AT518576B1 - Spektrometer - Google Patents

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AT518576B1
AT518576B1 ATA50343/2016A AT503432016A AT518576B1 AT 518576 B1 AT518576 B1 AT 518576B1 AT 503432016 A AT503432016 A AT 503432016A AT 518576 B1 AT518576 B1 AT 518576B1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer (1) und ein Verfahren zur Untersuchung der Inhaltsstoffe eines Fluids (2) durch Erfassung der Absorption (α) bei einer gewünschten Messwellenlänge (λm), mit einem Gehäuse (3) mit darin angeordneter Lichtquelle (4), welche aus zumindest einer Leuchtdiode (10) gebildet ist, und zumindest einem darin angeordneten Detektor (5), wobei das Licht der Lichtquelle (4) durch ein Sendefenster (7) durch das zu untersuchende Fluid (2) und durch ein Empfangsfenster (8) zu dem zumindest einen Detektor (5) geführt wird. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit und Linearität, insbesondere im unteren UV-Bereich (200 nm bis 280 nm) und zum Ausgleich der Nichtlinearität des Spektrum der Absorption (α) besitzt zumindest eine Leuchtdiode (10) des Spektrometers (1) ein Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge (λL), die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz (∆λ)zwischen 1 nm bis 5 nm unterhalb der Messwellenlänge (λm) liegt.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Spektrometer zur Untersuchung der Inhaltsstoffe eines Fluids durch Erfassung der Absorption bei einer gewünschten Messwellenlänge, mit einem Gehäuse mit darin angeordneter Lichtquelle, welche aus zumindest einer Leuchtdiode gebildet ist, und zumindest einem darin angeordneten Detektor, wobei das Licht der Lichtquelle durch ein Sendefenster durch das zu untersuchende Fluid und durch ein Empfangsfenster zu dem zumindest einen Detektor geführt wird.
[0002] Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Untersuchen der Inhaltsstoffe eines Fluids durch spektroskopische Erfassung der Absorption bei einer gewünschten Messwellenlänge, wobei das Licht einer durch zumindest eine Leuchtdiode gebildeten Lichtquelle durch ein Sendefenster durch das zu untersuchende Fluid und durch ein Empfangsfenster zu zumindest einem Detektor geführt wird, und aus der detektierten Lichtstärke und der ausgesendeten Lichtstärke die Absorption ermittelt wird.
[0003] Die Erfindung ist grundsätzlich sowohl für die Untersuchung von Inhaltsstoffen in Gasen als auch Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten anwendbar. Besonderes vorteilhaft ist jedoch eine Anwendung bei der spektroskopischen Untersuchung von Gewässern, wie sie beispielsweise zur Analyse der Wasserqualität eingesetzt wird.
[0004] Die Spektrometrie nützt die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Molekülen des zu untersuchenden Mediums aus, um dieses zu charakterisieren. Bei flüssigen Medien wird die Spektrometrie insbesondere dazu ausgenutzt, Konzentrationen von in Lösungsmittel gelösten oder suspensierten Stoffen zu bestimmen. Bei der Messung des Absorptionsspektrums flüssiger Medien wird derzeit oft die sogenannte UV/VIS-Spektroskopie eingesetzt, bei der elektromagnetische Wellen im ultravioletten (UV) und sichtbaren Licht (VIS für visible) verwendet werden. Aber auch andere Wellenlängenbereiche werden eingesetzt. Die Moleküle des zu untersuchenden Mediums werden von den elektromagnetischen Wellen des Lichts bestrahlt. Jedes Atom und jedes Molekül besitzt bestimmte diskrete Energieniveaus, die von dem Atom bzw. Molekül in verschiedenen Anregungszuständen eingenommen werden können. Den Unterschieden zwischen diesen Niveaus entsprechen Anregungsenergien. Trifft ein Photon auf das Atom bzw. Molekül, das eine solche Energie zur Verfügung stellen kann, kann das Photon absorbiert werden und das Atom bzw. Molekül geht in einem angeregten Zustand über. Auf diese Weise absorbieren Stoffe die Photonen von ganz bestimmten Energien. Durch die Interaktion der Atome bzw. Moleküle des zu untersuchenden Mediums untereinander werden die Anregungsenergien verschmiert und zu größeren Wellenlängen verschoben und ein breiteres Spektrum an Photonenenergien kann zur Anregung führen und somit absorbiert werden. Welche Photonenenergie wie stark absorbiert wird, ist charakteristisch für jedes Molekül und stellt somit so etwas wie einen Fingerabdruck des Moleküls dar, über den es identifiziert werden kann.
[0005] Im einfachsten Fall besteht ein Spektrometer aus einer Lichtquelle, der Messstrecke in welcher sich das zu untersuchende Fluid befindet und einem Detektor zur Aufnahme des durch das Medium hindurchstrahlenden Lichts. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes Einstrahl-Spektrometer. Bei einem Zweistrahl-Spektrometer wird parallel zur Messstrecke eine Kompensationsmessung durchgeführt, bei der das Licht nicht durch das zu untersuchende Fluid bzw. Medium geführt wird.
[0006] Bekannte Spektrometer zur Untersuchung verschiedener Inhaltsstoffe eines Fluids verwenden üblicherweise eine Blitzlampe als Lichtquelle, welche einen relativ breiten Spektralbereich abdeckt. Nachteilig dabei ist, dass auf der Detektorseite das empfangene Licht in seine spektrale Bestandteile zerlegt werden muss, wofür relativ teure Komponenten (z.B. Beugungsgitter, etc.) notwendig sind. Darüber hinaus ist die erforderliche relativ aufwendige Elektronik zur Versorgung der Blitzlampe mit elektrischer Energie und die dafür notwendige Steuereinrichtung nachteilig. In der Folge sind die Spektrometer relativ komplex und groß aufgebaut und somit in der Anschaffung auch relativ teuer. Dasselbe gilt auch bei Deuterium-Lampen als Lichtquelle.
[0007] Die JP 2002-005826 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spektroskopischen Messung der Ozonkonzentration in einem Medium, wobei Leuchtdioden mit einem Emissionsmaximum im unteren Ultraviolettbereich eingesetzt werden.
[0008] Beispielsweise beschriebt die AT 408 488 B ein derartiges Spektrometer, welches als Sonde zur Bestimmung der Inhaltsstoffe eines gasförmigen oder flüssigen Mediums ausgeführt ist.
[0009] Bei einem LED Spektrometer wird dieses Prinzip umgekehrt. Hier durchleuchtet man das Medium mit verschiedenen Lichtquellen, die im wesentlichen nur Licht aus einem eng begrenzten Wellenlängenbereich emittieren und misst nach dem Durchtritt das gesamte Licht mit einem entsprechenden Detektor, beispielsweise einer Photodiode. Indem man mit verschiedenen Leuchtdioden mit Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen mehrere Messungen durchführt, bekommt man Information über die Lichtabschwächung bei verschiedenen Wellenlängen. Je enger begrenzt das emittierte Wellenlängenband ist, desto genauer kann man die Absorption bei der gewünschten Wellenlänge bestimmen. Bei LED-Spektrometern erfolgt die spektrale Zerlegung in der Lichtquelle und der Detektor ist breitbandiger ausgeführt.
[0010] Die AT 510 631 B1 beschreibt ein solches Spektrometer, bei dem mehrere, durch Leuchtdioden gebildete Lichtquellen vorgesehen sind. Auch die WO 2009/050081 A2 beschreibt ein Spektrometer mit einem Array mehrerer Leuchtdioden.
[0011] Leuchtdioden haben typischerweise ein Wellenlängenband in der Breite +/-20 nm (Full width half maximum, FWHM). Das ist in vielen Fällen schmal genug für eine ausreichend genaue Messung der Absorption. Insbesondere Leuchtdioden mit einem Emissionsmaximum im tiefen UV Bereich <300 nm sind in den letzten Jahren auf den Markt gekommen und weisen eine unangenehme Eigenschaft auf. Sie besitzen eine zusätzliche Verbreiterung des Emissionsspektrums in Richtung des sichtbaren Lichtes. Die betrifft besonders LEDs deren Maximum noch etwas tiefer in der Gegend von 254 nm liegt. Diese Leuchtdioden haben bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm noch immer eine Emission von ca. 10'3 der maximalen Emission bei 254 nm.
[0012] Das beschriebene Problem kann durch die Verwendung optischer Filter, welche vor die jeweilige Leuchtdiode gesetzt werden, begrenzt oder vermieden werden. Die Kosten derartiger Filter sind jedoch nicht zu vernachlässigen, insbesondere bei den üblicherweise sehr kostengünstig aufgebauten LED-Spektrometern. Darüber hinaus ist bei miniaturisierten Spektrometern mit einer Anordnung mehrerer Leuchtdioden die Anbringung eines optischen Fiters vor der jeweiligen Leuchtdiode ungünstig bzw. schwierig oder es wird das optische Filter über sämtliche Leuchtdioden angeordnet, wodurch auch das Licht der Leuchtdioden anderer Wellenlängen unnötigerweise gefiltert wird.
[0013] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines oben genannten Spektrometers auf LED-Basis und eines oben genannten spektroskopischen Untersuchungsverfahrens mit verbesserter Messgenauigkeit und Linearität. Der dafür notwendige Aufwand soll möglichst gering sein. Nachteile bekannter Spektrometer und Verfahren sollen vermieden oder zumindest reduziert werden.
[0014] Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein oben genanntes Spektrometer, bei dem zum Ausgleich der Nichtlinearität des Spektrums der Absorption zumindest eine Leuchtdiode ein Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge besitzt, die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz zwischen 1 und 5 nm unterhalb der Messwellenlänge liegt. Beim erfindungsgemäßen Spektrometer wird also bewusst eine Leuchtdiode als Lichtquelle eingesetzt, deren Emissionsmaximum nicht bei der gewünschten Messwellenlänge, sondern etwas darunter liegt. Damit wird quasi der spektrale Schwerpunkt des Emissionsspektrums genau auf die gewünschte Wellenlänge verschoben. Das Maximum des Emissionsspektrums liegt somit an einer Stelle des Absorptionsspektrums, an der die Absorption höher ist als bei der Messwellenlänge. Dadurch wird erreicht, dass der oben beschriebene Effekt, der durch die oben beschriebene asymmetrische Intensitätsverteilung der Leuchtdiode resultiert, zum Teil ausgeglichen wird.
Erfahrungsgemäß eignet sich eine Wellenlängendifferenz zwischen 1 und 5 nm insbesondere bei Verwendung von Leuchtdioden im ultravioletten Wellenlängenbereich besonders. Die Erfindung ist durch entsprechende Auswahl der Leuchtdioden besonders einfach und kostengünstig umsetzbar.
[0015] Da das oben beschriebene Problem der Nichtlinearität insbesondere im UV-Bereich auftritt, eignet sich die vorliegende Erfindung besonders bei einer Messwellenlänge im unteren Ultraviolettbereich zwischen 200 nm und 280 nm, insbesondere bei 254 nm. In diesem Wellenlängenbereich können insbesondere organische Verbindungen in Flüssigkeiten, insbesondere Gewässern, optimal nachgewiesen und untersucht werden.
[0016] Die vorgegebene Wellenlängendifferenz zwischen der Messwellenlänge und der Wellenlänge der Leuchtdiode, bei der das Emissionsmaximum liegt, beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 5 nm. Erfahrungsgemäß eignet sich eine derartige Wellenlängendifferenz, insbesondere bei Verwendung von Leuchtdioden im ultravioletten Wellenlängenbereich, besonders.
[0017] Vor der zumindest einen Leuchtdiode kann zumindest eine Optik zum Bündeln der Lichtstrahlen angeordnet sein. Dadurch können die von der Leuchtdiode ausgestrahlten Lichtstrahlen zum Sendefenster hin entsprechend gebündelt werden. Hinter der Optik werden die gesendeten Lichtstrahlen im Wesentlichen parallel zueinander durch das zu messende Fluid geführt.
[0018] Vor dem Detektor kann ebenfalls eine Optik und/oder eine Blende angeordnet sein. Entsprechend ausgebildete Optiken oder Blenden sorgen dafür, dass die Lichtstrahlen nach dem Durchtritt durch das Fluid in optimaler Weise auf den Detektor auftreffen.
[0019] Die Lichtquelle kann mehrere Leuchtdioden umfassen, wobei die Leuchtdioden Emissi-onsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen können. Auf diese Weise können in einem Spektrometer mehrere Messwellenlängen realisiert werden, wobei je nach Ausprägung der oben beschriebenen Nichtlinearität auch unterschiedliche Wellenlängendifferenzen bei den verwendeten Leuchtdioden gegenüber der jeweiligen Messwellenlängen zum Einsatz kommen können.
[0020] Als Leuchtdiode im Ultraviolettbereich eignen sich besonders AIGaN- oder AlInN-Leucht-dioden. Derartige Materialien haben sich für Leuchtdioden im Ultraviolettbereich als besonders geeignet herausgestellt. Die AlInN-Leuchtdioden zeichnen sich durch eine höhere Lichtausbeute und eine höhere Lebensdauer gegenüber den AIGaN-Leuchtdioden aus.
[0021] Für die Untersuchung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten ist das Gehäuse vorzugsweise wasserdicht ausgebildet. Wie bereits oben erwähnt, ist insbesondere bei flüssigen Medien ein nichtlineares Absorptionsspektrum zu erwarten, weshalb sich das erfindungsgemäße Spektrum besonders beim Einsatz in Flüssigkeiten auszeichnet.
[0022] In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass zum Ausgleich der Nichtlinearität des Spektrums der Absorption zumindest eine Leuchtdiode verwendet wird, deren Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge liegt, die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz zwischen 1 bis 5 nm unterhalb der Messwellenlänge liegt. Zu den dadurch erzielbaren Vorteilen wird auf die obige Beschreibung des Spektroskops verwiesen.
[0023] Das Fluid wird vorzugsweise bei einer gewünschten Messwellenlänge im unteren Ultraviolettbereich zwischen 200 nm und 280 nm, insbesondere bei 254 nm untersucht.
[0024] Gemäß einem weiteren Merkmal wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Leuchtdiode verwendet, deren Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge liegt, die um eine Wellenlängendifferenz zwischen 1 bis 5 nm unterhalb der Messwellenlänge liegt.
[0025] Das ausgesendete Licht der zumindest einen Leuchtdiode kann mit Hilfe zumindest einer Optik gebündelt werden.
[0026] Das empfangene Licht kann weiters vor dem zumindest einem Detektor mit einer Optik und/oder einer Blende gebündelt bzw. gelenkt werden.
[0027] Es können mehrere Leuchtdioden als Lichtquelle verwendet werden, wobei Leuchtdioden mit Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden können.
[0028] Insbesondere AIGaN- oder AlInN-Leuchtdioden eigenen sich im Ultraviolettbereich.
[0029] Vorzugsweise werden mit dem spektroskopischen Verfahren die Inhaltsstoffe einer Flüssigkeit, insbesondere eines Gewässers, untersucht.
[0030] Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
[0031] Darin zeigen: [0032] Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Spektrometers; [0033] Fig. 2 ein typisches Emissionsspektrum einer Leuchtdiode im unteren ultravioletten
Wellenlängenbereich; [0034] Fig. 3 die typische Form verschiedener Absorptionsspektren von flüssigen Medien, insbesondere Wässern; [0035] Fig. 4 die Gegenüberstellung der gemessenen Absorption zur realen Absorption im
Idealfall (A) und im Realfall (B); [0036] Fig. 5 das Emissionsspektrum einer erfindungsgemäß eingesetzten Leuchtdiode im unteren ultravioletten Wellenlängenbereich; und [0037] Fig. 6 die Gegenüberstellung der gemessenen Absorption zur realen Absorption im
Idealfall (A), im Realfall ohne erfindungsgemäßes Verfahren (B), beim Einsatz von Filtern (C) und beim erfindungsgemäßen Einsatz von Leuchtdioden mit verschobenem Emissionsmaximum (D).
[0038] Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Spektrometers 1, insbesondere einer spekt-rometrischen Sonde, die in das zu untersuchende Fluid 2 eingebracht bzw. eingetaucht wird, in welchem bei einer bestimmten Messwellenlänge Am die Absorption α eines bestimmten Inhaltsstoffes des Fluids 2 gemessen werden soll. Innerhalb eines Gehäuses 3 sind zumindest eine Lichtquelle 4 und zumindest ein Detektor 5 angeordnet. Das Licht der Lichtquelle 4 wird allenfalls über eine Optik 6 durch ein Sendefenster 7 in das zu untersuchende Fluid 2 und über ein Empfangsfenster 8 und eine allfällige Optik 9 zum Detektor 5 gerichtet. Allenfalls kann vor dem zumindest einen Detektor 5 auch eine Blende 11 angeordnet sein. Aus dem Verhältnis der Intensität des durch den Detektor 5 empfangenen Lichts und der Intensität des von der Lichtquelle 4 ausgesandten Lichts, kann über das Beer-Lambert’sche Gesetz auf die Konzentration bestimmter Inhaltsstoffe im Fluid 2 rückgeschlossen werden. Neben dem durch das zu messende Fluid 2 gerichteten Messstrahl kann auch eine Kompensationsmessung durchgeführt werden, bei der das Licht von der Lichtquelle 4 zum Detektor 5 ohne Durchtritt durch das Fluid 2 geführt wird (Zweistrahl-Spektrometer).
[0039] Beim erfindungsgemäßen Spektrometer 1 ist die Lichtquelle 4 durch zumindest eine Leuchtdiode 10 gebildet, welche üblicherweise ein schmalbandiges Emissionsspektrum aufweist. Beispielsweise zeigt Fig. 2 das Emissionsspektrum einer Leuchtdiode im unteren ultravioletten Wellenlängenbereich, hier mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge λ = 254 nm, welche besonders für die Untersuchung von organischen Stoffen in Wässern geeignet ist. Wie bereits oben erwähnt, haben derartige Leuchtdioden den Nachteil eines asymmetrischen Emissionsspektrums, da sie auch im höheren Wellenlängenbereich eine deutliche Abstrahlung (beispielsweise von 10'3 der maximalen Emission bzw. Intensität bei λ = 254 nm). Dadurch wird die Messgenauigkeit stark negativ beeinflusst. Dies wird insbesondere durch die typische Form eines Absorptionsspektrums von Flüssigkeiten begünstigt. Fig. 3 zeigt beispielsweise typische Verläufe von Absorptionsspektren von Flüssigkeiten, insbesondere Gewässern, wobei im ultravioletten Wellenlängenbereich eine sehr stark ansteigende Absorption α zu verzeichnen ist, welche im sichtbaren Bereich bei ca. 400 nm Wellenlänge geringer ausgebildet ist. Das bedeutet, dass Licht bei einer Wellenlänge von 254 nm deutlich stärker absorbiert wird als Licht im sichtbaren Bereich oberhalb von 400 nm. Mit steigender Absorption bei 254 nm wird der Anteil des Lichts im sichtbaren Bereich also relativ größer und verfälscht die Messung, da die gemessene Lichtenergie nicht so stark abfällt, wie sie es durch die steigende Absorption α bei 254 nm tun sollte. Dadurch wird die tatsächliche Absorption α vom Spektrometer üblicherweise unterschätzt.
[0040] Dies zeigt sich in der schematischen Fig. 4, welche die gemessene Absorption am, welche mit der realen Absorption ar gegenüberstellt. Die strichlierte Kurve A zeigt den Idealfall, gemäß dem die gemessene Absorption am der realen Absorption ar entspricht. Die durchgezogene Kurve B zeigt den realen Fall, gemäß dem die gemessene Absorption am bei steigenden Absorptionswerten schwächer ausfällt.
[0041] Um diesen negativen Effekt zu vermeiden, werden optische Filter vor die Leuchtdioden angeordnet, die nur einen begrenzten Teil des Emissionsspektrums der jeweiligen Leuchtdiode rund um die gewünschte Wellenlänge der Leuchtdiode mit dem Emissionsmaximum durchlassen. Derartige Bandpassfilter begrenzen somit den Emissionsbereich der jeweiligen Leuchtdiode auf einen gewünschten Bereich und erhöhen somit die Messgenauigkeit. Nachteilig dabei sind jedoch die nicht unerheblichen Kosten derartiger Filter, welche insbesondere bei den kostengünstigen LED-basierten Spektrometern besonders in Gewicht fallen. Darüber hinaus ist die Anbringung von optischen Filtern vor den Detektoren ungünstig, da das Licht auch der anderen Leuchtdioden mit anderen Wellenlängen durch die Filter abgeschwächt werden. Eine Lösung wären noch aufwendigere und somit noch teurere optische Filter, welche mehrere Wellenlängenbänder durchlassen und Wellenlängenbereiche dazwischen blockieren. In mechanischer Hinsicht ist die Anbringung eines Filters nur vor den jeweiligen Leuchtdioden ebenfalls eine große Herausforderung, welche bei miniaturisierten Spektrometern kaum zu bewältigen ist.
[0042] Fig. 5 zeigt nun die erfindungsgemäße Lösung, gemäß der eine Leuchtdiode mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge AL aufweist, die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz ΔΑ unterhalb der Messwellenlänge Am liegt. Im dargestellten Beispiel gemäß Fig. 5 wird ein Emissionsspektrum einer Leuchtdiode mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge von etwa 240 nm gezeigt. Im unteren Ultraviolettbereich liegt die optimale Wellenlängendifferenz AK bei 1 bis 5 nm. Es wird nun für die Messung der Absorption bei einer bestimmten gewünschten Messwellenlänge Am eine Leuchtdiode verwendet, deren Emissionsmaximum bewusst nicht bei dieser gewünschten Messwellenlänge Am liegt, sondern etwas darunter. Damit wird der spektrale Schwerpunkt des Emissionsspektrums genau auf die gewünschte Wellenlänge verschoben. Das Maximum des Emissionsspektrums der Leuchtdiode AL liegt an einer Stelle des Absorptionsspektrums, an der die Absorption α höher ist als an der Stelle, die eigentlich gemessen werden soll, bei der jeweiligen Messwellenlänge Am. Dadurch wird erreicht, dass der unterschätzende Effekt bei der Messung zum Teil ausgeglichen wird. Der dafür notwendige Aufwand ist besonders gering.
[0043] Fig. 6 zeigt eine Gegenüberstellung der gemessenen Absorption am zur realen Absorption ar bei den verschiedenen Varianten, nämlich: [0044] A im Idealfall, [0045] B im Normalfall ohne den Einsatz von Filtern oder der Verwendung von Leuchtdio den mit verschobenem Emissionsmaximum, [0046] C bei der Verwendung optischer Filter und [0047] D mit der erfindungsgemäßen Verwendung von Leuchtdioden mit gegenüber der
Messwellenlänge verschobenem Emissionsmaximum.
[0048] Die vorliegende Erfindung zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus, weshalb sie insbesondere bei kostengünstigen LED-basierten Spektrometern vorteilhaft zur Anwendung kommt.

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    1. Spektrometer (1) zur Untersuchung der Inhaltsstoffe eines Fluids (2) durch Erfassung der Absorption (a) bei einer gewünschten Messwellenlänge (Am), mit einem Gehäuse (3) mit darin angeordneter Lichtquelle (4), welche aus zumindest einer Leuchtdiode (10) gebildet ist, und zumindest einem darin angeordneten Detektor (5), wobei das Licht der Lichtquelle (4) durch ein Sendefenster (7) durch das zu untersuchende Fluid (2) und durch ein Empfangsfenster (8) zu dem zumindest einen Detektor (5) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Nichtlinearität des Spektrums der Absorption (a) zumindest eine Leuchtdiode (10) ein Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge (AL) besitzt, die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz (Δλ) zwischen 1 und 5 nm unterhalb der Messwellenlänge (Am) liegt.
  2. 2. Spektrometer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwellenlänge (Am) im unteren Ultraviolettbereich zwischen 200 nm und 280 nm, insbesondere bei 254 nm liegt.
  3. 3. Spektrometer (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der zumindest einen Leuchtdiode (9) zumindest eine Optik (6) zum Bündeln der Lichtstrahlen angeordnet ist.
  4. 4. Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Detektor (5) eine Optik (9) und/oder Blende (11) angeordnet ist.
  5. 5. Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) mehrere Leuchtdioden (10) umfasst.
  6. 6. Spektrometer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (10) Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen (AL) aufweisen.
  7. 7. Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Leuchtdiode (10) durch eine AIGaN-Leuchtdiode oder AlInN-Leuchtdiode gebildet ist.
  8. 8. Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) wasserdicht ausgebildet ist.
  9. 9. Verfahren zum Untersuchen der Inhaltsstoffe eines Fluids (2) durch spektroskopische Erfassung der Absorption (a) bei einer gewünschten Messwellenlänge (Am), wobei das Licht einer durch zumindest eine Leuchtdiode (10) gebildeten Lichtquelle (4) durch ein Sendefenster (7) durch das zu untersuchende Fluid (2) und durch ein Empfangsfenster (8) zu zumindest einem Detektor (5) geführt wird, und aus der detektierten Lichtstärke und der ausgesendeten Lichtstärke die Absorption (a) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der Nichtlinearität des Spektrums der Absorption (a) zumindest eine Leuchtdiode (10) verwendet wird, deren Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge (AL) liegt, die um eine vorgegebene Wellenlängendifferenz (Δλ) zwischen 1 bis 5 nm unterhalb der Messwellenlänge (Am) liegt.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (2) bei einer gewünschten Messwellenlänge (Am) im unteren Ultraviolettbereich zwischen 200 nm und 280 nm, insbesondere bei 254 nm untersucht wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgesendete Licht der zumindest einen Leuchtdiode (9) mit Hilfe zumindest einer Optik (6) gebündelt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht vor dem zumindest einem Detektor (5) mit einer Optik (9) und/oder Blende (11) gebündelt bzw. gelenkt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leuchtdioden (10) verwendet werden.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtdioden (10) mit Emissionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen (λ,_) verwendet werden.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Leuchtdioden (10) AlGaN-Leuchtdioden oder AlInN-Leuchtdioden verwendet werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Inhaltsstoffe einer Flüssigkeit untersucht werden. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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WO2015175906A1 (en) * 2014-05-15 2015-11-19 Brigham Young University Low-power miniature led-based uv absorption detector with low detection limits for capillary liquid chromatography

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