DE4138425C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlkathodenlampe für die Gasanalyse, die gasdicht abgeschlossen und mit einem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch bei Unterdruck gefüllt ist.

Derartige Hohlkathodenlampen werden in Photometern zur Bestimmung der Konzentration von in einem Gasgemisch enthaltenen Gasen verwendet, die im ultravioletten Spektrum von 200 bis 600 nm absorbieren, wie z. B. Stickoxid oder Schwefeldioxid.

Aus der DE-PS 22 46 365 ist ein Photometer zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxid bekannt, das eine von Luft durchströmte Hohlkathodenlampe enthält. Die Hohlkathodenlampe ist nicht gasdicht abgeschlossen, sondern wird von einem Gemisch von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf sowie weiteren Bestandteilen durchströmt.

Ein weiteres Photometer zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxid ist aus der DE-PS 25 41 162 bekannt. Dieses Photometer enthält eine mit Luft bei Unterdruck gefüllte Hohlkathodenlampe der eingangs genannten Art. Die Hohlkathodenlampe wird mit einem geringen Entladungsstrom betrieben. Das Photometer enthält einen Strahlungsdetektor zum Empfang der von der Hohlkathodenlampe emittierten Stickoxidresonanzstrahlung nach Durchgang durch das Gasgemisch.

Die Hohlkathodenlampe ist vakuumdicht abgeschlossen, der Druck in der Hohlkathodenlampe beträgt 1 bis 5 mbar. Bei einer derartigen Hohlkathodenlampe ist die Lebensdauer der Stickoxidstrahlung wegen des beim Betrieb der Hohlkathodenlampe aufgezehrten Sauerstoffs aus dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch so gering, daß eine derartige Hohlkathodenlampe ohne zusätzliche Maßnahmen zwar für Laboranwendungen, jedoch nicht für Anwendungen im industriellen Bereich geeignet ist. Eine Erhöhung des Drucks in der Hohlkathodenlampe erhöht zwar die Lebensdauer der Stickoxidstrahlung, verringert jedoch gleichzeitig die Intensität dieser Strahlung.

Ein weiteres Photometer mit einer Hohlkathodenlampe ist aus der DE-PS 25 46 565 bekannt. Dieses Photometer ist in erster Linie für die Bestimmung von 8chwefeldioxid in einem Gasgemisch ausgebildet. Gemäß einer Ausgestaltung des Photometers ist es auch für die zusätzliche Bestimmung von Stickoxid in einem Gasgemisch vorgesehen. Die Hohlkathodenlampe ist mit einem getrockneten Stickstoff- Sauerstoff-Gemisch gefüllt und wird nach ihrer Füllung durch Abschmelzen vakuumdicht abgeschlossen. Auch für dieses Photometer gilt, daß die Lebensdauer der für die Bestimmung der Konzentration von Stickoxid erforderliche Stickoxidstrahlung der Hohlkathodenlampe wegen des beim Betrieb der Hohlkathodenlampe aus dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch aufgezehrten Sauerstoffs so gering ist, daß eine derartige Hohlkathodenlampe ohne zusätzliche Maßnahmen zwar für Laboranwendungen, jedoch nicht für Anwendungen im industriellen Bereich geeignet ist.

Nachdem man erkannt hatte, daß die geringe Lebensdauer der Stickoxidstrahlung einer Hohlkathodenlampe, wie sie aus den obengenannten Druckschriften bekannt ist, für Anwendungen im industriellen Bereich zur Bestimmung der Konzentration von Gasen, die im ultravioletten Spektrum von 200 bis 300 nm absorbieren, auf die Aufzehrung des Sauerstoffs aus dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch zurückzuführen ist, hat man versucht, den aufgezehrten Sauerstoff durch von einem Sauerstoff spendenden Medium abgegebenen Sauerstoff zu ersetzen. Dabei wurde von der Überlegung ausgegangen, daß Metalldioxide, wie Mangandioxid, bei Unterdruck oder bei einer Erhöhung der Temperatur unter Sauerstoffabgabe zerfallen.

Eine derartige Hohlkathodenlampe ist aus der DE-OS 29 25 410 bekannt. Die Hohlkathodenlampe ist mit einem Stickstoff- Sauerstoff-Gemisch bei Unterdruck gefüllt und gasdicht abgeschlossen. Durch Einbringen eines Quantums Metalldioxid in die Hohlkathodenlampe soll der Einfluß der Gasaufzehrung verringert werden. Es hat sich aber gezeigt, daß die Sauerstoffabgabe des Metalldioxids bei den beim Betrieb der Hohlkathodenlampe herrschen Temperaturen zu gering ist, um den aufgezehrten Sauerstoff zu ersetzen. Auch der aufgrund des in der Hohlkathodenlampe herrschenden Unterdruckes von dem Metalldioxid abgegebene Sauerstoff ist zu gering, um den aufgezehrten Sauerstoff zu ersetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hohlkathoden­ lampe der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Lebensdauer der für die Bestimmung der Konzentration von Gasen, die im ultravioletten Spektrum von 200 bis 300 nm absorbieren, ausgenutzten Stickoxidstrahlung verlängert wird.

Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Hohlkathodenlampe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der zur Verlängerung der Lebensdauer der Stickoxidstrahlung dienende zusätzliche Sauerstoff ist in Form von Wasserdampf in der Hohlkathodenlampe gespeichert. Der zusätzliche Sauerstoff wird erst beim Betrieb der Hohlkathoden­ lampe innerhalb der Entladungszone aus dem dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch zugesetzten Wasserdampf gewonnen. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, in der Hohlkathodenlampe anstelle von Sauerstoff Wasserdampf zu speichern und erst bei Bedarf den benötigten Sauerstoff aus dem Wasserdampf zu gewinnen. Die Speicherung von Wasserdampf hat gegenüber der direkten Speicherung von Sauerstoff den Vorteil, daß auch bei dem geringen Druck in der Hohlkathodenlampe, der in der Größenordnung von 10 mbar liegt, so viel Wasserdampf gespeichert werden kann, daß das Photometer ein Jahr lang zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxid betrieben werden kann, ohne daß die Hohlkathodenlampe ausgewechselt werden muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Der gegenüber dem Stand der Technik (1 bis 5 mbar) erhöhte Druck in der Hohlkathodenlampe auf 5 bis 20 mbar führt bei nur geringfügig verringerter Intensität der emittierten Strahlung zu einer weiteren Verlängerung der Lebensdauer der Stickoxidstrahlung. In vorteilhafter Weise ist das Wasserdampf speichernde Medium in einem mit der Hohlkathodenlampe verbundenen Vorratsgefäß enthalten. Durch Erwärmung des in dem Vorratsgefäß enthaltenen Wasserdampf speichernden Mediums wird dem Inneren der Hohlkathodenlampe bei Bedarf Wasserdampf zugeführt. Die Verwendung von Mangandioxid als Wasserdampf speicherndes Medium hat sich als besonders gut geeignet erwiesen, da es chemisch passiv sowie druck- und temperaturstabil ist und eine große Speicherkapazität für Wasserdampf besitzt. Der gespeicherte Wasserdampf läßt sich durch dosierte Beheizung definiert freisetzen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Zeichnung zeigt eine aus Glas hergestellte Hohlkathodenlampe.

In einem Lampenkolben 1 befinden sich eine Kathode 2 und eine Anode 3. Über ein Verbindungsrohr 4 ist ein Reservoir 5 mit dem Lampenkolben 1 verbunden. An das Verbindungsrohr 4 ist ein kleiner Kolben 6 angeschlossen, der als Wasserdampfspeicher dienendes Mangandioxid 7 enthält. Die Mangandioxidfüllung kann bei Bedarf mit Glaswatte in dem Kolben 6 fixiert werden. Um den Kolben 6 ist eine nur schematisch dargestellte elektrische Heizwicklung 8 angeordnet, die bei Bedarf zur Erwärmung des Mangandioxids 7 dient.

Die Hohlkathodenlampe ist mit einem Stickstoff-Sauerstoff- Gemisch gefüllt, das mit Wasserdampf angereichert ist. Die Anreicherung des Stickstoff-Sauerstoff-Gemisches mit Wasserdampf erfolgt in bekannter Weise. Dies kann z. B. beim Durchleiten des Stickstoff-Sauerstoff-Gemisches durch ein mit destilliertem Wasser gefülltes Gefäß erfolgen, in dem der gewünschte Wasserdampfpartialdruck über die Temperatur des Wassers eingestellt wird. Das auf diese Weise hergestellte Füllgemisch, das aus dem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch mit Wasserdampfanteilen besteht, wird durch die Gasentladungslampe hindurchgeleitet. Soweit das Mangandioxid nicht bereits vorab befeuchtet worden ist, erfolgt dabei auch die Befeuchtung des als Wasserdampf speicherndes Medium dienenden Mangandioxids. Nach dem Einstellen des für den Betrieb der Hohlkathodenlampe erforderlichen Unterdrucks von vorzugsweise 5 bis 20 mbar wird die Hohlkathodenlampe durch Abschmelzen gasdicht abgeschlossen.

Sinkt während des Betriebes der Hohlkathodenlampe durch Gasaufzehrung der Druck in der Hohlkathodenlampe, so wird vom Mangandioxid Wasserdampf abgegeben. Zusätzlich kann Wasserdampf auch durch Erwärmung des Mangandioxids freigesetzt werden. Dabei ist Art und Dauer der Erwärmung so gewählt, daß im wesentlichen nur der verbrauchte Sauerstoff ergänzt wird, so daß der Sauerstoffpartialdruck in der Hohlkathodenlampe langfristig annähernd konstant bleibt. Damit ergibt sich eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer der von der Hohlkathodenlampe emittierten Stickoxidstrahlung, die zur Bestimmung der Konzentration von Gasen im ultravioletten Spektrum von 200 bis 300 nm dient. Ein mit einer derartigen Hohlkathodenlampe ausgerüstetes Photometer kann ein Jahr lang zur Bestimmung der Konzentration von Stickoxid betrieben werden, ohne daß die Hohlkathodenlampe ausgewechselt zu werden braucht.

Claims (5)

1. Hohlkathodenlampe für die Gasanalyse, die gasdicht abgeschlossen und mit einem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch bei Unterdruck gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch in der Lampe mit Wasserdampf angereichert ist,
• - daß ein mit Wasserdampf befeuchtetes, Wasserdampf speicherndes Medium in der Lampe angeordnet ist und
• - daß das Wasserdampf speichernde Medium beim Absinken des Gasdruckes Wasserdampf abgibt.

2. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Lampe 5 bis 20 mbar beträgt.

3. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserdampf speichernde Medium in einem mit der Lampe verbundenen Vorratsgefäß enthalten ist.

4. Hohlkathodenlampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmung des in dem Vorratsgefäß enthaltenen, Wasserdampf speichernden Mediums erfolgt.

5. Hohlkathodenlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wasserdampf speicherndes Medium Mangandioxid dient.