CH679076A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Analyse der von lebenden Pflanzen ausgetauschten Gase. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Gase CO2 und H2O, die von einer Pflanze oder deren Teile ausgetauscht werden.

Der Austausch von CO2 und H2O durch einen grünen Pflanzenbestandteil, wie ein Blatt, eine Nadel, ein Stengel usw (im folgenden als Blatt bezeichnet), steht in direkter Beziehung zu den fundamentalen Prozessen der Photosynthese und der Blattatmung. Die Messung dieser Gase ist daher eine wohlbekannte und bewährte Methode in der Pflanzenwissenschaft und der Ökologie.

Konventionelle Geräte zur nicht-destruktiven Analyse der Photosynthese-Austauschgase beruhen fast durchwegs auf der Infrarot-Absorptions-spektroskopie. Die Verwendung dieser Methode ist angezeigt, da GOz und auch H2O die Strahlung im mittleren Infrarot sehr stark und selektiv absorbieren. Insbesondere lässt sich CO2 wegen seiner hohen chemischen Stabilität auf andere Weise nicht einfach und kontinuierlich bestimmen.

Zur Durchführung solcher Gaswechsel-Messun-gen wird in der Regel das Blatt in eine gasdichte Kü-vette, die sog. Blattküvette, eingeschlossen. Eine geeignete Dichtung der Küvette erlaubt es, dass das Blatt trotz dessen Einschlusses während der Messung mit der Pflanze in Verbindung steht und somit die Versorgung des Blattes mit Nährstoffen und Wasser gewährleistet ist. Die Messungen werden einerseits unter ständiger Zufuhr von frischer Luft durchgeführt (offenes System), wobei die Gas-wechsel-Aktivitäten aus den stationären Werten der COa-Abreicherung und der Wasserabgabe bestimmt werden können. Andererseits sind diese Aktivitäten aus den Verläufen der entsprechenden Gaskonzentrationen in einer abgeschlossenen Luftmenge, die durch die Blattküvette und den Gasana-lysator zirkuliert, bestimmbar (geschlossenes System). Bei beiden Verfahren ist das Blatt eine Zeitlang (typischerweise während einiger Minuten) in die Blattküvette eingeschlossen.

Beim offenen System muss die Einstellung der stationären Konzentrationen im Gassystem abgewartet werden. Diese Zeitdauer ist näherungsweise proportional zum Gasvolumen des Systems, zu dem die Gasanalysatorküvette einen wesentlichen Teil beiträgt. Eine einfache numerische Überlegung soll das veranschaulichen: In kommerziell erhältliche COg-Analysatoren, welche auf dem Prinzip der In-frarotabschwächung (Extinktionsprinzip) beruhen, ist zur Erreichung der erforderlichen Genauigkeit von ca 0.5 ppm eine Länge des optischen Lichtweges von ca. 20 cm erforderlich. Entsprechend des Absorptionskoeffizienten von CO2 bei einer Wellenlänge von 4.25 [tm ergibt das bei einer Gaskonzentrationsänderung von 0.5 ppm im 20 cm langen Lichtweg eine Abweichung der Transmission von 0.4% - ein aus dem Rauschen der Lichtquelle noch abgehobener Wert. Bei einer Querschnittsfläche der Analysatorküvette von 1 cm2 ergibt sich ein Volumen von 20 mi. Unter der Annahme einer zehnmaligen Gasumwälzung im Analysatorvolumen, was zur

Erreichung einer hinreichend stationären Gaskonzentration in der Analysatorküvette erforderlich ist, ergibt sich ein minimal erforderliches Gasvolumen von ca. 200 ml. Unter Berücksichtigung der Spülung der Blattküvette und der Gaszuleitungen kann davon ausgegangen werden, dass ein auf dem Extinktionsprinzip arbeitender Gasanalysator unter Einhaltung einer Messgenauigkeit von 0.5 ppm CO2 eine Spülgasmenge von ca. 300 ml erfordert. Der typische Gasfluss in einer in offenem System arbeitenden Blattküvette beträgt 200 ml/min. Dieser Wert lässt sich nicht beliebig steigern, da ansonst die photosynthese-bedingte C02-Abreicherung der zuströmenden Luft unmessbar klein würde. Somit resultiert für die minimale Spülzeit des Systems ein Wert von ca 1.5 Minuten.

Da der Wirkungsgrad der Photosynthese klein ist und somit ein grosser Anteil der vom Blatt absorbierten Lichtleistung in Wärme umgesetzt wird, tritt in der Blattküvette unter der Lichteinstrahlung während der erwähnten Messdauer eine beachtliche Wärmeentwicklung auf. Um stabile Verhältnisse zu schaffen, ist diese Wärme wegzuführen. Die das eingeschlossene Blatt umgebende Luftströmung sorgt zu einem Teil für diese Wärmeabfuhr; sie lässt sich aber, vor allem im offenen System aus dem bereits erwähnten Grund der CCfe-Abreiche-rung nicht beliebig steigern. Offene Systeme bedingen daher eine zusätzliche Klimatisierung der Blattküvette, was allerdings einen grossen apparativen Aufwand erfordert, es sei denn, dass eine nichtstabile Temperatur in der Blattküvette und damit eine Erniedrigung der Zuverlässigkeit der Messung in Kauf genommen wird. Nebst des Kostenaufwandes für die Blattküvettenklimatisierung muss dem Umstand Rechnung getragen werden, dass die Klimavorrichtung voluminös und schwer ist, was die Portabilität des Messgerätes und damit dessen Benützung für Feldmessungen erschwert.

An sich ist es zwar möglich, ohne eine thermische Stabilisierung der Blattküvette auszukommen - nämlich dann, wenn das Blatt zur Gasentnahme nur für wenige Sekunden in die Blattküvette eingeschlossen wird. Das würde allerdings voraussetzen, dass das gesamte Gasvolumen des Systems klein gehalten werden kann. Die erwähnte Methode der Infrarot-Extinktionsmessung kann in dieser Hinsicht kaum zum Ziele führen, da, wie besprochen, die Länge des Lichtweges im Gasanalysator und demzufolge das Gasanalysatorvolumen nicht beliebig verkleinert werden kann.

Die Durchführung einer zuverlässigen Messung erfordert zusätzlich, dass das Blatt in der Blattküvette während dem Gasaustausch homogen durchmischt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln und eine Vorrichtung zur Nutzung dieses Verfahrens zu schaffen, die es erlauben, die Konzentrationsänderungen von CO2 und gegebenenfalls H2O an einem Blatt zu messen, das nur für kurze Zeit in eine Blattküvette eingeschlossen ist, so dass während der Dauer des Gasaustausches die am Austausch beteiligten Prozesse durch den Blatteinschluss nur unwesentlich beeinflusst werden.

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Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, wie sie in den kennzeichnenden Teilen von Anspruch 1, respektive in Anspruch 4, beschrieben sind.

Die photoakustische Methode zur Messung von Gaskonzentrationen ist seit langem bekannt. Sie beruht darauf, dass intensitätsmoduliertes Licht, das in einer verschlossenen Analysatorküvette absorbiert wird, zu Gasdruckschwankungen Anlass gibt. Diese Druckschwankungen können mittels eines Mikrophons gemessen werden. Der photoakustische Effekt stellt die empfindlichste bekannte Methode zur infrarot-spektroskopischen Messung von Gaskonzentrationen dar. Diese Methode besitzt aber gegenüber der erwähnten Extinktionsmethode im vorliegenden Fall einen weiteren grossen Vorteil: Das photoakustische Drucksignal p ist proportional zur Dichte der absorbierten Strahlung, also proportional zur Strahlungsabsorption A dividiert durch das Küvettenvolumen V.

p aA/V = A/FL

F bedeutet die Querschnittsfläche der Analysatorküvette und L deren optische Länge.

Bei niedriger Gaskonzentration kann das Beer'sche Gesetz, das die Strahlungsabsorption A beschreibt, linearisiert werden:

A=(1~e-ScL) also A = S c L,

wo S der über die Wellenlänge integrierte Absorptionskoeffizient und c die Gaskonzentration darstellt. Bei der Berechnung der Dichte der absorbierten Strahlung kürzt sich die Küvettenlänge L heraus. Das bedeutet aber, dass bei kleiner Lichtabsorption das photoakustische Drucksignal unabhängig von der Länge L der Analysatorküvette wird. Es ist damit möglich, dass trotz der Wahl einer sehr kleinen Analysatorküvette mit einem Volumen von typischerweise weniger als 0.5 ml, eine grosse Gasempfindlichkeit erreicht werden kann.

Gegenüber bestehenden Photosynthese-Gas-analysatoren hat das erfinderische Verfahren den Vorteil, dass mit einem mehr als zehnfach kleineren Volumen eine zuverlässige Gasanalyse durchgeführt werden kann. Damit ist einerseits eine kleinere Spülgasmenge und entsprechend eine kürzere Spülzeit erforderlich, andererseits auch die Möglichkeit vorhanden, die Analysatorküvette in unmittelbarer Nähe der Blattküvette anzubringen. Das neue Verfahren zur Analyse von Austauschgasen unterscheidet sich also von demjenigen, das in bestehenden Photosynthese-Messgeräten angewandt wird wesentlich und weist auch eine Anzahl beachtliche Vorteile auf.

Insbesondere wirkt sich die gedrängte Bauweise des Messsystems sehr günstig aus, da die Gaszuleitungen von der Blattküvette zur Analysatorküvette sehr kurz gehalten werden können. Die wegen der kleinen Spülgasmenge unvermeidlichen Verfälschungen der Gaszusammensetzung durch Adsorption und Desorption von Gaskomponenten an den Rohrwandungen können auf diese Weise niedrig gehalten werden.

Diese Kleinhaltung des Gasanalysatorvolumens wirkt sich sowohl beim offenen System als auch bei Messungen nach dem geschlossenen System auf die totale Messzeit sehr günstig aus.

Allerdings führt das kleine Analysatorvolumen wegen dem grossen Oberflächen/Volumenverhältnis bei gleichzeitiger Venwendung einer kleinen Spülgasmenge auch bei der Analysatorküvette zu Problemen. Auch dort können die Adsorption und die Desorption von Gasen an der Oberfläche der Analysatorküvette stark in Erscheinung treten. Insbesondere kann abgelagertes Wasser zu Verfälschungen der Gaszusammensetzung führen.

Die kleine Dimensionierung und das niedrige Gewicht des aus der Analysatorküvette und aus der Blattküvette gebildeten Systems, sowie die kurze Messzeit machen es möglich, dass die Messapparatur während der Messung in der Hand gehalten werden kann. Damit ist das Messgerät einerseits sehr flexibel einsatzfähig, andererseits kann auf diese Weise innert kurzer Zeit eine grosse Stichprobe gemessen werden. Auch in dieser Hinsicht unterscheidet sich die neue Vorrichtung vom Bestehenden.

Allerdings kann der Umstand, dass die Vorrichtung während der Messung in der Hand gehalten werden kann, wegen der akustischen Störbarkeit durch Körperschall zu Schwierigkeiten führen. Da das eigentliche Detektorelement ein Mikrophon ist, ist die akustische Beeinflussbarkeit bei dem vorliegenden Gasanalyseverfahren zum vorneherein gegeben, Gravierend kann sich insbesondere das typische Rumpelgeräusch der angespannten Muskulatur auf den in der Hand gehaltenen Gasanalysator auswirken. Wie etwa im Artikel von G. Oster, in Spektrum der Wissenschaft vom Mai 1984 nachzulesen ist, führt der Arm charakteristische Vibrationen mit einem Maximum bei einer Frequenz von ca 25 Hz aus. Diese Vibrationen werden über die Mi-krophonhalterung als Körperschall auf die Mikrophonmembrane übertragen. Sie geben damit zu Störungen Anlass, die im allgemeinen jegliche genaue Messung verunmöglichen. Es müssen daher Massnahmen getroffen werden, um die Auswirkungen dieses Rumpelgeräusches auf die Mikrophonmembrane zu verunmöglichen. Die Lösung dieses Problems, das eine Ähnlichkeit mit derjenigen hat, weiche von P. Poulet und J. Chambron nach einer Veröffentlichung in Journal de Physique-Colloque, supp. No 10, 44, C6-413 (1983) zur Messung des Gasaustausches an der Haut angewandt wurde, beruht auf der Verwendung eines symmetrischen Mikrophons und einer symmetrischen Auslegung der photoakustischen Gasküvette in Form einer Dop-pelküvette. Durch diese Massnahme ist es möglich, dass gleichzeitig die beiden Gase CO2 und H2O alternierend gemessen werden können.

Beispiele zum Aufbau der Vorrichtung sind anhand der folgenden Darstellungen beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer in offenem System arbeitenden Vorrichtung zur Messung des Gasaustausches von Blättern.

Fig. 2 ist eine Darstellung der Blattküvette mit den Gaszuleitungen.

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Fig. 3 veranschaulicht den Aufbau des auf dem photoakustischen Prinzip beruhenden Gasanalysa-tors.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der in offenem System arbeitenden Vorrichtung zur Messung des Gaswechsels bei Pflanzen. Die Blattküvette 1 steht mit einem zangenförmigen Halte- und Verschliessmechanis-mus, der sog. Blattzange 2 in Verbindung. Auf dieser Blattzange 2 ist der Gasanalysator 3 unmittelbar neben der Blattküvette 1 befestigt. Das pho-tosynthetisierende Untersuchungsobjekt, im folgenden als Blatt 4 bezeichnet, steht während der Messung mit der Pflanze 5 in Verbindung. Das Licht dringt durch das Fenster 6 in die Blattküvette 1. Messgas, beispielsweise Frischgas aus einem Gasvorratsbehälter 7, gelangt vorzugsweise über eine Befeuchtungsvorrichtung 8, über die Luftströmungsmessvorrichtung 9 und über die Zuleitung 10 in die Blattküvette 1. Die aus der Blattküvette austretende Luft gelangt über die Analysatorzuleitung 11 in die Analysatorküvette 3. Wegen der benachbarten Anordnung von Blattküvette 1 und Analysatorküvette 3 kann die Zuleitung 11 sehr kurz bemessen werden. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die total vor der Messung umzuwälzende Gasmenge klein gehalten werden kann, andererseits reduziert die kurze Leitung 11 den Einfluss von adsorp-tions- und desorptionsbedingten Gaskonzentrati-ons-Verfälschungen.

Das den Gasanalysator durch die Gasableitung 11" verlassende Gas wird entweder an die Umgebung abgegeben (offenes System), oder es wird in die Blattküvette 1 zurückgeleitet (geschlossenes System). Im letzteren Fall ist, wie in Fig. 1 in unterbrochenen Linien dargestellt ist, die Gasableitung 11" über eine Gasrückführungsleitung 16, eine Gasumwälzpumpe 17 und ein zusätzliches Ventil 18, beispielsweise ein Dreiwegventil, mit der Blattküvette 1 verbunden. Die Ausführungsform des geschlossenen Systems ist damit zwar möglich, bringt aber im vorliegenden Fall der Anordnung der Analysatorküvette bei der Blattküvette nicht dieselben Vorteile wie beim offenen System, da zur Kleinhal-tung des totalen Messgasvolumens zusätzlich die Gasumwälzpumpe 17 an der Messzange befestigt werden müsste.

Die Gasadsorption resp. die Gasdesorption beruht auf einer Imprägnierung der Oberfläche der Küvetten und der Gasleitungen mit dem zu untersuchenden Gas resp. der Abgabe der angelagerten Schicht bei der nachfolgenden Gasspülung oder Messung. Dieser Effekt tritt bei CO2 nicht in dem Masse in Erscheinung wie beim Wasser, da letzteres gegenüber von CO2 nicht nur in einer Mono-lage, sondern mehrschichtig abgelagert wird. Im allgemeinen wird diese Störung durch Wahl eines grossen Analysatorvolumens (günstiges Oberflächen/Volumenverhältnis) und einer grossen Messzeit (Spülung bis die stationäre Gaskonzentrationen erreicht ist) minimalislert. Des weiteren wird darauf geachtet, dass Materialien verwendet werden, deren Adsorptionsvermögen klein ist, wie beispielsweise dasjenige von Glas oder von poliertem Metall. Aus den vorgängig dargelegten Gründen kommt im vorliegenden Fall eine Vergrösserung des Analysatorvolumens nicht in Frage. Hingegen lässt sich die Oberfläche durch eine gedrängte Bauweise klein halten. So bewirkte der Verzicht auf einen mindestens 1 m langen Verbindungsschlauch zwischen Blattküvette und Analysatorküvette, wie er bei bestehenden Austauschgas-Analysatoren üblich ist, eine Reduktion der gesamten massgebenden Innenfläche auf mindestens die Hälfte.

Der Einfluss von adsorptions- und desorptionsbedingten Störungen der Gaskonzentration kann weiterhin dadurch reduziert werden, dass die Vorrichtung stets ähnlich zusammengesetzten Gasmischungen ausgesetzt ist. Insbesondere ist bei der Eichung der Vorrichtung darauf zu achten, dass die Gasmischung die beiden Komponenten CO2 und H2O in Konzentrationen enthält, welche den nachfolgenden Gaswechselmessungen In etwa entsprechen. Wird die Eichung mit demselben Messgas vorgenommen, das anschliessend für die Gaswechsel-Untersuchungen verwendet wird, so ist diese Bedingung, was das CO2 betrifft, gewährleistet. Bei typischen Photosynthese-Experimenten wird durch Wahl der Luftströmung dafür gesorgt, dass die C02-Abreicherung ca 10-20 ppm beträgt.

Falls das Messgas als Frischgas einem Gasvorratsbehälter 7 entnommen wird, ist es gegeben, dasselbe mit Wasser anzureichern. Dazu dient beispielsweise die Befeuchtungsvorrichtung 8. Die Vorbefeuchtung der Luft ist schon deshalb angezeigt, weil in der Regel die Mikrophonempfindlichkeit eine Feuchteabhängigkeit aufweist.

Nebst der Bestimmung der Konzentrationen von CO2 und H2O sind noch einige weitere, die Photosynthese charakterisierende Parameter zu messen: Erstens ist es wichtig, die Gasdurchflussmenge zu kennen. Diese wird mittels eines Strömungsmessvorrichtung 9 bestimmt. Des weiteren ist die Kenntnis der photosynthese-aktiven Strahlung wichtig. Diese wird mittels des Lichtdetektors 12 ermittelt. Zusätzlich ist die Temperatur der das Blatt umgebenden Luft, sowie die Temperatur des Blattes selbst zu messen. Dazu dienen die Temperatursensoren 13 und 14. Die Steuerung der des Gasanaly-sators, sowie die Verarbeitung der Signale der erwähnten Sensoren 9,12,13,14 geschieht in der elektronischen Steuer-/Messvorrichtung 15.

Fig. 2 zeigt die Darstellung der Blattküvette 1 in der Ansicht von oben. Für die Zuverlässigkeit der Photosynthesemessung ist es sehr wesentlich, dass das Gas in der Blattküvette 1 gut durchmischt ist. Die Einhaltung dieser Forderung ist In Anbetracht eines sehr kleinen Gasdurchflusses von weniger als 100 ml/min nicht trivial. Es hat sich gezeigt, dass eine Besprühung des Blattes 4 aus einer Anzahl Düsen 21 zu einer homogenen Gaskonzentration in der Blattküvette 1 führt. Das unter leichtem Überdruck stehende Messgas gelangt über die Zuleitung 10 in eine Gasverteilnut 22 der Blattküvette. Diese Nut umgibt ringförmig den Blattküvettenraum 23 und steht mit letzterem über radial angeordnete Düsen 21 in Verbindung. Das aus diesen Düsen austretende Messgas führt im Blattküvettenraum 23 zu einer starken Gasverwirbelung und damit zu einer homogenen Frischluftverteilung. Versuche

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mit Einzeldüsen 21 und punktweiser Gasentnahme aus dem Blattküvettenraum 23 bestätigten die Funktionstüchtigkeit dieser Anordnung. Aus der Blattküvette gelangt das Gas über die Gasverbindungsleitung 11 zur Analysatorküvette 3.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Gasanalysators 3. Derselbe ist, wie bereits erwähnt, zur Verhütung der akustischen Störbarkeit der Gasanalyse durch das Rumpelgeräusch der Muskeln vollständig symmetrisch in Form einer Doppelküvette aufgebaut. Das symmetrisch ausgelegte Mikrophon 31 befindet sich im Zentrum des Gasanalysators. Die Druckeintrittsöffnungen des Mikrophons stehen über die Verbindungsleitungen 32, 32' mit den beiden Gaskü-vetten 33, 33' in Verbindung. Letztere sind mit Fenstern 34, 34' versehen, welche für Licht der geeigneten Wellenlänge durchsichtig sind. Im vorliegenden Fall der CO2 und HzO-Detektion bestehen diese Fenster insbesondere aus Saphir.

Das Licht der Infrarotstrahler 35, 35' gelangt nach dem Durchdringen von optischen Filtern 36, 36', beispielsweise Interferenzfiltern, auf diese Fenster 34, 34'. Die Intensität des Lichtes wird entweder durch Ein- und Ausschalten des Stromes an den Stromzuführungen 37, 37' der Infrarotstrahler 35, 35', oder durch Lichtunterbrecher 38, 38', wie beispielsweise bei konstantem Strom an den Infrarotstrahlern 35, 35' durch gegeneinander bewegte Gitter moduliert. Letztere sind beispielsweise im Lichtstrahl zwischen dem Strahler 35 und dem optischen Filter 36, resp. zwischen 35' und 36', angeordnet.

Das eine optische Filter, 36', ist der Infrarotabsorption von CO2 angepasst, d.h. es ist in jenem spektralen Bereich durchlässig, in welchem CO2 intensiv Strahlung absorbiert. Das andere optische Filter, 36, ist der HzO-Absorption angepasst. Die Modulationsfrequenz des Lichtes beträgt typischerweise 10 bis 50 Hz. Die Wahl dieser relativ niedrigen Frequenz gestattet einerseits eine effiziente thermische Modulation durch Ein- und Ausschalten des Stromes der Infrarotstrahler, andererseits bewirkt der Umstand, dass die Grösse des photoakustischen Signales umgekehrt proportional zur Modulationsfrequenz ist, eine hohe Empfindlichkeit der Gasmessvorrichtung.

Das zu analysierende Gas gelangt über die Gaszuleitung 11 und das Gaseinlassventil 39 in die durch das optische Filter 36 für H2O sensibilisierte Gasküvette 33. Über das Gasauslassventil 39', die Gasverbindungsleitung 11' und das Gaseinlassven-til 39" gelangt das Gas anschliessend in die zweite, durch das optische Filter 36' auf CO2 sensibilisierte Gasküvette Zelle 33'. Anschliessend kann das Gas die zweite Zelle über das Ventil 39'" und die Gasauslassleitung 11" verlassen. Die Ventile 39, 39', 39", 39'" sind im vorliegenden Fall wegen der niedrigen Modulationsfrequenz notwendig. (Erst bei der Wahl einer sehr hohen Modulationsfrequenz im kHz-Bereich und einem Betrieb der photoakustischen Gasküvetten in akustischer Resonanz könnte gegebenenfalls auf die Ventile verzichtet werden.)

Das aus dem Ventil 39'" austretende Gas wird entweder an die Umgebung abgegeben, was einer Messung im offenen System entspricht, oder über die Gasverbindungsleitung 16, die Gasumwälzpumpe 17, das Ventil 18 und die Gasrückleitung 16'wieder in die Blattküvette 3 zurückgeführt, entsprechend der Messung im geschlossenen System.

In beiden Fällen werden vorerst die Blattküvette und die Analysatorküvette eine Zeitlang bei geöffneten Ventilen 39, 39', 39", 39'" gespült und anschliessend während der Messung die Gasströmung durch die photoakustischen Zellen 33, 33' durch Verschluss der Ventile unterbrochen.

Die Gasanalysen bezüglich H2O und CO2 werden in den Gasküvetten 33, 33' alternierend vorgenommen. Zunächst wird der Infrarotstrahler 35 betrieben. In der Gasküvette 33 baut sich ein der H20-Konzentration entsprechendes Schallsignal auf. Die Gasküvette 33 hat damit die Funktion eines photoakustischen Gasanalysators. Gleichzeitig wirkt der Raum der anderen Gasküvette 33' als ein, die akustischen Störungen reduzierendes, Referenzvolumen. Nach abgeschlossener H20-Ana!y-se wird der andere Infrarotstrahler 35' aktiviert. In der Gasküvette 33' wird nun die C02-Messung durchgeführt — die Gasküvette 33' ist damit photoakustischer Gasanalysator -, während die vorgängig benutzte Gasküvette 33 das Referenzvolumen darstellt. Wegen der wesentlich höheren Adsorp-tions- und Desorptionsfähigkeit von H2O im Vër-glelch zu derjenigen von CO2 an den Wandungen der Gasküvette 33, resp. 33' ist es angezeigt, zunächst die H20-Analyse vorzunehmen und erst anschliessend die C02-Bestimmung durchzuführen.

Das Signal des Mikrophons 31 steht mit der elektronischen Steuer/-Messvorrichtung in Verbindung. In derselben wird eine Signalanalyse nach gängiger phasensensitiver Methode der Lock-in-Verstärkung oder der N-Pfad-Filtrierung vorgenommen. Als Referenzsignal zur Phasenmessung dient das Anregungssignal der intensitätsmodulier-ten Infrarotstrahler 35, 35' oder bei kontinuierlichem Betrieb der Infrarotstrahler dasjenige der Lichtunterbrecher 38,38'.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Konzentrationen von CO2 und/oder H2O beim Gaswechsel von Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen, insbesondere eines Blattes, im folgenden als Blatt bezeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das in eine Blattküvette ganz oder teilweise eingeschlossene Blatt mit Messgas versorgt wird, wobei sich In der Blattküvette eine homogene Gasmischung einstellt und dass das mit dem Blatt in Wechselwirkung stehende Gas bezüglich der CO2- und gegebenenfalls der H20-Konzentration mittels des photoakustischen Gasmessprinzipes im Gasanalysator analysiert wird und die Einheit, bestehend aus Blattküvette und Gasanalysator, während der Gasanalyse in der Hand gehalten werden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Austausch des Gases alternierend die beiden Gaskomponenten GO2 und H2O gemessen werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das das Blatt besprühende Messgas Frischgas ist, oder in einem abgeschlossenen System zirkuliert.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer, das zu untersuchende Blatt (4) ganz Oder teilweise einschliessenden Blattküvette (1), die auf einer mit einem Verschlussmechanismus versehenen Blattzange (2) angebracht ist, und einem Gasanalysator (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Gasanalysator (3) nahe bei der Blattküvette (1) auf der Blattzange (2) angebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasanalysator (3) eine photoakustische Doppeiküvette ist und aus einem symmetrisch ausgelegten Mikrophon (31) und zwei symmetrisch angeordneten und ausgebildeten Gasküvetten (33, 33') besteht, von denen mindestens eine mit einem strahlungsdurchlässigen Fenster (34, 34') abgeschlossen ist und es erlaubt, dass intensi-tätsmoduiiertes Licht mindestens eines Infrarotstrahlers (35, 35') nach der Filtrierung mitteis eines optischen Filters (36, 36') in mindestens eine der Gasküvetten (33,33') eindringen kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alternierend einer von zwei Infrarotstrahler (35, 35') betrieben wird, so dass die eine der beiden Gasküvetten (33, 33') die Funktion eines photoakustischen Gasanalysators hat und die ändere das Referenzvolumen darstellt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder

6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15) vorhanden sind, welche es erlauben, die Lichtintensität der Infrarotstrahler (35, 35') durch Variation der Stromversorgung zu modulieren, oder dass ein erster Lichtunterbrecher (38) im Lichtstrahl zwischen dem ersten Infrarotstrahler (35) und der ersten Gasküvette (33) und ein zweiter Lichtunterbrecher (38') zwischen dem zweiten Infrarotstrahler (35') und der zweiten Gasküvette (33') angeordnet ist, welcher die Modulation der in die Gasküvetten (33, 33') eindringenden Lichtstrahlung erlaubt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattküvette

(I) über eine Gaszuleitung (10) mit Frischgas versorgt werden kann, das beispielsweise einem Gas-vorratsbehälter (7) entnommen wird, dass die Blattküvette (1) über eine erste Gasverbindungsleitung

(II) mit dem Gasanalysator (3) in Verbindung steht und das analysierte Gas über eine Gasableitung (11") an die Umwelt abgegeben, oder über eine zweite Gasverbindungsleitung (16), eine Umwälzpumpe (17) und über ein Ventil (18) in die Blattküvette (1) zurückgeführt werden kann.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder

8, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Blattküvette (1) über eine Gaszuleitung (10) eindringende Frischgas, resp. das über eine Gasrückleitung (16') rückgeführte Messgas, über eine Gasverteilungsnut (22) und über Düsen (21) in den Blattküvettenraum (23) gelangt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

9, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Filter (36, 36') derart gewählt sind und dass Mittel (15)

zum alternierenden Betrieb der beiden Infrarotstrahler (35, 35') vorhanden sind, so dass nach dem Gaswechsel alternierend CO2 und H2O gemessen werden kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuer/Messvorrichtung (15) mit einer Strö-mungsmessvorrichtung (9), mit mindestens einem Lichtdetektor (12) und mindestens einem Gastemperatur- (13) resp. einem Biattemperatur-Sensor (14) verbunden ist.

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