DE102009038719B4

DE102009038719B4 - Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen

Info

Publication number: DE102009038719B4
Application number: DE200910038719
Authority: DE
Inventors: Dr. Meyer Andreas; Heido Herrmann; Steffen Johne
Original assignee: Uv El & Co KG GmbH; Uv-El & Co KG GmbH
Current assignee: Uv El & Co KG GmbH; Uv-El & Co KG GmbH
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2029-08-26
Also published as: DE102009038719A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen mit einem Entladungsraum, der mit einem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch (3) gefüllt ist, wobei der Entladungsraum aus einem allseitig verschlossenen, zylinderförmigen Gefäß (2) besteht, in dessen Innenraum sich mindestens eine Quarzglaskapillare (4) befindet, und wobei Elektroden (5) zur Einkoppelung elektrischer Energie hermetisch dicht durch eine Wand (2.1) im Bereich gegenüberliegender Enden des zylinderförmigen Gefäßes (2) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige Gefäß (2) aus Quarzglas gebildet ist und die Quarzglaskapillare (4) aus einem Eingangsteil (4.1), einem Ausgangsteil (4.2) und einem dazwischen angeordneten Mittelteil (4.3) gebildet ist, wobei zumindest der Mittelteil (4.3) der Quarzglaskapillare (4) als eine gerade Röhre ausgebildet ist und wobei der Eingangsteil (4.1) und der Ausgangsteil (4.2) hermetisch dicht durch die Wand (2.1) des zylinderförmigen Gefäßes (2) geführt und in die Wand (2.1) eingeschmolzen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 197 08 147 A1 beschrieben, eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen bekannt. Die Vorrichtung weist einen elektrodenlosen Entladungsraum auf, der mit einem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch gefüllt ist. Der Entladungsraum besteht aus einem allseitig verschlossenen, zylinderförmigen Gefäß aus Quarzglas, in dessen Innenraum sich mindestens eine gewendelte Quarzglaskapillare befindet, deren Ein- und Ausgang hermetisch dicht durch die Wand des zylinderförmigen Gefäßes geführt werden. Außerhalb des zylinderförmigen Gefäßes sind Einrichtungen zur induktiven und/oder kapazitiven Einkopplung von HF-Energie angebracht.
In der GB 299,931 A wird eine gasgefüllte Entladungsröhre beschrieben, welche zur Ausstrahlung ultravioletten Lichts geeignet ist. Die Entladungsröhre umfasst eine Oxid-Kathode oder eine Oxid aufweisende Glühkathode, eine oder mehrere feste Anoden und eine Gasfüllung, welche Quecksilberdampf und Argon aufweist. Zumindest ein Teil einer Wand der Entladungsröhre, durch welche die Strahlung durchdringt, ist aus Quartz oder aus Glas mit einem extrem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten.
Aus der AT 63481 B sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten mittels in einer ringförmigen Quarzlampe erzeugter ultravioletter Strahlen bekannt. Dabei wird die zu behandelnde Flüssigkeit nacheinander an der äußeren und der inneren der annähernd oder gänzlich ring- oder zylindermantelförmigen Leuchtflächen oder in umgekehrter Richtung vorbeigeleitet.
In der DE 24 35 654 B2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Untersuchen von Flüssigkeiten beschrieben. Eine Flüssigkeitsprobe wird am Boden eines Reaktionsgefäßes von einem Umwälzrührer angesaugt, radial nach außen geführt und im Gemisch mit einem Reaktionsgas beim Aufwärtsströmen entlang des Gefäßmantels einer Bestrahlung unterzogen. Die dabei entstehenden gasförmigen Reaktionsprodukte werden aus dem Gefäß abgezogen und analysiert. Das Reaktionsgas wird ebenfalls der Saugseite des Rührers zugeführt und von diesem zusammen mit der Flüssigkeit radial nach außen zum Gefäßmantel gefördert.
Aus der DE 41 38 916 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung schadstoffbelasteter Flüssigkeiten bekannt. Im Verfahren wird die zu behandelnde Flüssigkeit mit gasförmigen oder flüssigen Oxidationsmitteln durchmischt und einer UV-Behandlung unterworfen. Das gasförmige Oxidationsmittel wird, bevor es der zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird, durch Ozonierung von Sauerstoff erzeugt und danach der sich in einem vertikal angeordneten Gefäßsystem befindlichen bzw. dieses durchströmenden zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt. Die zu behandelnde Flüssigkeit durchströmt das Gefäßsystem in vertikaler Richtung von unten nach oben und das gasförmige Oxidationsmittel wird von unten her im Gleichstromprinzip zugeführt.
In der US 2,588,223 A wird ein Verfahren zur Sterilisation biologischer Flüssigkeiten beschrieben. Dabei wird eine unter konstantem Druck stehende gleichmäßig fließende dünne Schicht der Flüssigkeit ringförmig an einer Strahlungsquelle vorbeigeführt, wobei durch Bestrahlung pathogene Komponenten in der Flüssigkeit abgetötet werden.
Aus der GB 324,503 A ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit ultravioletter Strahlung bekannt, wobei die Flüssigkeit in Form einer vertikal fallenden Strömung durch eine Bestrahlungskammer geführt wird. Ein oder mehrere Abflussrohre für die zu behandelnde Flüssigkeit sind an einem oberen Ende eines Bestrahlungsschachtes angeordnet, welcher derart von einem röhrenförmigen Gasentladungsstrahler umgeben ist, dass die Innenseite des Gasentladungsstrahlers nicht in Kontakt mit dem Flüssigkeitsstrom ist.
In der GB 332,977 A wird eine Vorrichtung zur Bestrahlung von Substanzen mit ultravioletter Bestrahlung durch einen Gasentladungsstrahler beschrieben. Dabei ist der Gasentladungsstrahler innerhalb einer Bestrahlungskammer angeordnet, an zwei oder mehr Punkten an der Bestrahlungskammer befestigt und gestreckt gekrümmt ausgeformt, beispielsweise helixförmig.
Aus der US 2,845,541 A ist ein Verfahren zur Behandlung eines Poyethylenfilms mit ultravioletter Strahlung bekannt.
In der WO 2007/035907 A2 wird eine Entkeimungslampe beschrieben. Die Entkeimungslampe weist ein Gehäuse mit mehreren Öffnungen auf, so dass Luft durch das Gehäuse strömen kann und von der Entkeimungslampe entkeimt wird.
Aus der JP 56045806 A ist eine Vorrichtung zur Ozonerzeugung bekannt. Dabei ist eine Gasentladungslampe innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Die Innenwände des Gehäuses sind mit einer fluoreszierenden Substanz beschichtet, so dass die Vorrichtung auch als Beleuchtungsmittel eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen umfasst einen Entladungsraum, der mit einem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch gefüllt ist, wobei der Entladungsraum aus einem allseitig verschlossenen, zylinderförmigen Gefäß besteht, in dessen Innenraum sich mindestens eine Quarzglaskapillare befindet. Elektroden zur Einkoppelung elektrischer Energie sind hermetisch dicht durch eine Wand im Bereich gegenüberliegender Enden des zylinderförmigen Gefäßes geführt.
Erfindungsgemäß ist das zylinderförmige Gefäß aus Quarzglas gebildet. Die Quarzglaskapillare ist erfindungsgemäß aus einem Eingangsteil, einem Ausgangsteil und einem dazwischen angeordneten Mittelteil gebildet, wobei zumindest der Mittelteil der Quarzglaskapillare als eine gerade Röhre ausgebildet ist und wobei der Eingangsteil und der Ausgangsteil hermetisch dicht durch die Wand des zylinderförmigen Gefäßes geführt und in die Wand eingeschmolzen sind.
Diese Vorrichtung ermöglicht es, kleine und insbesondere strömende Probenmengen einer intensiven UV-Bestrahlung zu unterziehen und ermöglicht deshalb vor allem eine Behandlung von Aufschlüssen, die eine UV-Bestrahlung mit hoher Intensität erfordern. Durch den einfachen Aufbau, insbesondere durch die Quarzglaskapillare, deren Mittelteil als einfach auszuformende gerade Röhre ausgebildet ist und die während einer Herstellung der Vorrichtung einfach, kostengünstig und sehr kompakt anzuordnenden Elektroden ist die Vorrichtung auf einfache Weise, sehr kostengünstig und sehr kompakt herzustellen. Durch die Anordnung der Quarzglaskapillare direkt im Entladungsraum, so dass sie von dem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch, welches durch eine Gasentladung ultraviolette Strahlung erzeugt, vollständig umgeben ist, ist eine sehr effiziente und intensive UV-Bestrahlung der Probenmengen ermöglicht.
Der Eingangsteil und der Ausgangsteil der Quarzglaskapillare sind in die Wand des zylinderförmigen Gefäßes eingeschmolzen, wodurch sie auf einfache und sehr effiziente Weise hermetisch dicht durch die Wand des zylinderförmigen Gefäßes geführt sind. Dies ist realisierbar, da sowohl die Quarzglaskapillare als auch das zylinderförmige Gefäß aus Quarzglas sind und sich daher optimal miteinander verschmelzen lassen.
Quarzglas ist ein spezielles Glas, welches im Gegensatz zu anderen gebräuchlichen und kostengünstigeren Gläsern keine Beimengungen von Soda oder Calciumoxid aufweist, also aus reinem Siliziumdioxid (SiO2) besteht.
Der Mittelteil der Quarzglaskapillare weist vorzugsweise einen konstanten Innendurchmesser auf und ist zweckmäßigerweise zentriert im zylinderförmigen Gefäß angeordnet, um eine gleichmäßige UV-Bestrahlung der Probenmengen sicherzustellen.
Die ultraviolette Strahlung innerhalb des zylinderförmigen Gefäßes ist bevorzugt durch eine Niederdruck-Gasentladung erzeugbar. Dadurch ist die Vorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar, da das zylinderförmige Gefäß nicht als Druckkörper ausgebildet sein muss, welcher einem hohen Innendruck standhalten muss und des Weiteren keine Kühlung der Vorrichtung erforderlich ist, welche mit einem höheren Fertigungs- und Betriebsaufwand und höheren Fertigungskosten verbunden wäre. Dadurch ist die Vorrichtung sehr kompakt herstellbar.
Da die UV-Strahlung lediglich im Inneren des zylinderförmigen Gefäßes wirkt, ist ein Austritt der ultravioletten Strahlung aus dem zylinderförmigen Gefäß nicht erforderlich, so dass das zylinderförmige Gefäß in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform beispielsweise auch aus kostengünstigerem Glas herstellbar ist, welches kein Quarzglas ist.
Für den nicht erfindungsgemäßen Fall, dass das zylinderförmige Gefäß aus Glas besteht, welches kein Quarzglas ist, sind jedoch Maßnahmen zu treffen, die eine gasdichte Verbindung dieses zylinderförmigen Gefäßes mit der Quarzglaskapillare ermöglichen, zum Beispiel mittels so genannter Schachtelhalmausbildungen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wand des zylinderförmigen Gefäßes, insbesondere eine Innenwandung, eine nach innen reflektierende Schicht auf, welche ultraviolette Strahlung reflektiert. Auf diese Weise ist ein Austritt von ultravioletter Strahlung aus der Vorrichtung verhindert und eine Effizienz der Vorrichtung gesteigert, da die erzeugte ultraviolette Strahlung vollständig zur UV-Bestrahlung der Probenmengen nutzbar ist. Eine derartige reflektierende Schicht ist beispielsweise in Form einer Aluminiumbeschichtung der Innenwandung auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt:
1 eine Vorrichtung zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen in Seitenansicht.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen in Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 umfasst ein geschlossenes zylinderförmiges Gefäß 2, welches vorzugsweise aus Glas, insbesondere aus Quarzglas gebildet ist und mit einem Quecksilber-Edelgas-Gemisch 3 gefüllt ist.
Im Inneren dieses zylinderförmigen Gefäßes 2 ist eine Quarzglaskapillare 4 angeordnet. Diese Quarzglaskapillare 4 ist aus einem Eingangsteil 4.1, einem Ausgangsteil 4.2 und einem dazwischen angeordneten Mittelteil 4.3 gebildet. Der Eingangsteil 4.1 und der Ausgangsteil 4.2 der Quarzglaskapillare 4 sind hermetisch dicht durch eine Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 nach außen geführt.
Eine hermetische Abdichtung des zylinderförmigen Gefäßes 2 im Bereich des durchgeführten Eingangsteils 4.1 und Ausgangsteils 4.2 ist vorteilhafterweise durch ein Einschmelzen des Eingangsteils 4.1 und des Ausgangsteils 4.2 in die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 zu erreichen. Dies ist auf besonders einfache Weise zu realisieren, wenn das zylinderförmige Gefäß 2 und die Quarzglaskapillare 4 aus dem gleichen Material, d. h. aus Quarzglas gefertigt sind.
Bei einer anderen Ausführung der hermetischen Abdichtung des zylinderförmigen Gefäßes 2 im Bereich des durchgeführten Eingangsteils 4.1 und Ausgangsteils 4.2 ist das zylinderförmige Gefäß 2 beispielsweise auch aus kostengünstigerem Glas herstellbar, welches kein Quarzglas ist, da ein Durchtritt von ultravioletter Strahlung durch die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 nach außen nicht erforderlicht ist. Quarzglas ist ein spezielles Glas, welches im Gegensatz zu anderen gebräuchlichen und kostengünstigeren Gläsern keine Beimengungen von Soda oder Calciumoxid aufweist, also aus reinem Siliziumdioxid (SiO2) besteht.
Eine derartige andere Ausführung der hermetischen Abdichtung ist beispielsweise mittels so genannter Schachtelhalme ausbildbar, d. h. durch ein Einschmelzen des Eingangsteils 4.1 und des Ausgangsteils 4.2 in die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 über mehrere zwischen dem Eingangsteils 4.1 bzw. dem Ausgangsteils 4.2 und der Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 angeordnete und miteinander verschmolzene Zwischenstufen von Glassorten, um so einen stufenweisen Übergang vom Quarzglas der Quarzglaskapillare 4 auf das Glas der Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 und dadurch ein Einschmelzen des Eingangsteils 4.1 und des Ausgangsteils 4.2 in die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 zu ermöglichen.
Der Mittelteil 4.3 der Quarzglaskapillare 4 ist als gerade Röhre ausgebildet, welche vorzugsweise einen konstanten Innendurchmesser aufweist und zentriert im zylinderförmgen Gefäß 2 angeordnet ist. Dadurch ist eine gleichmäßige UV-Bestrahlung der die Quarzglaskapillare 4 durchströmenden Probenmengen ermöglicht.
Die ultraviolette Strahlung zur UV-Bestrahlung der durch die Quarzglaskapillare 4 hindurchgeleiteten kleinen Probenmengen ist innerhalb des zylinderförmigen Gefäßes 2 durch eine Gasentladung erzeugbar, welche vorzugsweise eine Niederdruck-Gasentladung ist. D. h. das zylinderförmige Gefäß 2 ist mit dem Quecksilber-Edelgas-Gemisch 3 nur unter einem relativ geringen Überdruck befüllt.
Elektroden 5 zur Einkoppelung elektrischer Energie, um die Gasentladung zur Erzeugung der ultravioletten Strahlung auszulösen, sind im hier dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel hermetisch dicht durch die Wand 2.1 im Bereich gegenüberliegender Enden des zylinderförmigen Gefäßes 2 geführt.
Diese Vorrichtung 1 ermöglicht es, kleine und insbesondere strömende Probenmengen einer intensiven UV-Bestrahlung zu unterziehen und ermöglicht deshalb vor allem eine Behandlung von Aufschlüssen, die eine UV-Bestrahlung mit hoher Intensität erfordern.
Durch den einfachen Aufbau, insbesondere durch die Quarzglaskapillare 4, deren Mittelteil 4.3 als einfach auszuformende gerade Röhre ausgebildet ist, durch die durch Verschmelzung sichergestellte hermetische Durchführung des Eingangsteils 4.1 und des Ausgangsteils 4.2 der Quarzglaskapillare 4 durch die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2 sowie durch die einfache Ausführungsform der Elektroden 5 ist die Vorrichtung 1 auf einfache Weise, sehr kostengünstig und sehr kompakt herzustellen. Zudem muss aufgrund der Niederdruck-Gasentladung das zylinderförmige Gefäß 2 nicht als Druckkörper ausgebildet sein, welcher einem hohen Innendruck standhalten muss und es ist auch keine Kühlung der Vorrichtung 1 erforderlich, welche mit einem höheren Fertigungs- und Betriebsaufwand, höheren Fertigungskosten und einem größeren Bauraumbedarf verbunden wäre.
Durch die Anordnung der Quarzglaskapillare 4 direkt in einem durch das zylinderförmige Gefäß 2 gebildeten Entladungsraum, so dass sie von dem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch 3, welches durch die Gasentladung ultraviolette Strahlung erzeugt, vollständig umgeben ist, ist eine sehr effiziente und intensive UV-Bestrahlung der Probenmengen ermöglicht.
In einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform weist die Wand 2.1 des zylinderförmigen Gefäßes 2, insbesondere eine Innenwandung 2.2, vorteilhafterweise eine nach innen reflektierende Schicht auf, welche ultraviolette Strahlung reflektiert. Auf diese Weise ist ein Austritt von ultravioletter Strahlung aus der Vorrichtung 1 verhindert und eine Effizienz der Vorrichtung 1 gesteigert, da die erzeugte ultraviolette Strahlung vollständig zur UV-Bestrahlung der Probenmengen nutzbar ist. Eine derartige reflektierende Schicht ist beispielsweise in Form einer Aluminiumbeschichtung der Innenwandung 2.2 auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: zylinderförmiges Gefäß
2.1: Wand
2.2: Innenwandung
3: Quecksilber-Edelgas-Gemisch
4: Quarzglaskapillare
4.1: Eingangsteil
4.2: Ausgangsteil
4.3: Mittelteil
5: Elektroden

Claims

Vorrichtung (1) zur UV-Bestrahlung kleiner Probenmengen mit einem Entladungsraum, der mit einem Quecksilberdampf-Edelgas-Gemisch (3) gefüllt ist, wobei der Entladungsraum aus einem allseitig verschlossenen, zylinderförmigen Gefäß (2) besteht, in dessen Innenraum sich mindestens eine Quarzglaskapillare (4) befindet, und wobei Elektroden (5) zur Einkoppelung elektrischer Energie hermetisch dicht durch eine Wand (2.1) im Bereich gegenüberliegender Enden des zylinderförmigen Gefäßes (2) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige Gefäß (2) aus Quarzglas gebildet ist und die Quarzglaskapillare (4) aus einem Eingangsteil (4.1), einem Ausgangsteil (4.2) und einem dazwischen angeordneten Mittelteil (4.3) gebildet ist, wobei zumindest der Mittelteil (4.3) der Quarzglaskapillare (4) als eine gerade Röhre ausgebildet ist und wobei der Eingangsteil (4.1) und der Ausgangsteil (4.2) hermetisch dicht durch die Wand (2.1) des zylinderförmigen Gefäßes (2) geführt und in die Wand (2.1) eingeschmolzen sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (4.3) der Quarzglaskapillare (4) einen konstanten Innendurchmesser aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelteil (4.3) der Quarzglaskapillare (4) zentriert im zylinderförmigen Gefäß (2) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ultraviolette Strahlung innerhalb des zylinderförmigen Gefäßes (2) durch eine Niederdruck-Gasentladung erzeugbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (2.1) des zylinderförmigen Gefäßes (2), insbesondere eine Innenwandung (2.2), eine nach innen reflektierende Schicht aufweist, welche ultraviolette Strahlung reflektiert.