DE2340361A1

DE2340361A1 - Vorrichtung zur messung der optischen eigenschaften einer fluessigkeit

Info

Publication number: DE2340361A1
Application number: DE19732340361
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-08-09
Publication date: 1974-02-21
Also published as: IE37980L; NL7310988A; IT991913B; US3909136A; JPS5544909B2; BE803430A; JPS4987380A; FR2329168A5; GB1445091A; IE37980B1

Description

9153-73

Case HW/83 _ä-_

GB-PA 37074/72 2340361

vom 9. August 1972

The Rank Organisation Limited

Millbank Tower,

Millbank, London, S.W. 1., England

Vorrichtung zur Messung der optischen Eigenschaften einer

Flüssigkeit

, Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der optischen Eigenschaften einer Flüssigkeit, insbesondere einer Mischung von Flüssigkeiten, die in einer Strömung fließen.

■ Bisher hat es Schwierigkeiten bei der Messung der optischen Eigenschaften, beispielsweise der Farbe, von einer Flüssigkeit gegeben, die in einer Strömung fließt, weil die Turbulen2 in der strömenden Flüssigkeit die Meßwerte der Meßverrichtung beein-

• flusst. Wenn die Messung eine Mischung betrifft, können Schwankungen in der Zusammensetzung der Mischung im Laufe der Strömung stattfinden, so daß die resultierende Messung bis zu einem gewissen Grad unsiches ist. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wurde bereits angeregt, die fließende Strömung in Abschnitte aufzuteilen, so daß die Flüssigkeit sich in einer Reihe diskreter Elemente fortbewegt. Dadurch wird eine Rückmischung während der

, Strömung der Flüssigkeit verhindert, weil die Elemente vonieinander getrennt sind, während sich die Flüssigkeit zu dem Punkt bewegt, wo die optischen Eigenschaften gemessen werden·

A098Ö8/09A0

Unmittelbar vor Erreichen dieses Punktes werden die Flüssigkeits segiaente wieder aneinander-gefügt. Die Flüssigkeit wird dann durch einen Abschnitt eines Rohres geleitet, durch den ein Lichtstrahl in Richtung auf eine fotoelektrische Zelle gerichtet wird. Das gerade beschriebene Verfahren ist eine Verbesserung gegenüber dem, was bisher üblich war, leidet jedoch unter dem Nachteil, daß die Geschwindigkeit der Analyse, d.h. die Geschwindigkeit, mit der die aus den Flüssigkeitssegmenten bestehenden Meßproben der Meßvorrichtung zugeführt wer • den können, klein gehalten werden muß, weil mit größer werden- \ der Geschwindigkeit die Gefahr besteht, daß eine Turbulenz der ! strömenden Flüssigkeit; und beim Zusammenfügen der Flüssigkeitsj segmente auftritt. Die Größe der Segmente wird bei dem be-, schriebenen Verfahren verhältnismäßig groß gehalten, um eine ι vernüftige Arbeitsgeschwindigkeit zu erhalten. Die geringe Ge- : schwindigkeit, mit der die Meßproben, d.h. die Flüssigkeits- ; segmente, der Meßvorrichtung zugeführt werden können und die i beachtliche Größe der Segmente haben die Wirkung, daß eine ge-

ringe Empfindlichkeit erzielt wird. Da kleine Meßproben weniger ι Zeit benötigen, um an der Meßvorrichtung vorbei zu fließen, muß ; die Strömungsgeschwindigkeit bei kleinen Meßproben niedrig ge-■ halten werden. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in der; ! Flüssigkeit macht es daher erforderlich, daß die Meßproben groß · \ sind, so daß genügend Zeit für die Meßvorrichtung zur Ver- j

I I

' fügung steht, um auf den Abschnitt der Meßprobe zwischen den En-j ¹ den einzuwirken, wo eine Mischung minimal ist. Es gibt noch I weitere Variablen, die man außerordentlich schwierig berücki sichtigen kann, beispielsweise die Absorption der Strömungsi zelle oder des Rohres, durch das die Flüssigkeit hindurch tritt, j und die Empfindlichkeit der Vorrichtung, die die optischen Ei-S genschaften mißt. Bei einer kontinuierlichen Messung wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung ist es unmöglich, einen ge nauen Wert für diese Variablen einzusetzen.

Die Verbesserung, die angestrebt wird, besteht demzufolge darin,

Λ 09808/0940

j die Messungen der optischen Eigenschaften einer strömenden
I Flüssigkeit frei von möglichen Fehlern durchzuführen, die durch . I Mischung, durch Turbulenz und durch unbekannte Größen verursacht I werden, die mit der Strömungszelle und dem Detektor verbunden

sind. Insbesondere sollen kleine Meßproben verwendet werden, so ■ daß eine hohe Empfindlichkeit erreicht wird. Es eoll auch mit
> einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit gearbeitet wer- ■ : den, selbst wenn die Meßgeschwindigkeit hoch ist. Der Erfindung i liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die i diese erwünschten Eigenschaften hat.

' Eine Vorrichtung zur Messung der optischen Eigenschaften einer
' Flüssigkeit in einer fließenden Strömung weist daher Mittel zum ^: Unterbrechen der fließenden Strömung in eine Eeihe von Flüssigkeit ssegmenten, die durch gasförmige Segmente getrennt sind,
^! eine Lichtquelle, um einen Lichtstrahl sowohl durch die Flüssig- ; keitö- als auch durch die Gassegmente des in Segemente aufgeteil- ! ten Stromes quer zu dessen Strömungsrichtung hindurch zu
projizieren und eine fotoelektrische Dedektoreinrichtung auf,
¹ um den Lichtstrahl nach seinem Durchtritt durch den in Segmente ; aufgeteilten Strom zu empfangen und einen Meßausgang zu liefern, ; der zu dem optischen Eigenschaften der Flüssigkeit in Beziehung steht. ' i

^; Die Vorrichtung kann einen Vergleicher aufweisen, der den Aus- j

gang des fotoelektrischen Dedektors aufnimmt und eine Ablesung \

¹ liefert, deren Wert die Differenz zwischen dem Meßwert, der ge- j

: messen wird, wenn der· Lichtstx-ahl das die Meßprobe enthaltende .

',Flüssigkeitssegment durchsetzt, und dem Meßwert ist, wenn der ; ^; Lichtstrahl ein Puffersegment durchsetzt.

Der fotoelektrische Detektor kann so angeordnet sein, daß er
einen Ausgang liefert, der eine Funktion der Amplitude der Licht;· wellen des Lichtstrahles ist.

409808/0 9-4

Die Lichtquelle kann so angeordnet sein, daß sie einen Lichtstrahl senkrecht zu der Strömungsrichtung des Stromes oder unter einem Winkel zu der Strömungsrichtung projiziert, um die Länge des Teiles des Strahles in der Flüssigkeit zu vergrößern.

Der fotoelektrische Detektor kann so angeordnet sein, daß er , den Lichtstrahl als direkten Strahl oder als reflektierten

Strahl aufnimmt. Wenn der Strahl ein reflektierter Strahl isr, kann die Vorrichtung Spiegel aufweisen, um den Strahl mehrere Male durch dasselbe Jlüssigkeitssegment zu reflektieren.

Die Lichtquelle kann auch so angeordnet sein, daß sie den größten Teil oder ihr gesamtes Licht in einem begrenzten Bereich des sichtbaren oder des Infrarot- oder des Ultraviolett-Abschnittes des Spektrums abstrahlt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine anisich bekannte Vorrichtung zum Aufteilen eines fließenden Stromes in einer Reihe von Flüssigkeits-Segmenten, die durch Strömungsmittel-Puffersegmente, in diesem Pail Luftsegmente, voneinander getrennt sind;

Pig. 2 eine schematische Porm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Pig. 3 die Wellenform des Ausgangs von dem fotoelektrischen Dedektor*.

In den Zeichnungen sind zusammendrückbare Schläuche 1 und 2 gezeigt, die die zu mischende Flüssigkeit enthalten. Die Flüssigkeit wird aus Behältern 3 bzw. 4· entnommen. Ein zusammendrück- i barer Schlauch 5, der an einem Ende offen ist, dient zum Ein- '

treten von Luft. Ein Satz um"! auf ender Rollen oder hin- und hergehender Finger 6 ist so angeordnet, daß die Schläuche 1, 2 und

409808/0940

ORIGINAL INSPECTED

_ 5 —

5 in einer interciittierenden, fortschreitenden Bewegung von links nach rechts (!'ig. i) flachgedrückt werden, wodurch flüssigkeit in den Schläuchen 1 und 2 und Luft in dem Schlauch 5 in der.' Abgabeschlauch 5 eingepumpt wird. Diese Anordnung bildet eine peristaltische Pompe bekannter Bauart. Ein Fortsatz 8 des Abgabe Schlauches 7 bildet einen Bestandteil der Vorrichtung zum Messen der optischen Eigenschaft in der Flüssigkeit. Flüssigkeit ssegmente 9 sind in den Schläuchen 7 und 8 vorhanden, und Luftsegmente 10 in den Schläuchen 7 und 8 trennen die nebeneinanderliegenden Flüssigkeitssegmente 9· Eine Lichtquelle 11 projiziert einen Lichtstrahl 12 quer zu dem Flüssigkeitsstrom, der durch die Flüssigkeitssegmente 9 in dem Schlauch 8 gebildet wird. Ein fotoelektrischer Detektor 13 ist so angeordnet, daß er den Strahl 12 aufnimmt. Der Detektor ist mit einer Vorrichtung 14 zum Auswerten der Meßausgänge des fotoelektrischen De.t.sktors 13 in Maßeinheiten der zu messenden, optischen Eigenschaften gekoppelt. Die Vorrichtung 14 kann ein Vergleicher sein oder einen solchen enthalten. Eine typische Wellenform 15 für den Ausgang des fotoelektrischen Dedektors 13 zeigt, itfie der Ausgang variiert, wenn Flüssigkeitssegmente 9 oder Luftsegmente 10 von dem Strahl 12 durchsetzt werden.

In dor Praxis pumpt die peristaltische Pumpe, wenn sie in Gang gesetzt wird, Flüssigkeit aus den Behältern 3 und 4 durch die Schläuche 1 und 2 in den Abgabeschlauch 7, wo sich die Flüssigkeiten zu mischen beginnen. Die Pumpe zieht auch Luft in den Schlauch 5 und führt die Luft in Form einer Reihe von Impulsen in den Schlauch 7 ein. Die LufΊimpulse bilden bei ihrem intermittierenden Eintritt in den Schlauch Luftsegmente 10, die nebeneinanderliegende Flüssi^keitssegmente 9 trennen. Der- Lichtstrahl 12, der den Flüssigkeitsstrom durchsetzt, erfährt eine größere Absorption, wenn er jeweils durch eines der Segmente 9 hindurchtritt, als wenn er eines der Luftsegmente 10 durchsetzt. Die ge-l zeigte Wellenform 15 zeigt dieses Ergebnis. Da genau dieselben j Bedingungen gegeben sind, wenn der Strahl 12 die Luftsegmente ι

409 8 08/0940

10 durchsetzt und wenn der Strahl die Flüssigkeitssegmente durchsetzt mit der Ausnahme, daß im letzteren Fall die Flüssigkeit zwischengeschaltet ist, liefert der Ausgang des fotoelektrischen Dedektors 13, während der Lichtstrahl jeweils durch ein Luftsegment 10 hindurch geht, eine Basis zum Erzielen einer wahren Messung der optischen Eigenschaften der Flüssigkeit, weil dieselben äußeren Variablen in "beiden Fällen ■gegeben sind. Wenn der Lichtstrahl durch die Luftsegemente hindurch geht, sind nur die apparaviten Variablen wirksam, so daß wenn der Meßausgang bei Durchtritt des Strahles durch ein Luftsegment von dem Ausgang bei Durchtritt des Strahles durch ein Flüssigkeitssegment subtrahiert wird, die Differenz vollständig die Änderung darstellt, die durch die Zwischenschaltung der Flüssigkeit bewirkt worden ist. Es ist erforderlich, die Effekte zu berücksichtigen, die durch Unterschiede in dem Brechungsindex der Fiüssigkeits- and der Luftsegmente verursacht xverden. In einem normalen, zylindrischen Schlauch oder einem zylindrischen Rohr haben die Luftsegmente die Wirkung einer starken, negativen, zylindrischen Linse, und viel Liehe geht durch Brechung verloren. Wegen der definierten "Unter — brecherwirkung" auf den Lichtstrahl an jeder Grenzfläche zwischen jedem Lichtsegment und dem angrenzenden Lufusegment hat die Vorrichtung ein positives Ansprechverhalten, und der ' Meßwert wird durch die Länge der Flüssigkeitssegmente nicht : beeinflusst, so daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden kann, ohne daß eine !Turbulenz in der Flüssigkeit der Segmente auftritt.

Verschiedene Abwandlungen der oben beschriebenen Anordnungen sind im Eahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise kann, um die Länge des Weges des Lichtstrahles durch den in Segmente aufgeteilten Strom zu erhöhen, der Lichtstrahl schräg zu der Strömrangsrichtung projiziert werden, Ein ärmlicher Effekt kann durch die Verwendung von einem oder mehreren Reflektoren erzielt werden, um den Strahl zweimal oder mehrfach durch den

409808/0940

- 7 -Strom zu reflektieren, "bevor er auf den Detektor einfällt.

Offenbar kann die kolorimetrische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch in der Flammfotometrie und bei nephelometrischen und fl'orimetrischen Meßvorrichtungen angewendet werden.

409808/0940

Claims

- 8 Pa tentansprüche

Vorrichtung zum Messen der optischen Eigenschaften einer Flüssigkeit.in einen fließenden Strom, "bei der ein Lichtstrahl durch den Strom quer zu der Strömungsrichtung hindurch-geschickt und ein fotoelektrischer Detektor so ange- j ordnet wird, daß er den Lichtstrahl nach Durchtritt durch ^! den Strom empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich ^; bekannter Weise Mittel (5^6) vorgesehen sind, um den fließenden Strom in eine Seihe von Flüssigkeitssegmenten (9) aufzuteilen, die durch gasförmige Segmente (10) voneinander getrennt sind, daß der Lichtstrahl (12) sowohl durch die Flüssigkeitssegmente (9) als auch durch Gassegmente (10) in dem Strom gerichtet wird, -und daß der Detektor (13) so angeordnet ist, daß er einen Ausgang liefert, der mit den optischen Eigenschaften der Flüssigkeit verknüpft ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1_} gekennzeichnet durch einen Vergleicher (14-), der den Ausgang des fotoelektrischen Detektors (13) aufnimmt und eine Ablesung liefert, deren Wert die Differenz zwischen dem Meßwert bei Durchtritt des Lichtstrahles (12) durch ein Flüssigkeitssegment (9) und dem Wert bei Durchtritt des Lichtstrahles (12) durch ein Gassegment (10)' ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (12) durch den in Segmente aufgeteilte Strom quer zur Strömungsrichtung hindurch-geschickt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichne α

durch Reflektoren in dem Strahlengang des Lichtstrahles, um den Lichtstrahl mehrere Male durch den in Segmente aufgeteilten Strom und von dort in den Detektor (13) zu reflektieren.

A09808/09A0

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektpr (13) einen Ausgang liefert, der eine Punktion der mittleren Wellenlänge der Lichtwellen in dem Lichtstrahl (12) ist.

409808/0940

Leerseite