DE3685945T2

DE3685945T2 - Analysiergeraet.

Info

Publication number: DE3685945T2
Application number: DE8686117745T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Fujiwara; Takao Imaki; Takano Miyatake
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2006-12-20
Also published as: EP0227062B1; EP0227062A3; EP0227062A2; US4808825A; DE3685945D1; JPS62148834A

Description

Die Erfindung betrifft ein Analysiergerät mit einer Lichtquelle, einer Zelle und einem Detektor.
Im allgemeinen ist bei eimem Analysiergerät, wie einem Infrarot-Gasanalysator, die Detektorempfindlichkeit und infolgedessen die Meßgenauigkeit um so höher, je größer die auf eine Zelle von einer Lichtquelle auftreffende Lichtmenge ist.
Im allgemeinen wird ein elektrisch beheizter Widerstand als Lichtquelle für Analysegeräte dieser Art verwendet, jedoch kann eine solche Lichtquelle wegen des erforderlichen elektrischen Widerstandes und der gewünschten Lebensdauer nicht als sogenannte Funklichtquelle ausgebildet werden, sondern sie weist eine gewisse geometrische Abmessung auf. Daraus folgt der Nachteil, daß das Licht von dieser Lichtquelle diffus ist, wodurch die auf die Zelle treffende Lichtmenge notwendigerweise verringert wird.
Bei herkömmlichen Analysegeräten, wie eines in Fig. 5 dargestellt ist, die z. B. einen pneumatischen Detektor mit einer relativ großen Lichtempfangsoberfläche als Detektor 50 verwenden, wurde die Meßempfindlichkeit dadurch erhöht, daß das auf eine Zelle 52 von einer Lichtquelle 51 auftreffende Licht auf eine vorgegebene Ausdehnung eingegrenzt wird. Weiterhin wurde, wie in Fig. 6 dargestellt, z. B. für den Fall, daß ein Festkörperdetektor als Detektor 60 mit relativ kleiner Lichtempfangsfläche verwendet wird, die Detektorempfindlichkeit dadurch erhöht, daß das Licht von einer Lichtquelle mit Hilfe einer Linse 62 hoher Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen gesammelt wurden und dieses gesammelte Licht auf die Zelle 63 gerichtet wurde. Außerdem kann durch Verwenden eines Lasers als Lichtquelle 61 die Menge auf die Zelle fallenden Lichts erhöht werden.
In den Fig. 5 und 6 bezeichnen Bezugszeichen 53, 54 sowie 64, 65 elektromagnetische Ventile, die in Referenzgas-Versorgungsleitungen 55, 66 bzw. Probengas-Versorgungsleitungen 56, 67 vorhanden sind; 57, 68 bezeichnen Steuereinrichtungen zum Steuern der Öffnungs- und Schließvorgänge dieser elektromagnetischen Ventile 53, 54, 64, 65; 58, 69 bezeichnen Vorverstärker.
Bei den vorstehend beschriebenen bekannten Analysatoren gemäß Fig. 5 ist jedoch das Volumen der Zelle 52 erhöht, da eine derartige Zelle mit großem Querschnitt verwendet werden muß, der der Größe der Lichtempfangsfläche des Detektors 50 entspricht. Insbesondere dann, wenn es ein Gasanalysator mit Fluidmodulation ist. Dies beinhaltet den Nachteil, daß der Analysator eine große Gasmenge erfordert, was teuer ist. Außerdem ist das Verwenden einer Linse oder eines Lasers teuer.
Eine Lichtquelle, die der Lichtquelle 51 von Fig. 5 entspricht, ist im einzelnen z. B. in DE-U-83 05 028 beschrieben. Eine andere, ähnliche Lichtquelle mit einem schrägen Gehäuse statt eines halbzylindrischen Gehäuses ist in GB-A- 2 146 117 beschrieben. Beim Analysegerät mit der eben beschriebenen Anwendung ist das lichtquellenseitige Fenster, das die Zelle an der Lichtquellenseite verschließt, gleichzeitig das Fenster, das das Gehäuse der Lichtquelle verschließt.
US-A-3,959,660 beschreibt einen Infrarotlichterzeuger, d. h. eine Lichtquelle, bei der in einem Brennpunkt eines ellipsoidförmigen Reflektors eine Lichtquelle angeordnet ist, die einen hohen Anteil an Infrarotstrahlung ausgibt. Das Ende des Reflektors am anderen Brennpunkt geht in einen konischen Reflektor über, der so angeordnet ist, daß der Brennpunkt des letzteren Reflektors mit dem genannten anderen Brennpunkt des ersteren zusammenfällt. Die Achsen der Reflektoren schneiden einander vorzugsweise rechtwinklig. Diese Lichtquelle ist ziemlich kompliziert und damit teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Analysegerät mit einer Lichtquelle, einer Zelle und einem Detektor anzugeben, in welchem Analysegerät die Lichtquelle eine einfache und billige, jedoch wirkungsvolle Struktur aufweist.
Das erfindungsgemäße Analysegerät ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Lichtquelle aus einem Körper besteht, der an seiner Innenseite eine reflektierende Oberfläche und zwei Brennpunkte aufweist, wobei die Lichtquelle dicht bei dem der Zelle abgewandten Brennpunkt angeordnet ist und die Zelle so angeordnet ist, daß ihr lichtquellenseitiges Fenster dicht beim anderen Brennpunkt liegt.
Dank dieses Aufbaus wird diffuses Licht, wie es von der Lichtquelle abgestrahlt wird, zu dem dicht bei der Zelle liegenden Brennpunkt reflektiert. Demgemäß fällt dieses reflektierte Licht zusätzlich zu dem direkt einfallenden Licht auf die Zelle, so daß die Menge von auf die Zelle fallendem Licht beträchtlich im Vergleich zum Stand der Technik erhöht wird, bei dem z. B. eine Linse zum Fokussieren des Lichts verwendet wird. Dadurch können die Detektorempfindlichkeit und die Meßgenauigkeit erhöht werden.
Der Gehäusekörper weist z. B. die Form eines Ellipsoids oder einer Kombination zweier Hyperboloide oder zweier Paraboloide oder dergleichen auf. Er kann auch durch eine Kombination z. B. eines Hyperboloids und eines paraboloids gebildet sein.
Die Lichtquelle und die eine Endseite der Zelle können mit gewisser Toleranz in der Nähe der Brennpunkte angeordnet sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend durch Blockdiagramme unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 ein Beispiel eines Einzellen-Infrarot-Gasanalysegeräts gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 und 3 zum Erklären vorteilhafter Wirkungen der Erfindung dienen;
Fig. 4 ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Doppelzellen- Analysegerät darstellt; und
Fig. 5 und 6 Blockdiagramme für herkömmliche, vorstehend erläuterte Analysegeräte sind.
In Fig. 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Zelle, deren beide Endabschnitte durch Zellenfenster 2, 3 dicht verschlossen sind; Bezugszeichen 4 und 5 kennzeichnen einen Gaseinlaß bzw. einen Gasauslaß.
Elektromagnetische Ventile 6, 7 liegen in einer Bezugsgas- Versorgungsleitung 8 bzw. einer Probengas-Versorgungsleitung 9. Sie werden zum Öffnen und Schließen über ein Steuersignal von einer Steuereinrichtung 10 so angesteuert, daß eine vorgegebene Menge an Bezugsgas RG und Probengas SG abwechselnd mit vorgegebenem Zyklus in die Zelle 1 eingeführt werden kann.
Eine Lichtquelle 11 ist einem Zellenfenster 2 gegenüberstehend angeordnet, und ein Detektor 12 ist dem anderen Zellenfenster 3 gegenüberstehend vorhanden, z. B. ein Festkörperdetektor (auch ein pneumatischer Detektor kann verwendet werden). 13 bezeichnet einen Vorverstärker.
Ein Gehäusekörper 14 ist mit einer spiegelglatten Innenumfangsfläche mit ovalem Querschnitt versehen und umgibt die Lichtquelle 11 und das eine Zellenfenster 2 gut abgedichtet. Der Gehäusekörper 14 ist so angeordnet, daß ein Brennpunkt 15 beinahe mit der Lichtquelle 11 zusammenfällt, wohingegen der andere Brennpunkt 16 innerhalb der Zelle 1 jenseits des Zellenfenster 2 liegen kann.
Da bei dem in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Analysegerät die Lichtquelle 11 in dem einen Brennpunkt 15 liegt, wird das von dieser Lichtquelle 11 gestreut abgestrahlte Licht 17 durch die Innenumfangsfläche des Gehäusekörpers 14 reflektiert, und das reflektierte Licht 18 wird im anderen Brennpunkt 16 des Gehäusekörpers 14 gesammelt und fällt auf die Zelle 1.
Da dieses reflektierte Licht 18 zusätzlich zum direkt von der Lichtquelle 11 auf die Zelle 1 treffenden Licht (im folgenden als direkt eingestrahltes Licht bezeichnet) auf diese Zelle 1 auftrifft, ist die Menge in die Zelle 1 eintretenden Lichts erheblich erhöht, und die Detektorempfindlichkeit ist dadurch beträchtlich verbessert, wodurch eine hochgenaue Messung erreicht werden kann.
Gemäß Meßergebnissen ist der Ausgangswirkungsgrad eines in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Analysegerätes etwa das 1,5-fache eines herkömmlichen Analysegeräts, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Wie es aus der vorstehenden Beschreibung erkennbar ist, kann von der Lichtquelle 11 abgestrahltes Licht wirkungsvoll dadurch gesammelt auf die Zelle 1 gestrahlt werden, daß ein Gehäusekörper 14 mit zwei Brennpunkten verwendet wird und die Lichtquelle 11 im einen Brennpunkt 15 dieses Gehäusekörpers 14 angeordnet wird, während die eine Endseite der Zelle 1 im anderen Brennpunkt 16 angeordnet wird. Jedoch kann die Form des Gehäusekörpers 14 unter verschiedenen Arten ausgewählt werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann die Querschnittsform des Gehäusekörpers 14A eine Kombination von zwei Hyperboloiden 20, 21 sein, die an ihren offenen Seiten miteinander verbunden sind. Die Querschnittsform des Gehäusekörpers 14B kann jedoch auch, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Kombination von zwei Paraboloiden 22, 24 sein, die an ihren offenen Enden miteinander verbunden sind.
In den Fig. 2, 3 bezeichnen Bezugszeichen 26, 27, 28, 29 Brennpunkte. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Hyperboloide 20, 21 und die Paraboloide 22, 24 nicht immer miteinander übereinstimmen müssen.
Fig. 4 zeigt eine Anwendung des Gehäusekörpers 14 gemäß Fig. 1 auf ein Doppelzellen-Analysegerät. Das Bezugszeichen 30 bezeichnet ein Gasleitungsumschaltteil mit einem Drehkörper; das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen pneumatischen Detektor.
,Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann auch auf Analysegeräte angewendet werden, bei denen Ausgangsmodulation mit Hilfe rotierender Chopper ausgeführt wird, oder auf Analysegeräte, bei denen Ultraviolettstrahlen verwendet werden oder bei denen der zu untersuchende Gegenstand eine Flüssigkeit ist.
Wie vorstehend beschrieben, weist das erfindungsgemäße Analysegerät als charakteristisches Merkmal einen Gehäusekörper mit einer Lichtquelle und einer Endseite einer Zelle in Brennpunkten desselben auf, so daß das von der Lichtquelle diffus abgestrahlte Licht von der Innenumfangsfläche des Gehäusekörpers zur Lichteintrittsseite der Zelle reflektiert wird, welche Lichteintrittsseite im anderen Brennpunkt positioniert ist. Dementsprechend fällt dieses reflektierte Licht zusätzlich zum direkt auf die Zelle treffenden Licht in diese ein, ohne daß es gestreut wird. Auf diese Weise kann das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht mit hohem Wirkungsgrad so gesammelt werden, daß es in die Zelle eintritt, wodurch die Detektorempfindlichkeit erhöht wird und eine genauere Messung erzielt wird.
,Beim erfindungsgemäßen Analysegerät kann eine große Lichtmenge selbst dann in die Zelle einfallen, wenn diese einen kleinen Durchmesser und verringertes Volumen aufweist, so daß nur geringe Fluidmengen für die Messung benötigt werden. Dieser Effekt ist besonders im Fall von Fluidmodulationsanalysegeräten von Vorteil. Darüber hinaus kann diese Art von Analysegerät billig hergestellt werden, da keine teuren Linsen und/oder Laserlichtquellen benötigt werden.

Claims

1. Analysiergerät mit:

- einer Zelle (1) zum Aufnehmen eines zu analysierenden Fluids, die durch ein lichtquellenseitiges Fenster und ein detektorseitiges Fenster verschlossen ist;

- einer Lichtquelle (11), die auf der lichtquellenseitigen Seite der Zelle innerhalb eines Gehäuses (14, 14A, 14B) angeordnet ist;

- und einem Detektor (12), der an der detektorseitigen Seite der Zelle angeordnet ist, bei der es sich um die der lichtquellenseitigen Seite gegenüberliegende Seite handelt, gesehen in Richtung der Hauptachse der Lichtquelle;

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14, 14A, 14B) aus einem Körper besteht, der an seiner Innenseite eine reflektierende Oberfläche und zwei Brennpunkte aufweist, wobei die Lichtquelle (11) dicht bei dem der Zelle abgewandten Brennpunkt angeordnet ist und die Zelle so angeordnet ist, daß ihr lichtquellenseitiges Fenster (2) dicht beim anderen Brennpunkt liegt.

2. Analysiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (1) so angeordnet ist, daß der zweite Brennpunkt innerhalb der Zelle liegt.

3. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtquellenseitige Fenster (2) das Gehäuse (14, 14A, 14B) verschließt.

4. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14A, 148) integral aus zwei Körpern mit gekrümmten Oberflächen gebildet ist.

5. Analysiergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Körper ein solcher mit ovalem Querschnitt ist.

6. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Körper ein Ellipsoid ist.

7. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Körper ein Hyperboloid ist.

8. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Körper ein Paraboloid ist.