AT526372A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Verschmutzung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Verschmutzung eines Seitenfensters (5) einer eine fluidische Probe mit dispergierten Partikeln (12) enthaltenden Kammer (2). Um eine Verschmutzung auf besonders einfache und gleichzeitig genaue Weise bestimmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Partikel (12) mit Licht, insbesondere mit einem Laser (6), durch ein Eintrittsfenster (7) der Kammer (2) bestrahlt werden, wobei mit dem Licht eine Kraft auf die Partikel (12) ausgeübt wird, welche Kraft eine insbesondere von einer Größe der Partikel (12) abhängige Bewegung der Partikel (12) beeinflusst, wobei die Bewegung der Partikel (12) mit einer außerhalb der Kammer (2) angeordneten Kamera (10) anhand eines durch das Seitenfenster (5) tretenden Streulichtes (9) der Partikel (12) erfasst wird, wobei eine Größe der Partikel (12) über eine Geschwindigkeit der Partikel (12) ermittelt wird, wonach anhand einer Intensität des auf die Partikel (12) wirkenden Lichtes und der ermittelten Größe der Partikel (12) eine Sollstreulichtintensität berechnet wird, wonach die Sollstreulichtintensität mit einer gemessenen Iststreulichtintensität verglichen und anhand einer Differenz der Sollstreulichtintensität von der Iststreulichtintensität die Verschmutzung des Seitenfensters (5) bestimmt wird. Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Analysieren einer fluidischen Probe mit dispergierten Partikeln (12), aufweisend eine Kammer (2) mit einem Seitenfenster (5), einem Eintrittsfenster (7), einer Lichtquelle, insbesondere einem Laser (6), einer Kamera (10), mit welcher durch das Seitenfenster (5) tretendes Streulicht (9) erfassbar ist, und einer mit der Kamera (10) verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung.

Description

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Verfahren zur Bestimmung einer Verschmutzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Verschmutzung eines Seitenfensters einer eine fluidische Probe mit dispergierten Partikeln enthaltenden
Kammer.
Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Analysieren einer fluidischen Probe mit dispergierten Partikeln, aufweisend eine Kammer mit einem Seitenfenster, einem Eintrittsfenster, einer Lichtquelle, insbesondere einem Laser, einer Kamera, mit welcher durch das Seitenfenster tretendes Streulicht erfassbar ist, und einer mit der Kamera
verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, Partikel einer fluidischen Probe mittels optofluidischer Kraftinduktion, welche gebräuchlicher als OptoFluidic Force Induction (OF2i) bezeichnet wird, zu analysieren, indem mit einer Lichtquelle, üblicherweise mit einem Laser, auf Partikel einer fluidischen Probe eine Kraft aufgebracht und eine Geschwindigkeit der Partikel gemessen wird, sodass anhand der Geschwindigkeit der Partikel und des bekannten Zusammenhangs zwischen einer Intensität des mit der Lichtquelle aufgebrachten Lichtes und der Größe der Partikel auf
eine Partikelgröße geschlossen werden kann.
Weiter ist aus dem Dokumente EP 1 096 248 A2 ein Verfahren zur Messung einer Konzentration einer Lösung bekannt geworden, wobei übertragene Lichtintensitäten gemessen werden. Das Dokument EP 1 102 059 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung eines gestreuten Lichts, das entsteht, wenn sich ein Licht durch ein Inneres einer zu detektierenden Lösung ausbreitet. Aus dem Dokument DE 10 2017 204 037 A1 ist ein
optischer Sensor mit einem Belagssensor bekannt geworden.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingang genannten Art sind beispielsweise aus dem Dokument WO 2019/002286 A1 bekannt geworden. Bei einer entsprechenden Vorrichtung werden Partikel mit der fluidischen Probe entlang einer Strömungsrichtung durch eine Kammer bewegt, wobei etwa entlang der Strömungsrichtung oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung mit einem Laser, welcher durch ein stirnseitiges
Fenster in die Kammer eingekoppelt wird, eine Kraft auf die Partikel in Strömungsrichtung
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bzw. entgegen der Strömungsrichtung aufgebracht wird. Eine Bewegung der Partikel in Strömungsrichtung bzw. entgegengesetzt zur Strömungsrichtung wird dabei mit einer
Kamera durch ein Seitenfenster der Kammer erfasst.
Durch dieses Seitenfenster können mittels Spektroskopie auch weitere Eigenschaften der
Partikel analysiert werden.
Es hat sich gezeigt, dass mit zunehmender Betriebsdauer der entsprechenden Vorrichtung das Seitenfenster aufgrund der in der fluidischen Probe bzw. der Suspension transportieren Partikel verschmutzt, sodass die Qualität der spektroskopisch ermittelten
Daten sinkt.
Hier setzt die Erfindung an. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine Verschmutzung eines entsprechenden Seitenfensters auf einfache Weise bestimmbar ist. Über die dadurch ermittelte Verschmutzung kann dann entweder ein
Messergebnis korrigiert oder entschieden werden, das Seitenfenster zu reinigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Partikeln mit Licht, insbesondere mit einem Laser, durch ein Eintrittsfenster der Kammer bestrahlt werden, wobei mit dem Licht eine Kraft auf die Partikel ausgeübt wird, welche Kraft eine insbesondere von einer Größe der Partikel abhängige Bewegung der Partikel beeinflusst, wobei die Bewegung der Partikel mit einer außerhalb der Kammer angeordneten Kamera anhand eines durch das Seitenfenster tretenden Streulichtes der Partikel erfasst wird, wobei eine Größe der Partikel über eine Geschwindigkeit der Partikel ermittelt wird, wonach anhand einer Intensität des auf die Partikel wirkenden Lichtes und der ermittelten Größe der Partikel eine Sollstreulichtintensität berechnet wird, wonach die Sollstreulichtintensität mit einer gemessenen Iststreulichtintensität verglichen und anhand einer Differenz der Sollstreulichtintensität von der Iststreulichtintensität die Verschmutzung des
Seitenfensters bestimmt wird.
Als fluidische Probe mit dispergierten Partikeln wird hier insbesondere eine Flüssigkeit
oder ein Gas mit darin verteilten Partikeln verstanden. Natürlich könnte die fluidische
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Probe auch ein entsprechendes Gemisch aus einem Gas und einer Flüssigkeit mit
Partikeln enthalten oder aus einem solchen Gemisch bestehen.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich über eine Geschwindigkeit der Partikel und eine bekannte Lichtintensität, welche auf die Partikel wirkt, unmittelbar eine Sollstreulichtintensität ableiten lässt, welche angibt, wie intensiv das Streulicht der Partikel durch das Seitenfenster sein müsste, sodass sich eine Verschmutzung des Seitenfensters unmittelbar aus der Geschwindigkeit der Partikel, der Intensität des Lichtes, mit welchem die Partikel bestrahlt werden, und einer beispielsweise mit der Kamera ermittelten Iststreulichtintensität ergibt, welche Iststreulichtintensität im Wesentlichen der Sollstreulichtintensität abgeschwächt um eine durch die Verschmutzung des
Seitenfensters bewirkte Intensitätsreduktion entspricht.
Die auf diese Weise hochpräzise ermittelte Verschmutzung des Seitenfensters kann in weiterer Folge dazu genutzt werden, über eine Reinigung des Seitenfensters zu entscheiden und/oder ein Messergebnis entsprechend zu korrigieren, welches anhand des durch das Seitenfenster tretenden Streulichtes erfasst wird, insbesondere ein Messergebnis in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften der Partikel wie
beispielsweise eine Zusammensetzung, ein Gewicht, eine Größe und dergleichen.
Zur Bestimmung der Partikelgröße anhand der auf die Partikel wirkenden Lichtintensität und der Geschwindigkeit der Partikel kann auf aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zurückgegriffen werden. In der Regel wird die fluidische Probe durch die Kammer bewegt. Es versteht sich, dass in diesem Fall in die Beurteilung der Bewegung der Partikel aufgrund des auf die Partikel wirkenden Lichtes auch die Strömungseigenschaften der Probe eingehen, sodass dann beispielsweise eine Relativgeschwindigkeit der Partikel relativ zur Strömung relevant für eine Beurteilung
einer Größe der Partikel sein kann.
Es hat sich bewährt, dass eine Intensität des in das Rohr eingekoppelten Lichtes, insbesondere eines eingekoppelten Lasers, kontinuierlich bestimmt wird, um anhand dieser Intensität die Sollstreulichtintensität zu berechnen. Auf diese Weise kann ein
Einfluss einer Verschmutzung eines Eintrittsfensters, durch welches der Laser in die
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Kammer eingekoppelt wird, ebenfalls beurteilt werden, sodass eine Verschmutzung des
Seitenfensters noch genauer bestimmbar ist.
Besonders günstig ist es, wenn die Intensität mittels eines Sensors bestimmt wird, welcher außerhalb des Rohres angeordnet ist und auf welchen das Licht, insbesondere der Laser, trifft, nachdem dieses das Eintrittsfenster, das Rohr und ein dem Eintrittsfenster
gegenüberliegendes Austrittsfenster passiert hat.
Eine Intensität des von der Lichtquelle abgegebenen Lichtes, insbesondere eines Lasers, mit welchem die Partikel in der Kammer bestrahlt werden, ist üblicherweise bekannt, beispielsweise anhand einer Nennleistung der Lichtquelle bzw. des Lasers. Durch Erfassung der Intensität, welche das Licht bzw. der Laser nach einem Passieren von Eintrittsfenster, der fluidischen Probe in der Kammer und dem Austrittsfenster noch hat, kann mit sehr hoher Genauigkeit eine Verschmutzung von Eintrittsfenster und Austrittsfenster ermittelt werden. Üblicherweise sind Eintrittsfenster und Austrittsfenster in demselben Maße von einer Verschmutzung betroffen und sind optische Eigenschaften der Probe bekannt, sodass eine Verschmutzung des Eintrittsfensters bei Kenntnis einer Intensitätsabnahme des Lichtes von der Lichtquelle bis zum Sensor leicht erfasst werden kann. Beispielsweise kann von einer gesamten Intensitätsabnahme hierzu die auf die durch die fluidische Probe, üblicherweise ein Partikel enthaltendes Fluid bzw. eine Suspension, entfallende Intensitätsabnahme abgezogen und der verbleibende Teil der Intensitätsabnahme gleichmäßig auf Eintrittsfenster und Austrittsfenster aufgeteilt werden,
um die Verschmutzung dieser beiden Fenster zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt bei einem Verfahren zum Analysieren einer fluidischen Probe eingesetzt, um eine hohe Qualität der Analyse unabhängig von einer Verschmutzung des Seitenfensters erreichen zu können. In dem Zusammenhang ist es günstig, wenn bei einem Verfahren zum Analysieren einer fluidischen Probe mit dispergierten Partikeln in einer Kammer mit einem Seitenfenster, wobei auf die Partikel mit Licht, insbesondere mit einem Laser, eine Kraft ausgeübt wird, wobei eine durch die Kraft beeinflusste Bewegung der Partikel durch das Seitenfenster mittels einer Kamera erfasst und die Partikelgröße anhand der Bestimmung der Partikel bestimmt wird, eine Verschmutzung des Seitenfensters mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt
wird und diese Verschmutzung bei einer Analyse der Partikel berücksichtigt wird.
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Es kann dann beispielsweise bei einer Analyse der Iststreulichtintensität, welche mit der Kamera durch das Seitenfenster erfasst wird, berücksichtigt werden, dass diese Iststreulichtintensität bereits durch die Verschmutzung des Seitenfensters verringert ist, sodass diese ohne die Verschmutzung des Seitenfensters um einen bestimmbaren Betrag höher wäre. Entsprechend kann beispielsweise für eine Spektralanalyse ein Korrekturfaktor zur Anwendung gelangen, welcher diese Verschmutzung berücksichtigt. Darüber hinaus kann das Verfahren natürlich auch in der Weise durchgeführt werden, dass bei einem bestimmten Verschmutzungsgrad, welcher mit einem erfindungsgemäß en
Verfahren ermittelt wird, eine Reinigung des Seitenfensters durchgeführt wird.
Das Verfahren wird bevorzugt in der Weise ausgeführt, dass eine fluidische Probe mit Partikeln analysiert wird, welche eine Partikelgröße von 20 nm bis 500 nm aufweisen. Die weiteren Merkmale des Verfahrens können in sinngemäßer Anwendung der Lehre des Dokumentes WO 2019/002286 A1 ausgebildet sein, welches Dokument hiermit über
Verweis vollinhaltlich miteinbezogen ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kammer einen Querschnitt mit einer Erstreckung normal zu einer Strömungsrichtung von weniger als 10 mm, insbesondere 0,5 mm bis 3 mm, aufweist, wenngleich das Verfahren natürlich auch mit größeren oder kleineren
Kammern umsetzbar ist.
Besonders günstig ist es, wenn die Kammer normal zu einer Strömungsrichtung einen etwa kreisrunden Querschnitt aufweist. Dadurch ergeben sich besonders vorteilhafte Strömungsverhältnisse. Die Kammer kann entlang einer Strömungsrichtung einen zylindrischen oder auch einen kegelförmigen bzw. einen konstanten oder sich ändernden
Querschnitt aufweisen.
Das Verfahren kann grundsätzlich auch mit einer fluidischen Probe durchgeführt werden, welche sich in der Kammer in Ruhe befindet. Bevorzugt ist jedoch, dass das Verfahren eingesetzt wird, um Partikel in einem kontinuierlichen Prozess zu analysieren, wobei eine Suspension bzw. die Probe, welche die Partikel enthält, mit einer Strömungsgeschwindigkeit durch die Kammer bewegt wird. Bei Beurteilung der Größe der Partikel wird dann natürlich die Relativgeschwindigkeit der Partikel relativ zur Flüssigkeit
bestimmt, welche Relativgeschwindigkeit durch den auf die Partikel wirkenden Laser
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bewirkt ist. Als besonders günstig hat es sich in diesem Zusammenhang erwiesen, wenn die Probe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 mm/s bis 100 mm/s,
insbesondere 0,2 mm/s bis 10 mm/s, durch die Kammer bewegt wird.
Die weitere Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, dass eine Sollstreulichtintensität berechnet und diese mit einer gemessenen Iststreulichtintensität verglichen werden kann,
um die Verschmutzung zu bestimmen.
Bevorzugt ist bei einer entsprechenden Vorrichtung eine Druckaufbringeinrichtung vorgesehen, mit welcher die fluidische Probe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 mm/s bis 100 mm/s insbesondere 0,2 mm/s bis 10 mm/s, durch die Kammer transportierbar ist. Dadurch werden für eine genaue Messung günstige Strömungsverhältnisse erreicht. Eine Größe der Partikel kann dann über einen Unterschied zwischen einer Geschwindigkeit der Partikel und einer Geschwindigkeit der fluildischen Probe innerhalb der Kammer ermittelt werden, welcher mit der Kamera über
das von den Partikeln abgestrahlte Streulicht erfassbar ist.
Günstig ist es, wenn das Eintrittsfenster etwa normal zu einer Strömungsrichtung der Probe in einem Bereich des Seitenfensters ausgerichtet ist. Dadurch wird eine besonders gute Einkopplung des Lichtes bzw. eines Lasers in die Kammer in jenem Bereich erreicht, welcher für eine Analyse der Partikel besonders relevant ist, also im Bereich des
Eintrittsfensters.
Um eine Verschmutzung des Eintrittsfensters besonders genau und einfach bestimmen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass ein dem Eintrittsfenster gegenüberliegendes
Austrittsfenster vorgesehen ist, welches bevorzugt etwa parallel zum Eintrittsfenster ist.
Die Kammer kann somit beispielsweise durch ein Rohr gebildet sein, welches ein Eintrittsfenster und ein zum Eintrittsfenster paralleles Austrittsfenster aufweist, wobei zwischen Eintrittsfenster und Austrittsfenster ein Analyseabschnitt des Rohres mit einer
Rohrachse angeordnet ist, welche üblicherweise normal zu Eintrittsfenster und
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Austrittfenster ist und welcher Analyseabschnitt das Seitenfenster aufweist, durch welches in diesem Analyseabschnitt des Rohres befindliche Partikel mit der Kamera erfassbar sind, wobei die Kamera bevorzugt derart auf den Analyseabschnitt ausgerichtet ist, dass
eine optische Achse der Kamera normal auf die Rohrachse im Analyseabschnitt ist.
An das Eintrittsfenster angrenzend ist in der Regel ein durch ein Rohr oder dergleichen gebildeter Einlassabschnitt der Kammer vorgesehen, durch welchen die fluidische Probe in den Analyseabschnitt geleitet wird, in welchem die Analyse erfolgt. Eine Achse des Einlassabschnittes kann grundsätzlich unter einem beliebigen Winkel zur Kammer bzw. der Rohrachse im Analyseabschnitt ausgerichtet sein, beispielsweise unter einem Winkel
von etwa 60 Grad.
An das Austrittsfenster angrenzend ist üblicherweise ein durch ein Rohr oder dergleichen gebildeter Auslassabschnitt der Kammer vorgesehen, durch welchen die fluidische Probe aus dem Analyseabschnitt geleitet wird, nachdem diese analysiert wurde. Eine Achse des Auslassabschnittes kann grundsätzlich unter einem beliebigen Winkel zur Kammer bzw. zu einer Rohrachse der Kammer im Analyseabschnitt ausgerichtet sein, beispielsweise
unter einem Winkel von etwa 60 Grad.
In der Regel sind Einlassabschnitt und Auslassabschnitt unter ähnlichen oder identen Winkeln relativ zu einer Rohrachse bzw. zu Eintrittsfenster und Austrittsfenster angeordnet, sodass sich ähnliche Strömungsverhältnisse und damit eine vergleichbare Verschmutzung im Bereich von Eintrittsfenster und Austrittsfenster ergeben. Einlassabschnitt und Auslassabschnitt können hierzu entsprechende Rohre aufweisen, sodass sich für die Vorrichtung beispielsweise die Form eines Z ergibt, wobei
Einlassabschnitt und Auslassabschnitt üblicherweise parallel sind.
Üblicherweise ist der Laser derart angeordnet, dass dieser zum Erzeugen eines Laserstrahles eingerichtet ist, welcher auf Eintrittsfenster und Austrittsfenster normal auftrifft. Der Laserstrahl ist bevorzugt etwa parallel zu einer Rohrachse bzw. einer Strömungsrichtung des Fluides im Rohr im Analyseabschnitt. Grundsätzlich könnte der Laserstrahl natürlich auch unter einem von 90 Grad verschiedenen Winkel zu Eintrittsfenster und Austrittsfenster ausgerichtet sein, beispielsweise unter einem Winkel von 30 Grad bis 150 Grad.
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In dem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass außerhalb der Kammer ein Sensor zur Erfassung einer Intensität des Lichtes angeordnet ist, welches das Eintrittsfenster, die Kammer und das Austrittsfenster passiert hat. Über eine in aller Regel bekannte Intensität des Lichtes vor dem Eintrittsfenster sowie die Intensität des Lichtes nach einem Passieren von Eintrittsfenster, Kammer und Austrittsfenster kann dann leicht ein Verschmutzungsgrad von Eintrittsfenster und Austrittsfenster bestimmt werden. Dabei wird in aller Regel davon ausgegangen, dass Eintrittsfenster und Austrittsfenster etwa in gleichem Maße verschmutzt sind. Eine Intensitätsschwächung im Bereich der Kammer durch die fluidische Probe kann rechnerisch anhand optischer Eigenschaften der fluidischen Probe ermittelt werden, welche Eigenschaften
üblicherweise ebenfalls bekannt sind.
Besonders bevorzugt ist die Kammer etwa symmetrisch ausgebildet, sodass eine Strömung im Bereich des Austrittsfensters vergleichbar mit einer Strömung im Bereich des Eintrittsfensters ist, um eine gleichmäßige Verschmutzung von Eintrittsfenster und
Austrittsfenster zu erreichen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich anhand des nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung, auf welche dabei
Bezug genommen wird, zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in
schematischer Ansicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Ansicht. Wie dargestellt weist die Vorrichtung 1 eine Kammer 2 auf, innerhalb welcher eine fluidische Probe mit Partikeln 12 entlang einer Strömungsrichtung 11 von einem Einlass 3 und zu einem Auslass 4 bewegt
wird, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s.
Die Kammer 2 weist dabei einen mit einem Einlass 3 verbundenen Einlassabschnitt 15, einen an den Einlassabschnitt 15 angrenzenden Analyseabschnitt 17 und einen an den Analyseabschnitt 17 angrenzenden und mit einem Auslass 4 verbundenen
Auslassabschnitt 16 auf, sodass die Probe vom Einlass 3 durch den Einlassabschnitt 15,
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den Analyseabschnitt 17, den Auslassabschnitt 16 und den Auslass 4 durch die Kammer 2 transportiert wird. Einlassabschnitt 15, Analyseabschnitt 17 und
Auslassabschnitt 16 können beispielsweise durch Rohre gebildet sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Längsachsen von Einlassabschnitt 15 und Auslassabschnitt 16 unter einem Winkel a von etwa 60 Grad zu einer Rohrachse 14 des Analyseabschnittes 17 ausgerichtet sind, sodass sich für die Kammer 2 die dargestellte Form eines liegenden Z ergibt. Grundsätzlich können Einlassabschnitt 15 und Auslassabschnitt 16 unter beliebigen und gegebenenfalls unterschiedlichen Winkeln a zum Analyseabschnitt 17 ausgerichtet sein, wenngleich zur Erreichung ähnlicher
Strömungsverhältnisse bevorzugt idente Winkel a gewählt werden.
Zur besseren Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Partikel 12 nur in einem Teilbereich der Kammer 2 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass diese gleichmäßig verteilt in der fluidischen Probe enthalten und somit natürlich in der gesamten
Kammer 2 verteilt Partikel 12 angeordnet sind.
In die Kammer 2 ist durch ein Eintrittsfenster 7 ein Laser 6 einkoppelbar, mit welchem Laser 6 eine Kraft bzw. ein Impuls auf Partikel 12 in einer in der Kammer 2 befindlichen
fluidischen Probe aufgebracht werden kann.
Durch eine über diese Kraft bewirkte Bewegung bzw. eine Bewegungsänderung der Partikel 12 in der Kammer 2 kann auf eine Größe der Partikel 12 geschlossen werden, da der auf die Partikel 12 aufgebrachte Impuls, und damit eine Bewegung der Partikel 12 relativ zum Fluid, abhängig von einer Größe der Partikel 12 und einer Intensität des auf
die Partikel 12 wirkenden Lasers 6 bzw. Lichtes ist.
Um eine Bewegung bzw. eine Bewegungsänderung der Partikel 12 erfassen zu können, ist im Analyseabschnitt 17 der Kammer 2, welche hier durch ein Rohr gebildet ist, ein Seitenfenster 5 vorgesehen, durch welches hindurch mit einer außerhalb der Kammer 2 angeordneten Kamera 10 eine Bewegung der Partikel 12 über ein Streulicht 9, welches die Partikel 12 durch das Seitenfenster 5 hindurch an die Kamera 10 senden, erfasst werden kann. Das Seitenfenster 5 ist im Analyseabschnitt des Rohres angeordnet,
welcher zwischen Eintrittsfenster 7 und Austrittsfenster 8 angeordnet ist. In diesem
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Analyseabschnitt ist eine Rohrachse 14 auch normal zu Eintrittsfenster 7 und
Austrittsfenster 8.
Wie ersichtlich ist die Kamera 10 derart auf das Seitenfenster 5 gerichtet, dass eine
optische Achse der Kamera 10 etwa normal auf die Rohrachse 14 im Analyseabschnitt des Rohres hinter dem Seitenfenster 5 ist. Somit ist mit der Kamera 10 eine Bewegung der Partikel 12 entlang der Rohrachse 14 bzw. entlang einer Strömungsrichtung 11 des
Fluides in diesem Analyseabschnitt im Wesentlichen verzerrungsfrei erfassbar.
Mit der Kamera 10 kann somit eine Iststreulichtintensität des durch das Seitenfenster 5 tretenden Streulichtes 9 der einzelnen Partikel 12 erfasst werden. Weiter kann mit der Kamera 10 auch eine Geschwindigkeit der einzelnen Partikel 12 erfasst werden, welche sich durch eine Änderung von einzelnen Lichtpunkten bzw. Lichtstreifen auf einem Sensor 13 der Kamera 10 abbildet.
Über die Geschwindigkeit der einzelnen Partikel 12 kann somit bei Kenntnis der Intensität des Lichtes, welches auf die Partikel 12 wirkt, auf die Größe der Partikel 12 geschlossen werden. Die Größe dieser Partikel 12 in Verbindung mit der Intensität des auf die
Partikel 12 wirkenden Lichtes bzw. des Lasers 6 erlaubt wiederum die Berechnung einer Sollstreulichtintensität, also einer Intensität des Lichtes, welches von den Partikeln 12 auf
das Seitenfenster 5 strahlt.
Die Differenz zwischen dieser Sollstreulichtintensität und der Iststreulichtintensität steigt mit zunehmender Verschmutzung des Seitenfensters 5, sodass mit einer
Datenverarbeitungseinrichtung der Vorrichtung 1, welche mit der Kamera 10 verbunden ist, über die Sollstreulichtintensität und die Iststreulichtintensität auf die Verschmutzung
geschlossen werden kann. Diese Kenntnis über die Verschmutzung des Seitenfensters 5 kann wiederum genutzt werden, um eine hohe Qualität einer Analyse der Partikel 12 unabhängig von einer
Verschmutzung des Seitenfensters 5 zu erreichen.
Um die Intensität des Lichtes bzw. des Lasers 6, welcher auf die Partikel 12 wirkt,
besonders genau bestimmen zu können, ist dem Eintrittsfenster 7 gegenüberliegend ein
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Austrittsfenster 8 vorgesehen, hinter welchem wiederum ein Sensor 13 angeordnet ist, mit welchem eine Intensität des Lichtes bestimmt werden kann, welches das Eintrittsfenster 7, die Kammer 2, und somit die in dieser angeordnete fluidische Probe,
und das Austrittsfenster 8 passiert hat.
Eine Differenz der Intensität des vom Lasers 6 ausgesandten Lichtes und des mit dem Sensor 13 gemessenen Lichtes bzw. der Intensität des Laserstrahles nach dem Passieren von Eintrittsfenster /, Kammer 2 und Austrittsfenster 8 kann im Wesentlichen in drei Verlustquellen gegliedert werden, nämlich erstens einen Verlust durch eine Verschmutzung des Eintrittsfensters 7, zweitens einen Verlust durch eine Intensitätsabschwächung im Bereich der Kammer 2 durch die fluidische Probe und drittens einen Intensitätsverlust durch eine Verschmutzung des Austrittsfensters 8. Eine Verschmutzung durch die fluidische Probe in der Kammer 2 kann vergleichsweise genau berechnet werden, zumal optische Eigenschaften der Probe in aller Regel gut bekannt sind. Eine verbleibende Differenz der Lichtintensität teilt sich bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 1 gleichmäßig auf Eintrittsfenster 7 und Austrittsfenster 8, sodass auch eine Verschmutzung des Eintrittsfensters 7 und des Austrittsfensters 8 gut bestimmt werden kann, welche wie die Verschmutzung des Seitenfensters 5 üblicherweise abhängig von einer Betriebszeit ist und mit zunehmender Betriebszeit
zunimmt, da sich Partikel 12 an den Fenstern anlagern.
Hierzu ist die Vorrichtung 1 üblicherweise etwa symmetrisch ausgebildet, sodass Strömungsverhältnisse im Bereich des Eintrittsfensters 7 Strömungsverhältnissen im Bereich des Austrittsfensters 8 entsprechen und eine etwa synchrone Verschmutzung von Eintrittsfenster 7 und Austrittsfenster 8 erfolgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind hierzu das Eintrittsfenster 7 und das Austrittsfenster 8 etwa parallel und normal zu einer Strömungsrichtung 11 der fluidischen Probe in der Kammer 2 im Bereich des Seitenfensters 5 angeordnet. Dies ermöglicht darüber hinaus eine günstige Übertragung des Lichtes vom Laser 6 in die Kammer 2. Der Laser 6 trifft somit hier etwa normal auf
Eintrittsfenster 7 und Austrittsfenster 8.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren und einer hierzu ausgebildeten Vorrichtung 1
kann eine Verschmutzung eines Fensters bei einem sogenannten OF2i-Verfahren auf
besonders einfache und gleichzeitig hochgenaue Weise erfasst werden, um eine hohe
Analysequalität unabhängig von einer Verschmutzung erreichen zu können.

Claims (10)

15 20 25 30 13 Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Verschmutzung eines Seitenfensters (5) einer eine fluidische Probe mit dispergierten Partikeln (12) enthaltenden Kammer (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (12) mit Licht, insbesondere mit einem Laser (6), durch ein Eintrittsfenster (7) der Kammer (2) bestrahlt werden, wobei mit dem Licht eine Kraft auf die Partikel (12) ausgeübt wird, welche Kraft eine insbesondere von einer Größe der Partikel (12) abhängige Bewegung der Partikel (12) beeinflusst, wobei die Bewegung der Partikel (12) mit einer außerhalb der Kammer (2) angeordneten Kamera (10) anhand eines durch das Seitenfenster (5) tretenden Streulichtes (9) der Partikel (12) erfasst wird, wobei eine Größe der Partikel (12) über eine Geschwindigkeit der Partikel (12) ermittelt wird, wonach anhand einer Intensität des auf die Partikel (12) wirkenden Lichtes und der ermittelten Größe der Partikel (12) eine Sollstreulichtintensität berechnet wird, wonach die Sollstreulichtintensität mit einer gemessenen Iststreulichtintensität verglichen und anhand einer Differenz der Sollstreulichtintensität von der Iststreulichtintensität die
Verschmutzung des Seitenfensters (5) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Intensität des in das Rohr eingekoppelten Lichtes, insbesondere eines eingekoppelten Lasers (6), kontinuierlich bestimmt wird, um anhand dieser Intensität die Sollstreulichtintensität zu
berechnen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität mittels eines Sensors (13) bestimmt wird, welcher außerhalb des Rohres angeordnet ist und auf welchen das Licht, insbesondere der Laser (6), trifft, nachdem dieses das
Eintrittsfenster (7), das Rohr und ein dem Eintrittsfenster (7) gegenüberliegendes
Austrittsfenster (8) passiert hat.
4. Verfahren zum Analysieren einer fluidischen Probe mit dispergierten Partikeln (12) in einer Kammer (2) mit einem Seitenfenster (5), wobei auf die Partikel (12) mit Licht, insbesondere mit einem Laser (6), eine Kraft ausgeübt wird, wobei eine durch die Kraft beeinflusste Bewegung der Partikel (12) durch das Seitenfenster (5) mittels einer Kamera (10) erfasst und die Partikelgröße anhand der Bewegung der Partikel (12)
bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschmutzung des Seitenfensters (5)
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mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bestimmt wird und diese
Verschmutzung bei einer Analyse der Partikel (12) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine fluidische Probe mit Partikeln (12) analysiert wird, welche eine Partikelgröße von 20 nm bis 500 nm
aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) einen Querschnitt mit einer Erstreckung normal zu einer Strömungsrichtung (11) von weniger als 10 mm, insbesondere 0,5 mm bis 3 mm,
aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 mm/s bis 100 mm/s, insbesondere
0,2 mm/s bis 10 mm/s, durch die Kammer (2) bewegt wird.
8. Vorrichtung (1) zum Analysieren einer fluidischen Probe mit dispergierten
Partikeln (12), aufweisend eine Kammer (2) mit einem Seitenfenster (5), einem Eintrittsfenster (7), einer Lichtquelle, insbesondere einem Laser (6), einer Kamera (10), mit welcher durch das Seitenfenster (5) tretendes Streulicht (9) erfassbar ist, und einer mit der Kamera (10) verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 7 eingerichtet ist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckaufbringeinrichtung vorgesehen ist, mit welcher die fluidische Probe mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,01 mm/s bis 100 mm/s, insbesondere 0,2 mm/s bis
10 mm/s, durch die Kammer (2) transportierbar ist.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem
Eintrittsfenster (7) gegenüberliegendes Austrittsfenster (8) vorgesehen ist, welches
bevorzugt etwa parallel zum Eintrittsfenster (7) ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Kammer (2) ein Sensor (13) zur Erfassung einer Intensität des Lichtes angeordnet ist, welches das Eintrittsfenster (7), die Kammer (2) und ein
Austrittsfenster (8) passiert hat.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (2) etwa symmetrisch ausgebildet ist, sodass eine Strömung im Bereich des Austrittsfensters (8) vergleichbar mit einer Strömung im Bereich des
Eintrittsfensters (7) ist, um eine gleichmäßige Verschmutzung von Eintrittsfenster (7) und
10 Austrittsfenster (8) zu erreichen.
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