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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Entfernung von Gasblasen und anderen Ablagerungen aus dem Messraum oder von den Wandungen beziehungsweise Fenstern einer photometrischen Küvette, dadurch gekennzeichnet, dass an die Küvette (10) ein Ultraschallschwinger (11) kurzzeitig und intermittierend angekoppelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) symmetrisch in der halben Länge der Küvette (10) angekoppelt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) von einem auf dessen Resonanzfrequenz abgestimmten Generator (12) gespeist wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) während 0,1 bis 10 Sekunden angeregt und während 0,1 bis 10 Minuten stillgesetzt wird.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Anregung des Ultraschallschwingers (11) sich über einigen Millisekunden bis 10 Sekunden erstreckt, und die Dauer der Unterbrechung einige Sekunden bis 10 Minuten beträgt.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Generators (12) im Bereich 25 bis 40 kHz gewählt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von einem Generator (12) gespeisten Ultraschallschwinger (11), der an eine Küvette (10) angekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) an die Küvette (10) ange passtist.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) in der Mitte der zylindrischen oder prismatischen Mantelfläche der Küvette (10) angepresst ist.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um einen Anpressdruck, mit dem der Ultraschallschwinger (11) auf die Küvette (10) gedrückt wird, von mindestens 500 kPa zu erzeugen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ultraschallschwinger (11) und der Wandung der Küvette (10) ein gut schalleitendes elastisches Material (13) aufgetragen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallschwinger (11) aus einem Werkstoff gefertigt ist, in dem die Schallgeschwindigkeit c möglichst klein ist, und dass er auf die halbe Wellenlänge k/2 der sich bei gegebener Frequenz y in ihm einstellenden Welle X abgestimmt ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung störender Gasblasen und anderen Ablagerungen aus dem Messraum oder von den Wandungen bzw. Fenstern photometrischer Küvetten.
In der physikalisch-chemischen Analysentechnik findet ein allgemein als Photometrie bezeichnetes Analyseverfahren sehr weite Anwendung. Es besteht darin, dass von einer Strahlenquelle ausgehend ein durch geeignete optische Massnahmen im allgemeinen eng gebündelter Lichtstrahl eine die Probe enthaltende strahlendurchlässige Messzelle, meist Küvette genannte, durchdringt und dann auf einen Detektor fällt. In diesem wird die Intensität der auftreffenden Strahlung in ein zu ihr proportionales elektrisches Signal umgesetzt.
Die in der Küvette durch Absorption zustandekommende Schwächung der Intensität JO der in die Küvette eintretenden Strahlung auf dem austrittsseitig sich ergebenden Wert J ist unter bestimmten Bedingungen ein Mass für eine Zustandsgrösse der in der-Küvette enthaltenen Probe. Üblicherweise werden die Grössen Transmission T = J/JO oder Extinktion E = log JO/J ausgewertet. Für die Extinktion E gilt dann beispielsweise ein Zusammenhang zur gesuch- ten Konzentration c der Probe gemäss
E = log JO/J =
Dabei ist e eine stoffspezifische Konstante und d die Schichtdicke der Küvette. Damit kommt die Proportionalität zwischen E und c zum Ausdruck.
Es darf aber nicht übersehen werden, dass beim Einsatz solcher photometrischer Analysemethoden unter kontinuierlichen Strömen der Probe durch die Küvette häufig mit der Möglichkeit zu rechnen ist, dass die zu untersuchende Probe mit gelösten Gasen gesättigt ist, mit dem Ergebnis, dass sich an den Fenstern oder Seitenwänden der Küvette kleine Gasblasen absetzen, die sich nach und nach zu grösseren Blasen vereinigen.
Solche im photometrischen Strahlengang befindliche Blasen wirken aber zerstreuend auf den die Küvette durchsetzenden Strahl. Die Folge ist, dass am Detektor eine durch Streulichtverluste verfälschte, zu kleine Energie J+ anstelle der effektiven Energie J ankommt, ohne dass sich an der zu messenden Probenkonzentration etwas geändert hätte. Dasselbe gilt, wenn sich im Lauf der Zeit an den Küvettenfenstern ölige oder aus Niederschlägen bestehende Ablagerungen festsetzen. Diese Ablagerungen haben auf Grund ihrer Eigenabsorption die Wirkung einer Verminderung der am Detektor ankommenden Energiestrahlung.
Zum überwinden dieser messtechnischen Schwierigkeiten sind eine Reihe von Massnahmen bekannt geworden. So kann beispielsweise die Bildung von Gasblasen dadurch vermieden werden, dass die Probe durch Erwärmen entgast und erst nach anschliessender Abkühlung der Küvette zugeführt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Küvette zum Entfernen von Ablagerungen in regelmässigen Intervallen mit reinigenden Lösungen gespült wird. Auch sind Vorrichtungen bekannt geworden, welche die Küvettenfenster durch Wischen reinigen.
Alle diese Massnahmen haben aber den Nachteil, entweder aufwendig oder mit Verzugszeiten verbunden zu sein. Sie machen zugleich eine kontinuierliche Messung unmöglich, indem für das Reinigungsintervall die Messung unterbrochen werden muss.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung störender Gasblasen und anderer Ablagerungen aus dem Messraum oder von den Wandungen beziehungsweise Fenstern photometrischer Küvetten nach den in den Ansprüchen 1 und 7 aufgeführten Merkmale.
Anhand der einzigen Figur wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Gemäss der Figur wird vorzugsweise in der halben Länge der zylindrischen oder prismatischen Mantelfläche der Küvette 10 ein Ultraschallschwinger 11 angekoppelt, der von einem auf Resonanz abgestimmten Generator 12 gespeist wird. Durch die symmetrische Ankopplung des Schwingers an die Küvette kommt es in dieser quer und längs zu ihrer Achse zur Ausbildung zahlreicher Schwingungsknoten und Bäuchen und zu vielfältigen Wandungsreflexen. Dabei wird bei Eingabe eines Ultraschallimpulses praktisch das gesamte in der Küvette befindliche Probenvolumen entgast und zugleich eventuell an der Küvettenwandung befindliche Gasblasen so zerteilt, dass die mit dem Probenstrom aus der Küvette ausgeschwemmt werden.
Ein weiteres zusätzliches Merkmal der Einwirkung des Ultraschalls auf den Küvetteninhalt ist, dass ölige oder sonstige den Strahlengang störende Ablagerungen auf den Küvettenfenstern nicht zustande kommen. Dabei ist es wichtig, dass der Ultraschall nicht ständig einwirkt, was zum ständigen Ausscheiden feinster Gasblasen und dadurch ausgelösten Störungen führen würde.
Der Schall muss vielmehr in relativ langen Abständen, vorzugsweise einigen Minuten, für nur kurze Dauer, vorzugsweise einige Sekunden, einwirken. Es kann sich dabei um Impulsintervalle von einigen Millisekunden bis 10 Sekunden und impulsfreie Intervalle von einigen Sekunden bis 10 Minuten handeln.
Dadurch werden die abgeschiedenen Gasblasen in der schallfreien Ruhezeit durch die durch die Küvette strömende Probe ausgewaschen.
Aus Gründen der Demontierbarkeit einer solchen aus einer Küvette und einem Ultraschallschwinger bestehenden Kombination soll der Schallschwinger durch Anpressen mit der Küvette verbunden werden. Der Anpressdruck soll dabei mindestens 5 kp/cm2 betragen. Wichtig ist beim Übertragen des Schalls vom Schwinger auf die Küvette durch Anpressen, dass eine unvermeidbare teilweise Reflexion von Schallwellen in durch Unebenheiten ausgelösten Spalten zwischen dem Schwinger und der Küvettenwandung durch Auftragen eines möglichst gut schalleitenden elastischen Materials 13 vermieden werden.
Im Interesse einer kompakten Bauform soll die zur Anwendung kommende Frequenz y des Ultraschallschwingers (11) möglichst gross sein und vorzugsweise zwischen 25 und 40 kHz liegen. Eine weitere Massnahme für die Konstruktion eines möglichst kompakten Schwingers besteht darin, dass für den Schallschwinger ein Werkstoff mit einer möglichst kleinen Schallgeschwindigkeit c gewählt wird, und dass er auf die halbe Wellenlänge k/2 abgestimmt wird, die sich gemäss der Beziehung X = c/y im Material einstellt. Dann wird die Wellenlänge Ä im Schallschwinger entsprechend klein. So ist beispielsweise Messing mit c = 3500 m/s in dieser Hinsicht ein besserer Schwingerwerkstoff als Aluminium mit c = 5100 m/s.
Alle diese Merkmale gewährleisten eine zuverlässige Entfernung von allen störenden Abscheidungen in der Küvette bei gleichzeitig kompakter Bauweise, die eine Ausrüstung von Photometern im Labor und in der Betriebsmesstechnik ohne Schwierigkeiten möglich macht.
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PATENT CLAIMS
1. A method for removing gas bubbles and other deposits from the measuring room or from the walls or windows of a photometric cuvette, characterized in that an ultrasonic oscillator (11) is briefly and intermittently coupled to the cuvette (10).
2. The method according to claim 1, characterized in that the ultrasonic vibrator (11) is coupled symmetrically in half the length of the cuvette (10).
3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the ultrasonic oscillator (11) is fed by a generator (12) tuned to its resonance frequency.
4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the ultrasonic vibrator (11) is excited for 0.1 to 10 seconds and stopped for 0.1 to 10 minutes.
5. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the duration of the excitation of the ultrasonic vibrator (11) extends over a few milliseconds to 10 seconds, and the duration of the interruption is a few seconds to 10 minutes.
6. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the frequency of the generator (12) is selected in the range 25 to 40 kHz.
7. The device for performing the method according to claim 1, characterized by an ultrasonic oscillator (11) fed by a generator (12), which is coupled to a cuvette (10).
8. The device according to claim 7, characterized in that the ultrasonic vibrator (11) is fitted to the cuvette (10).
9. Device according to claims 7 and 8, characterized in that the ultrasonic vibrator (11) in the middle of the cylindrical or prismatic outer surface of the cuvette (10) is pressed.
10. Device according to claims 7 to 9, characterized in that means are provided to generate a contact pressure with which the ultrasonic vibrator (11) is pressed onto the cuvette (10) of at least 500 kPa.
11. The device according to claim 7, characterized in that between the ultrasonic vibrator (11) and the wall of the cuvette (10) a good sound-conducting elastic material (13) is applied.
12. The device according to claim 7, characterized in that the ultrasonic oscillator (11) is made of a material in which the speed of sound c is as low as possible, and that it is set at half the wavelength k / 2 of the given frequency y in it Wave X is tuned.
The invention relates to a method and a device for removing disruptive gas bubbles and other deposits from the measuring room or from the walls or windows of photometric cuvettes.
In physico-chemical analysis technology, an analysis method commonly referred to as photometry is used very widely. It consists in that, starting from a radiation source, a light beam which is generally narrowly concentrated by suitable optical measures penetrates a radiation-permeable measuring cell, usually called a cuvette, which contains the sample and then falls onto a detector. In this, the intensity of the incident radiation is converted into an electrical signal proportional to it.
The weakening of the intensity JO of the radiation entering the cuvette to the value J resulting on the exit side resulting from absorption in the cuvette is, under certain conditions, a measure of a state variable of the sample contained in the cuvette. The variables transmission T = J / JO or extinction E = log JO / J are usually evaluated. A relationship to the sought concentration c of the sample according to FIG
E = log JO / J =
E is a substance-specific constant and d is the layer thickness of the cuvette. This expresses the proportionality between E and c.
It should not be overlooked, however, that when using such photometric analysis methods with continuous flow of the sample through the cuvette, the possibility that the sample to be examined is saturated with dissolved gases is often to be expected, with the result that the windows or Place small gas bubbles on the side walls of the cuvette, which gradually combine to form larger bubbles.
However, such bubbles located in the photometric beam path have a distracting effect on the beam passing through the cuvette. The result is that an excessively small energy J +, falsified by scattered light losses, arrives at the detector instead of the effective energy J, without anything having changed in the sample concentration to be measured. The same applies if, over time, oily deposits or deposits consisting of precipitates settle on the cuvette windows. Due to their self-absorption, these deposits have the effect of reducing the energy radiation arriving at the detector.
A number of measures have become known for overcoming these measurement difficulties. For example, the formation of gas bubbles can be avoided by degassing the sample by heating and adding it to the cuvette only after it has cooled. Another possibility is that the cuvette is rinsed with cleaning solutions at regular intervals to remove deposits. Devices have also become known which clean the cuvette windows by wiping.
However, all of these measures have the disadvantage that they are either complex or involve delays. At the same time, they make continuous measurement impossible by interrupting the measurement for the cleaning interval.
The present invention overcomes these drawbacks. It relates to a method and a device for removing disruptive gas bubbles and other deposits from the measuring room or from the walls or windows of photometric cuvettes according to the features listed in claims 1 and 7.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the single figure.
According to the figure, an ultrasonic oscillator 11, which is fed by a generator 12 tuned to resonance, is preferably coupled in half the length of the cylindrical or prismatic outer surface of the cuvette 10. Due to the symmetrical coupling of the transducer to the cuvette, numerous oscillation nodes and bellies and various wall reflections are formed across and along its axis. When an ultrasound pulse is input, practically the entire sample volume in the cuvette is degassed and, at the same time, any gas bubbles on the wall of the cuvette are broken down so that they are flushed out of the cuvette with the sample stream.
Another additional feature of the effect of ultrasound on the contents of the cuvette is that oily deposits or other deposits on the cuvette windows which interfere with the beam path do not occur. It is important that the ultrasound does not act continuously, which would lead to the constant excretion of the finest gas bubbles and the resulting disturbances.
Rather, the sound has to act at relatively long intervals, preferably a few minutes, for only a short duration, preferably a few seconds. These can be pulse intervals from a few milliseconds to 10 seconds and pulse-free intervals from a few seconds to 10 minutes.
As a result, the separated gas bubbles are washed out by the sample flowing through the cuvette during the sound-free rest period.
In order to be able to disassemble such a combination consisting of a cuvette and an ultrasonic transducer, the sound transducer should be connected to the cuvette by pressing. The contact pressure should be at least 5 kp / cm2. When transferring the sound from the vibrator to the cuvette by pressing, it is important that an unavoidable partial reflection of sound waves in gaps between the vibrator and the cuvette wall caused by unevenness is avoided by applying an elastic material 13 that is as good as sound-conducting.
In the interest of a compact design, the frequency y of the ultrasonic vibrator (11) to be used should be as large as possible and preferably between 25 and 40 kHz. A further measure for the construction of a transducer that is as compact as possible is that a material with the lowest possible speed of sound c is selected for the transducer and that it is tuned to half the wavelength k / 2, which is determined according to the relationship X = c / y in the material. Then the wavelength Ä in the sound oscillator becomes correspondingly small. For example, brass with c = 3500 m / s is a better vibrating material in this respect than aluminum with c = 5100 m / s.
All of these features ensure reliable removal of all interfering deposits in the cuvette with a compact design that makes it easy to equip photometers in the laboratory and in operational measurement technology.