DE2544575A1 - Verfahren zur identifizierung und groessenbestimmung einzelner fluessigkeits- oder gasgetragener partikel - Google Patents

Description

• Verfahren zur Identifizierung und Größenbestimmung einzelner
• flüssigkeits- oder gasgetragener Partikel Die gesetzlich duroh maximale Immissions- und Emissionswerte bzw. MAK-Werte geregelte Reinhaltung der Luft erfordert geeignete Meßmethoden (lokale und Fernmessungen). Häufig stellt sich dabei das Problem, einzelne Teilohen nicht nur nach ihrer Größe zu erfassen, sondern sie auoh zu identifizieren, d.h. ihre chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Kommen im BlUssigkeita- bzw. Gas-Strom Eeilohen versohiedener Größe und ZusammensetZung vor, so soll fUr jedes Teilchen eine vollständige Identifizierung möglich sein.
• Ublicherweise wird bei der Messung von Einzelteilchen die Streulichtmethode verwendet, d.h. die leilohen durohqueren nacheinander eine sehr schmale Zone hoher Lichtintensität (Streuvolumen) und senden dabei Streulichtblitze aus, die naoh verschiedenen Verfahren ausgewertet werden können.
• (Lit.: N. Kerker: The soattering of light and other eleotromagnetio radiation, Academio Press Nr 1969) Trotz großer theoretisoher und experimenteller Bemühungen ist es jedoch wegen der Vieldeutigkeit der Mie'sohen Streufunktionen nicht gelungen, aus einem Streuliohtsfgnal eindeutig auf die Größe zu schließen, selbst wenn man den komplexen Breohungsindex kennt und Kugelform voraussetzt.
• Nicht einmal dies ist jedoch beim vorliegenden Problem bekannt.
• Darüber hinaus muß zur Identifizierung der Teilchen eine charakteristische Wechselwirkung stattfinden: hierfür kommen in erster Linie Fluoreszenz und Ramanstreuung in Prage.
• Befindet sich ein Teilchen also im Streuvolumen, so emittiert es Streulicht, das eine erste Information über das Teilchen liefert; darüber hinaus wird meist nooh Raman- und Fluoreszenzstrablung emittiert, deren spektrale Lage und Intensität das Teilchen charakterisieren. Nach dem Verlassen des Streuvolumens ist die Messung am vorliegenden Partikel abgeschlossen und der Vorgang kann sioh wiederholen. Das Problem besteht also darin, für jedes einzelne Teilchen genügend Information zu erhalten, um daraus Größe und Zusammensetzung zu ermitteln. Dieser ganze Vorgang muß sehr kurzfristig sein, damit pro Zeiteinheit eine große Anzahl von teilchen untersuoht werden kann und man eine statistisch gut abgesicherte Aussage fieber die Partikelpopulation maohen kann. Das gegebene Problem wird durch das im Patentanspruch angegebene Verfahren gelöst.
• Das im zu durohquerenden Streuvolumen fokussierte Anregungslicht ist ein Gemisch mehrerer scharfer Spektrallinien (z.3. von Edelgas-Ionen-Lasern oder Metalldampflasern) und liefert dadurch viele Informationen fieber Größe, Gestalt und komplexen Brechungsindex, wenn diese Informationen naoh den einzelnen Spektrallinien getrennt aufgeschlüsselt werden können.
• Außerdem erhält man die zur Bestimmung der Teilohenzusammensetzung notwendigen Informationen aus den duroh die einzelnen Spektrallinien angeregten charakteristischen Raman- bzw.
• Fluoreszenzspektren.
• Sollte aus Intensitätsgrfinden (nur sehr schwache Raman-bzw. Fluoressensspektren) der Laser gepulst werden müssen, so kann dies durch eine geeignete riggereinrichtung geschehen, die auf den Teilcheneintritt in das Streuvolumen reagiert.
• Das ganze Spektrum der ohne Frequensverschiebung geatreuten Spektrallinien sowie von evtl. vorhandenen Raman- und Fluoreszenzlinien wird extrem schnell und vollelektronisoh, z.B.
• duroh ein durchstimmbares akustooptiscbes Filter (Lit.
• Laser-Optronio Katalog 1975, pp 65) durchlaufen und gibt somit die vollständige Information der Lichtintensität als Funktion der Frequenz wieder.
• Die Erfindung wird nun an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert.
• Zu Fig. 1 Die vom Teilchen emittierte Sekundärstrahlung (SS) LMie- und Raman-Streulioht sowie Fluoreszenzlicht3 wird von einem optischen System über ein akustooptisches Filter (AOF) auf den Photomultiplier (PM) geleitet. Duroh das vom Transient Reoorder (TR) gesteuerte elektronische Abtasten des AOF wird nun als Funktion der Zeit jeweils ein ganz schmalbandiger Wellenlängenbereich zum PM durchgelassen. Das PM-Signal bringt also in genau definierter zeitlicher Abfolge alle Informationen über die SS des Teilchens. Jeder Zeitpunkt des Abtastvorganges entsprioht somit einer definierten Wellenlänge der SS. Das PM-Signal zu einem gewissen Zeitpunkt ist ein Maß für die Intensität der SS bei der zugehörigen Wellenlänge. Der TR speichert diese Informationen und gibt sie an den Prozeßrechner zur Teilchenidentifizierung weiter.
• Nach der Identifizierung gibt der Reohner die Elektronik für einen neuen Meßvorgang frei.
• Voraussetzung für die einwandfreie Funktion ist, daß der Abtastvorgang so schnell vor sich geht, daß das Teilchen als quasistationär im Laserbrennpunkt angesehen werden kann; dies ist duroh die rein elektronische Abtastung des AOF möglich.
• Ein sohematisohes Spektogramm zeigt Fig. 2. Durch Vorschaltung des AOF wird die Information über die Wellenlänge der SS umoodiert in eine zeitliche Abfolge. Nacheinander ersoheint in sehr kurzer Zeit das ganze SS-Spektrum. Neben dem Mie-Anteil, der vorwiegend Hinweise auf Form und Größe gibt, sollen die charakteristische Fluoreszenz und Ramanstrahlung Aufsohluß über die chemische Zusammensetzung liefern.

Claims (1)

1. Patent an sp ru ob Verfahren zur Identifizierung und Größenbestimmung einzelner flUssigkeits- oder gasgetragener Partikel durch Messung der Streustrahlung des beleuchteten Partikel, d a d u r c h gek e n n z ei ob ne t, daß bei Beleuchtung mit mehreren soharfen Spektrallinien z.B. mit Multispektrallasern das Partikel bestrahlt wird und bei konstantem Beobaobtungswinkel durch ein akustooptisohes Filter die Mie-, Raman- und Fluoreszenzstreuung gemessen wird.