DE19649343A1 - Vorrichtung zur photometrischen Untersuchung eines gasförmigen Probenmediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur photometrischen Untersuchung eines gasförmigen Probenmediums mit einer Strah­ lungsquelle, mit einer von Ausgangsstrahlung der Strahlungsquelle beaufschlagbaren, mit dem gasförmigen Probenmedium füllbaren Meßzelle, mit einem Strahlungsdetektor, der von durch die Meß­ zelle durchgetretene Ausgangsstrahlung beaufschlagbar ist, und mit einer Auswerteinheit, mit der mittels eines aus wenigstens einem Ausgangssignal des Strahlungsdetektors gebildeten, von der Absorption der Ausgangsstrahlung durch das gasförmige Probenmedium in wenigstens einem Analysierspektralbereich beeinflußten Meßwertes die stoffliche Zusammensetzung des gasförmigen Probenmediums untersuchbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift "Chemische Sensoren" von Friedrich Oehme, erschienen im Jahr 1991 bei Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig, bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Spektralphotometer mit einer von Ausgangsstrahlung einer Strahlungsquelle beaufschlag­ ten, mit einem gasförmigen Probenmedium gefüllten Meßzelle angegeben, wobei ein Strahlungsdetektor vorgesehen ist, der von durch die Meßzelle durchgetretener Ausgangsstrahlung beauf­ schlagt ist. Weiterhin verfügt die gattungsgemäße Vorrichtung über eine Auswerteeinheit, mit der aus dem der beaufschlagten Strahlungsintensität zugeordneten, von der Absorption in dem gasförmigen Probenmedium beeinflußten Ausgangssignalen des Strahlungsdetektors unter Bildung eines Meßwertes die stoffliche Zusammensetzung des gasförmigen Probenmediums, wie bei­ spielsweise die Konzentration einzelner Komponenten, bestimmbar sind.

Derartige gattungsgemäß aufgebaute Spektralphotometer liefern zwar bei einer Vielzahl von Anwendungen verwertbare Ergebnisse, allerdings weisen sie den Nachteil auf, daß die differentielle Empfindlichkeit, das heißt die Empfindlichkeit der Ausgangssignale bei geringfügigen Änderungen beispielsweise der Konzentration einzelner Komponenten des gasförmigen Probenmediums, ver­ hältnismäßig gering ist. Weiterhin ist es erforderlich, daß zum Erhalt der Meßgenauigkeit wenigstens in größeren Abständen Kalibriermessungen durchgeführt werden, um über größere Zeit­ räume auftretende Modifikationen wie Alterung der Strah­ lungsquelle oder allmählich auftretende Verschmutzungen im optischen Strahlengang mit entsprechender Änderung der Ab­ sorption beziehungsweise der Transmission eliminierbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine hohe differen­ tielle Empfindlichkeit geschaffen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine mit der Meßzelle in Verbindung stehende Verdichtereinheit vor­ gesehen ist, mit der der Druck des gasförmigen Probenmediums in der Meßzelle auf wenigstens einen Druckwert einstellbar ist, der in dem Analysierspektralbereich zu einer Verbreiterung wenigstens einer Absorptionslinie gegenüber ihrer natürlichen Linien breite führt, und daß als wenigstens ein Meßwert eine der integralen Absorption in wenigstens einem wenigstens eine verbreiterte Absorptionslinie aufweisenden Abschnitt des Analysierspektral­ bereiches entsprechende Größe vorgesehen ist.

Durch das Vorsehen einer Verdichtereinheit läßt sich der Druck des gasförmigen Probenmediums auf einen so hohen Druckwert einstellen, daß eine Verbreiterung der die Intensität der Ausgangs­ signale des Strahlungsdetektors beeinflussenden Absorptionslinien auftritt, wobei nunmehr nicht nur Änderungen im Zentrum der Absorptionslinien sondern auch Änderungen in Zwischenbereichen von Absorptionslinien merklich zu der wenigstens über einen eine Absorptionslinie enthaltenden Abschnitt des Analysierspektral­ bereiches integrierten Änderung der Gesamtsignalintensität bei­ tragen. Durch diesen Integrationseffekt aufgrund der Druck­ verbreiterung und Integration der Gesamtsignalintensität auch in Zwischenbereichen von Absorptionslinien ist eine besonders hohe differentielle Empfindlichkeit erzielt.

Für eine besonders hohe differenzielle Empfindlichkeit ist es zweckmäßig, daß ein so hoher Druckwert eingestellt ist, daß in einem Abschnitt des Analysierspektralbereiches liegende Ab­ sorptionslinien in ihren Flankenbereichen überlappen. Dadurch tragen bei der Integration die Zwischenbereiche zwischen diesen Absorptionslinien in besonders hohem Maß zu der integrierten Gesamtsignalintensität bei.

Für eine hohe Meßgenauigkeit ist es erforderlich, daß der oder jeder Druckwert sowie die die Druckwerte ebenso beeinflussende Temperatur des gasförmigen Probenmediums genau bekannt sind. Hierzu ist es zweckmäßig, insbesondere bei sehr unterschiedlichen Druckwerten für die entsprechenden Druckbereiche optimierte Drucksensoren mit einer Genauigkeit von beispielsweise besser 10⁻³ vorzusehen und über das thermische Kontaktieren der Ver­ dichtereinheit und der Meßzelle an ein Wärmebadelement die Temperatur des gasförmigen Probenmediums auf einem bekannten einstellbaren Wert zu halten. Liegen die Druckwerte beispielsweise zwischen 1 Bar und 10 Bar, ist es zweckmäßig, lediglich einen in diesem Druckbereich ausreichend genauen Drucksensor vor­ zusehen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind zwei wenigstens um einen Faktor drei, vorzugsweise um einen Faktor von mehr als fünf verschiedene Druckwerte vorgesehen, wobei ein niedriger Druckwert beispielsweise dem Atmosphärendruck entspricht und der andere Druckwert so hoch ist, daß auch in Spektralab­ schnitten zwischen Absorptionslinien ein von Null verschiedenes Ausgangssignal des Strahlungsdetektors aufgrund der Druckver­ breiterung auftritt. Die bei dem niedrigen Druckwert aufge­ nommenen Meßwerte dienen als Referenzwerte für die bei Druck­ verbreiterung gewonnenen Meßwerte, so daß unter Verwendung des gasförmigen Probenmediums bei dem niedrigen Druckwert eine Referenzmessung geschaffen ist, da die beispielsweise durch Alterung der Strahlungsquelle oder Verschmutzung eintretenden Modifikationen mit den zusammenhängenden, zu eliminierenden Größen in beiden Meßwertsätzen enthalten und dadurch aus­ korrigierbar sind.

Für schnelle Routinemessungen zur Bestimmung beispielsweise von sehr kleinen Abweichungen des ¹³C/¹²C-Isotopenverhältnisses von dem natürlichen Isotopenverhältnis in der Atemluft von Patienten nach einer Isotopenmarkierung ist es unter Umständen zweckmäßig, verhältnismäßig breitbandige, mehrere für eine Gaskomponente des Gasgemisches typische Gruppen von Ab­ sorptionslinien überdeckende Ausgangsstrahlung zu verwenden und diese breitbandig zu detektieren. Dadurch ist bereits eine spektrale Integration bei der Detektion erzielt, die zu einem ein­ zigen Meßwert führt.

Ist hingegen eine flexible Auswertung in Abhängigkeit der Wellen­ länge der von dem Strahlungsdetektor detektierten Aus­ gangsstrahlung gewünscht, läßt sich die Integration mit einem programmierbaren Analysierglied durch Zusammenfassung gezielt angewählter Spektralbereiche oder auch des gesamten Analysier­ spektralbereiches durchführen.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur photometrischen Untersuchung eines gasförmigen Probenmediums mit einer zwei Druckwerte erzeugenden Verdichtereinheit in einem Blockschaubild,

Fig. 2 eine Auswerteeinheit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einem Blockschaltbild,

Fig. 3 Transmissionsspektren eines gasförmigen Proben­ mediums mit zwei Spektralkomponenten bei einem niedrigen ersten Druckwert mit einer niedrigen ersten Konzentration und mit einer hohen zweiten Konzen­ tration und

Fig. 4 die Transmissionsspektren gemäß Fig. 3 bei einem hohen zweiten Druckwert mit überlappender Verbreite­ rung von Absorptionslinien.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaubild eine Vorrichtung zur photo­ metrischen Untersuchung eines gasförmigen Probenmediums, das über eine Probengaseingangsleitung 1 und ein Gaseinlaßventil 2 in einen durch eine Verdichtereinheit 3 und eine Meßzelle 4 ge­ bildeten Probenraum 5 einlaßbar ist. Der Probenraum 5 ist an einem auslaßseitigen Ende der Meßzelle 4 durch ein Gasauslaß­ ventil 6 abschließbar. Sowohl das Gaseinlaßventil 2 als auch das Gasauslaßventil 6 sind mit Steuersignalen eines Zentralprozessors 7 jeweils in eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung schaltbar, wobei in den geschlossenen Stellungen des Gaseinlaßventiles 2 und des Gasauslaßventiles 6 der Probenraum 5 druckdicht abgeschlossen ist.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Verdichtereinheit 3 einen Verdichterkolben 8 auf, der über einen mit einem Pfeil gekennzeichneten Verschiebeweg 9 unter druck­ dichtem Anliegen an eine Wandung 10 mit einer mit einem Ver­ dichterantrieb 11 betätigbaren Kolbenstange 12 verschiebbar ist. Bei geschlossenem Gaseinlaßventil 2 und Gasauslaßventil 6 herrscht in einer ersten, durch eine Markierung angedeuteten Niederdruckstellung 13 bei rückgezogener Kolbenstange 12 ein Niedrigdruckwert als erster Druckwert, während in einer zweiten durch eine weitere Markierung angedeuteten und in Fig. 1 darge­ stellten Hochdruckstellung 14 ein Hochdruckwert als zweiter Druckwert herrscht.

Die beiden Druckwerte sind über einen im Bereich der Meßzelle 4 vorgesehenen Drucksensor 15 und eine Drucksignalwandlereinheit 16 zum einen dem Zentralprozessor 7, zum anderen einer Druck­ regeleinheit 17 einspeisbar. Das Ausgangssignal der Druck­ regeleinheit 17 als Regelsignal und zwei Ausgangssignale des Zentralprozessors 7 als Niederdrucksollwert beziehungsweise Hochdrucksollwert sind dem Verdichterantrieb 11 einspeisbar, so daß der tatsächlich vorhandene Druckwert in dem Probenraum 5 in der Niederdruckstellung 13 des Verdichterkolbens 8 dem Niederdruckwert und in der Hochdruckstellung 14 des Ver­ dichterkolbens 8 dem Hochdruckwert entspricht.

Die relative Genauigkeit des Drucksensors 15 liegt bei allen Druck­ werten wenigstens bei 10⁻³, wobei es für sehr unterschiedliche Niederdruckwerte und Hochdruckwerte zweckmäßig ist, für extreme Druckdifferenzen unterschiedliche Drucksensoren zum Erzielen einer noch höheren relativen Genauigkeit vorzusehen.

Der Niederdruckwert und der Hochdruckwert unterscheiden sich zweckmäßigerweise wenigstens um einen Faktor drei, vorzugs­ weise um einen Faktor größer fünf. In einem besonders zweck­ mäßigen Ausführungsbeispiel liegt der Niederdruckwert bei 1 Bar und der Hochdruckwert bei etwa 10 Bar.

Der Probenraum 5 und damit die Verdichtereinheit 3 sowie die Meßzelle 4 stehen mit einem Wärmebadelement 18 in ther­ mischen Kontakt. In einer Ausführung ist das Wärmebadelement 18 als ein die Verdichtereinheit 3 und die Meßzelle 4 umschließen­ des, klimatisiertes Gehäuse ausgestaltet. In einer anderen Aus­ führung ist das Wärmebadelement 18 durch eine massive Metall­ platte mit hoher spezifischer Wärmekapazität gebildet, an der die Verdichtereinheit 3 und die Meßzelle 4 angebracht sind.

An dem Wärmebadelement 18 ist thermisch ein Temperatursensor 19 kontaktiert, dessen Ausgangssignal einer Temperatursignal­ wandlereinheit 20 einspeisbar ist. Das Ausgangssignal der Tem­ peratursignalwandlereinheit 20 ist zum einen dem Zentral­ prozessor 7, zum anderen einer Temperaturregeleinheit 21 ein­ speisbar. Der Temperaturregeleinheit 21 ist weiterhin ein einem Temperatursollwert entsprechendes Steuersignal aus dem Zentral­ prozessor 7 einspeisbar. Das Ausgangssignal der Temperatur­ regeleinheit ist einem Wärmeaustauschelement 22 zuführbar, das entweder als Heizelement zum Halten der Temperatur des Wärme­ badelementes 18 oberhalb einer Umgebungstemperatur oder als Kühlelement zum Halten der Temperatur des Wärmebadelementes 18 unterhalb einer Umgebungstemperatur ausgelegt ist. Dabei sind das Wärmebadelement 18 und das Wärmeaustauschelement 22 sowie die Regelung so aufeinander abgestimmt, daß Tem­ peraturschwankungen mit gegenüber einem Meßzyklus längeren Zeitkonstanten ausgleichbar sind, wobei Temperatur­ schwankungen des Wärmebadelementes 18 bei Raumtemperatur geringer als etwa 0,3 Kelvin sind.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung verfügt weiterhin über eine breitbandige Strahlungsquelle 23, beispielsweise einen ther­ mischen Strahler, deren Ausgangsstrahlung 24 über eine Mono­ chromatoreinkoppeloptik 25 einem zur Steuerung an den Zentral­ prozessor 7 angeschlossenen Monochromator 26 einspeisbar ist. In einer Ausführung ist die Ausgangsstrahlung 24 der Strahlungs­ quelle 23 so schmalbandig gefiltert, daß bei Verfahren des Mono­ chromators 26 über einen Analysierspektralbereich lediglich einzelne in verschiedenen Abschnitten eines Analysierspektral­ bereichs gelegene Spektrallinien beziehungsweise Spektrallinien­ gruppen des gasförmigen Probenmediums erfaßt sind. In einer anderen Ausführung ist die durch den Monochromator 26 ge­ filterte Ausgangsstrahlung 24 der Strahlungsquelle 23 so breit­ bandig, daß eine Anzahl von Spektrallinien beziehungsweise Spektralliniengruppen des gasförmigen Probenmediums in einem Analysierspektralbereich integral erfaßt sind.

Die durch den Monochromator 26 gefilterte Ausgangsstrahlung 24 der Strahlungsquelle 23 ist über eine einen Parallelstrahl erzeu­ gende Meßzelleneinkoppeloptik 27 in die Meßzelle 4 eingekoppelt und durchtritt dort ein eingefülltes gasförmiges Probenmediums. Nach Durchtritt durch die Meßzelle 4 ist die durch den Mono­ chromator 26 gefilterte und bezüglich ihrer spektralen Zusammen­ setzung durch das gasförmige Probenmedium modifizierte Aus­ gangsstrahlung 24 über eine Detektoroptik 28 einem Strah­ lungsdetektor 29 zugeführt. Mit dem Strahlungsdetektor 29 ist die spektral integrale Intensität der ihn beaufschlagenden, durch den Monochromator 26 gefilterten und durch das gasförmige Proben­ medium in der Meßzelle 4 modifizierte Ausgangsstrahlung 24 in einem einem Verstärker 30 eingespeisten Ausgangssignal detek­ tierbar. Das Ausgangssignal des Verstärkers 30 ist einer Aus­ werteeinheit 31 des Zentralprozessors 7 einspeisbar, wobei das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 31 eine Ausgabeeinheit 32 zur Anzeige eines aus dem oder jedem Meßwert resultierendes Untersuchungsergebnis beaufschlagt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung verfügt weiterhin über einen Referenzwertespeicher 33, der die in ihm gespeicherten Referenz­ werte auf Anforderung an den Zentralprozessor 7 ausgibt. Die in dem Referenzwertespeicher 33 abgespeicherten Referenzwerte entsprechen aus den Ausgangssignalen des Strahlungsdetektors 29 an den mittels der Verdichtereinheit 3 einstellbaren wenigstens zwei Druckwerten gebildeten Meßwerten für verschiedene gas­ förmige Probenmedium und Probenzusammensetzungen aus mehreren Komponenten. Dadurch ist eine absolute Referenz gegeben, mit denen die Meßwerte vergleichbar sind.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die Auswerteeinheit 31 des Zentralprozessors 7 gemäß Fig. 1 zusammen mit den mit ihr verbundenen Bauelementen, die zum Teil bereits in Fig. 1 darge­ stellt und erläutert sind. Die Auswerteeinheit 31 gemäß Fig. 2 verfügt über einen Meßsignalwandler 34, dem die Ausgangs­ signale des Verstärkers 30 einspeisbar sind. Mit dem Meßsignal­ wandler 34 sind die der Intensität der den Strahlungsdetektor 29 beaufschlagenden Ausgangsstrahlung 24 entsprechenden Aus­ gangssignale des Verstärkers 30 digitalisierbar und als Meßwert einem Eingang einer Meßwertweiche 35 einspeisbar. An einem weiteren Eingang der Meßwertweiche 35 liegt das Ausgangssignal eines Meßtaktgebers 36 des Zentralprozessors 7 an, der ebenfalls den Verdichterantrieb 11 zum Einstellen der unterschiedlichen Druckwerte in der Meßzelle 4 ansteuert.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein Nieder­ druckwert und ein Hochdruckwert als Druckwerte für die Unter­ suchung eines in dem Probenraum 5 eingefüllten gasförmigen Probenmediums vorgesehen. Bei dem ersten Druckwert, beispiels­ weise dem Niederdruckwert, ist das oder jedes zugehörige Meß­ signal einem ersten Meßwertspeicher 37 einspeisbar. Ent­ sprechend ist bei dem zweiten Druckwert, beispielsweise dem Hochdruckwert, das oder jedes Meßsignal einem zweiten Meß­ wertspeicher 38 einspeisbar. Ist beispielsweise die den Strah­ lungsdetektor 29 beaufschlagende Ausgangsstrahlung 24 schmal­ bandig, sind in die Meßwertspeicher 37, 38 eine Anzahl von Meßsignalen eingelesen, welche in ihrem wellenlängenabhängigen Verlauf während eines durch den Zentralprozessor 7 gesteuerten Durchstimmens des Monochromators 26 einem Absorptions­ spektrum beziehungsweise einem Transmissionsspektrum ent­ sprechen. Ist hingegen die den Strahlungsdetektor 29 beauf­ schlagende Ausgangsstrahlung 24 breitbandig, ist zweckmäßiger­ weise ein einziges in die Meßwertspeicher 37, 38 abgespeichertes Meßsignal pro Druckwert als bereits integrierter Meßwert vor­ gesehen, der der integralen Transmission beziehungsweise Trans­ mission über den von dem Strahlungsdetektor 29 erfaßten Spek­ tralbereich, also beispielsweise über eine Anzahl von Spektrallinien beziehungsweise Spektralliniengruppen des gasförmigen Proben­ mediums über den gesamten Analysierspektralbereich, entspricht.

Nach Abschluß eines Meßzyklus sind die in den Meßwertspeichern 37, 38 abgelegten Meßsignale einem Meßwertkorrelator 39 als Analysierglied eingespeist, mit dem die in den Meßwertspeichern 37, 38 abgelegten Meßsignale in bezug aufeinander auswertbar sind. Bei breitbandiger den Strahlungsdetektor 29 beaufschla­ gender Ausgangsstrahlung 24 ist vorgesehen, mit dem Meßwert­ korrelator 39 der Quotient zwischen den beiden der integralen Intensität entsprechenden Meßwerten aus den Meßwertspeichern 37, 38 zu bilden. Bei schmalbandiger den Strahlungsdetektor 29 beaufschlagender Ausgangsstrahlung 24 ist mit dem Meßwertkor­ relator 39 eine Division von jeweils einem engen Spektralbereich entsprechenden Meßsignalen vorgesehen, wobei in Abwandlungen der Meßwertkorrelator 39 dazu eingerichtet ist, eine in der Zahl und Spektralbreite einstellbare Anzahl von Spektralbereichen zusammengefaßt und damit über Intensitäten integrierend zu verarbeiten. Das Ausgangssignal des Meßwertkorrelators 39 ist schließlich der Ausgabeeinheit 32 einspeisbar.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen in jeweils einem Schaubild qualitativ eine auf einer Ordinate 40 abgetragene, mit "T" bezeichnete Trans­ mission in Prozent in Abhängigkeit der in zwei Abschnitten auf der Abszisse 41 abgetragenen, mit "λ" bezeichneten Wellenlänge. Die in Fig. 3 dargestellten Transmissionskurven 42, 43 wurden mit schmalbandiger den Strahlungsdetektor 29 beaufschlagender Aus­ gangsstrahlung 24 bei einem niedrigen ersten Druckwert und die in Fig. 4 dargestellten Transmissionsspektren 44, 45 ent­ sprechend bei einem hohen zweiten Druckwert aufgenommen.

Die die Absorptionsverhältnisse widerspiegelnden Transmissions­ spektren 42, 43, 44, 45 gemäß Fig. 3 und Fig. 4 wurden bei einem gasförmigen Probenmediums aufgenommen, welches wenigstens zwei in unterschiedlichen, jeweils einer Komponente entsprechenden und gemeinsam einen Analysierspektralbereich bildenden Spektralbereichen 46, 47 liegende Gruppen von Ab­ sorptionslinien aufweist, wobei die mit einer dicken, kräftigen Linie abgetragenen Transmissionsspektren 42, 44 gemäß Fig. 3 beziehungsweise Fig. 4 bei einer niedrigen Konzentration und die jeweils mit einer dünnen Linie abgetragenen Trans­ missionsspektren 43, 45 gemäß Fig. 3 beziehungsweise Fig. 4 bei einer höheren Konzentration der oder jeder die Absorptionslinien erzeugende Komponente des gasförmigen Probenmediums vor­ liegen.

Bei den bei einem niedrigen Druckwert aufgenommenen Trans­ missionsspektren 42, 43 gemäß Fig. 3 ist ersichtlich, daß sich Konzentrationsänderungen lediglich im Bereich maximaler Ab­ sorption durch unterschiedliche Signalpegel mit jedoch geringer differentieller Empfindlichkeit detektieren lassen. Die differentielle Empfindlichkeit, das heißt die Änderung der Transmission in Abhängigkeit der Konzentrationsänderung, ist jedoch weiterhin stark von der Sättigung der Absorptionslinien abhängig und nimmt mit steigender Absorption beziehungsweise geringer werdender Transmission deutlich ab, so daß die differentielle Empfindlichkeit bei starker Absorption beispielsweise in Folge hoher Konzentration relativ gering ist. Insbesondere auch bei einer in Reihenunter­ suchungen üblichen breitbandigen Erfassung von Transmissions­ linien, beispielsweise über einen der Spektralbereiche 46, 47 als Abschnitt des Analysierspektralbereiches, tragen auch verhältnis­ mäßig starke Konzentrationsänderungen nur wenig zu der im wesentlichen durch die unterschiedlichen Signalpegel im Spitzen­ bereich der Absorptionslinien bestimmten Änderung der integralen Intensität bei, so daß sich auch hier eine nur geringe differentielle Empfindlichkeit ergibt.

Bei den bei dem hohen zweiten Druckwert aufgenommenen Trans­ missionsspektren 44, 45 gemäß Fig. 4 zeigt sich jedoch bezüglich der differentiellen Intensität bei Konzentrationsänderungen ein gegenüber Fig. 3 anderer Zusammenhang. Die Transmissionsspek­ tren 44, 45 gemäß Fig. 4 sind gegenüber den Transmissionsspek­ tren 42, 43 gemäß Fig. 3 in hohem Maße unter Überlappung von Flanken benachbarter Transmissionslinien druckverbreitert, wobei insbesondere auch die zwischen zwei Absorptionslinien liegenden Spektralabschnitte einen wesentlichen Beitrag zu dem über einen Spektralbereich 46, 47 integrierten Meßwert liefern. Dabei führen verschiedene Konzentrationen nicht nur zu Änderungen in der Signalintensität im Maximalbereich der Absorption, sondern auch zu Signaländerungen zwischen Absorptionslinien, so daß auch in diesen Bereichen Beiträge zur differentiellen Empfindlichkeit bei Konzentrationsänderungen geliefert werden.

Die bei dem niedrigen ersten Druckwert aufgenommenen Trans­ missionsspektren 42, 43 liefern zwar lediglich eine geringe diffe­ rentielle Empfindlichkeit, enthalten jedoch als feste Größen un­ abhängig von dem gasförmigen Probenmedium auftretende Strah­ lungsabschwächungen, beispielsweise durch Verschmutzungen auf den Optiken 25, 27, 28 sowie Modifikationen der Spektral­ intensität der Ausgangsstrahlung 24 durch die Kennlinien des Monochromators 26 und des Strahlungsdetektors 29. Diese von dem gasförmigen Probenmediums unabhängigen Transmissions­ beiträge sind auch in den aus den Transmissionsspektren 44, 45 gemäß Fig. 4 gebildeten integrierten Meßwerten bei einem hohen Druckwert enthalten und sind beispielsweise durch Subtraktion nach Logarithmieren oder Verhältnisbildung mit aus den Trans­ missionsspektren 42, 43 gemäß Fig. 3 gebildeten integrierten Meßwerten bei einem niedrigen Druckwert eliminierbar. Dabei dienen die bei dem niedrigen ersten Druckwert aufgenommen Transmissionsspektren 42, 43 einer Normierung des oder jeden Meßwertes bereits bei in den Probenraum 5 eingelassenen gas­ förmigen Probenmedium. Einer Referenzmessung mit einem Referenzmedium bedarf es hierfür vorteilhafterweise nicht.

Für eine maximale differentielle Empfindlichkeit zum Bestimmen von Konzentrationen in einem zu untersuchenden gasförmigen Probenmedium, die um einen vorbekannten Mittelwert mit be­ kannten Abweichungen schwanken, ist es zweckmäßig, die über einen Spektralbereich mit zur Bestimmung der Konzentration verwendeten Absorptionslinien integrierte Transmission auf einen Wert von etwa 1/e, das heißt einer Extinktion von 1, zu setzen. Dadurch ist die differentielle Empfindlichkeit im Bereich eines Optimalwertes.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur photometrischen Untersuchung eines gasförmigen Probenmediums mit einer Strahlungsquelle (23), mit einer von Ausgangsstrahlung (24) der Strah­ lungsquelle (23) beaufschlagbaren, mit dem gasförmigen Probenmedium füllbaren Meßzelle, mit einem Strah­ lungsdetektor (29), der von durch die Meßzelle durch­ getretene Ausgangsstrahlung (24) beaufschlagbar ist, und mit einer Auswerteinheit, mit der mittels eines aus wenig­ stens einem Ausgangssignal des Strahlungsdetektors (29) gebildeten, von der Absorption der Ausgangsstrahlung (24) durch das gasförmigen Probenmedium in wenigstens einem Analysierspektralbereich (46, 47) beeinflußten Meßwertes die stoffliche Zusammensetzung des gas­ förmigen Probenmediums untersuchbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mit der Meßzelle (4) in Verbindung stehende Verdichtereinheit (3) vorgesehen ist, mit der der Druck des gasförmigen Probenmediums in der Meßzelle (4) auf wenigstens einen Druckwert einstellbar ist, der in dem Analysierspektralbereich (46, 47) zu einer Verbreiterung wenigstens einer Absorptionslinie gegenüber ihrer natür­ lichen Linienbreite führt, und daß als wenigstens ein Meß­ wert eine der integralen Absorption in wenigstens einem wenigstens eine verbreiterte Absorptionslinie aufweisen­ den Abschnitt des Analysierspektralbereiches (46, 47) ent­ sprechende Größe vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckwert einstellbar ist, bei dem sich aufgrund der Verbreiterung wenigstens zweier Absorptionslinien deren Flanken überlappen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdichtereinheit (3) und die Meßzelle (4) mit einem Wärmebadelement (18) in thermischem Kontakt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wärmebadelementes (18) über ein einen Temperatursensor (19) und ein Wärmeaustausch­ element (22) aufweisenden Temperaturregelkreis auf einen vorbestimmten Meßtemperaturwert regelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeaustauschelement (22) ein Heizelement ist, mit dem das Wärmebadelement (18) auf eine Temperatur oberhalb einer Umgebungstemperatur haltbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Verdichtereinheit (3) der Druck des gasförmigen Probenmediums in der Meßzelle (4) auf wenigstens zwei um eine Druckdifferenz verschiedene Druckwerte einstellbar ist, wobei ein erster Druckwert im Bereich des Atmosphärendruckes liegt und wenigstens ein weiterer zweiter Druckwert größer als der erste Druckwert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwerte über einen wenigstens einen Druck­ sensor (15) aufweisenden Druckregelkreis (7, 11, 16, 17) auf wenigstens zwei vorbestimmte Meßdruckwerte regel­ bar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich zwei Druckwerte um einen Faktor von wenigstens drei, insbesondere um einen Faktor von wenig­ stens fünf unterscheiden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (31) einen Spei­ cherbereich (37, 38) aufweist, in den für jeden Druckwert wenigstens ein zugehöriger Meßwert abspeicherbar ist, und daß die Auswerteeinheit (31) über ein Analysierglied (39) verfügt, mit dem die in dem Speicherbereich (37, 38) abgespeicherten Meßwerte in bezug aufeinander auswert­ bar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Analysierglied ein Divisionsglied (39) ist, mit dem der Quotient von unterschiedlichen Druckwerten zugeord­ neten Meßwerten bildbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für den oder jeden Druckwert ein Transmissionswert als Meßwert vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein über einen für eine stoffliche Komponente des gasförmigen Probenmediums bestimmender Abschnitt des Analysierspektralbereiches integrierter Transmissionswert gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßwert bei einem Sollanteil einer Komponente des gasförmigen Probenmediums bei einem Bereich um 30 Prozent gegenüber einem Meßwert bei fehlender Komponente liegt.