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Meßküvette Die Erfindung betrifft eine Meßküvette in Form eines in
einem von dem zu messenden Medium durchströsten Rohr bündig mit der Rohrwand angeordneten
AUR-Kristall (abgeschlsächte Totalreflexion) mit einer Lichtquelle und einem die
reflektierte Strahlung aufnehmenden Detektor.
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Zur Messung der Infrarotabsorption in Flüssigkeiten und durch Substanzen,
die in diesen Flüssigkeiten enthalten sind, wird bereits seit längerer Zeit auch
die Methode der abgeschwächten Totalreflexion (ATS) angewendet. Ein derartiges Verfahren
und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in der DU-OS 2 164 670
beschrieben.
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Die AUR-2echnik beruht auf der Tatsache, daß der Brechungs index einer
Substanz und damit auch die Dotalreflexion an der Grenzfläche zu einer anderen Substanz
sehr stark vom Absorptionsindex abhängt. Eoi unterschiedlichen Brechungsindizes
wird das auffallende Licht total reflektiert, wenn der Einfallswinkel größer ist
als der durch die Brechungsindizes der beiden Substanzen gegebene Grenzwinkel. Da
sich in der Nähe einer Absorptionsbande der Brechungsindex mit der Wellenlänge sehr
stark ändert, wird sich auch der Abschwächungsgrad der Totalreflexion im Verlaufe
dieser Absorptionsbande ändern.
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Die Reflexionsbanden sind am intensivsten, wenn der Einfallswinkel
der Strahlung annähernd gleich dem Grenzwinkel der Totalreflexion ist.
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Bei diesen Messungen können nun durch äußere Einflüsse teilweise große
Fehler auftreten. Die eine Gefahr besteht durch die Verschmutzung des AUR-Kristalls.
Um diese Verschmutzung zu verhindern, wurden Ultras chall-Reinigungsve rfahren bekannt.
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Diese Reinigung ist deshalb sehr wichtig, da die Verschmutzungs schichten,
deren Stärken in der Größenordnung einer Wellenlänge des verwendeten Lichtes liegen,
die Messung unmöglich machen. Man würde nur noch die Schmutzschichtabsorption messen.
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Eine noch schwierigere Störquelle ist die Temperaturabhängig keit.
Wie aus Buck "Über die Assoziation des flüssigen Wassers; Fortschr. chem. Forsch.,
Band 4, Seiten 653 bis 781 (1964) ersichtlich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßkiiette zu sehaffen, die diese
Temperaturabhängigkeit eliminieren kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine Heizung zur Erwärmung
einer Randschicht des im Bereich des AUR-Kristalls vorbeiströmenden zu messenden
Mediums vorgesehen ist. Wie bereits in der Einleitung gesagt wurde, findet die Abschwächung
an der Grenzschicht zwischen zu messender Substanz und Kristall statt, so daß es
genügt, lediglich diese Grenz- bzw. Randschicht zu erwärmen bzw. zu temperieren.
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In weiterer Ausführung des Er,-findungsgedankens ist die Heizung in
Form eines Mantels in Strömungsrichtung vor dem ATR-Kristall um das Rohr gelegt
und mit einem Temperaturfühler und einem Regler verbunden. Während früher in der
normalen Spektroskopie die Meßflüssigkeit samt Meßküvette thermostatisiert wurde,
ist es nunmehr bei betrieblichen Meßzwecken mit einer ATR-Durchflußküvette möglich,
ohne Thermostatisierung der Flüssigkeit ein genaues Meßergebnis zu erreichen. Wie
groß der Fehler werden kann, zeigt besonders die Seite 705, Luck, wo beispielsweise
bei einer Wellenlänge A - 1,4tk und bei einer Temperaturänderung von 100 auf 800
a sich die Extinktion von 35 % auf 50 ffi ändert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt die Reizfläche der-Heizung
bündig mit der Rohrinnenwand ab. Weiter ist es, auch möglich, daß die Heizung auf
der Rückwand des ATR-Kristalls angebracht und mit einem Temperaturfühler und einem
Regler verbunden ist.
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In Umkehrung der Verhältnisse kann die Heizung auch durch eine Kühlung
ersetzt sein. Zur Heizung bzw. Kühlung ist beispiels--weise ein Peltier-Blament
vorgesehen. Der emperaturfühler liegt zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung hinter
dem ATR-Kristall.
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Durch die vorab beschriebene Ausführung einer Keßküvette ist es möglich,
für industriellen Einsatz Meßverhältnisse zu schaffen, die labormäßigen Anordnungen
entsprechen. Selbst bei Einbau des ARR-Kristalls in eine vorhandene, im Querschnitt
groß dimensionierte Rohrleitung, bei der eine Gesamttemperierung der Flüssigkeit
bzw. des Meßmediums unmoglich wäre, ist mit der beschriebenen Anordnung eine genaue
Messung möglich. Vorhandene Meßküvetten können sehr leicht nachträglich umgerüstet
werden.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand
der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen: Figo 1 eine Meßküvette mit einer Heizung im Rohr und Fig.
2 mit der Heizung am ATR-Kristall.
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In einem Rohr 1, das mittels Flansche 2 und 3 in eine Rohrleitung
eingesetzt werden kann, ist ein A2R-Kristall 4 bündig mit der Rohrwand 5 angeordnet.
Der ATR-Kristall wird ausgehend von einer Leuchtdiode 6 durchstrahlt. Der Lichtstrahl
7 durchwandert den ATR-Kristall (beispielsweise ein Gi- oder
Saphirkristall)
4 und wird von dem Detektor 8 aufgefangen, der die in einer Randschicht 9 absorbierte
Lichtenergie mißt, in dem die noch durchgelassene Restenergie gemessen wird. Nun
würde sich diese Restenergie mit der Änderung der Temperatur des'Meßmediums 10,
das in Pfeilrichtung strömt, ändern und den beabsichtigten Meßwert verfälschen.
Um dies zu verhindern, ist in Strömungsrichtung vor dem ATR-Kristall 4 eine Heizung
11 so an das Rohr 1 angebracht, daß die Heizfläche 12 bündig mit der Rohrinnenwand
5 abschließt. Hinter dem ATR-Kristall 4 ist ein hochempfindlicher Temperaturfühler
13, der über einen Regler 14 mit der Heizung 11 verbunden ist, angebracht.
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Da sich die Temperatur des Meßmediums 10 nie schlagartig ändert, kann
man durch diesen Regelkreis eine Temperaturkonstanz in der Randschicht 9 erreichen,
die ausreicht, den Temperatureinfluß der Meßflüssigkeit auf den Meßwert weitestgehend
auszuschalten, weil die Eindringtiefe des eingestrahlten Lichtes und damit der Bereich,
in dem gemessen wird und in der Temperaturkonstanz vorhanden sein muß, nur die Größenordnung
etwa einer Wellenlänge erreicht.
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Anstelle der Heizung 11 kann man auch einen Kühler einsetzen, der
entweder als Peltier- oder Kompressorkühler ausgebildet ist.
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Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dabei wird die Heizung
bzw. Kühlung 11 nach Fig. 1 durch eine ähnliche Heizung bzw. Kühlung 11' ersetzt
und auf der Rückwand 15 des ATR-Kristalls 4' aufgebracht. Die übrigen Teile der
Anordnung entsprechen denen in Fig. 12 Diesem Ausführungsbeispiel muß die Wärme
durch den AgR-Kristall 4 hindurch ab- bzw. zugeführt werden, was bei langsamen Temperaturänderungen
der Meßflüssigkeit 10 ohne weiteres möglich ist. Besonders dieses Ausführungsbeispiel
bietet sich zum nachträglichen Einbau der Heizung bzw. Kühlung an.