasserproben in verschiedenen Wellenzahlenbereichen, wobei sich stets ein unterschiedliches Absorptionsverhalten zwischen dem voll ausgezogenen Spektrum 2 der frischen und dem strichliert dargestellten Spektrum 6 der abgestandenen Trinkwasserprobe nachweisen lässt. Aufgrund dieses unterschiedlichen Absorptionsverhaltens kann die frische Trinkwasserprobe von der abgestandenen eindeutig unterschieden werden.
Diese Unterschiede im energetischen Verhalten der Proben zeigen sich besonders deutlich in dem von den geglätteten Schwingungsspektren abgeleiteten Blockdiagrammen, wie dies die Fig. 6 bis 8 veranschaulicht, die auf den Schwingungsspektren der Fig. 3 bis 5 aufgebaut sind.
Der frischen Trinkwasserprobe ist das längschraffierte Blockdiagramm 4, der abgestandenen Trinkwasserprobe das querschraffierte, strichliert gezeichnete Blockdiagramm 7 zugeordnet. Die wesentlichen Unterschiede zwischen den miteinander verglichenen Proben ergeben sich in den Wellenzahlenbereichen, in denen diese Blockdiagramme 4 und 7 auf einander gegenüberliegenden Seiten des vorgegebenen mittleren Transmissionswertes 3 liegen.
Mit Hilfe der Schwingungsspektren lassen sich auch mechanisch behandelte Wasserproben von unbehandelten Proben unterscheiden. Die mechanischen Wasserbehandlungen fuhren zu einer Änderung des Absorptionsverhaltens des behandelten Wassers gegenüber einer Infrarotstrahlung. In der Fig. 9 ist das geglättete Schwingungsspektrum 6 einer abgestandenen Trinkwasserprobe dem strichpunktiert einge-
<Desc/Clms Page number 7>
zeichneten, geglätteten Schwingungsspektrum 8 einer Probe gegenübergestellt, die aus der abgestandenen Trinkwasserprobe durch eine entsprechende mechanische Behandlung gewonnen wurde. Trotz der gleichen chemischen Zusammensetzung ergibt sich ein kennzeichnender Unterschied dieser Proben hinsichtlich ihres Absorptionsverhaltens und damit bezüglich ihres energetischen Zustandes.
Aus den Blockdiagramme 7 und 9 für die mechanisch unbehandelte und die mechanisch behandelte Wasserprobe lässt sich dieser Unterschied im energetischen Verhalten der beiden Proben besonders deutlich ablesen, wie das die Fig. 10 zeigt.
Wird der abgestandenen Trinkwasserprobe ein Teil der mechanisch behandelten Probe zugemischt, und zwar in einem Ausmass, wie es bei homöopathischen Verdünnungen üblich ist, so lässt sich die Wirkung dieser Zugabe an Hand der Schwingungsspektren durchaus nachweisen. Die diesbezüglich untersuchte Probe wies ein Verhältnis von 20 1-11 des mechanisch behandelten Wassers zu 100 ml unbehandelten Wassers auf, wobei von einem abgestandenen Trinkwasser gemäss der Fig. 2 ausgegangen wurde, von dem ein Tell mechanisch behandelt und dann wieder dem nichtbehandelten Trinkwasser hinzugefügt wurde.
Die geglättete, in der Fig. 9 voll ausgezogene Kurve 10 des Schwingungsspektrums der gemischten Probe zeigt die durch diese Massnahme bewirkte Veranderung im Absorptionsverhalten gegenüber dem Schwingungsspektrum 6 der abgestandenen Wasserprobe. In der Fig. 11 sind die Blockdiagramme 7 und 11 dieser Schwingungsspektren einander gegenübergestellt. Es zeigt sich somit, dass durch ein Mischen das Absorptionsverhalten einer Flüssigkeit erheblich geändert werden kann, was die Möglichkeit eröffnet, ein bestimmtes Schwingungsverhalten einer Flüssigkeit gezielt einzustellen.