DE1235630B - Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen - Google Patents

Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen

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DE1235630B
DE1235630B DE1964B0076491 DEB0076491A DE1235630B DE 1235630 B DE1235630 B DE 1235630B DE 1964B0076491 DE1964B0076491 DE 1964B0076491 DE B0076491 A DEB0076491 A DE B0076491A DE 1235630 B DE1235630 B DE 1235630B
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Dipl-Phys Dr Wolfgang Witte
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WOLFGANG WITTE DIPL PHYS DR
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WOLFGANG WITTE DIPL PHYS DR
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths

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Description

  • Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen.
  • Es ist bekannt, zwecks Identifizierung einer unbekannten Substanz mittels eines dispersiven Spektralphotometers das Absorptionsspektrum dieser Substanz aufzunehmen. Man kann dann das so erhaltene Spektrum mit den Spektren bekannter Substanzen vergleichen und bei Übereinstimmung des aufgenommenen Spektrums mit dem einer bekannten Substanz darauf schließen, daß es sich um die gleiche Substanz handelt. Diese Art der spektroskopischen Identifizierung ist jedoch relativ aufwendig. Die kompletten Spektren der verschiedenen Substanzen enthalten wesentlich mehr Informationen, als zu einer einwandfreien Identifizierung einer reinen Substanz an sich erforderlich wäre. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches mit wesentlich geringerem Aufwand eine einwandfreie Identifizierung reiner Substanzen gestartet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Identifizierung von Substanzen geeignet, die durch Gas- oder Flüssigkeitschromatographie getrennt sind und zeitlich nacheinander in reiner Form als Banden am Ausgang einer Trennsäule erscheinen.
  • Übliche Detektoren für die Gaschromatographie liefern Signale, die ein Maß für die Mengen der austretenden Gemischkomponenten bilden. Die Gaschromatographie gibt jedoch keine genauen Anhaltspunkte über die Art der austretenden Substanzen.
  • Die Retentionszeit ist nur ein sehr ungenaues und nicht eindeutiges Kennzeichen und hängt von der Art der Trennsäule und anderen Faktoren ab. Man kann somit mit Gaschromatographie zwar Gemische bekannter Zusammensetzung quantitativ analysieren, jedoch nicht unbekannte Substanzen identifizieren.
  • Durch die Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, welches mit einfachen Mitteln eine solche Identifizierung der durch chromatographische Trennung erhaltenen reinen Substanzen ermöglicht.
  • Die Erfindung besteht darin, daß in den Strahlengang zwischen einer ein kontinuierliches Spektrum emittierenden Strahlungsquelle und einem Detektor eine Probe in vorgegebener Schichtdicke sowie nacheinander eine Mehrzahl von Filtern mit unterschiedlichem spektralem Durchlässigkeitsverlauf eingeschaltet werden und als Charakteristikum der Substanzen die Verhältnisse der Werte der so erhaltenen Detektorsignale unter sich oder jeweils mit dem Wert des ohne die Filter beeinflußten Detektorsignals ermittelt werden.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zur Identifizierung einer Substanz das Verhältnis der Signale ausreicht, die von einem nichtselektiven Detektor - integriert über die Wellenlängen - geliefert werden, wenn nacheinander einige wenige, z. B. zwei oder drei Filter mit unterschiedlichen Absorptionsspektren in den Strahlengang eingebracht werden. Die so erhaltenen Verhältnisse, vorzugsweise normiert auf das ohne Filter erhaltene Detektorsignal, können für bekannte Substanzen tabelliert oder katalogisiert werden, so daß man aus den ermittelten Verhältniszahlen in der Tabelle oder in dem Katalog die jeweilige Substanz ermitteln kann.
  • Somit ist bei der Anwendung der Erfindung nicht ein umfangreicher Spektralatlas oder eine Spektrenkartei erforderlich, um die Substanzen zu bestimmen, da nicht Spektren, sondern nur Zahlen verglichen zu werden brauchen. Auch ist natürlich die Katalogisierung und das Aufsuchen von Verhältniszahlen einfacher als die Ordnung und der Vergleich von Spektralkurven. Schließlich wird der apparative Aufwand wesentlich verringert. Man benötigt nicht ein dispersives Spektralphotometer, sondern kann ein relativ einfaches und billiges Gerät verwenden.
  • Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen auf spektroskopischem Wege eine quantitative Bestimmung der Zusammensetzung eines Gemisches bekannter Substanzen erfolgt. Es soll dort also nicht eine unbekannte Substanz identifiziert werden, sondern es sollen, ähnlich wie bei der Gaschromatographie, quantitativ die Konzentrationen bekannter Substanzen in einem Gemisch ermittelt werden. Zu dieser Art von Geräten gehören die verschiedenen Formen nichtdispersiver Gasanalysatoren (vgl. I.S.A.
  • Journal, Mai 1952, S. 57 bis 62), bei denen durch geeignete Füllung von Gaszellen, die von den optischen Strahlengängen durchsetzt werden, erreicht wird, daß ein Detektor nur auf eine bestimmte Komponente in einem Gasgemisch anspricht. Es ist ein dispersiv arbeitendes Gerät bekannt, bei welchem zu dem gleichen Zweck abwechselnd Strahlung zweier verschiedener Spektrallinien auf einen einzigen Detektor geleitet werden kann und bei welchem eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen dem Verhältnis der Intensitäten dieser Linien proportionalen Meßwert liefert (deutsche Patentschrift 1 060620). Man kann dann für zwei Gemischkomponenten charakteristische Spektrallinien auswählen und so ein Maß für das Konzentrationsverhältnis dieser Komponenten gewinnen. Es ist auch schon eine ähnliche dispersiv arbeitende Anordnung bekannt, bei welcher abwechselnd zwei Gruppen von Spektrallinien auf einen Empfänger geleitet werden können, um die Genauigkeit der Konzentrationsmessung noch zu erhöhen (deutsche Patentschrift 1096060). Zu dem gleichen Zweck, nämlich der Messung von Konzentrationsverhältnissen bekannter Substanzen in einem Gemisch bei der Betriebskontrolle, ist eine nicht dispersive Anordnung bekannt, bei welcher ein Strahlenbündel von einer ein kontinuierliches Spektrum emittierenden Strahlungsquelle durch die Probe hindurch auf einen nichtselektiven Strahlungsempfänger fällt und zwei verschiedene Filter abwechselnd in den Strahlengang gebracht werden. Das eine läßt eine Bande zum Empfänger gelangen, die für eine erste Substanz charakteristisch ist, während das andere Filter eine für eine zweite Substanz charakteristische Bande durchläßt. Ein Schreiber registriert das Verhältnis der so erhaltenen Signale als Maß für das Konzentrationsverhältnis (Brügel, Einführung in die Ultrarotspektroskopie, 1962, S. 247). Es handelt sich hier praktisch um ein nichtdispersives äquivalent einer Anordnung nach Art der deutschen Patentschrift 1 060 620.
  • In allen diesen Fällen handelt es sich nicht wie bei der Erfindung um die Identifizierung reiner Substanzen, sondern um die quantitative Bestimmung des Konzentrationsverhältnisses bekannter Substanzen in einem Gemisch.
  • Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, welche zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann; F i g. 2a bis 2e zeigen schematisch Spektren, die zum besseren Verständnis der Erfindung dienen.
  • Eine Lichtquelle 1 wird durch einen Spiegel 2 auf einem thermischen Detektor 3 abgebildet. Der Strahlengang wird durch eine Zerhackerscheibe 4 periodisch unterbrochen und durchsetzt ein Breitbandfilter 5 zur Begrenzung des ausgenutzten Spektralbereiches, ein Filter 6, das in einem Filterrad 7 angeordnet ist, sowie die Probe 8. Durch das Filterrad 7 kann wahlweise eines von verschiedenen Filtern oder auch gar kein Filter in den Strahlengang eingebracht werden.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung und das erfindungsgemäße Verfahren wird aus F i g. 2 a bis 2 e verständlich. F i g. 2a zeigt das Emissionsspektrum einer Strahlungsquelle 1, vorzugsweise eines thermischen Strahlers, in einem begrenzten Spektralbereich.
  • Das Breitbandfilter 5 sorgt dafür, daß nur dieser Spektralbereich auf den Detektor 3 fällt. Fig. 2b zeigt das Durchlässigkeitsspektrum der Probe 8 Fig. 2c zeigt das Durchlässigkeitsspektrum eine der Filter 6. Man erkennt, daß das Filter 6 eine ausgeprägt selektive Durchlässigkeit besitzt und in derr wirksamen Spektralbereich eine größere Anzahl vor Absorptionsbanden 11 aufweist. Die auf den Empfänger 3 auftreffende Strahlung besitzt dann eine spektrale Verteilung, die sich durch punktweise Multiplikation der Kurven von F i g. 2a bis 2c ergibt. Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Empfängers 3 ist in Fig. 2d dargestellt. Das vom Empfänger abgegebene Signal B erhält man durch weitere Multiplikation mit der Empfindlichkeitskurve von F i g. 2d und Integration über den ausgenutzten Spektralbereich. Der Wert des Signals B entsprich@ der Fläche unter der Kurve in F i g. 2 e. Für ein anderes Filter mit einer anderen Charakteristik statt der Kurve in F i g. 2c ergibt sich ein anderer Wert C des Integrals. Ein dritter Wert A wird erhalten, wenn überhaupt kein Selektivfilter 6 im Strahlengang ist.
  • Man kann dann Verhältnisse B/A, C/Abilden. Für eine andere Probensubstanz mit einem anderen Absorptionsspektrum statt der Kurve in F i g. 2 b ergeben sich mit den gleichen Filtern andere Werte für die angegebenen Verhältnisse.
  • Die Verhältnisse B/A, C/A, die mit bestimmtenFiltern in der geschilderten Weise gewonnen wurden, sind charakteristisch für die betreffende Substanz und können zur Identifizierung einer reinen Probensubstanz benutzt werden, wenn man diese Verhältnisse für bekannte Substanzen tabelliert. Man kann natürlich, wenn zwei VerhäItniswerte zur eindeutigen Identifizierung einer Probensubstanz nicht ausreichen sollten, auch mehr als zwei Filter vorsehen und die Substanzen nach Verhältniszahlen A/B, A/C, A/D ... tabellieren. Es ist auch möglich, etwa nach Art der zitierten Stelle bei Brügel die Verhältnisse elektrisch zu bilden und automatisch zu registrieren oder anzuzeigen.

Claims (3)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen, dadurch gekennzeichn e t, daß in den Strahlengang zwischen einer ein kontinuierliches Spektrum emittierenden Strahlungsquelle und einem Detektor eine Probe in vorgegebener Schichtdicke sowie nacheinander eine Mehrzahl von Filtern mit unterschiedlichem spektralem Durchlässigkeitsverlauf eingeschaltet werden und als Charakteristikum der Substanzen die Verhältnisse der Werte der so erhaltenen Detektorsignale unter sich oder jeweils mit dem Wert des ohne die Filter beeinflußten Detektorsignals ermittelt werden.
  2. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1 060620, 1096060 ; Werner Bügel »Einführung in die Ultrarotspektroskopie«,
  3. 3. Auflage, Darmstadt, 1962, S. 247; I.S.A. Journal, Mai 1952, S. 57 bis 62.
DE1964B0076491 1964-04-24 1964-04-24 Verfahren zur spektroskopischen Identifizierung reiner Substanzen Pending DE1235630B (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1598467B1 (de) * 1967-07-26 1972-03-16 Frieseke & Hoepfner Gmbh Geraet zur beruehrungslosen messung der feuchte oder der konzentration anderer substanzen in bewegten messguthaben
DE2838706A1 (de) * 1978-08-07 1980-02-21 Foss Electric As N Vorrichtung zum messen der bestandteile einer fluessigkeitsprobe
DE3152252A1 (de) * 1980-08-14 1982-09-23 Panametrics Method and apparatus for photometric detection in fluids
DE3633916A1 (de) * 1986-10-04 1988-04-14 Kernforschungsz Karlsruhe Verfahren zur selektiven messung der konzentrationen von ir- bis uv-strahlung absorbierenden gasfoermigen und/oder fluessigen substanzen in gasen und/oder fluessigkeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE3736673A1 (de) * 1987-10-29 1989-05-11 Fraunhofer Ges Forschung Infrarot-analysengeraet

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