DE3623052A1 - Fluoreszenz-analysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Reinheitskontrolle von Reinwas­ ser, insbesondere einen Fluoreszenz-Analysator, der zur Erfassung von in Reinwasser enthaltenen organischen Ver­ unreinigungen geeignet ist.

Sogenanntes Reinwasser wird weitverbreitet in verschiedenen Industriebereichen als Waschwasser, Ausgangswasser oder als Lösungsmittel zur chemischen Analyse verwendet. Die Reinheits­ kontrolle für Reinwasser wurde auf der Grundlage der elek­ trischen Leitfähigkeit des Wassers durchgeführt, wie z.B. in der US-P 43 65 200 offenbart. Nur ein Elektrolyt, der in Wasser eine charakteristische elektrolytische Dissoziation hat, kann auf der Grundlage seiner elektrischen Leitfähig­ keit geprüft werden, und in diesem Falle wurde die Über­ wachung von anderen organischen Verunreinigungen nicht in Betracht gezogen.

Jedoch kann in einigen Industriebereichen schon eine kleine Menge an organischen Verunreinigungen eine Beeinträchtigung des Herstellungsprozesses verursachen. Deswegen werden in der Praxis organische Verunreinigungen mit unterschiedlichen Analysatoren gemessen, um nur Reinwasser mit geringer Kon­ zentration an Verunreinigungen einzusetzen. Es entsteht jedoch ein Problem, daß in vielen Fällen die Verunreinigungs­ komponente nicht bekannt ist, so daß zu ihrer Analyse viel Zeit erforderlich ist. Weiterhin wird eine wirksame Reinheits­ kontrolle immer noch nicht durchgeführt aus den Gründen z.B. einer wesentlichen zeitlichen Veränderung der Quali­ tät einer Bezugsprobe aufgrund einer geringen Menge von darin enthaltenen Verunreinigungen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fluoreszenz-Analysator zur Verfügung zu stellen, der in der Lage ist, organische Verunreinigungen in Reinwasser genau zu messen.

Eine mit Reinwasser vermischte organische Komponente, wie z.B. ein neutrales Detergens, Phenol oder ähnliches hat die Eigenart, Fluoreszenzlicht zu erzeugen, wenn sie mit einem Anregungslicht bestrahlt wird. Als Ergebnis besteht die Möglichkeit, eine quantitative Analyse auf der Fluores­ zenzintensität aufzubauen, während die Möglichkeit einer qualitativen Analyse auf der Anwesenheit oder Abwesenheit von Fluoreszenz und ihrer Farbe aufgebaut werden kann. Je­ doch ist es sehr schwierig, eine solche Analyse für den praktischen Gebrauch anzuwenden, weil es viel Zeit erfordert, jede Komponente der organischen Verunreinigungen zu identi­ fizieren und weil sich Verunreinigungen des Behälters in das Reinwasser hinein lösen. Jedoch verbleibt eine Möglich­ keit, eine Meßzeit beträchtlich zu verkürzen, indem man die Identifikation jeder Komponente der Verunreinigungen unterläßt, weil die Gesamtmenge an organischen Verunreini­ gungen für die Reinheitskontrolle von Reinwasser ausreichend ist.

Ein gemessener Wert der Intensität des Fluoreszenzspektrums hängt nicht nur von der Konzentration organischer Verun­ reinigungen ab, sondern auch von verschiedenen apparativen Faktoren, wie z.B. der Intensität einer Lichtquellenlampe, der Empfindlichkeit eines Detektors oder der Verstärkung eines Verstärkers. Diese Faktoren sind nicht nur für jedes Gerät unterschiedlich, sondern sie verändern sich auch mit der Zeit, selbst für ein gegebenes Gerät.

Um den Einfluß der Faktoren, die ein Gerät betreffen, zu eliminieren, wurde im allgemeinen eine Kalibrierkurve unter Verwendung einer Standardsubstanz von bekannter Konzentra­ tion angesetzt. Jedoch benötigt es viel Zeit, die Komponente der organischen Verunreinigungen in Reinwasser zu identi­ fizieren und es ist schwierig, eine Standardsubstanz zu erhalten, weil die Verunreinigungen eine sehr geringe Kon­ zentration und eine wesentliche zeitliche Veränderung zei­ gen.

Hinsichtlich des oben Genannten möchte die oben genannte Erfindung den Einfluß der apparativen Faktoren dadurch um­ gehen, daß bei der Messung einer geringen Menge von or­ ganischen Verunreinigungen in Reinwasser auf der Basis der Fluoreszenz-Analyse Ramanlicht eingesetzt wird.

Ramanlicht wird ausgestrahlt, wenn ein Anregungslicht einer einzelnen Wellenlänge durch ein transparentes Medium tritt. Die Konzentration von Verunreinigungen in Reinwasser ist sehr klein, so daß das Verhältnis von Lösungsmittel zur wässrigen Lösung als konstant angesehen werden kann. Somit kann die Intensität des gemessenen Ramanlichtes als konstant angesehen werden, so daß ein Intensitätsunterschied als auf die apparativen Faktoren zurückgehend betrachtet werden kann. Erfindungsgemäß ermöglicht die Normierung der Fluoreszenzintensität unter Verwendung eines Peakwertes eines Ramanlichtes als Referenz eine genaue Messung und eliminiert den Einfluß der apparativen Faktoren.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die die Konstruktion eines Fluoreszenz-Analysators gemäß einer Ausführungs­ form der Erfindung zeigt,

Fig. 2 bis 4 sind grafische Darstellungen, die verschiedene Arten von Fluoreszenzspektren von Reinwasser zeigen.

In Fig. 1 wird von einer Lichtquelle 10 ausgesandtes Licht auf ein Anregungsspektroskop 12 angewandt. Die von dem Spektroskop 12 erhaltene Wellenlänge kann durch Verwendung eines Schrittmotors 14 verändert werden. Das Arbeitspro­ gramm des Schrittmotors 14 ist in dem ROM 16 pro­ grammiert und wird von der CPU 20 über eine Busleitung 18 und eine Schnittstelle gesteuert. Eine gewünschte Wellenlänge des Anregungsspektroskops 12 kann durch Eingabe über das Tastenfeld eines Bedienungspultes 24 eingestellt werden. Monochromatisches Licht aus dem Anregungsspektroskop 12 wird auf eine Probe 26 angewandt und ein von der Probe 26 abgestrahltes Fluoreszenzlicht wird dann auf ein Fluores­ zenzspektroskop 28 angewandt. Das Fluoreszenzspektroskop 28 wird durch einen Schrittmotor 30 angetrieben, dessen Arbeitsprogramm in dem ROM 16 programmiert ist, und das durch die CPU 22 über die Busleitung 18 und die Schnittstelle 20 gesteuert wird. Wenn ein gewünschter Wellenlängenbereich über das Tastenfeld des Bedienungspultes eingegeben ist, wird monochromatisches Licht mit einer Wellenlänge inner­ halb des gesetzten Bereiches sequentiell auf den Detektor 32 angewandt und in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Signale werden in digitale Signale mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 34 umgewandelt, so daß Fluoreszenzintensitäten bei entsprechenden Wellenlängen in dem RAM 36 gespeichert werden. Ein Berechnungsprogramm zur Normierung der Fluoreszenzintensität bei entsprechenden Wellenlängen unter Verwendung von Ramanlicht als Referenz zur Berechnung der Fluoreszenzintensitäten bei entsprechen­ den Wellenlängen innerhalb des gesetzten Bereiches ist in einer Floppy Disk 38 abgespeichert. Berechnete Werte wer­ den im RAM 36 gespeichert und ein Fluoreszenzspektrum wird auf dem Bildschirm 40 angezeigt, wobei seine Abszisse als Wellenlänge und seine Ordinate als Fluoreszenzintensität verwendet wird. Das auf dem Bildschirm 40 angezeigte Fluoreszenzspektrum kann auf Befehl vom Bedienungspult 24 aus auf einem grafischen Plotter 42 aufgezeichnet werden.

Die Höhe des Fluoreszenzspektrums von Verunreinigungen inner­ halb des gesetzten Wellenlängenbereiches ist ein Wert, der zu dem Peakwert des Ramanlichtes in Beziehung steht. Wenn z.B. eine Lichtquelle durch eine andere ersetzt wird und eine Spektrumskompensation ausgeführt wird, kann die Fluoreszenzintensität gemessen werden, indem man ihre Höhe zu dem Peakwert des Ramanlichtes in Beziehung setzt, ohne daß quantitative Inkonsistenzen innerhalb des Gerätes eingeführt werden.

Fig. 2 zeigt ein Fluoreszenzspektrum von destilliertem Wasser in einem handelsüblichen Glasbehälter. Die Wellen­ länge des Anregungslichtes war 230 nm und der gestreute Peak­ wert erschien bei derselben Wellenlänge. Das Ramanlicht erschien bei 254 nm. Die Fluoreszenz von organischen Verun­ reinigungen erschien bei 340 und 440 nm.

Fig. 3 zeigt ein Fluoreszenzspektrum desselben destillierten Wassers wie von Fig. 2, jedoch eine Woche, nachdem das Wasser in einen Polystyrolbehälter überführt wurde, gemessen. Die Fluoreszenz bei 340 nm nahm sehr zu, wodurch offensicht­ lich die Auflösung von organischen Verunreinigungen des Polystyrolbehälters in dem destillierten Wasser gezeigt wurde.

Fig. 4 zeigt ein Fluoreszenzspektrum von reinem Waschwasser für industrielle Zwecke, wodurch gezeigt wird, daß die Fluoreszenz bei 340 nm und die Konzentration von organischen Verunreinigungen extrem gering waren.

In den in Fig. 2 bis 4 gezeigten Fluoreszenzspektren wurde der Peakwert des Ramanlichtes (254 nm) konstant gehalten.

Wie aus dem oben Genannten zu ersehen ist, behielt die quantitative Analyse ihre Widerspruchsfreiheit.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Fluores­ zenzmessung unter Verwendung der Intensität eines Raman­ lichtes als Referenz die Eliminierung des Einflusses von apparativen Faktoren, wie z.B. der Intensität einer Licht­ quelle, der Empfindlichkeit eines Detektors oder ähnlichem. Es ist deshalb möglich, die Konzentration von organischen Verunreinigungen in Reinwasser auf der Basis der Intensität eines Fluoreszenzspektrums genau zu messen.

Claims (6)

1. Fluoreszenz-Analysator, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (10); ein Anregungsspektros­ kop (12) zum Erzeugen eines Lichtspektrums aus der Licht­ quelle; eine Probe (26), auf die ein Anregungslicht aus dem Anregungsspektroskop angewandt wird; ein Fluores­ zenzspektroskop (28) zum Erzeugen von Spektren eines Raman­ lichtes und eines von der Probe unter Anwendung des An­ regungslichtes ausgestrahlten Fluoreszenzlichtes; einen Detektor (32) zum Messen der Intensitäten des Fluoreszenz­ lichtes und des Ramanlichtes aus dem Fluoreszenzspektros­ kop; und einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Konzentration von Verunreinigungen der Probe auf der Grund­ lage der von dem Detektor erfaßten Intensitäten des Fluoreszenzlichtes und des Ramanlichtes.

2. Fluoreszenz-Analysator, gekennzeichnet durch eine Licht­ quelle (10); ein Anregungsspektroskop (12) zum Erzeugen eines Lichtspektrums aus der Lichtquelle; eine Probe (26), auf die ein Anregungslicht aus dem Anregungsspektroskop angewandt wird; ein Fluoreszenzspektroskop (28) zum Erzeugen von Spektren eines Ramanlichtes und eines von der Probe unter Anwendung des Anregungslichtes ausgestrahlten Fluoreszenzlichtes; einen Detektor (32) zum Messen der Intensitäten des Fluoreszenzlichtes und des Ramanlichtes aus dem Fluoreszenzspektroskop; und einer Berechnungs­ einrichung zum Normieren der Intensitäten des Fluores­ zenzlichtes, die von dem Detektor auf der Grundlage der von dem Detektor erfaßten Intensität des Ramanlichtes erfaßt wird.

3. Fluoreszenz-Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe Reinwasser ist.

4. Fluoreszenz-Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungsspektroskop und das Fluoreszenzspektroskop von entsprechenden Schrittmotoren (14, 30) angetrieben werden.

5. Fluoreszenz-Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal aus dem Detektor in die Berechnungseinrichtung über einen Analog/Digital- Wandler (34) eingespeist wird.

6. Fluoreszenz-Analysator gekenn­ zeichnet durch eine Lichtquelle (10); ein Anregungsspektros­ kop (12) zum Erzeugen eines Lichtspektrums aus der Licht­ quelle; eine Probe (26), auf die ein Anregungslicht aus dem Anregungsspektroskop angewandt wird; ein Fluoreszenz­ spektroskop (28) zum Erzeugen von Spektren eines Raman­ lichtes und eines von der Probe unter Anwendung des An­ regungslichtes ausgestrahlten Fluoreszenzlichtes; einen Detektor (32) zum Messen der Intensitäten des Fluoreszenz­ lichtes und des Ramanlichtes aus dem Fluoreszenzspektros­ kop; einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler (34) zum A/D- Wandeln eines Ausgangssignals aus dem Detektor; einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Ausgangs­ signals aus dem A/D-Wandler; und Schrittmotoren (14, 30), die jeweils mit der Berechnungseinrichtung über eine Schnittstelle (20) verbunden sind, um das Anregungsspektros­ kop oder das Fluoreszenzspektroskop anzutreiben, wobei die Berechnungseinheit die Intensität des Fluoreszenz­ lichtes auf der Basis des Ramanlichtes normiert.