DE2320252A1 - Verfahren und vorrichtung zur quantitativen bestimmung eines gasfoermigen bestandteils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur quantitativen bestimmung eines gasfoermigen bestandteils

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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; 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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    • G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
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Description

p o't'e'n f c, η ν/ α I t β
München 2, Bräuhausstrdie 4/UI .
3233/73
OPPICE EATIOITAL D1ETUPSS ET DSs REGHEROIES AEROSPATIALES ' (abgekürzt : 0.!T4E.E.A.)
Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung eines gasformigen Bestandteils.
Die Erfindung betrifft die'quantitative Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemischs durch Absorption oder Emission einer für diesen Bestandteil charakteristischen Strahlung, d.h. einer Strahlung mit der Frequenz der Absorptions- oder Smissionslinien. Der Ausdruck "gasförmig" ist weit auszulegen und bezeichnet sowohl einen Dampf als auch ein eigentliches Gas,
Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen zur
Analyse eines gasförmigen Geaischs - oder zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemischs ~ bekannt, welche die spezifischen Emissions- oder Absorptionseigenschaf ten eines jeden Gases benutzen, insbesondere in dem Infrarot. Es sind insbesondere Analysatoren bekannt, bei welchen
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ein Infrarotlichtbundel, welches von einem Gemisch kommt, von welchem ein Bestandteil (welcher natürlich ein Absorptionsband im-Infrarot, besitzt) quantitativ bestimmt werden soll, abwechselnd durch ein diesen Bestandteil enthaltendes Gefäss und durch ein anderes Gefass, welches mit einem Gas gefüllt ist, welches kein Absörptionsband in dem Wellenlängenbereich des das Bündel bildenden Lichts besitzt, auf einen Detektor gerichtet wird. Dieses System ist für die Analyse gut geeignet, wenn das Gemisch die einzige auf die Gefässe gerichtete Strahlenquelle bildet. Dies ist bei der Messung des Gehalts der von dem Kaum gesehenen Atmosphäre an Kohlensauregas der Fall» Wenn dagegen . zu der Emission des Gases die einer Strahlenquelle mit einem kontinuierlichen Spektrum hinzutritt, erzeugt diese ein Signal, und die Deutung der von dem Detektor gelieferten Ergebnisse ist schwierig.
Ss sind ferner Detektoren bekannt, bei welchen man ein von einer geeigneten Strahlenquelle kommendes Lichtbündel nacheinander durch das Gemisch, welches den quantitativ zu bestimmenden gasförmigen Bestandteil enthalten kann, und hierauf durch zwei pneumatische Detektoren in Differentialschaltung schickt, welche verschiedene Massen des zu bestimmenden Bestandteils auf den-Weg des Bündels bringen. Die pneumatischen Detektoren, welche bei Raumtemperatur arbeiten müssen, haben eine geringe Empfindlichkeit. Infolgedessen ist diese Yorrich«- tung praktisch nur benutzbar, wenn die Lichtquelle, deren Licht durch das Gemisch geschickt wird, genügend kräftig ist, was nicht der Fall ist, wenn, diese Lichtquelle die: Eigenemission des Grundes ist, auf welchem sich das Gemisch befindet.
Die Erfindung hat ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemische -zum Gegenstand-, welche besser als die bekannten Systeme den Erfordernissen der Praxis entsprechen, insbesondere durch, ihre gesteigerte Empfindlichkeit, welche im besonderen ihre Benutzung ohne eine künstliche Lichtquells ermöglicht.
. Eierfür ist das erfindungsgemasse Verfahren zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteil eines gasförmigen Gemische durch Absorption oder Emission einer Strahlung da-
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durch gekennzeichnet, dass ein Strahlenbündel', welches von dem Gemisch kommt und ein Spektralband hat, in welchem wenigstens eine Linie dieses Bestandteils liegt, abwechselnd einerseits durch eine erste Kammer, in welcher das Bündel auf eine bestimmte Masse des zu bestimmenden Bestandteils trifft, und andererseits zum Teil durch eine zweite Kammer, in welcher das Bündel auf eine Hasse des zu bestimmenden Bestandteils trifft, welche grosser als die vorhergehende ist, geschickt wird, während der Rest durch eine Masse des Bestandteils geschickt wird, welche kleiner als die vorhergehende Masse ist, wobei das resultierende Bündel auf einen Detektor zur Peststellung der Stärkeanderungen des Bündels geleitet wird.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausübung des obigen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine erste Kammer, welche eine bestimmte Kasse des zu bestimmenden Bestandteils enthält, eine zweite Kammer, welche eine Hasse des zu bestimmenden Bestandteils enthält, welche grosser als die vorhergehende ist, und eine dritte Kammer, welche eine Masse des Bestandteils enthält, welche praktisch Null ist, Mittel, welche abwechselnd ein von diesem Gemisch kommendes Strahlenbündel einerseits durch die erste Kammer, andererseits zu einem bestimmten Teil durch die zweite Kammer und für den Rest durch die dritte Kammer schicken, ein Filter, welches in die Ausgangsbündel der Kammern eingeschaltet ist und nur einen Bruchteil des spektralen Absorptions- oder Emissionsbandes des zu bestimmenden Bestandteils überträgt, einen Detektor, welcher so angeordnet ist, dass er das von dem Filter übertragene Bündel empfängt, und Mittel zur Messung der Xnderungen des AUögangssignals des Detektors .
Diese Ausbildung ermöglicht die Benutzung
eines für seine hohe Empfindlichkeit gewählten Detektors, da er ja keine absolute Selektivität mehr zu haben braucht. Man kann insbesondere massenmässige, auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlte Detektoren wählen, welche Kristalle (z.B. Kadmiumtellurid) oder Bolometer benutzen. Der Detektor sowie das ihm zugeordnete Filter mit einer geeigneten Bandbreite wird in einen Kryrostat gebracht und durch ein verflüssigtes Gas (Stickstoff.
oder sogar Helium) gekühlt. Kan gelangt so zu Empfindlichkeit
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ten, welche das Hundertfache der der pneumatischen Detektoren betragen.
Der Teil des Bundeis, welcher durch einen Gehalt Null des zu bestimmenden Bestandteils geht, kann unmittelbar au dem Detektor geleitet v/erden, er wird jedoch vorzugs\tfeise durch ein Gefäss geleitet, welches wie die erste und die zweite Kammer bildenden Gefässe ausgebildet ist, um die Störabsorptionen auf allen Wegen gleich zu machen. Alle Gefässe sind dann zweckmässig auf den gleichen Gesamtdruck gefüllt und werden auf der gleichen Temperatur gehalten. Im allgemeinen ist es ferner zweckmässig, dass das Bündel in jedem Gefäss die gleiche Strecke durchläuft.
Die Erfindung ist insbesondere auf die Bestimmung der atmorphärisehen Konzentration an verschiedenen 'Verseuchungsmitteln anwendbar, welche eine Absorptionslinie im Infrarot besitzen. Die Messung kann dann ohne Entnahme und an sehr grossen atmosphärischen Dicken vorgenommen werden. Weder der Stickstoff noch der Sauerstoff haben nämlich eine merkliche Absorption im Infrarot« Der Wasserdampf besitzt zwar ein sehr ausgedehntes Absorptionsspektrum, welches jedoch auf 'gewisse Zonen beschränkt ist.
In dem Pail der Messung des Gehalts der
Atmosphäre über einer Stadt an Verseuchungsmitteln (wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxyde , SGp) ist es im allgemeinen zweckmässig, der Vorrichtung einen Liehtkonzentrator zuzuordnen, welchdr z.B. durch ein Teleskop gebildet wird, welches unter Ausgang von einem zylindrischen Singangsbündel ein zylindrisches Ausgangsbündel kleineren Durchmessers liefert, welches eine konstante Energiedichte hat, wenn das Eingangsbündel eine konstante Energiedichte hat. Die Lichtquelle kann der Grund (Eigenemission der Körper bei der Umgebungstemperatur) oder eine künstliche Lichtquelle, z.B. ein Scheinwerfer,sein.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
.Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der e.rfindungsgemässen Vorrichtung, wobei der optische Teil im Schnitt durch eine durch seine Achse gehende Ebene dargestellt ist.
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Pig. 2 ist eine von links gesehene Ansicht der Gefässanordnung und des Modulators der Vorrichtung der Pig. 1»
Pig. 3 ist eine Ansicht auf das Ende dee Gefässes einer Vorrichtung einer ersten Ausfuhrungsabwandlung.
Pig. 4 ist eine Ansicht des Endes des Gefässes und des Modulators einer Vorrichtung gesnäss einer anderen Ausführungsabwandlung .
Die in Pig« 1 und 2 dargestellte Vorrichtung
enthält einen zylindrischen Block 10, in welchem parallel zu der Achse vier ebenfalls zylindrische, Gefässe bildende Durchlässe in gleichen vfinkelabständen ausgearbeitet sind. Zwei einander gegenüberliegende Gefässe 11 und 12 stehen durch in dem mittleren Teil des Blocks ausgebohrte Querkanäle 13 miteinander in Verbindung. Diese beiden Gefässe bilden die Kammer zur Aufnahme eines nicht absorbierenden Gases, welches jedoch einen ersten Anteil des zu bestimmenden Bestandteils enthält * Von den beiden zwischen den vorhergehenden Gefässen liegenden Sefässen (Pig. 2) dient das eine, H, zur Aufnahme eines absorbierenden Gemischs unter dem gleichen Druck wie das die Gefässe 11 und erfüllende, welches .jedoch einen höheren Gehalt an dem zu bestimmenden Bestandteil hat. Schliesslich enthält das letzte Gefäss 15 nur das nicht absorbierende Gas unter dem gleichen Druck wie die vorhergehenden Gefässe.
An den Endflächen des zylindrischen Blocks
10 sind dicht Penster 17 und 18 befestigt, z.B. durch Ankleben» Die Penster können auch durch lösbare Teile, befestigt werden, z.B. Schrauben. Diese letztere Lösung bietet jedoch den Nachteil, dass eine Dichtung um die Mündung eines jeden Durchlasses herum vorgesehen v/erden muss, um die Dichtigkeit herzustellen. Diese Dichtungen sind sperrig und zwingen dazu, einen grosseren Raum zwischen den Behältern übrig zu lassen, was die Empfindlichkeit dor Messung verringert, da der durch den Block zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gefäasen angehaltene Teil des einfallenden Bündels nicht mehr ausgenutzt wird. Versehlies s bare Anjclilücse der bei 16 in Pig» 1 dargestellten Art c-rnögliohen die Pülluns oder Entleerung der Gefäose.
Sin Kodulator sorgt dafür, dass das auf
einen auf den Block 10 folgenden Detektor 19 übertragene Bun-
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del abwechselnd von den Gefässen 11 und 12 und den Gefässen H und 15 kommt. Bei der in Pig« ί und 2 dargestellten Ausführungsform liegt dieser Modulator vor den Gefässen auf dem Weg des Lichtbündels. In gewissen Fällen kann er auch unmittelbar hinter den Gefässen angeordnet sein.
Der dargestellte Modulator wird durch eine
Scheibe 20 gebildet, welche auf einem an dem Block 10 in der Achse desselben befestigten Stift 21 drehbar ist. Die Scheibe 20 besitzt zwei diametral gegenüberliegende Ausschnitte 22 mit je einer Winkelerstreckung von 90° und einer genügenden radia™ len Lange, um ein gesamtes Gefäss freizulegen, wenn er vor diesem vorbeigeht. Die Scheibe 20 wird durch einen Motor 24 in Umdrehung versetzt, dessen Ausgangswelle einen Riemen 25 antreibt, welcher über den eine Riemenscheibe bildenden Umfang der Scheibe 20 läuft.
Die in Pig. 1 dargestellte Scheibe weist in
ihrem oberen Teil ein loch 26 auf, welches ein Synchronisiersignal liefern soll. Bei jedem Durchgang des Lochs 26 zwischen einer Lichtquelle 27 und einem empfindlichen Organ 28 liefert das letztere einen elektrischen Impuls? v/elcher bei der Detektion des iTützsignals in der weiter unten erläuterten Weise aus- · genutzt wird.
Das aus den Gefässen austretende Lichtbündel
wird auf den Detektor 19 durch ein optisches System geschickt» welches schematisch in Form einer einfachen Linse 29 dargestellt ist. Der Detektor enthält ein empfindliches Organ 30, welches nicht frequenzselektiv zu sein braucht und somit für seine hohe Empfindlichkeit gewählt v/erden kann« Dem empfindlichen Organ ist ein Filter 31 vorgeschaltet, dessen Bandbreite einem Bruchteil eines Emissions- oder Abserptionsbandes des zu. bestimmenden Bestandteils entspricht und auf die kräftigen Linien dieses Bandes zentriert ist. Man kann insbesondere einen hochempfindlichen Detektor benutzen, z.B. einen ICristall oder ein Bolometer, welches auf eine kryogene Temperatur durch ein verflüssigtes Gas abgekühlt wird, welches in einer das empfindliche Organ 30 und das Filter 31 umgebenden Kammer umlauft. Diese Kammer ist dann nix einem nicht frequonsselektiven Singangsfenster 32 versehen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung* v/el-3 0 9845/09υ 9
ehe zur Feststellung des Gehalts der Atmosphäre an einem verseuchenden Gas über beträchtliche Dicken bestimmt ist, enthält vorne ein optisches Konzentriersystem, dessen Vorhandensein in zahlreichen Fällen nicht erforderlich ist, insbesondere wenn das zu analysierende Gemisch in Form einer Entnahme verfügbar ist. Der in Fig. 1 der Klarheit wegen in einem erheblich kleineren Maßstab als der Block 10 dargestellte optische Konzentrator wird durch eine Teleskopoptik gebildet. Der Primärspiegel 55 des !Teleskops konzentriert das einfallende Bündel auf einen Sekundärspiegel 54, welcher ein paralleles Bündel auf den Modulator 20 richtet. Diese Anordnung ermöglicht, eine konstante Energiedichte beizubehalten, wenn das Eingangsbündel seinerseits eine konstante Dichte hat, was notwendig ist, damit die Vorrichtung eine befriedigende Angabe liefert·
Vor der Beschreibung der elektronischen Behandlung des von dem Detektor 29 gelieferten Signals soll zunächst kurz das Arbeitsprinzip der Vorrichtung beschrieben werden.
Während des Arbeitens bringt dle^Modulator-
scheibe 20 nacheinander ihre Ausschnitte vor die Gefässe 11 und 12 und vor die Gefässe 14 und 15. Infolgedessen empfängt der Detektor abwechselnd zwei Lichtflüsse, deren Amplituden A1 und Ap bis auf den gleichen konstanten Faktor durch folgende Formeln gegeben werden :
A1 = J *~ L (v ) . V (U1) . 2 r (u2) . dV (1) ·'' I9 a (^ L(V) . χ (U1) . 1 + V (u,) dV (2),
In diesen beiden Formeln :
sind Vj und ti* die Grenzfrequenzen der Bandbreite des Filters 31 ;
L (V) ist die Lumineszenz der Strahlenquelle ;
U1 ist der Gehalt des zu bestimmenden Bestandteils in dem Gemisch (welcher wenigstens eine Linie zwischen SL und V, besitzt) ;
U2 und U^ sind die Werte des Gehalts an dem
-ju bestimmenden Bestandteil der Gefässe 11-12 einerseits und
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H andererseits (oder, was auf das Gleiche hinauslauft, der Teilgehalte des Bestandteils, da die Gefässe alle das gleiche Volumen haben) $
^Cu1), X (u2) und t (u„) sind die U1 bzw. U2 bzw. u, entsprechenden übertragungsfaktoren, welche durch den Wert der gleichen Punktion T fur die Werte U1, bzw. Ug bzw. u* gebildet werden.
Das von dem Empfanger gelieferte Signal besitzt eine Amplitudenmodulation A, welche gleich A-. - A« ist (welche durch die Formeln 1 und 2 gegeben sind), d.h. :
T (U1) ^r(Up) -1- f(u,) dv> (3)
Diese Formel ist gültig, wenn die Gefässe
14 und 15 dem einfallenden Bündel den gleichen Durchtrittsquerschnitt bieten. Man würde eine etwas andere Formel erhalten, (worin 1 durch einen Koeffizienten α ersetzt ist und T(U,) mit einem Faktor (2 - α) behaftet ist, wenn der Gesamtquerschnitt, durch welchen das Bündel in den Gefässpaaren tritt, der gleiche ist, aber die Verteilung verschieden ist).
Wenn U1 = O,gilt Z (U1) = 1
wenn kein anderer Bestandteil des Gemischs eine Absorptionslinie zwischen V^ und V^ hat.
Durch eine zweckmässige Wahl von u, und Ug kann man den entsprechenden Wert von A zu Null machen. Wenn "t{xx*) von V unabhängig wäre, würde die Au-sgangsgrb'sse bei einer Änderung von U1 Null bleiben. Da aber X (u) nicht nur eine abnehmende Funktion von u sondern auch eine Funktion von V ist, erscheint eine Modulation, wenn U1 nicht mehr Null ist. Die Theorie zeigt, was die Erfahrung bestätigt, dass sich A mit U1 für kleine Werte von U1 praktisch proportional ändert.
Diese Amplitude der Modulation des Ausgangssignals des Detektors 19 wird durch eine Elektronik bestimmt, welche einen Verstärker 34 mit einer mit der"durch die Modulatorscheibe 20 festgelegten Frequenz zu vereinbarenden Bandbreite und einen Synchrondetektor 35 aufweist, welcher ein Bezugssignal von dem lichtempfindlichen Organ 28 empfängt. Das Ausgangssignal des Detektors 35 kann angezeigt oder einer z.B.
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mit einem Papierstreifen versehenen Registriervorrichtung 36 geliefert werden·
Wenn eine grosste Empfindlichkeit gewünscht wird, wird zweckmassig für u^ ein so hoher Wert gewählt, wie dies mit anderen Erfordernissen vertäglich ist. 2um Beispiel kann im Falle von Dampf nicht der der Sättigungsdar.pfspannung entsprechende Teildruck überschritten werden. Der Gesamtdruck in den Gefassen (im Falle der Benutzung zur Messung der Konzentration eines Verseuchungsstoffs in der Atmosphäre) muss der Atmosphärendruck sein. Nach Wahl des Wertes von u^ wird der entsprechende Wert von Up durch Versuche bestimmt, gegebenenfalls nach einer ersten theoretischen Annäherung. Ferner wird in diesem Pail zweckmässig ein Filter.mit möglichst grosser Bandbreite benutzt, welche jedoch mit der Ausscheidung der linien etwaiger anderer Bestandteile der zu über v/achenden Probe verträglich bleibt.
So ermöglicht z.B. eine Vorrichtung der obigen Art, durch Infrarotabsorption in einer Atmosphäre von mehreren Kilometern Dicke Gehalte an Stickstoffoxyden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder SOp in der Örössenordnung von einigen ppb mit hochempfindlichen Detektoren (Bolometer auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs) zu messen. Die Messung kann so vorgenommen werden, dass an der gleichen Stelle ein Scheinwerfer und die Vorrichtung und an einer anderen mehrere Kilometer entfernten Stelle ein einfaches reflektierendes Trieder grosser Abmessungen aufgestellt werden. Ίη diesem Pail wird man dazu geführt, einen Gehalt der Gefässe an Verseüchungsstoff (d.h. einen Teildruck an Verseuchungsstoff) zu benutzen, v/elcher erheblich grosser als der festzustellende ist, z.B. hundert oder tausend Mal grosser.
Als weiteres Beispiels sei angegeben, dass
eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der in der hohen Atmosphäre vorhandenen Kohlenwasserstoffe ausgeführt wurde. Diese Vorrichtung ist dasu bestimmt, von einem Ballon oder einem Plugzeug getragen zu werden und die Analyse durch Anvisierung der Sonne, wenn diese tief über dem Horizont steht, vorzunehmen. Dieses Bestimmungsverfahren bietet den Vorteil, den Einfluss der mit hohem Gehalt in niedriger Höhe vorhandenen Ver-
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seiichungs stoffe auszuscheiden und die Empfindlichkeit infolge der sehr erheblichen Dicke der untersuchten Atmosphärensehieht zu erhohen. Die Lichtquelle wird dann durch die Sonne selbst gebildet, welche etwa eine Strahlung des schwarzen Korpers bei 550O0K hat. Wenn das zu bestimmende Gas Methan GH^ ist, dessen Konzentration in einer Höhe von grössenordnungsmässig 20 km etwa 1 ppm beträgt, wird ein Gefäss 14 benutzt, in welchem der Teildruck grossenordnungsmässig der Atmosphärendruck auf Bodenhöhe ist, wobei gleichzeitig Gefässe 11 und 12 benutzt v/erden, in welchen der Teildruck des Methans grössenordnungsmässig ein Drittel des vorhergehenden Drucks beträgt. Pur die unter streifendem Einfall durchdrungenen Atmosphärensehichten ist eine Gefässlänge von 8 cm ausreichend. Das Filter 31 ist zusammengesetzt. Es wird durch die Nebeneinanderlagerung einer Platte aus Indiumantimonid und einer Platte aus "Flußspat gebildet. Das so hergestellte filter besitzt eine Bandbreite, welche angenähert da3 Band des Methans zwischen 7 und 8,5 Mikron überdeckt* Das in den Gefässen 11, 12 und 15 benutzte Verdünnungsgas muss nur der Bedingung genügen, keine kräftigen Linien zu haben, welche die des zu bestimmenden Bestandteils beeinflussen können, und die Linien dieses Bestandteils nicht in übertriebener Weise zu verbreitern. Die ausgeführte" Vorrichtung benutzt Argon, welches im Handel mit sehr geringen Verunreinigungen erhältlich ist. Es kann jedoch auch ebensogut trockener Stickstoff hoher Reinheit benutzt werden·
In anderen Pallen führt das Vorhandensein in
dem zu analysierenden Gemisch eines Störbestandteils mit einem Absorptionsband, welches-teilweise das des zu bestimmenden Bestandteils überdeckt (und gegebenenfalls eine Ibsorptionslinie hat, welche eine Planke einer Absorptionslinie des zu bestimmenden Bestandteils erreicht) dazu, nicht mehl? eine grösste Empfindlichkeit sondern eine grösste Selektivität oder ein grösstes Auflösungsvermögen zu suchen. Hierfür wird man dazu geführt, den Wert von u, (und entsprechend den Wert von U2) zu verringern, um ein Signal Bull beizubehalten, wenn u* = O. Hierzu ist zu bemerken, dass die vollständige Erklärung der Zunahmö der Empfindlichkeit bei einer Vergrosserung u* und umgekehrt der Zunahme der Selektivität auf Kosten einer Herabsetzung der
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Empfindlichkeit bei einer Verringerung von u, streng nur auf der Basis von verwickelten Rechnungen geliefert werden kann, in welche das Profil der Linie bei verschiedenen"Teildrücken eingeht. Immerhin kann eine intuitive Erklärung gegeben werden. Wenn das Lichtbündel nur durch eine geringe Menge des zu "bestimmenden Gases tritt, erfolgt die Absorption im wesentlichen im Zenrtum der Linie, woraus sich eine hohe Wellenlängenselektivität ergibt. Wenn dagegen die Henge zunimmt, erfolgt die Absorption auf einer breiten Zone. Anders ausgedrückt, die Linie verbreitert sich der Wellenlänge nach.
Praktisch werden Versuche gemacht. Kan stellt
vor den Apparat ein Gefäss, welches auf den Weg des Bündels eine Menge Störgas bringt, welche der entspricht, welche man anzutreffen erwartet, und man verringert stetig u^ (und entsprechend U2)» bis man einen grösaten Kontrast erhält. Die anfängliche Wahl von u« durch Probieren kann auf der Basis von theoretischen Erwägungen erfolgen, obwohl diese häufig eine verwikkelte Simulierung an einem Rechengerät erfordern, insbesondere wenn mehrere Linien in die Messung eingehen.
Summarisch kann man sagen, das-s das zu erreichende Ergebnis darin besteht, dem von dem Storbestandteil herrührenden Signal für einen Bruchteil der Bandbreite des Filters · ein Zeichen zu geben, welches dem des Signals für einen anderen Teil der gleichen Bandbreite entgegengesetzt ist, so dass ein wenigstens teilweiser Ausgleich (infolge des zufälligen Charakters der Änderung längs der Bandbreite) erhalten wird, während der Wert von u* so gewählt wird, dass das Signal für den zu bestimmenden gasförmigen Bestandteil in der Gesamtheit der Bandbreite hinzutritt. Man gibt dann dam benutzten Filter 31 eine Bandbreite, welcher erheblich grosser als die Breite der Linie des Bestandteils bleibt, aber in einem mit einer genügenden Empfindlichkeit verträglichen Maße herabgesetzt ist. Praktisch wird man schliessich dazu geführt, ein Interferenzfilter zu benutzen, welches im allgemeinen 150 bis 300 Schichten aufweist.
Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsabwandlungen der Vorrichtung. Der in Fig. 3 dargestellte Block 10a unterscheidet sich von dem der Fig. 1 und 2 dadurch, dass die vier Gefässe 11a, 12a, 14a und 15a durch einfache radiale Wände
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37 und 38 getrennt sind. Ein derartiger Block kann leicht durch Formung in einer Form hergestellt werden· Der Modulator kann eine Scheibe sein, welche der in Mg· 1 dargestellten Scheibe 20 sehr ähnlich ist.
Bei der Ausfuhrungsform der Pig« 4 weist der Block 10b eine Durchmesserwand 38]d auf, welche eine einzige, die Gefässe 11 und 12 der Vorrichtung der Fig. 1 ersetzende Abteilung 39 von zwei Abteilungen 14b, und 16Jb trennt, welche durch eine zu der Wand 38b senkrechte halbe "Wand 37j> getrennt werden. Der Modulator 20t> wird dann durch eine sich um eine in der Ebene der Wand 38b_ liegende Achse 211> drehende Scheibe gebildet. Diese Ausbildung besitzt den -Nachteil eines Platzbedarfs in der Querrichtung, welcher erheblich grosser als der der vorhergehenden Ausführung ist.
Die Erfindung ist naturlich nicht auf die
beispielshalber beschriebenen besonderen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann abgewandelt werden. Der Modulator kann durch andere Mittel als eine rotierende Scheibe gebildet werden, z.B. durch eine schwingende Lamelle. Die Gefässe können von den dargestellten Formen verschiedene Formen haben. Es ist möglich, die Messung mit einer von einer Infrarotstrahlung verschiedenen Strahlung vorzunehmen. Insbesondere kann im Ultraviolett gearbeitet werdxn, z.B. zur Kessung eines Gehalts an SO2 in einer . entnommenen Luftprobe mit einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle. Wenn man die Festlegung der Kenngrossen der Vorrichtung in Kauf nimmt, kann man Gefässe verschiedener Länge benutzen, welche jedoch alle das gleiche Bezugsgemisch enthalten. Das zu analysierende Gemisch kann in einem Gefäss enthalten . sein und durch eine entnommene Probe gebildet werden. Jede der obigen Kammern kann durch mehrere Gefässe gebildet werden, welche gleiche oder verschiedene Massen des zu bestimmenden Bestandteils enthalten, wobei natürlich der Modulator entsprechend ausgebildet wird.
Obwohl diese Lösung im allgemeinen nur
ein beschranktes Interesse bietet, kann man schlieeelich bei Benutzung von zwei Sätzen von vier Gefässen, wobei jeder Sat^ für einen verschiedenen zu bestimmenden Bestandteil bestimmt ist, zwei Bestandteile gleichzeitig bestimmen.
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Diese Lösung ist jedoch im allgemeinen nicht vorteilhafter als die Verwendung von zwei getrennten Vorrichtungen.
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Claims (10)

  1. P ate η t a η a ρ r ü c he
    f1)) Verfahren zur quantitativen Bestimmung
    eines Bestandteil eines gasformigen Gemische unter Benutzung der Absorption oder der Emission einer charkteristischen Strahlung dieses Bestandteils, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlenbündel, welches von dem Gemisch kommt, und dessen spektrale Zusammensetzung wenigstens eine charakteristische Linie des Bestandteils enthalt, abwechselnd einerseits durch eine Kammer (11, 12), in welcher das Bündel auf eine bestimmte Hasse des zu bestimmenden Bestandteils trifft, und andererseits zum £eil durch eine Kammer (14), in welcher das Bündel auf eine Masse des zu bestimmenden Bestandteils trifft, welche grosser als die vorhergehende ist,- und für den Regt durch eine Kasse (15) des Bestandteils, welche kleiner als die vorhergehende Hasse ist, geleitet wird, wobei das Ausgangsbundel auf einen Detektor (30) zur Peststellung der Intensitätssehwankungen der Strahlung gerichtet wird.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bündel zur Hälfte durch die zweite Kammer (H) und zur Eäj-fte durch eine Masse des Bestandteils, welche praktisch Full ist, tritt.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese bestimmten Kassen so gewählt sind, dass die Intensitätsschwankungen Hull sind, wenn das gasförmige Gemisch diesen Bestandteil nicht enthält.
  4. 4.) Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemischs unter Benutzung der Absorption oder der Emission einer charakteristischen Strahlung des Bestandteils durch dieses Gemisch, gekennzeichnet durch eine erste Kammer (11, 12), welche eine bestimmte Masse des zu bestimmenden Bestandteils enthält, eine zweite* Kammer (14), welche eine Hasse des zu bestimmenden Bestandteils enthält, welche grosser als die vorhergehende ist, und eine dritte Kammer (15), welche eine Masse des Bestandteils enthalt, welche praktisch Null ist, sowie durch Mittel (20), welche ein von dem Gemisch kociiaenles Strahlenbündel abwechselnd einerseits durch die erste Kammer, andererseits zu einem bestimmten Teil durch die zweite Kammer und für den Rest durch
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    die dritte Kammer leiten, ein Filter (31), welches in die Ausgangsbündel der Kammern eingeschaltet ist und nur einen Bruchteil des spektralen Absorptions- oder Emissionsbandes des zu bestimmenden Bestandteils durchlässt, einen Detektor (30), welcher das von dem Filter übertragene Bündel auffangt, und Mittel (34, 35) zur Kessung der Änderungen des Ausgangssignals des Detektors.
  5. 5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer durch eine Gruppe von zwei Gefässen gebildet v/ird, deren jede dem Bündel einen bestimmten Durciitrittsquerschnitt bietet, während die zweite und die dritte Kammer durch Gefässe gleicher länge und gleichen Querschnitts wie die vorhergehenden gebildet werden.
  6. 6.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer durch ein Gefäss gebildet v/ird, wobei das die erste Kammer bildende Gefäss dem Bündel einen doppelt so grossen Querschnitt wie jede der beiden anderen Kammern bietet.
  7. 7·) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4
    bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor und das Filter auf eine kryogene "Temperatur abgekühlt v/erden.
  8. 8.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4
    bis 7, dadurch gekennzeichnet,-dass jedes Gefäss ein Gas enthält, welches in der Bandbreite der Filter keine Absorption besitzt, während das erste und das dritte Gefäss ausserdem bestimmte Teile des betreffenden Bestandteils enthalten, wobei der Teildruck des Bestandteils in dem ersten Gefäss grosser als sein !Eeildruck in dem zweiten Gefäss ist.
  9. 9·) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4
    bis 8, gekennzeichnet durch eine dem Modulator (20) vorgeschaltete optische Konzentriervorrichtung, z.B. ein Teleskop (33), welche unter Ausgang von einem zylindrischen Singangsbündel ein zylindrisches Ausgangsbündel kleineren Durchmesseers liefert, welches eine konstante 3nergiedichte hat, wenn das Singangsbündel eine konstante Energiedichte hat.
  10. 10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4
    bis 9> dadurch gekennzeichnet, dass die Kassen des zu bestimmenden Bestandteils so gewählt sind, dass das Ausgangssignal Null ist, wenn der Gehalt des Gemische an diesem Bestandteil Hull ist.
    309 8 4 5/0909
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