DE3817791A1 - Vorrichtung zum selektiven gasnachweis und/oder zur selektiven gaskonzentrationsbestimmung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß Gattungs­ begriff des Anspruchs 1. Aus WO-A 85/03 574 (PCT/CH 85/00 014) ist ein opto-akustischer Gasdetektor bekannt, bei dem die in die Meßkammer eingestrahlte modulierte Infrarotstrahlung selektiv absorbiert und die Strahlungsimpulse in akustische Schwingungen umgesetzt werden, die ein an der Meßkammer angebrachtes Mikrophon aufnimmt. Auch bei Rauchmeldern hat man den durch die Absorption von Strahlungsimpulsen ausgelösten opto-akustischen Effekt zum Feststellen ansonsten schwer detektierbarer Ver­ brennungsprodukte ausgenutzt, vgl. DE-B 29 11 429.

Weiterhin ist in Appl. Phys. B 34, 179 (1984) eine magnetooptische Nachweismethode beschrieben, bei der zwischen Lichtquelle und Detektor zwei gekreuzte Polarisatoren angeordnet sind und Licht nur dann beide Polarisatoren passieren kann, wenn zwischen den Polarisatoren in der Meßzelle eine Drehung der Polarisations­ ebene auf Grund des magnetooptischen Effekts erfolgt, wie dieser durch paramagnetische Moleküle, z. B. O₂, NO, NO₂ hervor­ gerufen wird.

In beiden Fällen, d. h. sowohl bei den bekannten opto­ akustischen als auch bei den opto-magnetischen Gassensoren wird bislang die Selektivität durch eine geeignete Auswahl der Wellenlänge der Strahlung erzielt. Dies bedeutet sowohl auf der Seite der Strahlerzeugung (z. B. Laser) als auch bei der anschließenden elektronischen Auswertung des Detektorausgangs­ signals einen beträchtlichen operativen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln die Selektivität der Meßeinrichtung für unterschiedliche Gase, insbesondere Spurengase zu verbessern. Dies erreicht die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Stabilisierte Flüssigmembranen sind an sich bekannt. Sie werden beispielsweise zum Absondern von Wasserdampf oder organischen Gasen (US-A 45 83 996), von Kohlenwasserstoffmonoxid- und Stickstoffoxid-Gasmischungen (US-A 74 74 858), Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Sauerstoff (US-A 33/ 96 510 und 46 17 029) eingesetzt. Die vorliegende Erfindung nutzt die vorteilhaften Eigenschaften solcher stabilisierter Flüssigmembranen zur Verbesserung der Selektivität nicht dispersiver Gassensoren aus, deren Selektivität bislang - wie oben erwähnt - auf andere Weise, nämlich im Sensor selbst erzielt wurde.

Besonders vorteilhaft erweisen sich stabilisierte Flüssig­ membranen mit Mikroporen solchen Durchmessers, daß infolge des Kelvin-Effekts, d. h. der Bildung eines konkaven Flüssigkeits­ miniskus in jeder Pore der Dampfdruck des flüssigen Transport­ mediums in der Membran erheblich reduziert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Sie nutzt die Durchlässigkeit von stabili­ sierten Flüssigmembranen aus, so daß in die ansonsten abge­ schlossene Meßzelle des opto-akustischen bzw. magnetooptischen Sensors nur dasjenige Gas oder die Gasgruppe gelangen kann, für das oder die die betreffende Flüssigmembran auf Grund ihrer Zusammensetzung durchlässig ist. Die Verwendung einer solchen Flüssigmembran bringt darüber hinaus den Vorteil, daß die opto­ akustische bzw. magnetooptische Erzeugung des Meßsignals nicht dadurch gedämpft wird, daß die Meßkammer über Gaszu- und Abführöffnungen zum zu untersuchenden Gasvolumen hin offen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch einen opto-akustischen Gassensor und

Fig. 2 einen magnetooptischen Gassensor.

In Fig. 1 ist das die Meßkammer 1 umschließende Gehäuse mit einem Gaseintrittsfenster 3 versehen, hinter dem eine IR-Strahlungsquelle 4 und ein Reflektor 5 angeordnet sind. Die Strahlungsquelle 4 wird impulsweise erregt, bzw. in ihrem Strahlengang zum Lichteintrittsfenster 3 ist eine rotierende Schlitzblende oder dergl. zur Erzeugung einer Strahlungs­ modulation angebracht. Dem Strahlungseintrittsfenster 3 steht ein Spiegel 6 gegenüber. Die Gaseintrittsöffnung 7 ist durch eine stabilisierte Flüssigmembran 8 abgeschlossen, welche nur für das zu detektierende bzw. hinsichtlich seiner Konzentration zu bestimmende Gas selektiv durchlässig ist, indem sich dieses Gas auf der Außenseite der Membran niederschlägt und auf ihrer Innenseite durch Verdampfung an die Meßkammer abgegeben wird. Die Verwendung eines Reflektors 5 in Verbindung mit einem Spiegel 6 führt zu Vielfachreflexionen der von der Lichtquelle 4 ausgehenden Strahlung 9 innerhalb der Meßzelle 1 und damit zu einer Erhöhung des opto-akustischen Effekts. Die impulsweise Bestrahlung des Gases in der Meßzelle 1 mit Hilfe der Strahlungsquelle 4 führt bei Absorption der Strahlung durch die Gasmoleküle zu Schwingungen der Moleküle und damit zu Druckänderungen innerhalb der Meßzelle 1, welche durch ein dem Druck in der Meßzelle 1 ausgesetztes Mikrophon 10 aufgenommen und in bekannter Weise einer Auswerteschaltung zugeführt werden (vgl. z.B. WO-A 85/03 574). Durch die erfindungsgemäße Kombination eines einfachen nicht dispersiven opto-akustischen Gassensors mit einer selektiven stabilisierten Flüssigmembran für die Gaszufuhr wird eine wesentlich vereinfachte Vorrichtung zum selektiven Gasnachweis bzw. zur selektiven Gaskonzentrations­ bestimmung geschaffen, wobei eine Empfindlichkeitssteigerung dadurch erzielt wird, daß die Meßzelle als abgeschlossenes Volumen ausgebildet ist und somit keine Schwächung des opto- akustischen Signals an der Gaseintrittsöffnung erfolgt.

Bei der Vorrichtung mit magnetooptischem Gassensor gemäß Fig. 2 ist im Gehäuse 12 eine Strahlungsquelle 4 und hinter dieser ein Reflektor 5 angeordnet. Die Strahlung gelangt von der Strahlungs­ quelle 4 durch die Meßzelle 1 hindurch zu einem Strahlungs­ detektor 20. Auf der Eintrittsseite der Meßzelle 1 ist als Strahlungseintrittsfenster ein erster Polarisator 13 vorgesehen, während dem Detektor 20 auf der Austrittsseite der Meßzelle ein zweiter Polarisator 14 vorgeschaltet ist. Die Polarisations­ ebenen beider Polarisatoren 13 und 14 sind um 90° gegeneinander gedreht. Statt dessen könnte auch eine Verdrehung von 45° vor­ gesehen sein, wenn anschließend eine Differenzmessung der Intensitäten zwischen außerordentlichem und ordentlichem Strahl hinter dem zweiten Polarisator 14 erfolgt. Das Gehäuse 12 ist von einer Erregerspule 17 umgeben, die ein sich parallel zur Ausbreitung der Strahlung 19 erstreckendes Magnetfeld erzeugt, sobald sie von der Stromquelle 18 her mit Strom versorgt wird. Verwendet man eine Wechselstromquelle 18, so kann das Meßsignal zusätzlich phasenempfindlich und frequenzselektiv registriert werden.

Wiederum ist der Innenraum der Meßzelle 1 im Bereich der Gaseintrittsöffnung 7 durch eine Flüssigmembran 8 abgeschlossen, welche selektiv nur für ein bestimmtes Gas oder bestimmte Gase durchlässig ist. Der Reflektor 5 fokussiert die Strahlung 19 auf den Detektor 20.

Anstelle einer einzigen Flüssigmembran können auch mehrere Flüssigmembranen unterschiedlicher Selektivität vorgesehen sein, um die Meßzelle für ein bestimmtes Gas empfindlich zu machen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum selektiven Gasnachweis und/oder zur selektiven Gaskonzentrationsbestimmung unter Verwendung eines opto-akustischen oder magneto-optischen Gassensors, dadurch gekennzeichnet, daß eine selektive stabilisierte Flüssigmembran (8) die Gaseintritts­ öffnung (7) des Gassensors (1) abdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß hinter der Strahlungsquelle (4) des Gassensors (1) ein Reflektor (5) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit opto-akustischem Gassensor, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Strahlungseintrittsfenster (3) gegenüber­ liegenden Gehäuseseite ein Spiegel (6) angeordnet ist.