DE2205323A1 - Fluoreszenz- und truebungsmesser fuer in-situ-betrieb - Google Patents

Fluoreszenz- und truebungsmesser fuer in-situ-betrieb

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DE2205323A1 DE19722205323 DE2205323A DE2205323A1 DE 2205323 A1 DE2205323 A1 DE 2205323A1 DE 19722205323 DE19722205323 DE 19722205323 DE 2205323 A DE2205323 A DE 2205323A DE 2205323 A1 DE2205323 A1 DE 2205323A1
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Description

  • Fluoreszenz- und Trübungsmesser für in-sftu-Betrieb (Zusatz zu Patent . ... ... Patentanmeldung P 19 39 524.5) Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Konzentration fiuoreszierenden Materials in hoher Ver° dünnung im freien Medium, bei der erstens als Anregungslichtquelle für die Fluoreszenz eine Blitzentladungslampe verwendet wird, deren Blitzfrequenz der Meßgeschwindigkeit (Meßpunkte pro Minute) angepaßt ist, deren Blitzdauer aber länger als die Fluoreszenträgheit ist und vorzugsweise als Funkenentladungslampe für 10-8 bis 10-5 s Blitzzeit ausgebildet ist und bei der zweitens als Empfänger des Fluoreszenzlichtes ein Photosensor verwendet wird, der bei der Beaufschlagung mit zusätzlichem Tageslicht keine Minderung der Meßempfindlichkeit bewirkt und vorzugsweise als Halbleiterphtodiode oder ein mit nur wenigen Stufen arbeitender Photomultiplier ausgebildet ist und bei der drittens dein Photosensor nachgeschaltete elektronische Verstirker für amplitudenrichtige Erfassung unregelmäßig auftretender Impulse in seltener Folge ausgebildet ist Fluorometer für Laboratoriumsmessungen werden benutzt zur Messung dr Intensität oder Menge fluoreszierender Stoffes z-.B, vttalen Ohlorophylls oder künstlich in die Flüssigkeit eingebrachter Farbstoffe1 wie Rhodamin Bo Desgleichen sind bekannt geworden die Fluorometer, die für in situ-Betrieb ausgelegt sind, die also an einer Schlep-plelue z.B. hinter einem Schiff im Meere gezogen werden Für Trübungsmesser benutzte man bisher Transmiaoumeter in Uterwasserausführung, wobei gegenüber solchen für Luft, wie sie beispielsweise bei Flughäfen eingesetzt werden, die Nessbasis entsprechend den viel kleineren Sichtweiten im Wasser entsprechend kurz ist, Aufgabe dar vorliegenden Erfindung ist es, insbesondere für kleinere Laboratorien, mit einem einzigen Gerät sowohl Laboratorium- wie auch in situ-Messungen von Fluoressenzen und Trübungen durchzuführen.
  • Diese Aufgabe wird durch die gleichzeitige Anwendung folgender Hermmale gelöst: a) Die Blitzentladungslampe ist als ein Strahlung aussendender Impulslichterzeuger mit einer Edelgasfunkenstrecke ausgebildet, die sich in einem Abstand von einigen Millimetern hinter einem schlierenfreine, ggf. plangeschliffenen Austrittsfenster für die Strahlung befindet, das mit einem optischen Korden sursystem ein einen großen Raumwinkel der emittier ten Strahlung erfassendesf das Strahlenbündel in eine Überschneidungszone projizierendes, Linsen system bildet.
  • b) Dem Impulslichterzeuger ist eine Empfangseinrichtung' zugeordnet, die ein dem Linsensystem im Impulslichterzeuger vergleichbares Linsensystem hoher Apertur und eine diesem nachgeschaltete, das aus der Überschneidungszone durch Fluoreszenz oder Reflexion zurückgeworfene Licht auffangende, großflächige Halbleiter-Phototiode aufweist.
  • Das Neue an dem verwendeten Verfahren ist insbesondere, daß die Trübung nicht nach dem Transmissometer-, sondern nach dem Streulichtprinzip gemessen wird0 Dabei wird der Lichtstrahl eines Senders mittels eines in einem spitzen Winkel zu ihm angeordneten Empfängers aufgefangen, so das das zurückgeworfene Licht im Wasser oder in Abwassermustern schwemmende Partikel nachweist Das Gerät ißt auch geeignet im kontinuierlichen Durchfluß Kontrollmessungen an Abwässern durchzuführen, z.B.
  • um den Inhalt an Trübstoffen oder auch giftigen fluoreszierenden Stoffen laufend zu registrieren.
  • Weitere Einzelheiten und Markmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispilesweise dargestellt sind.
  • In den Zeichnungen zeigen: Fig. ia einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Anordnung mit abgewinkeltem Empfängerteil, Fig. 1 b einen Teil-Längsschnitt mit eingebauten Prismen, Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt mit einer von einer Küvette umgebenen Meßzone und Fig. 3 eine Filterplatte mit drei verschiedenen Filtren Die Anordnung nach der Erfindung hat als Impulslichterzeuger eine Edelgasimpulslampe 1, die zwischen zwei benachbarten Elektroden Funkenentladungen durchführt Vorzugsweise ist das Fenster dieser Edelgasimpulslampe 1 eine plangeschliffene Platte, die in einem recht geringen Abstand von einem kurzbrennweitigen Kondensorsystem 4 angeordnet ist, Auf diese Weise wird ein sehr großer Teil der ausgesandten Strahlung von dem Kondensorsystem aufgenommen. Die Edelgasimpulslampe 1 wird durch den Impulskondensator gespeist. Die Zündung der Impulsfrequenz erfolgt durch den Impulsgenerator 3a, wobei man als praktische Frequenz beispielsweise 10 Funken/s. wählt. Die beiden Kondensorlinsen 4 sammeln mit sehr hoher Apertur das Licht der Edelgaslampe 1 und leiten es in eine als Meßzone ausgebildete Überschneidungszone 7 hinein. Von dem Kondensorsystem 4 werden Strahlen 6 ausgesandt, Bevor die Strahlen 6 den Impulslichterzeuger verlassen, gehen sie durch ein optisches Breitbandfilter 5. Nach der Erfindung ist die Bandbreite dieses filters 5 so gewählt, daß alle für die Anregung von Pluareszenzen brauchbaren Wellenlängen, insbesondere das Wellenlängen gebiet von 380 - 530 mm, mit möglichet geringem Transmissionsverlust hindurchgelaseen werden, daß dagegen langwelligere Lichtwellen, die z.B. länger als 530 nm sind, absolut abgeschnitten werden. Auf diese Weise ist praktisch kein Nachweis langwelligerer Strahlung möglich. Es hat sich gezeigt, daß man mit solch einem Filter 5 z.B. gleichzeitig den Fluoreszenzfarbstoff Eosin, Rhodamin B sowie auch das natürlich fluoreszierende Chlorophyll A, B, C, D anregen kann.
  • das von der Überschneidungszone 7 herkommende Fluoreszenzlicht wird nun durch ein Filter 9 einer Empfangseinrichtung aufgefangen, das genau auf die Fluoreszenzwellenlänge der zu messenden Substanz abgestimmt ist0 Das gefilterte Licht wird durch ein Linsensystem 10 auf eine Photodiode 11 geleitet. Dieses sollte möglichst großflächig sein, um auch solches Licht, das nicht unmittelbar in der Überschneidungszone 7 sondern in näherer Umgebung entsteht, nützlich aufzufangen. Der Lichtkegel, der von dem tinsensystem 10 aufgesammelt wird, hat eine Strahlrichtung 8. Das Filter 9 hat eine solche Charakteristik, daß es nur die 3andbreite der Fluoreszenz des zu messenden Stoffes durchläßt. Außerhalb dieser Bsndbreite dagegen ist es total blockiert. Auf diese Weise erhält man keinen Lichteindruck, wenn man das senderseitige Filter 5 über das empfangsseitige Filter 9 legt und mit dem Auge gegen die Sonnenscheibe sieht.
  • In der Photidiode 11 entstehen nun korrespondierend zu der Intensität des fluoreszierenden Lichtes Licht impulse, die der Edelgaslampe 1 im seitlichen Verlauf etwa entsprechen, da die Bluoressenz von Stoffen außerordentlich rasch angeregt und auch wieder abgeregt wird Der Photodiode 11 ist ein Verstärker 12 nachgeschaltet, der z.B. zusammen mit dem Arbeitswiderstand der Photodiode 11 tunlichst eine longaritmische Kennlinie haben sollte, um das Gerät ohne Umschaltung für mehrere Dekaden brauchbar zu machen. Diese Forderung ist deshalb durch die Erfindung erfüllt worden weil in der Praxis oft recht rasch Konzentrationsänderungen fluoreszierender Substan zen über mehrere Grdßenordnungen stattfinden, und zwar so schnell, daß man zwischendurch nicht das Gerät auf verschiedene Meßbereiche umschalten kannO Bs hat sich z.B. in der Praxis als brauchbar erwiesen, in einem Meßbereich z.B. drei Dekaden unterzubrigen, d.h. einen Intensitätsbereich von 1:1000.
  • Der Verstärker 12 wird durch eine spannungsstabilisierte Stromversorgungseinheit 13 versorgt, die aus dem Eabel 14a die elektrische Leistung bezieht. Der Impulslichterzeuger wird durch die Stromversorgungseinheit Db gespeist, die ebenfalls ene stabilisierte Ausgangsgleichspannung liefern soll und über das Stromversorgungskabel 1 4b gespeist wird. Die Kabel 14a und 1 4b kann man nun in der Verteilerdose 14c eutweder nu Serie oder parallel schalten, so daß man ein gemeinsames Kabel 14d zum Meßort hatZ der entweder auf dem Schiff, dem Laboratorimsarbeitsplatz, an eienr Schalttafel oder derglei chen angeordnet sein kann.
  • Bei sehr langen Kabeln 14d, z.B. an einer sehr langen Schleppleine am Schiff, hat es sich bewahrt, auf den sog.
  • Einleiterbetrieb überzugehen. Dabei wird beispielsweise der Minuspol über ein eina1iges Kabel 14d in das Meßgerät gebracht und dessen metallische Außenmasse, die ja galvanisch mit dem Meerwasser verbunden ist, als Rückleitung bis zum Schiff benutzt. Mit einer Versorgungsspannung von ungefähr 100 Volt und einem stabilisierten Strom von etwa 1/4 Amp., vermag man bis su 1000 m entfernte Geräte au9 diese Weise zu versorgen. Den Meßwert, d.h. das von der Empfangseinrichtung abgegebene Ergebnis, formt man in diesem Falle mittels eines Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformers in eine Tonfrequenz um udn gibt diese überlagert über dao Kabel 14b zum Meßort. Dort ist eine analoge, entgegengesetzt arbeitende Decoder-Schaltung angeordnet, die aus der Wechselspannung wieder eine Gleichspannung macht und einem Recorder oder einem Lochstreifengerät zuführt.
  • Erfindungsgemäß ist die Empfangseinrichtung in abgeknickter Ausführung. gestaltet, wie in %Fig. 1a dargestellt ist0 Auf diese Weise können Empfangseinge der Impulsliotherseuger, die beide als hylindrische Körper ausgebildet sind, schlank und parallel zueinander aug einer Montageplatte 15 angeordnet werden, Wird das Meßgerät z.3. vom Schiff aus geschleppt, so wird es an einer Halteöse 16 befestigt und an dieser hinter dem Schiff geschleppt. Infolge der schlanken 3auausführung hat es geringen Strömungswiderstand.
  • Rechts und links vom Impulslichterzueger können z.B. Je eine Empfangseinrichtung angeordnet sein, von denen die eine die Fluoreszenz von Chlorophyll und die andere die Fluoreszenz eines Farbstoffs Rhodamin B oder einer anderen künstlich eingebrachten fluoreszierenden Substanz mißt. Da nur ein gemeinsames Breitbandfilter 5 für alle Empfangseinrichtungen vorhanden ist, kann der Impulslichterzeuger mehreren Zwecken zugleich dienen. Es kann auch noch eine dritte Empfangseinrichtung angeordnet werden, die in diesem Falle ein dem Filter 5 identisches Empfangsfilter hat. Eine solche Empfangseinrichtung mißt keine Fluoreszenz, sondern nur solche Strahlung, die ohne Veränderung der Frequenz des Impulslichterzeugers von streuenden Partikeln, s.3. Sand im Wasser, zurückgeworfen wird Die Anzeige eines solchen Empfängers ergibt dann die sog. Trübung. Dabei arbeitet man zweckmäßig mit nur 2 Dekaden als Meßbereich. Dieser entspricht einer Sichtweite unter Wasser von beispielsweise 50 cm bis 50 m. Größere Sichtweiten als 50 m kommen nur sehr selten im Wasser vor, kleinere als 50 cm ebenfalls.
  • Wenn man das Meßgerät nur mit einer einzigen Empfangseinrichtung ausführt, muß man für die verschiedenen Me2-aufgaben das Filter 9 wechseln. Dieses kann durch eine eingebaute Revolveranordnung geschehen, die z.B. durch elektromagnetische Fernauslösung die Filter für Chlorphyll-Fluoreszenz, Rhodamin B-Fluoreszenz oder das sendergleiche Filter 5 für Trübungsmessung umschaltet, Bei Trübungsmessungen stellt sich die Ausstattung der Empfangseinrichtung und des Impulslichterzeugers mit gleichen Filtern auch deswegen als vorteilhaft heraus, weil etwaige fluoreszierende Substanzen, die bei der Trübungsmessung nicht mitgemessen werden sollen, den Empfangswert nicht stören können. Da jede Art von Flupreszenz eine größere Wellenlänge hat als das anregende Licht, liegt die Fluoreszenzstrahlung außerhalb des Blockadebererchs des Filters 9 und kann somit nicht detektiert werden.
  • Insbesondere bei Trübungsessungen benötigt man die volle Empfindlichkeit des Meßgerätes. Es ist dann erlaubt, Lichtverluste in Kauf zu nehmen. In diesem Fall kann man eine besonders schlanke Anordnung gemäß Fig. b realisieren. Der Strahl der Edelgaslampe 1 geht hinter den Kondesorlinsen 4 durch das Prisma 17a und dann erst durch die Frontplatte oder das Filter 5. Dadurch ist der Lichtstrahl 6, wie in der Figur 1b dargestellt ist, abgeknickte Die gleiche Anordnung ist bei der Empfangseinrichtung durchgeführt, wobei das Prisma 17b dafür sorgt, daß das Licht aus der Überschneidungszone 7 vou der Photodiode 11 erfaßt wird. Natürlich wird bei der Anordnung nach Fig. 1b ein Teil des Lichtstrahles, der durch die Prismen 17a, 17b gegangen ist vignettiert. Aber bei der Messung der Reflektivität von Sand in Meerwasser oder von Schmutspartikeln in Abwässern spielt das keine Rolle v da ohnehin, wie oben erwähnt, die Empfindlichkeit im Vergleich zum Betrieb als Fluorometer reduziert sein muß.
  • Die Anordnung nach Fig. Ib kann man mit einer stromlinienförmigen Enveloppe 18 versehen, die z.B. aus Plaxiglas (Polymethylmethacrylat) bestehen kann. Dadurch kann man ein solches Gerät bei Trübungsmessungen mit sehr hoher Geschwindigkeit durch das Wasser ziehen.
  • Insbesondere im in situ-Betrieb bei Messungen in Gewässern ist das erfindungsgemäße Meßgerät oft einer rauhen Behandlung ausgesetzt. Es kann z.B. bei starkem Seegang beim inablassen in die Tiefe gegen die Bordwand oder auf den Grund des Gewässers schlagen. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zur Minderung des Strömungswiderstandes das Meßgerät mit einem stromlinienförmigen, transparenten Gehäuse derart zu umgeben, daß die Überschneidungszone 7 etwa axial zu diesem Gehäuse vor dessen vorderer Rundung liegt. Außerden wird die Gesamtheit von Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung von einem käfigartigen Schutzkokorb derart umgeben, daß die Überschneidungszone 7 zwischen der Vorderseite dieses Schutzkorbes und der Enveloppe 18 liegt. Man kann auch ohne Eaveloppe 18 das Meßgerät nur mit einem ausreichend groß dimensionierten Schutzkorb, z.B. aus Edelstahldrähten, versehen. Dabei liegt die Überschneidungszone 7 zwischen diesem Schutzkorb und dem Meßgerät. Auf diese Weise wird eine optische Beeinflussung etwa durch Streulicht des Schutzkorbes vermieden.
  • Auf Grund der schlanken Bauwetne des ganzen Meßgerätes läßt es sich auch leicht im Inneren eines hochdruckfesten Körpers anordnen. Es kann au9 diese Weise mit eingebauten Batterien und ggf. mit einem ebenfalls eingebauten Tonbandaufnahmegerät versehen werden, so daß das Neßgerät für Tiefseeforschung zu benutzen ist. Erfahrungsgemäß ist das Volumen eines im Inneren eines Drucktanks liegenden Gerätes das preisbestimmende Element bei Geraten, die einen sehr hohen Druck im Tiefseebetrieb aushalten müssen. Die schlanke und räumlich kleine Bauweise des beschriebenen Meßgerätes hat also preismäßig einen enormen Vorteil gegenüber den konventionellen bisherigen Geräten, die sehr große Volumina benötigten.
  • Um das Volumen besonders klein zu halten, sind der Verstärker 12 und die Stromversorgungseinheit 73 ggf. mittels integrierter SchaltleiBe auszuführen. Materialmäßig ist diese Ausführung teuer. Es wird aber Volumen eingespart und eine Vibrations- und Schockunempfindlichkeit erreicht. Diese Vorteile wirken eich letzten Endes preissenkend aus.
  • Es ergibt sich oft, daß z.B. an Bord eines Schiffes oder auch in einem Laboratorium das gleiche Meßgerät unverzüglich für Laboratoriumsmessungen eingesetzt werden soll. In diesem Falle wird ein Meßgerät gemäß Fig. 2 benutzt. Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung liegen nunmehr eng an einer Plexiglasküvette 20 an, die z.3. einen quadratischen Querschnitt hat. Durch die Verwendung von Plexiglas werden die optischen Eigenschaften des Lichtüberganges von Glas auf Wasser kaum verändert, da Plexiglas und Wasser fast denselben Brschungskoeffizienten haben. Die zu messende Flüssigkeit strömt ständig in Längsrichtung durch eine solche als Rohr mit quadratischem Querschnitt ausgebildete Plexiglasküvette 20.
  • Bei u.U. recht langsamen Strömungsgeschwindigkeiten kennen sich Schmutzteile oder Algen an den Wänden der Küvette 20 absetzen, so daß sie häufig gereinigt werden müssen. Nacht einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird nun im Inneren Ber Küvette 2' ein Rohr 21 angeordnet, durch das die zu messende Flüssigkeit fließt.
  • Im Inneren, möglichst in der Achse dieses Rohres 21, soll die Überschneidungszone 7 liegen. Danit der optische Übergang störungsfrei erfolgt und keine optische Umrüstung von Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung erforderlich ist, muß der Raum zwischen der Küvette 20 (19) und dem Rohr 21 mit Wasser /gefüllt werden. Das zu messende Abwasser oder die Laboratoriummsflüssigkeiten mit Fluore szen charakter fließen dann mit rascher Geschwindigkeit durch das Rohr 21. Infolge der sehr hohes Geschwindigkeit setzen sich keine oder nur sehr geringe Ablagerungen bzw. Algenbewuchs an der inneren Oberfläche des Rohres 21 ab. Dadurch eignet sich das Meßgerät hervorrangend zu unterbrochenen Kontrollmessungen der Fluoreszenz oder der Trübung industrieller Flüsssigkeiten oder industrieller Abwässer.
  • Wenn das Meßgerät rasch zu Kontrollzwecken für verschiedene Arbeitsphasen umgeschaltet werden soll, kann das Filter 9 durch eine z.B. dreiteilige Filterplatte gemäß Fig. 3 ersetzt werden. Diese besitzt einem Filter F1 beispielsweise für Rhodamin B oder Erosin-Fluoreszenz, einen zweiten F2 für Chlorophyll-Floureszenz und einen dritten F3, z.B. für Trübungsmessungen, das für das gleiche Spektralgebildet durchlässig ist wie Filter 5.
  • Eine häufig erhobene Forderung bei Messungen von Meereswasser, biologischen Messungen, Abwässerkontrollen oder bei Messungen von Abwässern in Flüssen vom Schiff aus geht dahin, daß die Einstellgeschwindigkeit des Meßgerätes identisch ist mit der Einstellgeschwindigkeit eines sehr schnell arbeitenden Schreibers, z.B. eines Kompensographen. Die Geschwindigkeit eines solchen Gerätes ist oft 1/5 Sekunde, d.h. es benötigt diese Zeit, um vom größten zum kleinsten Bereich oder umgekehrt herüberzuschreiben. Gemaß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Angleich des Meßgerätes an die Schreibgeschwindigkeit des Schreibers dadurch erreicht worden, daß die Schaltung der Empfangseinrichtung so ausgebildet ist, daß jeder einzelne empfangene Impuls aus der Überschneidungszone 7 einen Meßwert liefert. Auf diese Weize ist die Einstellgeschwindigkeit identifisch mit der Zahl der Funken/s. Bei 5 Funken/s ergeben sich 5 Einstellwerte/s, die einer sehr raschen Arbeitsgeschwindigkeit entsprechen.
  • Die Schaltung des Verstärkers 12 wird dabei entweder so ausgeführt, daß sie in an sich bekannter Art auf die Amplitude der empfangenen Signale anspricht und diese als Meßwert weiterliefert. Oder sie kann ebenfalls in bekannter Art die in der Photodiode 11 erzeugte Ladung jedesmal messen und als Signal auswerfen. Ladungsempfindliche Verstärker haben den Vorteil einer größeren Empfindlichkeit, da das gesamte Quantepaket des fluoreszierenden Stoffes, das durch das Strahlenbündel 8 erfaßt wird, also nicht nur die scharfe Impulsspitze, zur Erzeugung der gemessenen Ladung über die Fotodiode 11 beiträgt.
  • Impulsspitzen - d.h. amplitudenabhängige Empfänger -haben eine geringere Empfindlichkeit. Sie haben Jedoch den Vorteil, daß keinerlei Kompensationsmaßnahmen für überlagertes Tageslicht erforderlich sind. Der Benutzer kann je nachdem, ob starkes überlagertes Gleichlicht, z.B. Sonnenlicht im Meer, vorhenden ist oder im Dunkeln, z.B. vorwiegend in größeren Meerestiefen oder im Labortorium gearbeitet wird, einen ladungsempfindlichen oder einen spitzen spannungsabhängigen Verstärker 12 wählen.
  • Eine besonders breite Anwendung hat das beschriebene Meßgerät bei der Verfolgung industrieller Abwässer. Es kant die Abwässer einer Fabrik am Abwasserkanal oder direkt an den industriellen Anlagen laufend überwachen.
  • Dazu ist es erforderlich, durch Simulierung dieses Abwassers mittels in das Wasser eingebrachter Fluoreszenzstoffe diese über große Strecken s.B. entlang eines Flusses oder im Meer zu verfolgen. Auf diese Weise wird nachgewiesen, wie groß die Konzentration von Sohadboffen an verschiedenen Küstenstrichen oder in befischten Gebieten liegt. Mit diesen Messungen kann einerseits ein Industriewerk beweisen, daß die von ihm imitierten Schadstoffe eine geringe, für Mensch und Tier unschädliche Konzentration haben. Andererseits lassen sich bei starken Verunreinigungen in Gewässern durch gezieltes inbringen fluoreszierender Substanz an den' Einleitungsstellen verschiedener Industriewerke feststellen, von welohem Wei?ls: die Verunreinigung im wesentlichen erzeugt wird.
  • wach der geltenden Gesetzgebung gilt das Verursacherprinzip, d.h. derjenige, der Schadstoffe in Gewässer einleitet, ist auch für deren Beseitigung verantwortlich.
  • Das erfindungsgemäße Maßgerät erlaubt aufgrund seiner universellen Arbeitsweise sowohl eine Ortung des Verursachers durch die Aufsichtsbehörden als auch eine Selbstüberwachung durch die Industrie. Für Messungen im Gewässer reicht z.B. wegen des sehr kleinen Stromverbrauches des Meßgerätes, der sich aufgrund der Anwendung von Impulslicht als Lichtquelle zur Anregung der Pluoreszenz oder zur Messung der Trübung ergibt, eine kleine Autobatterie aus. Diese kann auf einem Schlauchboot mitgenommen werden, mit dem rasch auch große Strecken in Flüssen oder Seen abgefahren und meßteohnisch überwacht werden können.
  • Erfindungsgemäße Meßgeräte kennen aber auch im dru¢kdichten Gehäuse mit einer zugeordneten Batterie örtlich an bestimmten Stellen im Gewässer verankert werden, um dort die vorbeiziehenden Schadstoffkonzentrationen laufend meßtechnisch zu registrieren. Auf diese Weise können Ubelwollende Industriebetriebe ausfindig gemacht werden, die beispielsweise nur des Nachts Schadstoffe in Gewässer ableiten, am Tage dagegen nicht. Auch für die Erlangung statistischer Unterlagen über die Trübung von Gewässern ist der Einsatz dieses Universalgerätes nützlich.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Anordnung zur Messung der Konzentration fluoreszierenden Materials in hoher Verdünnung im freien Medium, bei der erstens als Anregungslichtquelle für die Fluoreszenz eine Blitzentladungslampe verwendet wird, deren Blitzfrequenz der Meßgeschwindigkeit (Meßpunkte pro Minute) angepaßt ist, deren Blitzdauer aber länger als die Fluoreszenzträgheit ist und vorzugsweise als Funkenentladungslampe für 10-8 bis 10-5 e Blitzzeit ausgebildet ist und bei der zweitens als Empfänger des Fluoreszenzlichtes ein Photosensor verwendet wird, der bei der Beaufschlagung mit zusätzlichem Tageslicht keine Minderung der Meßempfindlichkeit bewirkt und vorzsweise aus Halbleiterphotodiode oder e ein mit nur wenigen Stufen arbeitender Photomultiplier usgebildet ist und bei der drittens dem Photosensor nachgeschaltete elektronische Versträrker für amplitudenrichtige Erfassung unregelmäßig auftretender Impulse in seltener Folge ausgebildet ist entsprechend Patent (Patentanmeldung P 19 39 524.5), gekennzeichnet durch die gleichzeitige Anwendung folgender Merkmale: a) Die Blitzentladungslampe (1) ist als ein Strahlung aussendender Impulslichterzeuger mit einer Edelgasfunkenstrecke ausgebildet, die sich in einem Abstand von einigen Millimetern hinter einem schlierenfreien, ggf. plangeschliffenem Austrittsfenster für die Strahlung (6) befindet, das mit einem optischen Kondensaorsystem (4) ein einen großen Raumwinkel der emittierenden Strahlung (6) erfassendes, das Strahlenbündel in eine Überschneidungszone (7) proJ izierendes, Lina.snsysten bildet.
    b) Dem Impulslichterzeuger ist eine Empfangseinrichtung zugeordnet, die ein dem Linsensystem iza Dmpulslichterzeuger vergleichbares Linsensystem hoher Apertur und eine diesem nachgeschaltete, das aus der Überschneidungszone (7) durch Pluoreszenz oder Reflexion zurückgeworfene Licht auffangende, großflächige Halbleiter-Photodiode (11) aufweist.-2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslichterzeuger in einem ersten und die Empfangseinrichtung und der Verstärker (12) in einem zweiten Gehäuse angeordnet sind und die beiden Gehäuse als im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Rohre mit geringem hydrodynamischen Srömungswiderstand ausgebildet sind und daß die Empfangseinrichtung in einem vom zweiten Gehäuse rechtwinklig abgewinkelten Gehäusete il untergebracht ist, dessen Achse auch rechtwinklig zu:der Achse des Impulslichterzeugers verläuft und mit dieser einen in der Überschneidungszone (7) liegenden Schnittpunkt bildet.
    3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslichterzeuger und die Empfangseinrichtung in zwei zueinander parallelen Gehäusen angeordnet sind und daß ein die aus dem Linsensystem konvergent austretende Strahlung (6) stunipfwinklig in Richtung der Empfangseinrichtung umlenkendes Prisma (17a) im Gehäuse der Impulslichterzeugers vorgesehen ist und daß ferner die Empfangseinrichtung spiegelbildlich zum Impulslichterzeuger ein die von der Übersch,neidungszone (7) empfangene Strahlung (8) abknickendes und durch das Linsensystem auf die Photodiode (11) projizierendes Prisma (17b) aufweist.
    4. Anordnung nach Anspruch 9 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung von einer aus optisch transparentem, plastisch verformbarem Kunststoff bestehenden, stromlinienförmigen Enveloppe (18) ganz oder teilweise umschlossen sind und die Überschneidungszone (7) vor der Rundung der Enveloppe (18) in deren Achse liegt.
    5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulslichterzeuger und die Empfangseinrichtung eine Gesamtanordnung mit einer metallenen käfigartigen Schutzmhüllung bilden, die außerhalb der Überschneidungszone (7) und in genügendem Abstand von der Gesamtanordnung gegen mechanische Stöße, insbesondere durch Aufprallen an einer Schiffswand, schützend angeordnet ist.
    6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einem Impulslichterzeuger eine Mehrzahl von Empfangseinrichtungen zugeordnet sind, die alle gemeinsam optisch auf die gleiche Überschneidungszone (7) ausgerichtet sind und daß der Impulslichterzeuger ein optisches, die Vielzahl von Anregungswellenlängen fluoreszierender Substanzen in seiner Bandbreite umschließendes Breitbandfilter (5), vorzugsweise für den Wellenlängenbereich von etwa 400-530 nm, aufweist, und daß jede der zugeordneten Empfangseinrichtungen, der Durchlaßbreite der Fluoreszenzwellenlänge der zu messenden Substanz entsprechend, ein Schmelbandfilter (9) aufweist.
    7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine filterlose Anordnung für Trübungsmessungen.
    8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung für Trübungsmessungen und der Impulslichterzeuger gleiche Brelbandfilter (5,9) aufweisen und die Fluoreszenzen etwaiger fluoreszierender Substanzen außerhalb der Durchlaßbreite dieser Filter (5,9) liegen.
    9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für Messungen im Durchlaufverfahren vor der Empfangseinrichtung und dem Impulslichterseuger eine vorzugsweise mit planen Grenzflächen versehene Küvette (20) angeordnet ist, und zwei ihrer Grenzflächen an den Austrittsfenstern der Empfangseinrichtung und des Impuslichterzeugers plan anliegen.
    10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein durchsichtiges - vorzugsweise gläsernes -Meßrohr (21) zur Vermeidung von Sedimenten oder Bewuchs an den Wänden im Inneren der Küvette (20) die Überschneidungszone (7) umschließt und von der laufend zu messende Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit durchflossen ist und daß die Küvette (20) um das Meßrohr (21) einen von einer optisch transparenten Flüssigkeit (19) aufgefüllten Raum bildet und die optisch transparente Flüssigkeit (19) und das Meßrohr (21) etwa gleiche Brechungsindizes aufweisen.
    11. Anordnung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung eine linear logarithmische Verstärkungscharakteristik aufweist, die sich über mehrere Dekaden erstreckt.
    12. anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dSe Empfangseinrichtung eine bei Jedem einzelnen Blitz der Blitzentladungslampe (1) einen Meßwert liefernde Schaltung mit einer der eingestellten Blitzfolge nahezu entsprechenden Meßgeschwindigkeit aufweist.
    13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich Impulslichterzeuger und Empfangseinrichtung einander entsprechend gegenüberstehen die und gleichartige, auf / Extinktion eines zu messenden Spurenstoffes, z.B. Methyl-Quecksilber, mit einer optischen Durchlaßbreite eingestellte Schmalbandfilter (5,9) aufweisen, und die zugeordnete Empfangseinrichtung eine sich über mehrere Dekaden erstreckende, unmittelbar die Konzentration der zu messenden Flüssigkeit dekadisch als Meßwert auswerfende Charakteristik aufweist.
    14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß optische Maßnahmen für transmissometrische Messungen der vom Impulslichterzeuger ausgestrahlten Strahlung (6) durch die Empfangseinrichtung vorgesehen sind.
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