CH442805A

CH442805A - Verfahren und Einrichtung zum Messen und Registrieren der Absorption elektromagnetischer Strahlung

Info

Publication number: CH442805A
Application number: CH1824166A
Authority: CH
Inventors: Stellan Hjerten Vilhelm Einar
Original assignee: Stellan Hjerten Vilhelm Einar
Priority date: 1965-12-22
Filing date: 1966-12-20
Publication date: 1967-08-31
Also published as: GB1172390A; SE329022B; DE1547332A1; US3505524A; NL6617935A

Description

Verfahren und Einrichtung zum Messen und Registrieren der Absorption elektromagnetischer Strahlung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und Registrieren, der Absorption einer elektromagnetischen Strahlung, z. B. im ultravioletten Bereich, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Anwesenheit und/oder Konzentration einer Substanz in z. B. einer Flüssigkeit kann durch Anwendung einer photometrischen Analysemethode festgestellt wer den, die auf der Tatsache beruht, ! dass die Absorption elektromagnetischer Strahlung in der Substanz bei verschiedenen Frequenzen verschieden ist. Der absorbierte Anteil ändert sich natürlich auch mit Änderungen der Konzentration, der Substanz. Die bis jetzt angewendeten photometrischen Methoden jedoch ergeben Resultate, die nur schwer gedeutet werden können. Die Ursache solcher Schwierigkeiten können z. B. Änderungen der Strahlungsintensität der Strahlungsquelle oder Verschmutzung der Flächen sein, durch die die Strahlung hindurchgehen muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur photometrischen Analyse vorzuschlagen, bei dem die oben erwähnten Grenzen und Nachteile beseitigt sind.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Messen und Registrieren der Absorption einer elektromagnetischen Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung vor oder nach ihrem Durchgang durch die absorbierende Substanz oder den Probekörper durch einen beweglichen Filter geleitet wird und abwechselnd Strahlungsimpulse mit mindestens zwei verschiedenen Frequenzen überträgt, so ;

dass die Strah- lung mit der ersten Frequenz vollständig oder teilweise in der Substanz absorbiert wird, während die Strahlung einer zweiten Frequenz im wesentlichen nicht verändert wird, wobei die so gebildeten Strahlungsimpulse in zwei elektrische Impulsgruppen umgewandelt werden, die den genannten verschiedenen Frequenzen entsprechen, welche Impulsgruppen einem Registriergerät zugeführt werden, das den Quotienten zwischen den Amplituden der Impulse der beiden Gruppen bildet.

Wenn die genannten Amplituden um den gleichen relativen Anteil geändert werden, z. B. als Folge von Änderungen der Ges amtintensität der Strahlungsquelle, bleibt der Quotient konstant, so dass sich die Anzeige nicht ändert.

Um auf einfache Weise eine Prüfung des gesamten Probekörpers, der durch ein rotierendes Rohr gebildet sein kann, zu ermöglichen, kann diesem eine hin und her gehende Bewegung quer zum Strahl gegeben werden.

Ein anderer Vorteil der Bewegung des Probekörpers relativ zum Strahl anstelle des umgekehrten Vorgehens ist der, dass die Strahlungsquelie und der Strahlungsdetektor keinen Vibrationen unterworfen sind.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch Igekenn, zeichnet, dass eine Strahlungsquelle, die innerhalb eines wenigstens zwei verschiedene Frequenzen enthaltenden begrenzten Bereiches elektromagnetische Strahlung aussendet, vorgesehen ist und dass folgende Elemente entlang des Strahlenweges in Reihe angeordnet sind: :

Ein beweg- liches Filter zum Zerhacken des Strahles in eine Reihe von Strahlungsimpulsen, die mindestens zwei verschiedene Frequenzen aufweisen, der Probekörper, ein Strahlendetektor, eine Vorrichtung zur Trennung der vom Strahlendetektor abgeleiteten, Impulse in zwei verschiedene Impulsgruppen und ein Registriergerät zur Quo tientenbildung zwischen den Amplituden der Impulse in den genannten verschiedenen Gruppen.

Eine Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Untersuchungsverfahrens und
Fig. 2 ein Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine Wasserstofflampe 1 sendet innerhalb des ultravioletten Spektrums eine Strahlung aus, die mittels eines
Linsensystems zu parallelen Strahlen gebündelt wird, die anschliessend ein Flüssigkeitsfilter 3 passieren. Die
Strahlung wird mittels eines Metallspiegels 4 um 900 abgelenkt, worauf der Strahl unter Verwendung eines rotierenden, durch einen elektrischen Synchronmotor 8 angetriebenen Filters 5, das aus zwei Hälften 6 und 7 besteht, zerhackt wird. Eine Blende 9 gibt dem Strahl den gewünschten Querschnitt, der gemäss vorliegender Ausführungsform rechteckig ist. Der Strahl wird dann durch einen Probekörper 10 gelenkt, der durch eine rotierende Elektrophorröhre gebildet ist, die Zonen der zu analysierenden Substanzen enthält. Wie aus den Pfeilen in der Zeichnung hervorgeht, wird die Röhre sowohl einer rotierenden als auch einer hin und her gehenden Bewegung im Strahl unterworfen.

Die Aufgabe der ro tierenden Bewegung ist t die Vermeidung von Verf äl- schungen der Probezonen aufgrund von Konvlektions- strömen, die dadurch entstehen, dass die Probe eine Dichte hat, die von der Dichte der umgebenden Lösung abweicht.

Das Gerät und die Strahlungsquelle sind stationär, während die Probe relativ zum Strahl bewegt wird.

Bei gewissen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, anstelle der rotierenden Röhre 10 eine stationäre Durchflussküvette zu verwenden.

Die Röhre ist mit ihren Enden in Lagern 19 und 20 drehbar gelagert. Eines dieser Lager ist mit einem Zahnrad versehen, das mit einem Treibriemen 21 in Eingriff steht. Die Lager 19 und 20 sind auch mit Mitteln 22 versehen, um zwischen den Enden der Röhre eine elektrische Spannung anzulegen.

Bevor der Strahl einen Photomultiplikator 11 erreicht, durchwandert er ein Filter 12, das Licht innerhalb des sichtbaren Spektrums absorbiert. Die Strahlungsimpulse werden im Umwandler 11 in elektrische Impulse umgewandelt und später in ein einen Quotienten bildendes Registriergerät 13 eingeführt, das den relativen Betrag der Absorption utravioletter Strahlung im Probekörper unmittelbar registriert.

Die Funktion der Vorrichtung wird im folgenden anhand des Schaltbildes nach Fig. 2 erklärt.

Wenn der Strahl durch das aus den Hälften 6 und 7 zusammengesetzte Filter geht, wird er in eine Reihe von Strahlungsimpulsen zerhackt. Die tlbertragungs- eigenschaften der Filter 3, 6, 7 und 12 sind so gewählt, dass die Übertragung solcher Impulse ihr Maximum ungefähr bei der Frequenz f1 (entsprechend einer Wellenlänge von 2800 ngström-Einheiten) bzw. f2 (entsprechend einer Wellenlänge von 3100 angström Einheiten) erreicht. Solche Frequenzen wurden derart ausgewählt, dass die zu analysierende Substanz eine Strahlung mit der Frequenz fi, jedoch nicht eine Strahlung mit der Strahlung f absorbiert.

Demgemäss ergibt sich, dass dann, wenn der Strahl die Substanz passiert hat, eine gewisse Absorption der Strahlung mit der Frequenz f1 eingetreten ist, was mit sich bringt, dass die Amplitude dieser Strahlungsimpulse im Vergleich zur Amplitude der Strahlungsimpulse mit der Frequenz 4 vermindert wurde. Dies ist aus Fig. 2 zu ersehen, die eine Reihe von Strahlungsimpulsen 1 bis 6 zeigt, die den Probekörper passiert haben. Die Impulse 1, 3, 5, . . gehören zu der Strahlung f1, während die Impulse 2, 4, 6, .. zur Strahlung mit der Frequenz f2 gehören.

Nach dem Durchgang durch den Umwandler werden die Impulse in entsprechende Spannungsimpulse umgiewanc delt, die mit den Bezugszeichen S (Probe) und R (Vergleichsimpuls) bezeichnet sind. Die elektrischen Impulse werden dann über Verstärker 14 an zwei Kanäle 15 und
16 weitergegeben. Zwischen diesen Kanälen ist ein me chanischer Schalter 17 angeordnet, der abwechselnd einen der beiden Kanäle mit Erde verbindet. Der Schal ter arbeitet synchron mit dem Motor 8, so dass die Im pulse S und R getrennt werden, worauf sie an ihre zu geordneten Eingangs stellen des den Quotienten bilden den Registriergerätes 13 weitergegeben werden. In diesem Element wird der Quotient zwischen den Amplituden der Impulse S und R gebildet.

Aufgrund der Tat sache, dass die Amplitude der Impulse S vom Absorp tionsgrad der Strahlung mit der Frequenz fr im Probe körper abhängt, während die Impulse R nicht durch Absorption beeinträchtigt werden, verdankt jeder Wechsel des Quotienten S/R seine Existenz Amplitudenschwan- kungen der Impulse S. Dies bedeutet, dass die Anzeige des Registriergerätes proportional zur Übertragung der Strahlung mit der Frequenz f1 ist.

Der Vorteil des Messens und Registrierens des
Quotienten zwischen den Amplituden S und R, die den beiden Frequenzen fl und 4 angeordnet sind, besteht darin, dass das Registriergerät durch irgendwelche Störungen, die die Strahlungsintensität bei diesen Frequenzen in gleicher relativer Höhe ändern könnten, nicht beeinflusst wird. Solche Störungen können durch Änderungen der Spannung an der Wasserstofflampe, durch Unregelmässigkeiten der Röhre 10 oder durch Verschmutzung ihrer Oberfläche entstehen und beeinträchtigen nicht die Genauigkeit des Messergebnisses.

Da Reflexion, Übertragung, Brechung und Absorption von der Wellenlänge der Strahlung abhängen, ist es von Vorteil, dass die den Vergleichsimpulsen zugeordnete Wellenlänge nahe bei der den Probenimpulsen zugeordneten Wellenlänge liegt. Jedoch sollten die beiden Wellenlängen nicht so nahe beieinanderliegen, dass der Probekörper irgend etwas von der Strahlung absorbieren kann, die die Vergleichsimpulse erzeugen soll.

Die Amplitude der Vergleichsimpulse wird mittels einer Rückführvorrichtung 18 konstant gehalten.

Claims

PATENTANSPRUCH I Verfahren zum Messen und Registrieren der Absorption einer elektromagnetischen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung vor oder nach ihrem Durchgang durch die absorbierende Substanz oder den Probekörper (10) durch einen beweglichen Filter (5) geleitet wird und abwechselnd Strahlungsimpulse mit mindestens zwei verschiedenen Frequenzen überträgt, so dass die Strahlung mit der ersten Frequenz (fl) vollständig oder teilweise in der Substanz (10) absorbiert wird, während die Strahlung einer zweiten Frequenz (f2) im wesentlichen nicht verändert wird, wobei die so gebildeten Strahlungsimpulse in zwei elektrische Impulsgruppen (S, R) umgewandelt werden, die den genannten verschiedenen Frequenzen (fit, f2) entsprechen, welche Impulsgruppen (S, R)

einem Registriergerät (13) zugeführt werden, das den Quotienten zwischen den Amplituden der Impulse der beiden Gruppen bildet.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlung eine solche im ultravioletten Bereich dient.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsgruppen, die zu den in der Substanz (10) praktisch nicht absorbierten Frequenzen gehören, Vergleichsimpulse sind, die zum Wandlerstromkreis zurückgeführt werden, um eine gleichbleibende Amplitude der Vergleichsimpulse (R) aufrechtzuerhalten.

3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Probekörper (10) während der Strahlung gedreht und/ oder hin und d her bewegt wird.

PATENTANSPRUCHII Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch IS dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlungsquelle, die innerhalb eines wenigstens zwei verschiedene Frequenzen enthaltenden begrenzten Bereiches elektromagnetische Strahlung aussendet, vorgesehen ist und dass folgende Elemente entlang des Strahlenweges in Reihe angeordnet sind:

Ein bewegliches Filter (5) zum Zerhacken des Strahles in eine Reihe von Strahlungsimpulsen, die mindestens zwei verschiedene Frequenzen aufweisen, der Probekörper (10), ein Strahiendetektor (11), eine Vorrichtung (17) zur Treu- nung der vom Strahlendetektor (11) abgeleiteten Impulse in zwei verschiedene Impulsgruppen (S, R) und ein Registriergerät (13) zur Quotientenbildung zwischen den Amplituden der Impulse in den genannten verschiedenen Gruppen.

UNTERANSPRUCH 4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Strahlendetektor (11) abgeleiteten elektrischen Impulse über Verstärker (14) in die Eingangskanäle des Registriergerätes (13) geführt werden, wobei zwischen den Kanälen ein mechanischer Schalter (17) angeordnet ist, der synchron mit dem beweglichen Filter (5) arbeitet und die Kanäle abwechselnd mit Erde verbindet, wodurch die Impulse (S, R) in zwei verschiedene Impuls gruppen getrennt werden und jede Gruppe in ihren eigenen Ausgangskanal im Registriergerät (13) geführt wird.