DE2724731C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Strahlungsabsorption durch Ozon für eine UV-Strahlungsquelle, mit einem eingeschlossenes Gas enthaltenden Filter, das im Emissionsstrahlengang der UV-Strahlungsquelle angeordnet ist, um die hochenergetischen UV-Strahlen mit Wellenlängen unterhalb von näherungsweise 200 nm zu absorbieren und dadurch im wesentlichen die Bildung von Ozon in dem Emissionsstrahlengang hinter dem Filter zu verhindern.

Neben der Verwendung auf vielen anderen Anwendungsgebieten ist die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung insbesondere für den Einsatz bei Spektrophotometern geeignet. Viele biologische, physiologische oder chemische Effekte werden analysiert, indem Licht durch Lösungen, Suspensionen oder andere flüssige Proben geführt und seine Reflexions- oder Transmissions-Eigenschaften festgestellt werden. Solche Spektrophotometer enthalten eine Hochenergiequelle, die beispielsweise eine Deuterium- oder Xenon-Bogenlampe sein kann, die Licht über einen Wellenlängenbereich von näherungsweise 190-360 Nanometer (nm) erzeugt.

Es ist bekannt, daß Sauerstoff die Emission von ultravioletten (UV) Strahlen im Wellenlängenbereich unter näherungsweise 200 nm absorbiert. Diese Absorption bewirkt eine Zustandsänderung zu Ozon, so daß am Fenster einer UV-Quelle, die sich in einer luftgefüllten Umgebung befindet, Ozon erzeugt wird. Ozon absorbiert bei Wellenlängen von ungefähr 254 nm und ungefähr 600 nm. Die Erzeugung von Ozon im Strahlengang eines Spektrophotometers ändert jedoch den Energiedurchsatz des Gerätes, der normalerweise ein sehr verrauschter Prozeß ist. Diese Geräte arbeiten sehr exakt und sind deshalb sehr empfindlich, so daß jede Änderung des Energiedurchsatzes einen wesentlichen Faktor für die Gesamtleistung des Gerätes darstellt. Darüberhinaus erlassen verschiedene Regierungsbehörden Richtlinien bzw. Regulierungen für die Ozonemission, die erfüllt werden müssen.

Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der US-Patentschrift 39 49 258 bekannt, der an sich die Aufgabe zugrundeliegt, eine UV-Lichtquelle anzugeben, bei der die hochenergetischen UV-Lichtstrahlen, d. h. solche unter 200 nm, bereits herausgefiltert sind, so daß das aus der UV-Lichtquelle austretende Licht selbst kein Ozon mehr erzeugt. Der Grundgedanke bei dieser bekannten Anordnung besteht darin, daß in dem Strahlengang des durch die UV-Lampe erzeugten UV-Lichtes eine Gasfilterstrecke angeordnet wird, in der die hochenergetische ultraviolette Strahlung absorbiert wird. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß dem Filter gar Sauerstoff zugesetzt wird, der insbesondere UV-Strahlung im Bereich von 180 bis 200 nm absorbiert, wobei er in Ozon umgewandelt wird. Gemäß dem besonderen Aufbau werden die Metallaußenwandteile mit Kühlrippen versehen, an denen sich das durch die absorbierte Strahlung erhitzte Gas abkühlen kann und über die die gesamte Wärme abgestrahlt wird. Durch die Erhitzung des Gases im Lichtstrahlengang einerseits und durch die Abkühlung des Gases an den Außenwänden über die Kühlrippen wird im Inneren des Gasfilterraumes ein erhebliche Gaskonvention erzeugt. Durch diese Gaskonvention wird bewirkt, daß fortwährend aus dem Sauerstoff im Strahlengang Ozon gebildet wird, der auf dem Gaskonvektionsweg zum Teil wieder zerfällt. Diese ständigen Neubildungen von Ozon im Strahlengang führt jedoch zu einer dauernden Änderung des Energiedurchsatzes, d. h. zu Schwankungen der Lichtintensität, die sich gerade bei sehr empfindlich arbeitenden Geräten, wie Spektrophotometern, äußerst unangenehm durch ein verstärktes Rauschen bemerkbar machen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine UV-Lichtquelle anzugeben, bei der ebenfalls die Erzeugung von Ozon außerhalb der UV-Lichtquelle weitgehend verhindert wird, bei der jedoch der Energiedurchsatz eine verbesserte Gleichmäßigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gasraum des Filters über eine Gasdrosselöffnung mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Es ist verblüffend, daß diese Maßnahme ausreicht, um die erwünschte Wirkung zu erzielen. Wie sich jedoch herausgestellt hat, wird im Gleichgewichtszustand, d. h. sobald der Dauerbetriebszustand der UV-Lichtquelle erreicht ist, in dem Strahlendurchgangsbereich ein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen Sauerstoff und Ozon erreicht. Dadurch wird der Lichtenergiedurchsatz erheblich vergleichmäßigt.

Gemäß der Erfindung wird also ein ventiliertes, also mit einer Entlüftungsöffnung versehenes eingeschlossenes Gas oder luftenthaltendes Filter verwandt, das im Emissionsstrahlengang der Ultraviolettquelle angeordnet ist, um die hochenergetischen Ultraviolettstrahlen mit Wellenlängen unter näherungsweise 200 nm zu absorbieren, wodurch die Bildung von Ozon im Emissionsstrahlengang nach dem oder, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Filter im wesentlichen verhindert wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Umhüllung im wesentlichen rund um eine Ultraviolettlampe und im Abstand zu ihr angeordnet, wobei die Lampe ein Transmissionsfenster, also ein licht durchlässiges Fenster, und die Umhüllung ein zweites Transmissionsfenster aufweisen, das im wesentlichen mit dem ersten Fenster ausgerichtet ist.

Der Raum zwischen der Lampe und der Umhüllung enthält ein eingeschlossenes Gas, beispielsweise Luft. Die zur Umgebungsatmosphäre hin offenen Entlüftungsöffnung der Umhüllung dient dazu, in dem Raum einen stabilen Gleichgewichtszustand für Luft und Ozon aufrechtzuerhalten, so daß sich ein stabiler Energiedurchsatz ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen senkrechten Mittelschnitt durch eine Einrichtung zur Steuerung des Absorptionsvermögens von Ozon zeigt, die gemäß dem Grund­ konzept der vorliegenden Erfindung aufgebaut und an einer UV-Lampe angebracht ist.

In der Figur ist eine Quelle für hochenergetische UV- Strahlen dargestellt, bei der es sich um eine herkömmliche Deuterium-Bogenlampe 10 handelt, die Licht in einem Wellenlängenbereich von näherungsweise 165 bis 360 nm emittiert. Die Energie für die Lampe wird durch einen Stecker 12 an ihrer Basis 14 zugeführt, der bei 16 ange­ deutete, von der Lampe abgegebene Lichtstrahl tritt durch ein Fenster 18, das an dem Ende eines vorstehenden Be­ reiches 20 angeordnet ist, der zu diesem Zweck vorgesehen wird. Eine Umhüllung bzw. ein Außenmantel 22 ist an der Basis 14 angebracht, wie bei 24 angedeutet ist; diese Umhüllung 22 umgibt die Lampe 10 im wesentlichen voll­ ständig oder schließt sie ein, ist jedoch andererseits im Abstand von ihr angeordnet. Diese Umhüllung kann aus jedem geeigneten, gasenthaltenden bzw. gasdichten Material hergestellt werden. Nach einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform liegt der Abstand 25 zwischen der Lampe 10 und der Umhüllung 22 im Bereich von 1,0 bis ungefähr 3,0 mm; wie in der Figur dargestellt ist, ist dieser Abstand über die gesamte Fläche der Lampe, also um die ganze Lampe herum im wesentlichen konstant. Die Umhüllung 22 weist einen vorstehenden Bereich 36 auf, der einen ähnlichen Umriß bzw. eine ähnliche Form wie der vorstehende Bereich 20 der Lampe hat; der vorstehende Bereich 26 trägt an seinem Ende ein zweites Fenster 28, wobei die beiden Fenster so miteinander ausgerichtet angeordnet sind, daß der Lichtstrahl 16 durch die beiden Fenster austreten kann. Die beiden Fenster sind aus einem geeigneten, für UV-Licht durchlässigen Material hergestellt, wie beispielsweise aus Quarz- bzw. Kieselglas. Darüberhinaus ist die Umhüllung 22 mit einer Gasdrosselöffnung oder Ablaß- bzw. Entlüftungsöffnung 30 versehen, die zu ihrer Basis hin angeordnet ist; diese Öffnung 30 bildet eine kleine Leckstelle zur Umgebungs­ atmosphäre. Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Durchmesser der Ablaßöffnung in der Größen­ ordnung von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,50 mm.

Wie man in der Figur erkennen kann, ist die Umhüllung 22 im Abstand von der Lampe 10 angeordnet, so daß zwischen ihnen eine Zwischenkammer 32 ausgebildet wird. Diese Zwischenkammer ist mit einer eingeschlossenen Luftmenge gefüllt, die im Emissions­ strahlengang des UV-Lichtes von der Lichtquelle eine Filterwirkung erzeugt. Wenn beim Betrieb die Lampe ein­ geschaltet wird, absorbiert der Sauerstoff in der Zwi­ schenkammer die hochenergetischen UV-Strahlen unterhalb einer Wellenlänge von ungefähr 200 nm. Wenn sich das Gas in dieser Kammer erwärmt, während es durch die Ablaß­ öffnung in ihrem Boden nach außen austritt, erreichen die thermischen Bedingungen in dieser Kammer bald einen stabilen Gleichgewichtszustand von Luft und Ozon. Wenn dieser Gleichgewichtszustand erreicht ist, wird anschließend der Energiedurchsatz von der Lampe stabil. Als Folge hiervon treten außerhalb des zweiten Fensters praktisch keine hochenergetischen UV-Strahlen auf, so daß kein Ozon in dem restlichen Teil des Strahlenganges des In­ strumentes erzeugt wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird also eine verbesserte Einrichtung zur Steuerung des Absorptionsvermögens von Ozon geschaffen, mit der sich praktisch jede Änderung des Absorptionsvermögens im Strahlengang des Instrumentes vermeiden läßt, so daß die physikalischen und chemischen Effekte verringert werden, die durch die Anwesenheit von Ozon verursacht werden.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Steuerung der Strahlungsabsorption durch Ozon für eine UV-Strahlungsquelle, mit einem eingeschlossenes Gas enthaltenden Filter, das im Emissionsstrahlengang der UV-Strahlungsquelle angeordnet ist, um die hochenergetischen UV-Strahlen mit Wellenlängen unterhalb von näherungsweise 200 nm zu absorbieren und dadurch im wesentlichen die Bildung von Ozon in dem Emissionsstrahlengang hinter dem Filter zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum (32) des Filters über eine Gasdrosselöffnung (30) mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in Form einer Umhüllung (22) im wesentlichen rund um die UV-Strahlungsquelle und im Abstand zu dieser angeordnet ist, daß die UV-Strahlungsquelle ein erstes Transmissionsfenster (18) und die Umhüllung ein zweites Transmissionsfenster (28) aufweisen, die im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind, daß der Raum (32) zwischen der Strahlungsquelle (10) und der Umhüllung (22) das eingeschlossene Gas enthält, und daß in der Umhüllung die Gasdrosselöffnung (30) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (22) einen Abstand von der UV-Strahlungsquelle (10) hat, der in der Größenordnung von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,0 mm liegt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdrosselöffnung (30) im Boden der Umhüllung (22) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasdrosselöffnung (30) einen Durchmesser hat, der im Bereich von ungefähr 0,25 mm bis ungefähr 0,50 mm liegt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eingeschlossene Gas Luft ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Strahlungsquelle eine Deuterium-Bogenlampe ist.