DE102014202596A1 - Method and device for leak testing a closed container - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eines abgeschlossenen Behälters (20), der ein erstes inneres abgeschlossenes Volumen (21) aufweist, das mit einer ersten gasförmigen Substanz mit einem ersten Druck (p1) gefüllt ist. Dabei wird in einem den Behälter (20) umgebenden zweiten Volumen (81) ein zweiter Druck (p2), der größer als der erste Druck (p1) ist, erzeugt. Zur Erzeugung des zweiten Druckes (p2) in dem den Behälter (20) umgebenden zweiten Volumen (81) wird eine zweite gasförmige Substanz, die ein Raman-Spektralband aufweist, das in einem anderen Wellenlängenbereich als die Raman-Spektralbanden der ersten gasförmigen Substanz liegt, eingefüllt. Nach Ablaufen einer vorbestimmten Zeit wird die Konzentration der sich in dem ersten Volumen (21) des Behälters (20) befindlichen Moleküle der zweiten gasförmigen Substanz mittels Raman-Spektroskopie gemessen. The present invention relates to a leakproofing method of a sealed container (20) having a first inner sealed volume (21) filled with a first gaseous substance having a first pressure (p1). In this case, a second pressure (p2), which is greater than the first pressure (p1), is generated in a second volume (81) surrounding the container (20). To generate the second pressure (p2) in the second volume (81) surrounding the container (20), a second gaseous substance which has a Raman spectral band lying in a different wavelength range than the Raman spectral bands of the first gaseous substance, filled. After lapse of a predetermined time, the concentration of the second gaseous substance molecules in the first volume (21) of the container (20) is measured by Raman spectroscopy.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung eines abgeschlossenen Behälters, der ein inneres abgeschlossenes Volumen aufweist, das mit einer ersten gasförmigen Substanz mit einem vorbestimmten Druck gefüllt ist.The present invention relates to a method and apparatus for leak testing a sealed container having an internal closed volume filled with a first gaseous substance at a predetermined pressure.
Insbesondere im Bereich der Nahrungsmittelindustrie und der Pharmaindustrie soll sichergestellt werden, dass Behälter bakteriendicht sind. Wünschenswert ist es ferner, dass solche Behälter auch virendicht sind. Bakterien haben einen Durchmesser von etwa 0,5 µm, Viren von etwa 10 nm. In einen bakteriendichten beziehungsweise virendichten Behälter dürfen keine Bakterien beziehungsweise Viren eintreten. Ein bakteriendichter Behälter darf keine Löcher aufweisen, die einen Durchmesser von etwa 1 µm haben. Das bedeutet, dass für einen solchen bakteriendichten Behälter gasförmige Leckraten im Bereich von 1·10–5 Pa·m3/s sicher erkannt werden müssen. Insbesondere im Bereich der Pharma- beziehungsweise der Nahrungsmittelindustrie werden oft zur Dichtigkeitsprüfung von abgeschlossenen Behältern beziehungsweise Verpackungen nicht zerstörende Verfahren angewandt.In particular, in the field of food industry and the pharmaceutical industry to ensure that containers are bacteria-proof. It is further desirable that such containers are also virus-proof. Bacteria have a diameter of about 0.5 microns, viruses of about 10 nm. In a bacteria-proof or virus-tight container no bacteria or viruses may occur. A bacteria-proof container must not have any holes that are about 1 μm in diameter. This means that gaseous leak rates in the range of 1 × 10 -5 Pa · m 3 / s must be reliably detected for such a bacteria-proof container. In particular, in the field of pharmaceutical or food industry non-destructive methods are often used for leak testing of sealed containers or packaging.
Ein solches nicht zerstörendes Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eines abgeschlossenen Behälters ist beispielsweise aus der
Aus dem Dokument
Neben nicht zerstörenden, serienüberwachenden Verfahren sind ferner zerstörende Verfahren bekannt, bei denen der Behälter geöffnet wird und das enthaltene Gas im Labor analysiert wird. Hier sind jedoch nur stichprobenartige Untersuchungen möglich. In addition to non-destructive, serial monitoring methods, destructive methods are also known in which the container is opened and the gas contained is analyzed in the laboratory. Here, however, only random examinations are possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung eines abgeschlossenen Behälters mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise die Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 weisen gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass hierbei eine Leckage eines abgeschlossenen Behälters mit einem Inneren mit einer ersten Substanz gefüllten ersten Volumen in vereinfachter Weise mittels einer einzelnen Konzentrationsmessung der in das erste Volumen des abgeschlossenen Behälters eingetretenen Moleküle einer zweiten gasförmigen Substanz, die andere physikalische Eigenschaften als die erste Substanz hat, bestimmt wird. Hierzu wird in einem den Behälter umgebenden zweiten Volumen durch Einfüllen der zweiten Substanz ein zweiter Druck erzeugt, der größer als der erste Druck der in dem ersten Volumen des Behälters vorhandenen ersten Substanz ist. Die zweite Substanz bewirkt eine Veränderung, beispielsweise eine Erhöhung, der Raman-Spektralbande der ersten gasförmigen Substanz oder weist ein Raman-Spektralband auf, das in einem anderen Wellenlängenbereich als die Raman-Spektralbanden der ersten gasförmigen Substanz liegt oder durch mathematische Methoden geeignet von den Raman-Spektralbanden der ersten gasförmigen Substanz trennbar und dadurch unterscheidbar ist. Ferner wird nach Ablaufen einer vorbestimmten Zeit die Konzentration der sich in dem ersten Volumen des Behälters befindlichen Moleküle der zweiten gasförmigen Substanz mittels einer Raman-Spektroskopie gemessen. Dadurch wird ferner erreicht, dass eine Kontamination des zweiten Volumens durch solche aus einem abgeschlossenen Behälter mit Leckage austretenden Moleküle der ersten Substanz vermieden wird. Somit kann auf einfache und sichere Weise zerstörungsfrei ein Behälterleck ohne Kontamination der Umgebung in einem Schritt erfasst werden.The inventive method for leak testing a sealed container with the features of claim 1 and the device for leak testing with the features of
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Raman-Spektroskopie an dem in das zweite Volumen eingeführten Behälter durchgeführt. Somit können Druckerzeugung und Spektraluntersuchung ohne Bewegung des Behälters an einem Ort durchgeführt werden. Erfindungsgemäß kann ein zu prüfender Behälter in eine Druckkammer eingeführt werden, in der durch Einfüllen der zweiten Substanz der zweite Druck erzeugt wird. Hier entspricht das zweite Volumen dem Volumen der Druckkammer. Nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit, die lang genug ist, dass genügend Moleküle der zweiten Substanz in dem ersten Volumen des Behälters eintreten können, wird dann die Raman-Spektroskopie zur Konzentrationsmessung der Moleküle der zweiten gasförmigen Substanz in dem ersten Volumen des Behälters durchgeführt. Während der Durchführung der Raman-Spektroskopie bleibt dann der zu prüfende Behälter in der Druckkammer. Sehr vorteilhaft ist, dass mittels einer erfindungsgemäßen Dichtigkeitsprüfung bevorzugt auch das Vorliegen von Leckagen, die in einem Größenordnungsbereich von Bakterien beziehungsweise Viren liegen, mittels einer Raman-Spektroskopie, das heißt, mittels eines optischen Verfahrens, leicht nachgewiesen werden können. Bei der erfindungsgemäßen Dichtigkeitsprüfung wird eine Raman-Spektroskopie, das heißt, ein optisches Verfahren eingesetzt, das zerstörungsfrei und kontaktlos durchführbar ist und dadurch die nötige Sterilität des Inhaltes eines zu prüfenden Behälters nicht beeinflusst.According to a preferred embodiment of the invention, Raman spectroscopy is performed on the container introduced into the second volume. Thus, pressure generation and spectral analysis can be performed without moving the container in one location. According to the invention, a container to be tested can be introduced into a pressure chamber in which by filling the second substance of the second pressure is generated. Here, the second volume corresponds to the volume of the pressure chamber. After the lapse of the predetermined time, which is long enough for enough molecules of the second substance to enter the first volume of the container, Raman spectroscopy is then performed to measure the concentration of the molecules of the second gaseous substance in the first volume of the container. During the performance of Raman spectroscopy then remains to be tested container in the pressure chamber. It is very advantageous that by means of a leakage test according to the invention preferably also the presence of leaks, which are in the range of order of bacteria or viruses, by means of a Raman spectroscopy, that is, by means of an optical method, can be easily detected. In the leakage test according to the invention, a Raman spectroscopy, that is, an optical method is used which is non-destructive and contactless feasible and thereby does not affect the necessary sterility of the contents of a container to be tested.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Vorhandensein einer weiteren Prüfzelle zum Durchführen der Raman-Spektroskopie nicht notwendig. Vorteilhaft dabei ist es auch, dass in einer solchen Druckkammer sowohl eine auf einer Raman-Spektroskopie basierten Dichtigkeitsprüfung eines Behälters, in dessen ersten Volumen Atmosphärendruck herrscht, sehr genau durchführbar ist, als auch eine auf einer Raman-Spektroskopie basierten Dichtigkeitsprüfung eines Behälters, in dessen ersten Volumen Vakuum vorhanden ist oder ein erster Druck herrscht, der kleiner als der Atmosphärendruck ist, sehr genau durchführbar ist. Sehr vorteilhaft ist es auch, dass zum Durchführen der Raman-Spektroskopie der zu prüfende Behälter nicht aus der Druckkammer herausgeführt werden muss. Dabei wird vermieden, dass die Moleküle der zweiten gasförmigen Substanz aus dem zu prüfenden Behälter austreten, nachdem der zu prüfende Behälter aus der Druckkammer heraus geführt wird, um später in eine Prüfzelle zum Durchführen der Raman-Spektroskopie eingeführt zu werden. Beispielsweise kann die Druckkammer vor dem Durchführen der Raman-Spektroskopie evakuiert werden, sodass in der Druckkammer Vakuum oder der erste Druck, insbesondere derjenige erste Druck, der kleiner als der Atmosphärendruck ist, eingestellt wird.In this embodiment of the invention, the presence of another test cell for performing Raman spectroscopy is not necessary. It is also advantageous that in such a pressure chamber both based on a Raman spectroscopy leak test of a container, in the first volume of which atmospheric pressure prevails, is very accurate feasible, as well as based on a Raman spectroscopy leak test of a container in whose first volume vacuum is present or a first pressure prevails that is less than the atmospheric pressure, is very accurate feasible. It is also very advantageous that for carrying out the Raman spectroscopy the container to be tested does not have to be led out of the pressure chamber. In this case, it is avoided that the molecules of the second gaseous substance escape from the container to be tested, after the container to be tested is led out of the pressure chamber, to be introduced later into a test cell for performing the Raman spectroscopy. For example, the pressure chamber may be evacuated prior to performing the Raman spectroscopy, so that in the pressure chamber vacuum or the first pressure, in particular that first pressure which is less than the atmospheric pressure is adjusted.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird alternativ die Raman-Spektroskopie an dem aus dem zweiten Volumen heraus geführten Behälter durchgeführt, wodurch eine einfache Prozessführung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß kann ein zu prüfender Behälter in eine Druckkammer eingeführt werden, in der durch Einfüllen der zweiten Substanz der zweite Druck erzeugt wird. Auch hier entspricht das zweite Volumen dem Volumen der Druckkammer. Nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit, die lang genug ist, dass bei einem Leck genügend Moleküle der zweiten Substanz in das erste Volumen des Behälters eintreten können, wird der Behälter in eine separate Prüfzelle eingeführt, in der eine Raman-Spektroskopie zur Konzentrationsmessung der Moleküle der zweiten gasförmigen Substanz durchgeführt wird. Während der Durchführung der Raman-Spektroskopie bleibt hier der zu prüfende Behälter in der Prüfzelle. In dem ersten Volumen des zu prüfenden Behälters kann Atmosphärendruck herrschen. In dem ersten Volumen des zu prüfenden Behälters kann auch Vakuum vorhanden sein oder ein erster Druck herrschen, der kleiner als der Atmosphärendruck ist. Beispielsweise kann die Prüfzelle mit dem eingeführten Behälter nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit und vor dem Durchführen der Raman-Spektroskopie evakuiert werden, sodass in der Prüfzelle Vakuum oder der erste Druck, insbesondere derjenige erste Druck, der kleiner als der Atmosphärendruck ist, eingestellt wird. Beispielsweise kann in der Prüfzelle Atmosphärendruck vorhanden sein. Es ist sehr vorteilhaft, dass wenn in dem ersten Volumen des zu prüfenden Behälters Atmosphärendruck herrscht, auch in der Prüfzelle Atmosphärendruck herrscht. In diesem Fall können während der Durchführung der Raman-Spektroskopie keine Moleküle der zweiten Substanz aus dem zu prüfenden Behälter austreten.According to a further preferred embodiment of the invention, the Raman spectroscopy is alternatively carried out on the guided out of the second volume container, whereby a simple process control is made possible. According to the invention, a container to be tested can be introduced into a pressure chamber in which the second pressure is generated by filling in the second substance. Again, the second volume corresponds to the volume of the pressure chamber. After the lapse of the predetermined time, which is long enough for enough molecules of the second substance to enter the first volume of the container in the event of a leak, the container is introduced into a separate test cell in which Raman spectroscopy is used to measure the concentration of the molecules second gaseous substance is performed. During the performance of Raman spectroscopy, the container to be tested remains in the test cell. In the first volume of the container to be tested atmospheric pressure can prevail. In the first volume of the container to be tested may also be present vacuum or a first pressure which is less than the atmospheric pressure. For example, the test cell can be evacuated with the inserted container after the lapse of the predetermined time and before performing the Raman spectroscopy, so that in the test cell vacuum or the first pressure, in particular that first pressure, which is less than the atmospheric pressure is adjusted. For example, atmospheric pressure may be present in the test cell. It is very advantageous that when there is atmospheric pressure in the first volume of the container to be tested, atmospheric pressure also prevails in the test cell. In this case, during the performance of Raman spectroscopy, no molecules of the second substance can escape from the container to be tested.
Vorzugsweise ist das erste Volumen des zu prüfenden Behälters mit Luft gefüllt und der zu prüfenden Behälter wird in dem zweiten Volumen mit Stickstoff als Prüfgas bedrückt. Die beim Vorliegen eines Leckes in den zu prüfenden Behälter eintretenden Stickstoffmoleküle bewirken, dass die nach dem Bedrücken des zu prüfenden Behälters detektierbaren Raman-Spektralbande verändert, insbesondere erhöht, gegenüber der Raman-Spektralbanden der Luft sind, die vor dem Bedrücken des zu prüfenden Behälters detektierbar waren. Auch bewirken die in den zu prüfenden Behälter eintretenden Moleküle eine Konzentrationsänderung der sich in dem zu prüfenden Behälter befindlichen Stickstoffmoleküle. Diese Konzentrationsänderung wird dann mittels Raman-Spektroskopie gemessen. Da die Konzentration von Stickstoff in Luft bekannt ist, muss zur Messung der genannten Konzentrationsänderung die Konzentration der sich in dem zu prüfenden Behälter vor dem Bedrücken dieses mit Prüfgas befindlichen Stickstoffmoleküle nicht gesondert gemessen werden. Preferably, the first volume of the container to be tested is filled with air and the container to be tested is depressed in the second volume with nitrogen as a test gas. The entering in the presence of a leak in the container to be tested nitrogen molecules cause the detectable after pressing the container to be tested Raman spectral band changed, in particular increased, compared to the Raman spectral bands of air, which are detectable before the container to be tested were. The molecules entering the container to be tested also cause a change in the concentration of the nitrogen molecules in the container to be tested. This change in concentration is then measured by Raman spectroscopy. Since the concentration of nitrogen in air is known, in order to measure said concentration change, the concentration of the nitrogen molecules in the container to be tested prior to the exposure of this test gas to the nitrogen need not be measured separately.
Insbesondere wenn in dem zu prüfenden Behälter Atmosphärendruck herrscht, können in der Druckkammer vorzugsweise gleichzeitig mehrere zu prüfenden Behälter dem zweiten Druck ausgesetzt werden und dann einzeln in die Prüfzelle zum Durchführen der Raman-Spektroskopie eingeführt werden. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Zeit, in der ein zu prüfender Behälter dem zweiten Druck ausgesetzt werden muss, wesentlich länger als die zum Durchführen der Raman-Spektroskopie notwendige Zeit. Dabei kann die Sensitivität der Dichtigkeitsprüfung durch eine Verlängerung der vorbestimmten Zeit, in der die zu prüfenden Behälter dem zweiten Druck ausgesetzt werden, wesentlich erhöht werden. Wenn in dem ersten Volumen der einzelnen abgeschlossenen Behälter Atmosphärendruck herrscht, haben die jeweilige Wartezeiten bis die einzelnen Behälter in die Prüfzelle zum Durchführen der Raman-Spektroskopie eingeführt werden können, keinen Einfluss auf die Konzentration der sich in den ersten Volumen eines jeweiligen Behälters befindlichen Molekülen der zweiten gasförmigen Substanz. Deswegen können insbesondere in dem soeben genannten Fall mehrere zu prüfende Behälter gleichzeitig in die Druckkammer eingeführt werden, um gleichzeitig dem zweiten Druck ausgesetzt zu werden. Dadurch kann die Gesamtzeit zum Durchführen der Dichtigkeitsprüfung der mehreren Behälter stark verkürzt werden.In particular, when there is atmospheric pressure in the container to be tested, it is preferable that a plurality of containers to be tested are simultaneously exposed to the second pressure in the pressure chamber and then introduced individually into the test cell for performing Raman spectroscopy. Preferably, the predetermined time in which a container to be tested must be exposed to the second pressure, much longer than the time required to perform the Raman spectroscopy. In this case, the sensitivity of the leak test can be substantially increased by extending the predetermined time in which the containers to be tested are exposed to the second pressure. If atmospheric pressure exists in the first volume of the individual sealed containers, the respective waiting times until the individual containers can be introduced into the test cell for performing Raman spectroscopy have no influence on the concentration of the molecules of the first container in the first volume second gaseous substance. Therefore, particularly in the case just mentioned, a plurality of containers to be tested can be simultaneously introduced into the pressure chamber to be simultaneously exposed to the second pressure. Thereby, the total time for performing the leak test of the plurality of containers can be greatly shortened.
Erfindungsgemäß wird mittels einer Raman-Spektroskopie eine direkte molekülspezifische Konzentrationsmessung der in dem ersten Volumen des Behälters eingetretenen Moleküle der zweiten Substanz zerstörungsfrei und kontaktlos vor Ort durchgeführt. Dadurch, dass die erfindungsgemäße Dichtigkeitsprüfung auf einer molekülspezifischen Messung der in dem ersten Volumen eines zu prüfenden Behälters mit Leckage eingetretenen Moleküle und nicht auf eine molekülunspezifische Messung, die auf einer Leckrate der aus dem ersten Volumen eines zu prüfenden Behälters ausgetretenen Moleküle basiert, wird vermieden, dass die Dichtigkeits- beziehungsweise Leckageprüfung durch Fremdstoffmoleküle verfälscht wird, die beispielsweise wegen einer undichten Prüfkammer, in der sich ein solcher zu prüfende Behälter sich während der Dichtigkeitsprüfung befindet, oder wegen außerhalb des Behälters vorhandenen und verdampfenden Materialien, wie beispielsweise Fette oder Öle, vorkommen können.According to the invention, a direct molecule-specific concentration measurement of the molecules of the second substance which have entered the first volume of the container is carried out nondestructive and contactless on site by means of Raman spectroscopy. Characterized in that the leak test according to the invention is based on a molecule-specific measurement of molecules which have entered the first volume of a container to be tested with leakage and not on a molecule-specific measurement based on a leak rate of the leaked from the first volume of a container to be tested container molecules, the leaktightness or leakage test is falsified by foreign substance molecules which may occur, for example, because of a leaky test chamber in which such a container to be tested is located during the leak test, or because of materials present outside the container such as fats or oils ,
Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck eine derartige Druckdifferenz erzeugt, dass wenn der Behälter mindestens ein eine vorbestimmte Größe überschreitendes Loch beziehungsweise Leckage aufweist, sich in dem ersten Volumen nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit eine einen vorbestimmten Grenzwert überschreitende Konzentration der Molekülen der zweiten gasförmigen Substanz befinden.In a very preferred embodiment of the invention, such a pressure difference is generated between the second pressure and the first pressure that when the container has at least one predetermined size exceeding a leak, a predetermined one in the first volume after the lapse of the predetermined time Limit exceeding concentration of the molecules of the second gaseous substance are located.
Bei einer weiteren sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck mindestens 510 Pa. Auch kann die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck zwischen 105 Pa und 6·105 Pa liegen.In another highly preferred embodiment of the invention, the pressure difference between the second pressure and the first pressure is at least 510 Pa. Also, the pressure difference between the second pressure and the first pressure may be between 10 5 Pa and 6 x 10 5 Pa.
Die erste gasförmige Substanz kann Stickstoff oder Sauerstoff oder Ethanol-Dampf oder Wasser-Dampf sein. Ferner kann die zweite gasförmige Substanz Luft sein. Mit anderen Worten umfasst die erste gasförmige Substanz beziehungsweise die Gasphase eines insbesondere im Bereich der Pharma- oder der Nahrungsmittelindustrie verwendeten abgeschlossenen Behälters Luft, Stickstoff oder Dampf der eingefüllten Flüssigkeiten, die meist wässrige oder alkoholische Lösungen sind. Sinnvollerweise wird dann eine zweite gasförmige Substanz als Prüfgas verwendet, die mindestens ein charakteristisches Raman-Spektralband aufweist, das spektral nicht störend im Bereich der Gasphase eines zu prüfenden Behälters liegt. Insbesondere ist die Verwendung von Luft beziehungsweise Druckluft oder Stickstoff als Prüfgas aus Kostengründen am sinnvollsten. Vorzugsweise ist je nach Füllsubstanz die Verwendung von Stickstoff als Prüfgas am sinnvollsten, da Stickstoff als Inertgas zur Vermeidung von Kontaminationen auch in kleinsten Spuren der Behälterfüllung einsetzbar ist. The first gaseous substance may be nitrogen or oxygen or ethanol vapor or water vapor. Furthermore, the second gaseous substance may be air. In other words, the first gaseous substance or the gas phase of a sealed container used in particular in the pharmaceutical or food industry includes air, nitrogen or vapor of the filled liquids, which are mostly aqueous or alcoholic solutions. It makes sense to use a second gaseous substance as the test gas which has at least one characteristic Raman spectral band which is not spectrally disturbing in the gas phase of a container to be tested. In particular, the use of air or compressed air or nitrogen as a test gas for cost reasons makes the most sense. Preferably, depending on the filling substance, the use of nitrogen as a test gas makes the most sense, since nitrogen can be used as an inert gas to avoid contamination in the smallest traces of container filling.
Beispielsweise liegt ein Raman-Spektralband von Sauerstoff (O2) bei einer Wellenzahl von 1556 cm–1, ein Raman-Spektralband von Stickstoff (N2) bei einer Wellenzahl von 2331 cm–1, ein Raman-Spektralband von Ethanol in einem sich zwischen 800 cm–1 und 1550 cm–1 erstreckenden Wellenzahlbereich und ein Raman-Spektralband von Wasser bei einer Wellenzahl von 3000 cm–1. Aus diesem Beispiel kann man erkennen, dass Luftanteile im Ethanol- oder Wasser-Dampf sich problemlos unterscheiden lassen.For example, a Raman spectral band of oxygen (O 2 ) at a wavenumber of 1556 cm -1 , a Raman spectral band of nitrogen (N 2 ) at a wavenumber of 2331 cm -1 , is a Raman spectral band of ethanol in between 800 cm -1 and 1550 cm -1 extending wave number range and a Raman spectral band of water at a wave number of 3000 cm -1 . From this example, it can be seen that air fractions in the ethanol or water vapor can easily be distinguished.
Bevorzugt ist der abgeschlossene Behälter transparent oder weist einen transparenten Bereich beziehungsweise ein eingebautes optisches Fenster auf. Bei der erfindungsgemäßen Dichtigkeitsprüfung mittels einer Raman-Spektroskopie ist es notwendig, dass der zu prüfende Behälter einen optischen Zugang aufweist.The closed container is preferably transparent or has a transparent area or a built-in optical window. In the leakage test according to the invention by means of a Raman spectroscopy, it is necessary that the container to be tested has an optical access.
Vorzugsweise kann der abgeschlossene Behälter ein Glasbehälter, insbesondere ein Vial, sein. Preferably, the sealed container may be a glass container, in particular a vial.
Bevorzugt ist der abgeschlossene Behälter ein Vakuumbehälter. Das bedeutet, dass das erste Volumen des zu prüfenden abgeschlossenen Behälters nicht mit Gas und/oder Dampf gefüllt sein muss. In dem ersten Volumen des Behälters kann auch Vakuum vorhanden sein.Preferably, the sealed container is a vacuum container. This means that the first volume of the sealed container to be tested need not be filled with gas and / or steam. There may also be vacuum in the first volume of the container.
Weiter bevorzugt ist der abgeschlossene Behälter ein fest ausgebildeter Behälter. Ein solcher fest ausgebildeter Behälter weist keine flexible Bereiche beziehungsweise Wände auf. More preferably, the closed container is a firmly formed container. Such a firmly formed container has no flexible areas or walls.
Vorzugsweise umfasst der abgeschlossene Behälter neben der ersten gasförmigen Substanz eine weitere Substanz, die eine Flüssigkeit oder ein Feststoff, insbesondere ein pulverförmiger Feststoff, ist. Bevorzugt kann die weitere Substanz auch gasförmig sein. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung unabhängig von dem Aggregatzustand der weiteren sich in dem abgeschlossenen Behälter vorhandenen Substanz durchgeführt werden. Preferably, the sealed container comprises in addition to the first gaseous substance another substance which is a liquid or a solid, in particular a pulverulent solid. Preferably, the further substance may also be gaseous. In other words, the leakage test method according to the invention can be carried out independently of the state of aggregation of the further substance present in the closed container.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann parallel mit einem Verfahren zur Restsauerstoffbestimmung durchgeführt werden. Hierbei ist die zweite gasförmige Substanz Luft. Dabei sollte die Bedrückungszeit des abgeschlossenen Behälters mit Luft, das heißt, die vorbestimmte Zeit, in der der abgeschlossene Behälter dem zweiten Druck ausgesetzt wird, lang genug sein, dass die Restsauerstoffkonzentration in dem zu prüfenden Behälter mit einer Leckage über einen vorbestimmten Grenzwert liegt.The method according to the invention can be carried out in parallel with a method for determining residual oxygen. Here, the second gaseous substance is air. In this case, the pressurization time of the sealed container with air, that is, the predetermined time in which the sealed container is exposed to the second pressure, should be long enough that the residual oxygen concentration in the container to be tested with leakage is above a predetermined limit.
Zeichnungdrawing
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Für die Bezeichnung von gleichen Komponenten wurden in der Zeichnung die gleichen Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. For the designation of the same components, the same reference numerals have been used in the drawing. In the drawing is:
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
In der
Der Behälter
Nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit wird die Konzentration der sich in dem ersten Volumen
Der Laser
Der von dem Laser
Bevorzugt wird einen Laser
Ferner wird solches unter einem Winkel θ emittiertes Streulicht
Der Spektrograph
Bei der Messung der Konzentration der sich in dem ersten Volumen
In der
In die Druckkammer
Ferner wird in der Druckkammer
Zum Durchführen einer Dichtigkeitsprüfung mittels der Vorrichtung
Beispielsweise ist das Prüfgas Luft und das erste Volumen
Falls der zu prüfende Behälter
Je größer der zweite Duck p2 des Prüfgases ist, desto schneller dringt eine ausreichende Anzahl von Molekülen des Prüfgases in das erste Volumen
Zur Berechnung der Abhängigkeit zwischen zwei Leckraten der eintretenden Moleküle, die bei Vorliegen von unterschiedlichen Werten des ersten Druckes p1 und/oder des zweiten Druckes p2 vorkommen, wird in ausreichend genauer Näherung angenommen, dass die Strömung der eintretenden Moleküle visko-laminar ist. Das bedeutet, dass wenn der zweite Druck p2 2·105 Pa beziehungsweise 7·105 Pa·beträgt und in dem ersten Volumen
Beispielsweise wenn das Prüfgas Luft mit einer Standardsauerstoffkonzentration von etwa 200 000 ppm und einem zweiten Druck p2 von etwa 2·105 Pa beziehungsweise etwa 7·105 Pa·ist und der zu prüfende Behälter
Nach dem Ablaufen der vorbestimmten Zeit, in der der oder die zu prüfenden Behälter
Nach dem Ablaufen der Wartezeit wird die Konzentration der sich in dem ersten Volumen
Zum Durchführen der Raman-Spektroskopie wird der oder die zu prüfenden Behälter
Der Laser
Ferner wird das unter einem Winkel θ emittierte Streulicht
Der Spektrograph
Wenn das Prüfgas Luft ist und das erste Volumen des Behälters
Bei der Messung der konstanten Konzentration der sich in dem ersten Volumen
Der in dem oben erwähnten linearen Zusammenhang mit definiertem Nullpunkt zwischen der genannten Anzahl der Photonen und dem vorkommenden Formfaktor kann in sehr einfacher Weise mittels einer Kalibrierung, insbesondere mittels einer Einpunktkalibrierung, bei eingestellter Laserleistung und eingestellter Mess- beziehungsweise Detektionszeit bestimmt werden.The in the above-mentioned linear relationship with defined zero point between said number of photons and the occurring form factor can be determined in a very simple manner by means of a calibration, in particular by means of a one-point calibration, with adjusted laser power and set measurement or detection time.
Wenn das Prüfgas Luft ist, kann die Kalibrierung mit einer mittels desselben Raman-Aufbaus durchgeführten Messung der Anzahl der vom Sauerstoff der Umgebungsluft Raman gestreuten Photonen erfolgen. Auch kann die Kalibrierung mit einer mittels desselben Raman-Aufbaus durchgeführten Messung der Anzahl der von Stickstoff der Umgebungsluft Raman gestreuten Photonen erfolgen. Dabei wird für Umgebungsluft die bekannte und als konstant angenommene Sauerstoffkonzentration von
Durch die Linearität der mittels einer Raman-Spektroskopie gemessenen Anzahl der Raman gestreuten Photonen zur Laserleistung und zur Detektionszeit kann bei der Messung der Konzentration der sich in dem ersten Volumen eines zu prüfenden Behälters
In technischer Umsetzung erfolgt die Kalibrierung bevorzugt mittels Referenzbehältern, wie beispielsweise mittels Vials, die mit Umgebungsluft gefüllt sind und dieselbe Beschaffenheit wie die zu prüfenden Behälter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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