DE4333560A1 - Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion - Google Patents
Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten TotalreflexionInfo
- Publication number
- DE4333560A1 DE4333560A1 DE4333560A DE4333560A DE4333560A1 DE 4333560 A1 DE4333560 A1 DE 4333560A1 DE 4333560 A DE4333560 A DE 4333560A DE 4333560 A DE4333560 A DE 4333560A DE 4333560 A1 DE4333560 A1 DE 4333560A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- measuring
- light guide
- atr
- atr crystal
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/15—Preventing contamination of the components of the optical system or obstruction of the light path
- G01N2021/154—Ultrasonic cleaning
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen
Analyse eines Prozeßgemisches mit einer Meßzelle nach dem Prinzip der abge
schwächten Totalreflexion (ATR). Dabei wird ein Lichtstrahl an der Grenze
zwischen dem optisch dichteren Medium eines ATR-Kristalls oder eines Lichtleiters
und dem optisch dünneren Medium des angrenzenden, viskosen Prozeßgemisches
hin- und herreflektiert, wobei diese Grenzfläche die Meßfläche bildet.
Die Technik der abgeschwächten Totalreflexion (ATR-Technik), die auch unter der
Bezeichnung "mehrfache innere Reflexion" bekannt ist, wird seit vielen Jahren zu
Analysezwecken verwendet. Sie basiert auf dem Effekt, daß Strahlung, die unter
bestimmten Winkeln in den Kristall eintritt, innerhalb dieses Kristalls mehrfach hin- und
herreflektiert wird und erst am anderen Ende wieder austreten kann. Die Re
flexion wird dabei durch Totalreflexion bewirkt; d. h. die Außenflächen des Kristalls
grenzen an ein optisch dünneres Medium an. Obwohl die Strahlung den Kristall bei
den Vielfachreflexionen nicht verläßt, tritt an der Grenzschicht der Kristall
oberfläche eine in der Amplitude exponentiell abklingende Welle in das angren
zende, optisch dünnere Medium ein. Findet im optisch dünneren Medium Absorp
tion statt, so wird der Lichtstrahl bei jeder Reflexion um ein Bruchteil geschwächt.
Das am anderen Ende austretende Licht kann daher, wie das Licht im Falle der kon
ventionellen Spektroskopie durch eine Transmissionszelle, in einem Spektrometer
analysiert werden. Der Meßeffekt beruht also bei der abgeschwächten Totalreflexion
darauf, daß das zu untersuchende Stoffgemisch als optisch dünneres Medium mit der
Kristalloberfläche in Kontakt steht und die am anderen Ende austretende Strahlung
(Meßstrahlung) mit Hilfe eines Spektrometers analysiert wird.
Bei der ATR-Technik ist die effektive Eindringtiefe der Meßstrahlung in das
Meßgut näherungsweise von der Größenordnung der Wellenlänge der IR-Strahlung.
Einzelheiten sind beispielsweise aus dem Buch von N.J. Harrick, Intern. Reflection
Spectroscopy, Interscience Publishers John Wiley & Sons, New York, London,
Sidney, (1967) bekannt.
Aus dem deutschen Patent DE 31 32 163 ist eine nach dem ATR-Prinzip arbeitende
Multireflexionszelle zur kontinuierlichen Untersuchung chemischer Reaktionen in
der flüssigen Phase beschrieben, die bei einem Druck bis max. 180 bar eingesetzt
werden kann.
Bekannt ist ferner eine lichtleiter-gekoppelte ATR-Sonde für das mittlere IR, bei der
ein prismenförmiger ATR-Kristall (zwei Reflexionsstellen) in Kontakt mit dem
Meßgut steht (US 5.185.834). Darüber hinaus ist eine ATR-Meßsonde bekannt, bei
der die IR-Strahlung über Hohlleiter zu- und abgeführt wird und als Meßkopf ein
Zinkselenid-Kristall verwendet wird. Weiterhin ist eine ATR-Meßsonde für den
UV/VIS-Spektralbereich bekannt, bei der die Meßstrahlung über Quarzlichtleiter zu- und
abgeführt wird. Die obengenannten lichtleiter-gekoppelten ATR-Sonden sind
für einen Druck des Meßgutes oberhalb 70 bar nicht geeignet. Sie werden bevorzugt
in Laborapparaturen eingesetzt.
Die ATR-Messung kann im IR-Spektralbereich, bevorzugt im mittleren IR (Wellen
länge typisch 2,5 bis 25 µm), aber auch im UV- und sichtbaren Spektralbereich
(Wellenlänge typisch 220 bis 700 nm) angewendet werden. Im mittleren IR wird
Strahlung durch Anregung von Molekülschwingungen absorbiert, im
UV/VIS-Spektralbereich durch Anregung elektronischer Übergänge.
Mittels ATR-Messung können homogene Stoffgemische, wie Mischungen orga
nischer Flüssigkeiten, wäßrige Lösungen von Feststoffen in Lösungsmitteln, unter
Umständen auch Emulsionen und Suspensionen analysiert werden. Wegen der
breiten Anwendbarkeit sowie der großen struktur-spezifischen Aussagekraft der
Spektren im mittleren IR, das den sogenannten Fundamentalschwingungsbereich
umfaßt, besitzt die ATR-Messung in diesem Spektralbereich für analytische Zwecke
eine herausragende Bedeutung.
Als Materialien zur Herstellung von ATR-Kristallen sind im mittleren IR z. B.
Zinkselenid (ZnSe, Brechungsindex n=2,4) oder Germanium (n=4) üblich. Im
UV/VIS-Spektralbereich können Zirconiumdioxid (n=2,2) oder Saphir (n=1,8)
geeignet sein. Der Brechungsindex des Materials muß gegenüber dem Meßgut
ausreichend groß sein, damit bei gegebenem Einfallswinkel der Meßstrahlung auf
die Kristall/Meßgut-Grenzfläche Totalreflexion auftritt. Bei der Auswahl des
Materials ist auch dessen chemische Beständigkeit gegenüber dem Meßgut zu
berücksichtigen.
Anstelle eines Kristalls mit optisch polierten Oberflächen kann für eine ATR-
Messung auch ein Lichtleiter (US 5.170.056) verwendet werden. Für das mittlere IR
sind z. B. Lichtleiter aus Chalkogenid-Glas oder aus Silberchlorid/bromid verwend
bar, während im UV/VIS-Spektralbereich z. B. Quarzlichtleiter geeignet sein
können.
Lichtleiter sind typischerweise aus einem Core, der die Meßstrahlung führt, sowie
einem umgebenden Cladding, welches sich gegenüber dem Core durch einen kleine
ren Brechungsindex auszeichnet, aufgebaut. Die Strahlung wird im Core geführt,
indem sie an der Core/Cladding-Grenzfläche total reflektiert wird. Sowohl Core als
auch Cladding sollten sich durch eine möglichst geringe Absorption der Meß
strahlung auszeichnen.
Eine ATR-Meßeinrichtung kann mit einem Lichtleiter realisiert werden, indem an
einem Teilstück des Lichtleiters, das mit dem Meßgut in Kontakt steht, das Cladding
mechanisch, durch chemisches Ätzen oder durch einen Plasmaätzprozeß entfernt
wird (US 5.170.056). Die Meßstrahlung wird nun mit Hilfe einer Sammellinse oder
eines Konkavspiegels in den Lichtleiter eingekoppelt, durch den Lichtleiter mit der
sensitiven, vom Cladding befreiten Stelle des Lichtleiter-Cores in Kontakt mit dem
Meßgut geführt, zum Strahlungsdetektor geleitet und das Spektrum I₁ mittels eines
dispersiven oder eines Fourier-Transform-Spektrometers aufgezeichnet.
Üblicherweise wird ergänzend zum Spektrum I₁ das Spektrum Io mit identischem
Aufbau, jedoch nicht mit dem Meßgut benetzten Lichtleiter bzw. ATR-Kristall
aufgenommen und bei jeder Wellenlänge der Quotient der Transmission I₁/Io
errechnet, welcher das Transmissionsspektrum des Meßgutes darstellt. Die
Eigenabsorption des Lichtleiters oder ATR-Kristalles sowie die spektrale
Charakteristik von Strahlungsquelle, Detektor und sämtlichen optischen Elementen
werden auf diese Weise kompensiert.
Die kleine, effektiv durchstrahlte Schichtdicke, wie sie für die ATR-Messung
typisch ist, ist mit dem Vorteil verbunden, daß auch stärkere Absorptionsbanden des
Meßgutes keine vollständige Absorption der Meßstrahlung verursachen und somit
für Analysezwecke quantitativ erfaßt und ausgewertet werden können. Bei Anwen
dungen der ATR-Technik im Rahmen einer kontinuierlichen Prozeßüberwachung
kann sich jedoch das Problem ergeben, daß die Messung durch Ablagerungen auf
der Meßfläche des ATR-Kristalls empfindlich gestört wird, indem die Absorp
tionsbanden der Ablagerungen bei der Spektrenaufnahme miterfaßt werden und bei
der quantitativen Spektrenauswertung zu Fehlern führen. Solche Ablagerungen
können auftreten, wenn das Meßgut mit Partikeln verunreinigt ist; jedoch auch dann,
wenn z. B. Suspensionen zu analysieren sind.
Die manuelle Reinigung des ATR-Kristalls von Ablagerungen ist zeitaufwendig und
mit einer Unterbrechung der Messung verbunden, was insbesondere bei der on-line-
Verfolgung einer Reaktion störend sein kann. Bei den bekannten ATR-Meßsonden
ist eine Möglichkeit, oberflächliche Verunreinigungen des ATR-Kristalls ohne
manuellen Eingriff zu entfernen, nicht bekannt. Daher wurde die ATR-Technik
bisher überwiegend im Laborbereich eingesetzt.
Der Erfindung liegt nun insgesamt die Aufgabe zugrunde, die ATR-Spektroskopie
als Methode zur on-line-Kontrolle chemischer Produktionsprozesse auch unter
hohem Druck und bei hoher Temperatur nutzbar zu machen, wobei ein geringer
Wartungsbedarf für die Meßsonde unter ökonomischen Gesichtspunkten gefordert
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor der Meßfläche des
ATR-Kristalls oder des Lichtleiters eine Ultraschallquelle zur Reinigung der
Meßfläche von Produktrückständen angeordnet ist. Auf diese Weise kann die
Meßfläche des ATR-Kristalls durch Ultraschallbestrahlung während des Betriebes
von Produktablagerungen befreit werden. Die bisher erforderliche, zeitraubende
manuelle Reinigung kann somit entfallen.
Eine besonders hohe Druckbeständigkeit der ATR-Sonde wird vorzugsweise da
durch erreicht, daß die dem Prozeßgemisch abgewandte Seite des ATR-Kristalls
verspiegelt ist oder auf einer spiegelnden Oberfläche einer den ATR-Kristall
fixierenden Andruckplatte aufliegt.
Vorteilhaft ist die Verspiegelung mit Öffnungen zur Ein- und Auskopplung des
Meßlichtstrahls versehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die den ATR-Kristall
oder den Lichtleiter und die Ultraschallquelle enthaltende Meßzelle als Eintauch
sonde ausgebildet, die an den Reaktor angeflanscht ist. Auf diese Weise kann die
Meßzelle bzw. Meßsonde schnell und bequem ein- und ausgebaut werden.
Bei der Ausführung, bei der als ATR-Sonde ein Lichtleiter verwendet wird, kann
zusätzlich ein Ultraschallreflektor in die Meßzelle eingebaut werden. Dadurch wird
die Ultraschallintensität an der Lichtleiteroberfläche und damit auch die Reinigungs
leistung erhöht.
Bei Verwendung eines Lichtleiters als ATR-Meßeinrichtung, wobei die Meßstrah
lung mittels einer Sammellinse oder eines Konkavspiegels eingekoppelt wird, tritt,
da dann die Meßstrahlung in verschiedenen Winkeln in die Endfläche des Licht
leiters eingekoppelt wird, das Problem auf, daß der Reflexionswinkel der an der
Meßfläche des Lichtleiters total reflektierten Strahlung nicht konstant ist. Je nach
Reflexionswinkel ist die Meßstrahlung durch eine unterschiedliche Anzahl von
Reflexionsstellen in Kontakt mit dem Meßgut ausgezeichnet. Ein kleiner Anteil der
Strahlung verläuft im Inneren des Lichtleiters parallel zur Lichtleiteroberfläche und
steht daher mit dem Meßgut überhaupt nicht in Kontakt und kann infolgedessen
auch nicht durch das Meßgut absorbiert werden. Derartiges "Falschlicht" tritt am
Ende des Lichtleiters aus und wird zusammen mit der übrigen Strahlung zum Detek
tor geführt und als Meßsignal registriert. Dies erschwert die quantitative Spektren
auswertung, da dann der proportionale Zusammenhang nach dem Lambert-Beer
schen Gesetz zwischen gemessener Extinktion A=log (Io/I₁) und Konzentration
einer Komponente im zu analysierenden Stoffgemisch nicht mehr streng vorhanden
ist.
Der Anteil des im Lichtleiter geführten Falschlichtes wird erfindungsgemäß dadurch
kompensiert, daß vor oder hinter die Fokussierlinse für die Lichtleiter-Einkopplung
eine Blende mit zentrierter, ringförmiger Öffnung plaziert wird. Die Blende bewirkt,
daß nur noch Strahlung mit einem Winkel α zur Symmetrieachse des Lichtleiters in
einer Randzone im Lichtleiter geführt wird. Dadurch kann der Anteil des Falsch
lichtes, das mit dem Meßgut nicht in Kontakt steht, vollständig unterdrückt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und Ausführungsbei
spielen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine als Eintauchsonde für einen chemischen Reaktor konzipierte
Meßzelle auf der Basis eines ATR-Kristalls,
Fig. 2 die Halterung für den ATR-Kristall bei der Eintauchsonde gemäß
Fig. 1,
Fig. 3 eine als Eintauchsonde für einen chemischen Reaktor konzipierte
ATR-Meßzelle auf der Basis eines Lichtleiters,
Fig. 4 eine externe ATR-Meßzelle auf der Basis eines Lichtleiters und
Fig. 5 die Einkopplung des Meßlichtstrahls in den Lichtleiter mittels einer
Fokussieroptik und einer zentralen Blende.
Die in Fig. 1 dargestellte ATR-Meßzelle ist als Eintauch- bzw. Einbausonde für
einen chemischen Reaktor konzipiert. Zu diesem Zweck ist die Meßzelle in einen
Flanschanschluß 1 integriert, der mittels der Schraubverbindungen 2 an der
Reaktorwand 3 montiert werden kann. Der Flanschanschluß 1 besteht aus einer
Grundplatte 4, die eine zentrale, produktseitige Öffnung 5 aufweist. Auf der
Grundplatte 4 ist ein sich über die Öffnung 5 erstreckender ATR-Kristall 6 gelagert.
Es wird durch eine Andruckplatte 7 fixiert, die an die Grundplatte 4 angeschraubt
wird (Schrauben 8). Zwischen der Grundplatte 4 und dem ATR-Kristall 6 ist eine
rahmenförmige Abdichtung 9 aus elastischem Material angeordnet (s. Fig. 2). Das
Fenster in der Abdichtung 9 bildet die eigentliche, dem Produktraum zugewandte
Meßfläche 10 des ATR-Kristalls 6. Die Rückseite des ATR-Kristalls 6, d. h. seine
der Andruckplatte 7 gegenüberstehende Fläche, ist verspiegelt. Alternativ kann auch
die dem ATR-Kristall 6 zugewandte Fläche der Andruckplatte 7 verspiegelt bzw.
spiegelnd sein. Die Andruckplatte 7 weist zylindrische Bohrungen 11 und 12 zur
Ein- bzw. Auskopplung des Meßlichtstrahls 13 auf. Entsprechende Öffnungen 14,
15 sind in der rückseitigen Verspiegelung des ATR-Kristalls vorgesehen. Das von
einer Lichtquelle (nicht gezeigt) kommende Meßlicht wird durch ein Lichtleiter
kabel 16 geführt und mittels der Kollimatorlinse 17 als Parallelstrahlenbündel auf
die Eintrittsöffnung 14 des ATR-Kristalls 6 gerichtet. Der die Meßinformation ent
haltende, die Austrittsöffnung 15 an der Rückseite des ATR-Kristalls 6 verlassende
Meßstrahl 13 wird dann in analoger Weise mittels einer Kollimatorlinse 18 auf ein
Lichtleiterkabel 19 fokussiert, das zu einem FT-IR-Spektrometer 20 führt. Im
FT-IR-Spektrometer 20 erfolgt die Auswertung des Meßsignals. Lichtleiterkabel 16,
19 sind mittels bekannter, handelsüblicher Steckverbindungen 21 an der Andruck
platte 7 angeschlossen.
An der Grundplatte 4 des Flansches 1 ist im Produktraum eine Ultraschallquelle 22
befestigt, die auf die Meßfläche 10 des ATR-Kristalls 6 gerichtet ist. Die zum
Beispiel aus einem Pilzokristall bestehende Ultraschallquelle 22 kann während der
Messung oder zwischen zwei Messungen eingeschaltet werden, so daß die Meß
fläche 10 mit Ultraschall bestrahlt wird, wodurch eine Ablagerung von Produkt
rückständen auf der Meßfläche verhindert wird. Solche Produktrückstände würden
zu einer Verfälschung des Meßsignals führen.
Anstelle eines ATR-Kristalls kann in einer analog zu Fig. 1 aufgebauten Einbau- bzw.
Eintauchsonde auch ein Lichtleiter als Meßelement verwendet werden. Eine
derart modifizierte Eintauchsonde ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Der als
Meßelement fungierende Lichtleiter 23 ist in diesem Fall mittels starrer Leitrohre 24
an der durchgehenden Grundplatte 4 des Flansches 1 im Produktraum angeordnet.
Der dem Produktraum ausgesetzte, freie Teil des Lichtleiters 23 weist keine Clad
dingschicht auf. Der Kern (Core) des Lichtleiters steht direkt mit dem zu unter
suchenden Produkt in Verbindung und bildet in diesem Fall die Meßfläche. Im Be
reich der starren Leitrohre 24 wird das Meßlicht dagegen durch konventionelle
Lichtleiter mit Claddingschicht geführt. Die lichtoptischen Verbindungen zwischen
dem Lichtleitermeßelement 23 und der Meßlichtquelle sowie zum FT-IR-Spektro
meter 20 zur Auswertung des vom Lichtleiterelement 23 kommenden Meßlichts
werden wieder durch flexible Lichtleiterkabel 16, 19 realisiert. Im Bereich der
Grundplatte 4 der Flanschverbindung 1 sind die Lichtleiterkabel 16 und 19 druckfest
verklebt.
An der Grundplatte 4 ist ferner im Produktraum eine Ultraschallquelle 22 ange
ordnet, die - genau wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 - zur Reinigung der
Meßfläche des Lichtleiterelements 23 dient. Zur Verstärkung der Ultraschall
intensität ist auf der gegenüberliegenden Seite des Lichtleiterelements 23 ein
Ultraschallreflektor 25 in Form eines Zylinderspiegels angebracht.
Die bisher beschriebenen Ausführungen beziehen sich auf Eintauch- bzw. Einbau
sonden auf der Basis eines ATR-Kristalls oder eines Lichtleiterelements. Dem
gegenüber ist in Fig. 4 eine externe Meßzelle in Form einer Durchflußküvette
dargestellt, die ebenfalls von einem Lichtleitermeßelement 23 Gebrauch macht. Die
Meßzelle weist ein Gehäuse 26 mit einem Einlaßstutzen 27 und einem Auslaß
stutzen 28 auf. Zur kontinuierlichen on-line-Messung wird eine solche Meßzelle
zweckmäßig im Bypass zu einem chemischen Reaktor geschaltet, wobei das zu
untersuchende Prozeßgemisch ständig durch die Meßzelle strömt. In die Meßzelle
sind - analog zur Ausführung nach Fig. 3 - wieder eine Ultraschallquelle und ein
Ultraschallreflektor für Reinigungszwecke gebaut. Die von einer Lichtquelle
kommende Meßstrahlung tritt auf der linken Seite in das Lichtleiterelement 23 (ohne
Claddingschicht!) ein. Der die Meßinformation enthaltende Lichtstrahl 13 tritt am
rechten Ende aus und wird, wie bei den vor beschriebenen Ausführungen, einem
FT-IR-Spektrometer zur Auswertung zugeführt.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 wird die Meßstrahlung ebenfalls (analog zur Fig. 1)
mit Hilfe einer Kollimatorlinse oder eines Konkavspiegels in das Lichtleitermeß
element 23 eingekoppelt. Da es sich nicht vermeiden läßt, daß die Meßstrahlung
unter verschiedenen Winkeln in die Endfläche des Lichtleiterelements 23 eintritt, ist
auch der Reflexionswinkel der an der Meßfläche des Lichtleiters total reflektierten
Strahlung nicht konstant. Je nach Reflexionswinkel ist die Meßstrahlung durch eine
unterschiedliche Anzahl von Reflexionsstellen in Kontakt mit dem Prozeßgemisch
ausgezeichnet. Ein kleiner Anteil der Strahlung verläuft sogar parallel zur Lichtleiteroberfläche
und trägt daher zur Messung überhaupt nicht bei. Dies hat zur
Folge, daß das Meßsignal eine Falschlichtkomponente enthält, die die Meßempfind
lichkeit verringert und die Auswertung erschwert. Der Anteil des im Lichtleiter
geführten Falschlichts kann vorteilhaft dadurch reduziert werden, daß vor oder
hinter der Kollimatorlinse für die Lichteinkopplung eine kreisförmige, mittenzen
trierte Blende 29 angeordnet wird (s. Fig. 5), die nur noch eine ringförmige Öffnung
zwischen dem Blendenrand und der Peripherie der Kollimatorlinse 30 freiläßt. Die
Blende 29 bewirkt, daß nur Meßstrahlung mit einem Winkel α zur Symmetrieachse
des Lichtleiters 23 im Intervall α₁<α<α₂ im Lichtleiter geführt wird, wobei α₁ = arc
tan (b/2d) und α₂ = arc tan (a/2f) ist. b ist dabei der Durchmesser der Blende 29, d
der Abstand zwischen Blende 29 und Lichtleiter 23, f die Brennweite der Kollima
torlinse und a der Durchmesser der Kollimatorlinse 30. Zu beachten ist, daß der
Winkel α₂ noch innerhalb der nutzbaren Apertur des Lichtleiters liegt. Auf diese
Weise kann der Anteil des Falschlichts, das mit dem Prozeßgemisch keine Wechsel
wirkung erfährt, nahezu vollständig unterdrückt werden. Anstelle der kreisförmigen
Blende 29 kann auch eine Kombination zwischen Kreisblende und Kreisring ver
wendet werden, wobei die Kreisringfläche die Öffnung der Kollimatorlinse 30
begrenzt; d. h. einen Teil der Kollimatorlinse 30 (von der Peripherie her gesehen)
abdeckt.
Da innerhalb des Lichtleiters Streuprozesse stattfinden können, kann es zweckmäßig
sein, den im Lichtleiter geführten Meßstrahl vor der Meßstelle durch Auskopplung
aus dem Lichtleiter aufzufächern und mit Hilfe mindestens einer Konvexlinse 30
oder eines Konkavspiegels erst kurz vor der Meßstelle in den für die ATR-Messung
verwendeten Lichtleiter in Kontakt mit dem Prozeßgemisch einzukoppeln, wobei
vor oder hinter der Fokussierlinse bzw. des Konkavspiegels die mittenzentrierte
Kreis- oder Ringblende 29 plaziert wird.
Anstelle von Lichtleitern bei den ATR-Sonden nach Fig. 3 und Fig. 4 sind für das
mittlere IR-Wellenlängengebiet auch Hohlleiter verfügbar. Durch die Verwendung
von Lichtleitern oder Hohlleitern können die Meßsonde und das Spektrometer
voneinander entkoppelt werden, so daß ATR-Messungen in chemischen Produk
tionsprozessen auch an schwer zugänglichen Stellen durchgeführt werden können.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse eines Prozeß
gemisches mittels einer Meßzelle nach dem Prinzip der abgeschwächten
Totalreflexion (ATR), bei der ein Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen
dem optisch dichteren Medium eines ATR-Kristalls (6) oder eines Licht
leiters (23) und dem optisch dünneren Medium des angrenzenden, viskosen
Prozeßgemisches hin- und herreflektiert wird, wobei diese Grenzfläche die
Meßfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Meßfläche eine
Ultraschallquelle (22) zur Reinigung der Meßfläche von Produktrückständen
angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Prozeß
gemisch abgewandte Seite des ATR-Kristalls (6) verspiegelt ist oder auf
einer spiegelnden Oberfläche einer den ATR-Kristall (6) fixierenden An
druckplatte (7) aufliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspiege
lungen Öffnungen (14, 15) zur Ein- und Auskopplung des Meßlicht
strahls (13) aufweist.
4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den
ATR-Kristall (6) oder den Lichtleiter (23) und die Ultraschallquelle (22)
enthaltende Meßzelle als Eintauchsonde ausgebildet ist, die an den Reaktor
angeflanscht (1) ist.
5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Lichtleiter (23) und die Ultraschallquelle (22) umfassende Meßzelle zu
sätzlich einen Ultraschallreflektor (25) aufweist.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
mit einem Lichtleiter (23) ausgestatteten Meßzelle die Meßstrahlung mittels
einer Fokussieroptik (30) in die Endfläche des Lichtleiters (23) eingekoppelt
wird und im Strahlengang vor oder hinter der Fokussieroptik (30) eine
mittenzentrierte Blende (29) mit ringförmiger Öffnungscharakteristik
angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4333560A DE4333560A1 (de) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4333560A DE4333560A1 (de) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4333560A1 true DE4333560A1 (de) | 1995-04-06 |
Family
ID=6499213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4333560A Ceased DE4333560A1 (de) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4333560A1 (de) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1997006426A1 (en) * | 1995-08-04 | 1997-02-20 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Waveguide sensing element for use in a sample medium and method of launching electromagnetic radiation |
DE19748725A1 (de) * | 1997-11-05 | 1999-05-06 | Thomas Dipl Ing Frank | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung und Bewuchsverhinderung der Meßflächen von in Fluiden befindlichen Sensoren |
WO1999066312A1 (en) * | 1998-06-18 | 1999-12-23 | Drukker International B.V. | A spectroscopic analyzing arrangement |
US6522408B1 (en) * | 1998-02-12 | 2003-02-18 | Bayer Aktiengesellschaft | Procedure for the controlled production or modification of polymeric products by means of IR-ATR spectroscopy |
WO2003084876A2 (de) * | 2002-04-08 | 2003-10-16 | Roger Marschaleck | Verfahren und vorrichtung zur separation und zur reinigung von kondensat |
DE10214781A1 (de) * | 2002-04-03 | 2003-10-30 | Univ Jw Goethe Frankfurt Main | FT-IR-Meßvorrichtung, insbesondere für die Spektrometrie wässriger Systeme |
WO2005124300A1 (de) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren und einrichtung zur absorptionsspektroskopie |
DE102004045902A1 (de) * | 2004-09-22 | 2006-03-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | ATR-Sensorelement |
WO2007041999A1 (de) * | 2005-10-10 | 2007-04-19 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | Vorrichtung für die qualitative und/oder quantitative bestimmung von ir-aktiven inhaltsstoffen in flüssigkeiten sowie ein verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen bestimmung von ir-aktiven inhaltsstoffen in flüssigkeiten |
WO2009134145A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Proanalysis As | Acoustic cleaning of optical probe window |
WO2010078612A1 (de) * | 2009-01-08 | 2010-07-15 | Technische Universität Wien | Einrichtung zur ftir-absorptionsspektroskopie |
US7812312B2 (en) | 2002-04-03 | 2010-10-12 | Johann Wolfgang Goethe-Universitaet | Infrared measuring device, especially for the spectrometry of aqueous systems, preferably multiple component systems |
WO2022089976A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Inov8 Systems Limited | Self cleaning optical probe |
WO2022185027A1 (en) * | 2021-02-17 | 2022-09-09 | Ttp Plc. | Optical analysis system for analysing biological processes |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1604691A (en) * | 1978-05-25 | 1981-12-16 | Boulton Ltd William | Methods and apparatus for preventing the accumulation of deposits on surfaces |
DE2654537C2 (de) * | 1976-12-02 | 1982-10-21 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Zentrierung einer Lichtleitfaser in einem zylindrischen Steckerstift für eine lösbare Steckverbindung |
CH636200A5 (en) * | 1979-03-20 | 1983-05-13 | Zellweger Uster Ag | Method and device for removing gas bubbles and other deposits from cuvettes (cells) |
WO1988001376A1 (en) * | 1986-08-14 | 1988-02-25 | Radiometer A/S | Method and apparatus for determining the level of an analyte in a sample of whole blood |
DE3837557A1 (de) * | 1987-11-06 | 1989-05-18 | Consolidation Coal Co | Faseroptischer detektor zur flotationszellenaufbereitung |
SU1485076A1 (ru) * | 1987-07-22 | 1989-06-07 | Kb Aviat I | Волоконно-оптический рефрактометр |
DE3937554A1 (de) * | 1989-02-10 | 1990-08-16 | Spectra Tech Inc | Fluessigkeitsueberwachungsanordnung mit einem mir-kristall |
-
1993
- 1993-10-01 DE DE4333560A patent/DE4333560A1/de not_active Ceased
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2654537C2 (de) * | 1976-12-02 | 1982-10-21 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Zentrierung einer Lichtleitfaser in einem zylindrischen Steckerstift für eine lösbare Steckverbindung |
GB1604691A (en) * | 1978-05-25 | 1981-12-16 | Boulton Ltd William | Methods and apparatus for preventing the accumulation of deposits on surfaces |
CH636200A5 (en) * | 1979-03-20 | 1983-05-13 | Zellweger Uster Ag | Method and device for removing gas bubbles and other deposits from cuvettes (cells) |
WO1988001376A1 (en) * | 1986-08-14 | 1988-02-25 | Radiometer A/S | Method and apparatus for determining the level of an analyte in a sample of whole blood |
SU1485076A1 (ru) * | 1987-07-22 | 1989-06-07 | Kb Aviat I | Волоконно-оптический рефрактометр |
DE3837557A1 (de) * | 1987-11-06 | 1989-05-18 | Consolidation Coal Co | Faseroptischer detektor zur flotationszellenaufbereitung |
DE3937554A1 (de) * | 1989-02-10 | 1990-08-16 | Spectra Tech Inc | Fluessigkeitsueberwachungsanordnung mit einem mir-kristall |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JP 2-253137 A., P-1148,Dec. 27,1990,Vol.14,No.585 * |
JP Patents Abstracts of Japan: JP 1-320449 A., P-1019,March 9,1990,Vol.14,No.128 * |
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5724151A (en) * | 1995-08-04 | 1998-03-03 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Waveguide sensing element for use in a sample medium and method of rear-firing electromagnetic radiation |
WO1997006426A1 (en) * | 1995-08-04 | 1997-02-20 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Waveguide sensing element for use in a sample medium and method of launching electromagnetic radiation |
DE19748725A1 (de) * | 1997-11-05 | 1999-05-06 | Thomas Dipl Ing Frank | Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung und Bewuchsverhinderung der Meßflächen von in Fluiden befindlichen Sensoren |
US6522408B1 (en) * | 1998-02-12 | 2003-02-18 | Bayer Aktiengesellschaft | Procedure for the controlled production or modification of polymeric products by means of IR-ATR spectroscopy |
WO1999066312A1 (en) * | 1998-06-18 | 1999-12-23 | Drukker International B.V. | A spectroscopic analyzing arrangement |
US6507396B1 (en) | 1998-06-18 | 2003-01-14 | Herman Philip Godfried | Spectroscopic analyzing arrangement |
DE10214781B4 (de) * | 2002-04-03 | 2006-11-16 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | FT-IR-Meßvorrichtung, insbesondere für die Spektrometrie wässriger Systeme |
DE10214781A1 (de) * | 2002-04-03 | 2003-10-30 | Univ Jw Goethe Frankfurt Main | FT-IR-Meßvorrichtung, insbesondere für die Spektrometrie wässriger Systeme |
US7812312B2 (en) | 2002-04-03 | 2010-10-12 | Johann Wolfgang Goethe-Universitaet | Infrared measuring device, especially for the spectrometry of aqueous systems, preferably multiple component systems |
WO2003084876A2 (de) * | 2002-04-08 | 2003-10-16 | Roger Marschaleck | Verfahren und vorrichtung zur separation und zur reinigung von kondensat |
WO2003084876A3 (de) * | 2002-04-08 | 2004-04-15 | Roger Marschaleck | Verfahren und vorrichtung zur separation und zur reinigung von kondensat |
WO2005124300A1 (de) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren und einrichtung zur absorptionsspektroskopie |
DE102004045902A1 (de) * | 2004-09-22 | 2006-03-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | ATR-Sensorelement |
DE102004045902B4 (de) * | 2004-09-22 | 2006-08-31 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zur Messung der Lichtabsorption |
WO2007041999A1 (de) * | 2005-10-10 | 2007-04-19 | Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main | Vorrichtung für die qualitative und/oder quantitative bestimmung von ir-aktiven inhaltsstoffen in flüssigkeiten sowie ein verfahren zur qualitativen und/oder quantitativen bestimmung von ir-aktiven inhaltsstoffen in flüssigkeiten |
WO2009134145A1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Proanalysis As | Acoustic cleaning of optical probe window |
WO2010078612A1 (de) * | 2009-01-08 | 2010-07-15 | Technische Universität Wien | Einrichtung zur ftir-absorptionsspektroskopie |
US8872117B2 (en) | 2009-01-08 | 2014-10-28 | Technische Universitaet Wien | Device for FTIR absorption spectroscopy |
WO2022089976A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Inov8 Systems Limited | Self cleaning optical probe |
GB2600454B (en) * | 2020-10-30 | 2023-05-10 | Inov8 Systems Ltd | Self cleaning optical probe |
WO2022185027A1 (en) * | 2021-02-17 | 2022-09-09 | Ttp Plc. | Optical analysis system for analysing biological processes |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69915851T2 (de) | Optischer sensor mit gestapelten dielektrischen schichten | |
DE19856591C2 (de) | Vorrichtung zur spektroskopischen Analyse eines fluiden Mediums mittels abgeschwächter Reflexion | |
EP0655128B1 (de) | Spektroskopische systeme zur analyse von kleinen und kleinsten substanzmengen | |
DE69331188T2 (de) | Vorrichtung und verfahren zur molekularen charakterisierung | |
DE4333560A1 (de) | Vorrichtung zur kontinuierlichen spektroskopischen Analyse nach dem Prinzip der abgeschwächten Totalreflexion | |
DE68915141T2 (de) | Immuntestvorrichtung. | |
EP0938658A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur kombinierten absorptions- und reflektanzspektroskopie | |
DE19817738A1 (de) | Hohle optische Wellenleiter für die Spurenanalyse in wässrigen Lösungen und Gasen | |
DE69533119T2 (de) | Spektroskopische Messvorrichtung zur Analyse von Medien | |
DE2364184C3 (de) | Vorrichtung zur Messung der Trübung von Fluiden mit Licht | |
DE2818674A1 (de) | Vorrichtung zum messen von daempfungscharakteristiken und zum lokalisieren von fehlern in optischen fasern | |
DE69102425T2 (de) | Verfahren und gerät zur übertragung eines akustischen signals in einer photoakustischen zelle. | |
EP0427943B1 (de) | Faseroptischer Sensor zum Nachweis von photothermischen Effekten | |
DE3938142C2 (de) | ||
DE3306763A1 (de) | Optisches system zum leiten eines lichtflusses durch eine fluessigkeitsstrom-absorptionskuevette | |
DE2103318B2 (de) | Streuhchtphotometer | |
DE69617694T2 (de) | Wellenleitersensor für die anwendung in einem probenmedium und verfahren zur einkopplung elektromagnetischer strahlung | |
DE102021100321B4 (de) | SPR-Sensoreinheit und Verfahren zur Bestimmung des Brechungsindex eines Proben-mediums sowie Messeinrichtung zur Erfassung der Dichte eines Messmediums | |
DE3204295A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung von oberflaechenfehlern an mechanischen teilen, insbesondere an teilen mit gekruemmter oberflaeche | |
DE202022001557U1 (de) | Messkopf zur Messung der spektralen Reflexivität | |
DE19928171A1 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der optischen Schichtdicke von Beschichtungen | |
DE3024061C2 (de) | Refraktometer | |
DE102006035996A1 (de) | Optische Messsonde zur Prozessüberwachung | |
AT18115U1 (de) | Vorrichtung zur spektroskopischen Untersuchung von Fluiden | |
DE19751403A1 (de) | Kombinierte Absorptions- und Reflektanzspektroskopie zur synchronen Ermittlung der Absorption, Fluoreszenz, Streuung und Brechung von Flüssigkeiten, Gasen und Festkörpern |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: G01J 3/02 |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BAYER MATERIALSCIENCE AG, 51373 LEVERKUSEN, DE |
|
8131 | Rejection |