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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Vorrichtungen und Verfahren
zum Überwachen
des Vorhandenseins oder der Konzentrationen von Additiven in bezug
auf natürliche
oder industrielle Wassersysteme. Genauer gesagt bezieht sich die
vorliegende Erfindung auf ein modulares Fluorometer, das verwendet
werden kann, um ein oder mehrere Fluorophore im Wasser eines natürlichen
oder industriellen Wassersystems zu detektieren.
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Die
Verwendung von Fluorophoren in industriellen Wassersystemen oder
generell in der Hydrologie ist bekannt. Auch ist die Verwendung
von inerten Fluoroszenz-Indikatoren zum Ermitteln der hydraulischen
Verluste in einem industriellen Wassersystem bekannt. Des weiteren
ist die Verwendung von Fluoroszenz-Indikatoren zum Steuern der Additiv-
oder Produktdosierung für
ein rezirkulierendes Kühlwassersystem
oder ein Kühlwassersystem
mit einmaligem Durchfluß bekannt
(siehe US-PS 4 783 314). Bei diesem Verfahren wird ein Fluoroszenz-Indikator
mit einem oder mehreren Additiven in einem bekannten Verhältnis des
Indikators zum Additiv (zu den Additiven) kombiniert, wonach das
Gemisch dem Wasser eines Kühlsystems
zugesetzt wird. Ein Fluorometer findet dann Verwendung, um das Vorhandensein
und die Konzentration des Fluoroszenz-Indikators im Kühlwasser
und somit das Vorhandensein und die Konzentration der Menge des
Additives zu detektieren.
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Bei
einem Fluorometer (Fluoroszenzmesser) handelt es sich um eine analytische
Vorrichtung, die im wesentlichen eine Lichtquelle, eine Einrichtung zum
Auswählen
des gewünschten
Erregungswellenbereiches, eine Probenzelle, eine Einrichtung zum Auswählen des
gewünschten
Emissionswellenlängenbereiches
und einen Detektor umfasst. Bei einem Spektrofluororometer handelt
es sich um eine spezielle Art von Fluorometer, bei dem die Einrichtung
zum Auswählen
des Erregungs- und/oder Emissionswellenlängenbereiches von einem Beugungsgitter
gebildet wird. Ein Beugungsgitter dient dazu, ein Kontinuum von
Licht in seine Komponenten zu dispergieren.
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Spektrofluorometer
können
weiter in Abtastspektrofluorometer, bei denen eine mechanische Einrichtung
zum Abtasten des Wellenlängenspektrums
auf der Basis der Position des Gitters relativ zur Erregungsquelle
und/oder Emission Verwendung findet (dies beschreibt ein Standardlabormodell-Fluorometer),
oder feste Spektrofluorometer unterteilt werden, bei denen das Gitter
relativ zur Emission fest ist. Die Emission (Fluoreszenz) wird dann
auf eine Reihe von Detektoren gerichtet. Bei der Reihe der Detektoren
kann es sich um ladungsgekoppelte Vorrichtungen, üblicherweise
als "CCD" abgekürzt, oder
um Fotodioden handeln. Die Detektoren werden dann in den geeigneten
Wellenlängeneinheiten
kalibriert. Eine derartige handelsübliche Vorrichtung ist von
der Firma Ocean Optics (erhältlich
von Drysdale and Associates Inc., P.O. Box 44055, Cincinnati, OH
45244 (513) 831-9625) erhältlich.
Diese Art von festem Spektrofluorometer macht noch die geeignete
Erregungswellenlängenauswahlvorrichtung
erforderlich, bei der es sich um ein Abtastgitter oder ein Filter
handeln kann.
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Die
Fluorometer, die für
den Einsatz unter praktischen Bedingungen am geeignetsten sind,
sind keine Gitter-Spektrofluorometer,
sondern Fluorometer auf Filterbasis. Bei einem Fluorometer auf Filterbasis
findet ein Filter Verwendung, um alle anderen Wellenlängenbereiche
außer
dem ausgewählten Wellenlängenbereich
auszuschließen.
Die meisten gegenwärtig
erhältlichen
Fluorometer auf Filterbasis besitzen einen Kanal, wobei dieser Kanal
eine optisch geeignete Zelle enthält.
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Eine
Lichtquelle und ein optionales Erregungsfilter sind auf einer Seite
der optisch geeigneten Zelle angeordnet, während ein Emissionsdetektor
und ein Emissionsfilter auf der gegenüberliegenden Seite der optisch
geeigneten Zelle angeordnet sind. Ein Referenzdetektor kann wahlweise
vorhanden sein. Da Fluoreszenz isotrop ist, detektieren die meisten
Fluorometer jedes Fluoreszenzlicht, das vom Fluorophor unter einem
Winkel von 90° von
der Lichtquelle emittiert wurde, um das Einfangen von irgendwelchem
falschen Erregungslicht zu minimieren.
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Das
Erregungsfilter ermöglicht,
daß Licht des
ausgewählten
Erregungswellenbereiches durch das Filter und in die Zelle dringt.
Wenn ein Off-line-Chargentest durchgeführt wird, wird eine Wasserprobe
von einem natürlichen
oder einem industriellen Wassersystem in der optisch geeigneten Zelle
angeordnet und in dieser gehalten. Wenn ein On-line-Test durchgeführt wird,
fließt
die Wasserprobe durch die optisch geeignete Zelle. Das Licht wird von
dem in der Wasserprobe vorhandenen Fluorophor absorbiert, das danach
Fluoreszenzlicht (hiernach als Fluoreszenzsignal angegeben) mit
der gleichen oder einer längeren
Wellenlänge
als das Erregungslicht emittiert. Das Emissionsfilter, das zwischen
dem Emissionsdetektor und der optisch geeigneten Zelle angeordnet
ist, ist so ausgewählt,
daß es nur
dem von Fluorophor (dem Fluoreszenzsignal des Fluorophors) emittierten
Licht ermöglicht,
durch das Filter zum Emissionsdetektor zu dringen.
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Eine
Beschränkung
der gegenwärtig
erhältlichen
Fluorometer auf Filterbasis besteht darin, daß der größte Teil hiervon nur in der
Lage ist, eine einzige Fluorophor-Spezies zu detektieren. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch
den Einsatz einer Fotodiode die Verwendung eines Emissionsfilters
erforderlich ist, das so speziell ausgebildet ist, daß es den Durchtritt
des von einem einzigen Fluorophor emittierten Fluoreszenzsignales
ermöglicht.
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Die
Detektion einer Vielzahl von Fluorophor-Spezies kann wichtig sein,
da es oft wünschenswert
ist, eine Vielzahl von Additiven oder Chemikalien oder inerten Fluoreszenz-Indikatoren dem industriellen
Wassersystem zuzusetzen.
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Ein
anderer Grund für
den Bedarf nach einem Fluorometer, das in der Lage ist, mehr als
ein Fluoreszenzsignal zu messen, besteht darin, daß bestimmte
Fluoreszenzsignale, die von bestimmten nichtinerten Fluorophoren
emittiert werden, so ausgebildet sind, daß sie sich in Abhängigkeit
von Wechselwirkungen mit anderen Komponenten eines industriellen
Wassersystems verändern.
Daher macht eine Analyse der unterschiedlichen Fluoreszenzsignale, die
von einem einzigen Fluorophor emittiert wurden, die Verwendung einer
Vielzahl von gegenwärtig
bekannten Fluorometern erforderlich.
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Die
Verwendung einer Vielzahl von gegenwärtig bekannten Fluorometern
ist jedoch teuer und stellt sehr oft keine praktische, auf dem Sachgebiet akzeptable
Lösung
für dieses
Problem dar. Diverse andere praktische Lösungen für dieses Problem sind nachfolgend
aufgeführt.
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Es
sind Fluorometer bekannt, bei denen es sich um "Mehrfachsignal-Detektor-Einkanal"-Fluorometer handelt.
Diese Fluorometer besitzen einen Kanal mit mehr als einem Satz von
Lichtquellen/Filter-Detektoren und sind somit in der Lage, mehr
als ein Fluoreszenzsignal in einer Wasserprobe zu messen. Ein derartiger
Typ eines "Mehrfachsignal-Detektor-Einkanal"-Fluorometers besitzt
keine einzelne Fotodiode, sondern eine Fotodiodenreihe. Das Problem hierbei
ist jedoch die Tatsache, daß Fotodiodenreihen
teuer und zerbrechlich sind, wenn sie in einer industriellen Umgebung,
wie beispielsweise einem Kühlturm
oder einem Wasserkesselsystem, verwendet werden. Daher zögern viele
Betreiber von industriellen Wassersystemen, derartig teure und zerbrechliche
Ausrüstungsteile
in einer feindlichen Umgebung einzusetzen. Infolgedessen wurden
die Betreiber in bestimmten Fällen
dazu gezwungen, eine Reihe von unterschiedlichen Fluorometern für ein einziges
industrielles Wassersystem zu verwenden. Dieses Verfahren ist jedoch
aufgrund der Größe, der Kosten
und des Umfangs der erforderlichen Fluorometer nachteilig.
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Eine
spezielle Art eines "Mehrfachsignal-Detektor-Einkanal"-Fluorometers ist
beschrieben in "Improved
Multilaser/Multiparameter Flow Cytometer for Analysis and Sorting
of Cells and Particles",
von Steinkamp et al., Rev. Sci. Instrum. (1991), 62 (11), 2751-64.
Das in dieser Veröffentlichung
beschriebene Fluorometer macht jedoch teure und zerbrechliche Komponenten
erforderlich. Daher ist dieses Fluorometer auf dem Sachgebiet nicht
geeignet oder nicht praktisch einsetzbar.
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Die
praktische Schwierigkeit bei der Verwendung dieser zur Verfügung stehenden
Fluorometer auf Filterbasis besteht darin, daß die Fluorometer nur das messen
können,
was für
die Messung eingestellt wurde. Wenn einmal die Lichtquelle, der
Detektor und die Filter eingestellt worden sind, benötigt man Zeit
und Anstrengungen, um eines dieser Elemente zu verändern, damit
das Fluorometer auch Fluoreszenzsignale bei anderen Lichtwellenlängen messen kann.
Die Veröffentlichung
DD 242 869 A beschreibt ein
Fluorometer, bei dem nur ein Kanal vorhanden ist, durch den eine
Wasserprobe fließt.
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Infolge
der festgestellten Mängel
der vorhandenen Fluorometer besteht ein Bedarf nach einem verbesserten
Fluorometer, das in der Lage ist, ein oder mehrere Fluorophore unter
Verwendung einer einzigen Vorrichtung zu detektieren, und das die
Fähigkeit
besitzt, die Operationseinrichtung des Fluorometers rasch zu verändern, so
daß die
gewünschten Fluoreszenzsignale
detektiert werden können.
Des weiteren besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Detektieren
von einem oder mehreren Fluorophoren in einem System, bei dem ein
derartiges einziges Fluorometer Verwendung findet.
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Bei
der beanspruchten Erfindung handelt es sich um ein modulares Fluorometer,
das umfasst:
Von mindestens zwei modularen Fluorometereinheiten
bis zu nicht mehr als 16 modularen Fluorometereinheiten, wobei jede
modulare Fluorometereinheit aufweist:
Einen Kanal, der eine
optisch geeignete Zelle besitzt, durch die eine Wasserprobe fließt;
eine
Lichtquelle, die außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
ein optionales
Erregungsfilter, das zwischen der Lichtquelle und der optisch geeigneten
Zelle angeordnet ist;
einen Referenzdetektor, der außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
einen Emissionsdetektor,
der außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
ein optionales
Emissionsfilter, das in dem Emissionsdetektor und der optisch geeigneten
Zelle angeordnet ist;
wobei die optisch geeigneten Zellen,
durch die die Wasserprobe fließt,
so ausgerichtet sind, daß nur
ein Kanal im Fluorometer vorhanden ist, durch den eine Wasserprobe
fließt.
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Ferner
wird ein Verfahren zum Detektieren des Vorhandenseins von einer
oder mehreren Fluorophor-Spezies in einer Wasserprobe beansprucht, wobei
jede der Fluorophor-Spezies Licht mit unterschiedlichen Emissionsspektren
emittiert, nachdem die Probe mit von unterschiedlichen Erregungsspektren
definiertem Licht beleuchtet wurde, wobei das Verfahren die folgenden
Schritte umfasst:
- a) Vorsehen des modularen
Fluorometers nach Anspruch 1, wobei das modulare Fluorometer ausreichende
Einheiten besitzt, um das Vorhandensein einer jeden Fluorophor-Spezies
in der Wasserprobe zu detektieren;
- b) Bewegen einer Wasserprobe, die die Fluorophoren enthält, durch
jede entsprechende optisch geeignete Zelle;
- c) Beleuchten der Wasserprobe mit der entsprechenden Lichtquelle
in jeder Einheit;
- d) Detektieren einer jeden Fluorophor-Spezies durch Detektieren
der Emissionsspektren mit den entsprechenden Emissionsdetektoren
in jeder Einheit.
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Die
beanspruchte Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Steuern
eines industriellen Wassersystems, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß es
die folgenden Schritte umfasst:
- a) Verwenden
des modularen Fluorometers nach Anspruch 1, wobei das modulare Fluorometer
des weiteren eine Steuereinheit aufweist, die isolierte Analogeingänge besitzt,
so daß die
Steuereinheit in der Lage ist, die vom modularen Fluorometer vorgesehenen
gemessenen Fluoreszenzsignale und Eingangssignale von anderen analytischen Vorrichtungen
zu verwenden, um ein industrielles Wassersystem zu steuern;
- b) Bewegen einer Wasserprobe, die die Fluorophore enthält, durch
jede optisch geeignete Zelle;
- c) Beleuchten der Wasserprobe mit der entsprechenden Lichtquelle
in jeder Einheit;
- d) Detektieren einer jeden Fluorophor-Spezies durch Detektieren
der Emissionsspektren mit den entsprechenden Emissionsdetektoren
in jeder modularen Fluorometereinheit; und
- e) Verwenden der gemessenen Fluoreszenzsignale, die vom modularen
Fluorometer zur Verfügung
gestellt und von anderen analytischen Vorrichtungen eingegeben wurden,
um ein industrielles Wassersystem zu steuern.
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Die
Zeichnungen wurden mit der Anmeldung nicht eingereicht.
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Es
folgt nun eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine auseinandergezogene Ansicht einer
Einheit eines erfindungsgemäß ausgebildeten modularen
Fluorometers;
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2 eine auseinandergezogene Ansicht eines
erfindungsgemäß ausgebildeten
modularen Fluorometers, bei dem vier Einheiten vorhanden sind;
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3 eine schematische Darstellung des Steuersystems
der vorliegenden Erfin dung, wobei die Steuereinheit in dieser Figur
als "Black Box" dargestellt ist;
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4 eine auseinandergezogene Ansicht einer
zweiten Ausführungsform
einer Einheit eines Modul-Fluorometers, das erfindungsgemäß ausgebildet ist;
und
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5 ein Diagramm einer "verbesserten Steuerung eines modularen
Fluorometers unter Verwendung von zwei Fluorometersignalen", bei dem auf der
y-Achse die "Fluorophor-Konzentration
in ppm" und auf
der x-Achse die "Zeit" aufgetragen sind.
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In
dieser Patentanmeldung haben die folgenden Worte die folgenden angegebenen
Bedeutungen:
Bei einem "Fluorophor" handelt es sich
um ein Molekül,
das bei Absorption eines Energiephotons (hv), das zu einem Elektron
führt,
welches vom molekularen elektronischen Grundzustand (S0)
auf einen elektronisch erregten Zustand (S1 oder
S2 oder S3) gebracht
wird und sich danach auf den niedrigsten Schwingungszustand des
erregten Zustandes S1 entspannt, ein Energiephoton "E" (hv) emittiert, das weniger Energie
besitzt (obwohl es eine längere
Wellenlänge
aufweist) als die Energie, die absorbiert wurde. Diese Beziehung
kann durch die Gleichung E(Absorption) > E(Fluoreszenz)
deutlich werden. Diese Energieemis sion führt dazu, daß der molekulare
elektronische Zustand zum Grundzustand (S0)
zurückkehrt.
Der Gesamtprozeß führt zu einer
Emission von Fluoreszenzphotonen in einer isotropen Verteilung.
Die Fluorophoren, die von dem in Rede stehenden beanspruchten Fluorometer
detektiert werden können, müssen in
der Lage sein, Erregungslicht in den Wellenlängen von etwa 200 nm bis etwa
1.200 nm zu absorbieren und dieses mit einer größeren Wellenlänge als
das Erregungslicht zu emittieren.
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Der
Begriff "inert" betrifft das Merkmal,
das ein inertes Fluorophor von irgendeiner anderen Chemikalie im
Kühlwassersystem
oder von anderen Systemparametern, wie der metallurgischen Zusammensetzung,
der mikrobiologischen Aktivität,
der Biozidkonzentration, Temperaturveränderungen oder dem Gesamtwärmeinhalt,
nicht in beträchtlicher
oder signifikanter Weise beeinflusst wird. Die Bezeichnung "nicht beträchtlich
oder signifikant beeinflusst" bedeutet,
daß ein
inertes Fluorophor unter normalen Bedingungen, die im Kühlwassersystem
vorherrschen, nicht mehr als eine 10%-ige Änderung in seinem Fluoreszenzsignal
erfährt.
Die Bedingungen, die normalerweise im Kühlwassersystem vorherrschen, sind
dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Kühlwassersysteme bekannt.
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Der
Begriff "isotrop" bedeutet, daß bei Betrachtung
einer Komponente als Punktquelle und bei Richtung von Erregungslicht
auf die Komponente Fluoreszenzlicht gleichmäßig über 360° emittiert wird, so daß eine Kugel
in drei Dimensionen erzeugt wird. Aufgrund der isotropen Verteilung
des Fluoreszenzlichtes findet in der Praxis die Sammlung des Fluoreszenzlichtsignales üblicherweise
unter einem Winkel von 90° zur
Erregungsquelle (Photon) statt, um die gesammelten Photonen (das
Licht) zu minimieren, die auf die Erregungsquelle (Photon) zurückzuführen sind.
Dies trägt
ferner dazu bei, die Lichtstreuung zu minimieren.
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"nm" bedeutet Nanometer,
wobei es sich um 10–9 m handelt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung gegenüber dem
Stand der Technik dar, da sie robuste und kompakte modulare Fluorometer
vorsieht, die billig in der Herstellung sind und in der Lage sind,
1 bis 16 separate Fluorophore aus der gleichen Wasserprobe zu detektieren.
Diese modularen Fluorometer umfassen eine oder mehrere Einheiten,
wobei jede Einheit aufweist:
Einen Kanal, der eine optisch
geeignete Zelle umfaßt,
durch die eine Wasserprobe fließt;
eine
Lichtquelle, die außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
ein optionales
Erregungsfilter, das zwischen der Lichtquelle und der optisch geeigneten
Zelle angeordnet ist;
einen Referenzdetektor, der außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
einen Emissionsdetektor,
der außerhalb
der optisch geeigneten Zelle angeordnet ist;
ein optionales
Emissionsfilter, das zwischen dem Emissionsdetektor und der optisch
geeigneten Zelle angeordnet ist;
wobei, wenn mehr als eine
Einheit im modularen Fluorometer vorhanden ist, die optisch geeigneten
Zellen, durch die die Wasserprobe fließt, so ausgerichtet sind, daß nur ein
Kanal im Fluorometer vorhanden ist, durch den eine Wasserprobe fließt.
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In 1 ist eine modulare Fluorometereinheit 10 in
einer auseinandergezogenen Darstellung gezeigt, die eine Leiterplatteneinheit 12 aufweist, welche
an eine Steuereinheit 14 angeschlossen ist (siehe 3). Die Leiterplatteneinheit 12 besitzt
eine Öffnung 16,
die einen Korpus 18 aufnimmt. Der Korpus 18 umfaßt einen
Kanal 20 zur Aufnahme einer optisch geeigneten Zelle 22 (siehe
auch die 2 und 4).
Eine Wasserprobe fließt
durch den Kanal 20 in die optisch geeignete Zelle 22.
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Die
Leiterplatteneinheit (PCP) kann vom Durchschnittsfachmann für Leiterplatten
und Fluorometer hergestellt werden. Leiterplatteneinheiten, die für diese
Vorrichtung geeignet sind, müssen
so hergestellt werden, daß sie
eine Stromversorgung der Komponenten des Fluorometers sicherstellen,
welche Treiber für
die Erregungsquellen und Verstärker zur
Ausführung
einer Strom-Spannungs-Umwandlung und für eine Signalverstärkung von
den Fotodetektoren umfassen. Schaltungen zur Manipulation der Signale
und zum Kommunizieren der Größe der Signale
sind ebenfalls in die PCB integriert. Zusätzliche Schaltungen zum Messen
des Temperaturtransistors und/oder des Status des Strömungsschalters können vorhanden
sein.
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Der
Korpus 18 besitzt vier Seitenöffnungen 24 (von denen
nur zwei in 1 sichtbar sind), welche
koplanar angeordnet und unter 90°-Winkeln
zueinander orientiert sind, um eine Lichtquelle 26, einen Referenzdetektor 28 und
zwei Emissionsdetektoren 30 aufzunehmen, wie in 1 gezeigt. Da nur ein Emissionsdetektor 30 erforderlich
ist, ist auch eine andere Ausführungsform
einer modularen Fluorometereinheit 10J möglich, die
in 4 gezeigt ist. In 4 ist
diese Konfiguration dargestellt, die einen Emissionsdetektor 30 und
eine alternative Komponente, wie einen Temperatursensor 32,
aufweist.
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Bei
der Lichtquelle 26 handelt es sich vorzugsweise um eine
lichtemittierende Diode, die in einer Buchse 34 untergebracht
sein kann, welche sich innerhalb der entsprechenden Seitenöffnung 24 befindet.
Ein Erregungsfilter ist wahlweise bei dieser Konfiguration vorgesehen.
Gemäß 1 ist ein Erregungsfilter 36 zwischen
der Lichtquelle 26 und der optisch geeigneten Zelle 22 vorgesehen.
Die Buchse 34 wird von einer Stellschraube 38 gesichert.
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Lichtemittierende
Dioden (LEDs) sind im Handel erhältlich
von der Firma Nichia Corporation, 3775 Hemplan Road, Mountville,
PA, 17554 USA, (717) 285-2323.
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Wenn
der Spektralbereich der Lichtquelle 26 ausreichend schmal
oder monochromatisch ist oder die Fluorophor-Stokes-Verschiebung ausreichend groß ist, so
daß keine
spektrale Überlappung
zwischen dem Erregungslichtspektrum der Lichtquelle und dem Emissionsspektrum
des Fluorophors vorhanden ist, ist das Erregungsfilter 36 optional.
Die monochromatische Lichtquelle kann von einem Laser gebildet werden.
Laser sind im Handel erhältlich von
der Firma Nichia.
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Ein
Referenzdetektor 28 ist außerhalb der optisch geeigneten
Zelle 22 angeordnet. Vorzugsweise ist der Referenzdetektor 28 direkt
gegenüber
der Lichtquelle 26 ausgerichtet. Eine zweite Buchse 40 findet
Verwendung, um den Referenzdetektor 28 innerhalb der Seitenöffnung 24 und
benachbart zur optisch geeigneten Zelle 22 an Ort und Stelle
zu halten. Eine zweite Stellschraube 38A hält die zweite
Buchse 40 an Ort und Stelle. Emissionsdetektoren 30 sind koplanar
zur Lichtquelle 26 und zum Referenzdetektor 28 angeordnet.
Vorzugsweise können
die Emissionsdetektoren 30 unter Winkeln von 2° bis 179° relativ
zur Lichtquelle 26 und relativ zum Referenzdetektor 28 angeordnet
sein. Vorzugsweise sind die Emissionsdetektoren 30 unter
einem Winkel von etwa 90° relativ
zur Lichtquelle 26 und zum Referenzdetektor 28 angeordnet.
Die Detektoren 30 werden innerhalb der Seitenöffnungen 24 über dritte
Buchsen 42 an Ort und Stelle gehalten. Ein optisches Filter 44 ist
zwischen jedem Detektor 30 und der optisch geeigneten Zelle 22 angeordnet.
Dritte Stellschrauben 38B halten die dritten Buchsen 42 an
Ort und Stelle.
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Bei
den Referenzdetektoren und Emissionsdetektoren handelt es sich vorzugsweise
um Fotodioden, die von der Firma Hamamatsu Corporation, 360 Foothill
Road, Bridgewater, NJ 08807, (800) 524-0504 erhältlich sind.
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Im
Gegensatz zu der in 1 gezeigten Dualdetektorkonfiguration
kann auch ein einziger Detektor 30 Verwendung finden. Wenn
ein einziger Detektor 30 verwendet wird, wie in 4 gezeigt, kann die verbleibende Seitenöffnung 24 unbenutzt
bleiben oder einen Temperatursensor 32 oder eine andere Komponente
aufnehmen. Gemäß 4 findet eine vierte Buchse 46 Verwendung,
um den Temperatursensor 32 innerhalb der Seitenöffnung 24 an
Ort und Stelle zu halten. Eine vierte Stellschraube 38C findet Verwendung,
um die vierte Buchse 46 zu halten.
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Wie
die 1 und 4 zeigen,
finden Befestigungselemente 48, Unterlegscheiben A 50 und
Einsätze 52 Verwendung,
um die Leiterplatteneinheit 12 am Korpus 18 zu
befestigen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Befestigungselemente 48 von
Schrauben gebildet und sind die Referenzdetektoren 28 und
Emissionsdetektoren 30 Fotodioden. Der Temperatursensor 32 kann
irgendein handelsüblicher
Temperatursensor sein. Vorzugsweise ist der Temperatursensor 32 ein
Transistor. Transistoren sind erhältlich von der Firma Digi-key
Corporation, 701 Brooks Avenue South, Thief River Falls, MN 56701-0677,
(800) 344-4539.
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Wie
in 2 gezeigt, können modulare Fluorometereinheiten 10 gemäß den 1 und 4 eine über der
anderen gestapelt werden, um ein modulares Fluorometer 60 zu
bilden, das eine bis 16 unterschiedliche Fluorophor-Spezies einzeln
oder gleichzeitig detektieren kann. Die Beschränkung auf 16 unterschiedliche
Fluorophor-Spezies basiert auf der Tatsache, daß das Spektrum, das die Erregungswellenlängen und
Emissionswellenlängen
von etwa 200 nm bis etwa 1.200 nm begleitet, praktisch nur in ein Maximum
von etwa 16 separaten Segmenten unterteilt werden kann, das unter
Verwendung des beanspruchten Fluorometers separat detektiert werden kann.
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Wie
in 2 gezeigt, sind eine erste modulare
Fluorometereinheit 10a, eine zweite modulare Fluorometereinheit 10b,
eine dritte modulare Fluorometereinheit 10c und eine vierte
modulare Fluorometereinheit 10d übereinander gestapelt. Die
erste modulare Fluorometereinheit 10a, die zweite modulare Flurometereinheit 10b,
die dritte modulare Flurometereinheit 10c und die vierte
modulare Flurometereinheit 10d enthalten alle zwei Emissionsdetektoren 30, wobei
jeder Emissionsdetektor 30 hinter einem optischen Filter 44 angeordnet
ist. Jedes optische Filter 44 ist in der Lage, einen Durchtritt
eines unterschiedlichen Lichtspektrums mit einer unterschiedlichen maximalen
Wellenlänge
durch das optische Filter 44 zum Emissionsdetektor 30 zu
ermöglichen,
so daß daher
das modulare Fluorometer 60 acht unterschiedliche Flurophore
detektieren kann.
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Somit
ist die in 2 dargestellte Ausführungsform
in der Lage, in Abhängigkeit
von der speziellen verwendeten Anordnung ein bis acht unterschiedliche
Fluorophore zu detektieren. Beispielsweise erfordert die Messung
von zwei Flurophoren mit der gleichen modularen Fluorometereinheit,
daß die
Erregungsspektren für
jedes Fluorophor ähnlich sind.
Natürlich
können
zu dem modularen Fluorometer 60 weitere Molekularfluorometereinheiten 10 hinzugefügt werden,
um die Zahl der Fluorophorspezies, die das modulare Fluorometer 60 detektieren kann,
zu erhöhen.
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Die
Fluorometereinheiten sind an der Steuereinheit 14 über geeignete
Befestigungselemente (nicht gezeigt) montiert. Ein Dichtungsring
(nicht gezeigt) ist zwischen dem modularen Fluorometer 60 und
der Steuereinheit 14 angeordnet.
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Die
Steuereinheit 14 ist von der Firma Tecnova, 1486 St. Paul
Ave. Gurnee, IL 60031 (847) 662-6260 erhältlich.
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Das
modulare Fluorometer 60 ist ferner mit der Steuereinheit 14 über ein
Kommunikationskabel (nicht gezeigt) verbunden, das eine elektronische Kommunikation
der Steuereinheit 14 mit jeder modularen Fluorometereinheit 10 ermöglicht.
Ein geeignetes Kommunikationsprotokoll muß ausgewählt werden, um das modulare
Fluorometer 60 zu betreiben. Geeignete Standardkommunikationsprotokolle sind beispielsweise
RS-232, I2C, CAN, TCP/IP sowie ein standardmäßiges RS-485
serielles Kommunikationsprotokoll. Das bevorzugte Kommunikationsprotokoll ist
ein Standard RS-485 serielles Kommunikationsprotokoll. Es ist auch
möglich,
zwischen dem modularen Fluorometer 60 und der Steuereinheit 14 ein drahtloses
Kommunikationsprotokoll zu verwenden. Ein derartiges geeignetes
drahtloses Kommunikationsprotokoll ist Bluetooth.
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Unabhängig von
der Anzahl der modularen Fluorometereinheiten 10, die im
modularen Fluorometer 60 enthalten sind, ist jede modulare
Fluorometereinheit 10 unter Verwendung des Kommunikationskabels
(nicht gezeigt) in Reihe geschaltet, wobei das Kommunikationskabel
am Anschluß 112 an
die Leiterplatte 12 angeschlossen ist. 2 zeigt
eine mögliche
Konfiguration mit vier modularen Fluorometereinheiten 10a, 10b, 10c und 10d.
Jede modulare Fluorometereinheit 10a, 10b, 10c und 10d ist
seriell an das einzige Kommunikationskabel (nicht gezeigt) angeschlossen.
Das Kommunikationskabel ist am ersten Anschluß 112a, zweiten Anschluß 112b,
dritten Anschluß 112c und
vierten Anschluß 112d befestigt.
Das Kommunikationskabel endet an einem der Eingänge zur Steuereinheit 14,
wie vorstehend beschrieben.
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In
allen Fällen,
die für
das modulare Fluorometer 60 in Frage kommen, enthält das Kommunikationskabel
(nicht gezeigt), das zum Anschließen einer jeden modularen Fluorometereinheit 12 an
die Steuereinheit 14 verwendet wird, einen Verbinder (nicht
gezeigt) für
jede vorhandene modulare Fluorometereinheit sowie einen zusätz lichen
Verbinder (nicht gezeigt) zum Anschließen des Kommunikationskabels
an die Steuereinheit 14. Bei einer bevorzugten Konfiguration,
bei der das modulare Fluorometer 60 aus vier modularen
Fluorometereinheiten 12 besteht, hat das Kommunikationskabel
(nicht gezeigt) fünf
Verbinder (nicht gezeigt).
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Gemäß 2 sind die erste modulare Fluorometereinheit 10a,
die zweite modulare Flurometereinheit 10b, die dritte modulare
Flurometereinheit 10c und die vierte modulare Flurometereinheit 10d zwischen
einem oberen Gehäuse 54 und
einem unteren Gehäuse 56 angeordnet.
Die optisch geeignete Zelle 22 schneidet jedes obere Gehäuse 54 und
untere Gehäuse 56.
Um die diversen elektrischen Komponenten des modularen Flurorometers 60 zu
schützen,
sind primäre
Dichtungen bei 62 und sekundäre Dichtungen bei 64 vorgesehen.
Die primären
Dichtungen 62 und die sekundären Dichtungen 64 werden
von einer Dichtungsmanschette 66 gehalten. Ein O-Ring 68 ist
vorgesehen, um eine Dichtung zwischen einem Halter 58 und
dem oberen Gehäuse 54 zu
bilden.
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Der
Kanal 20A bis Kanal 20B erstreckt sich von oben
nach unten durch das gesamte modulare Fluorometer 60. Der
obere Kanal 20A schneidet das obere Gehäuse 54. Der untere
Kanal 20B schneidet auch das untere Gehäuse 56.
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Optisch
geeignete Zellen 22 sind in jeder modularen Fluorometereinheit
vorhanden.
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Adapterplatten 70 sind
zwischen benachbarten modularen Fluorometereinheiten 10a und 10b, 10b und 10c und 10c und 10d angeordnet.
Bei 72 gezeigte Dichtungen sind auf jeder Seite der ersten
Leiterplatte 12a, zweiten Leiterplatte 12b, dritten
Leiterplatte 12c und vierten Leiterplatte 12d vorgesehen, um
eine Dichtung zwischen den Leiterplatten und dem oberen Gehäuse 54,
unteren Gehäuse 56 oder einer
Adapterplatte 70 zu bilden. Ein Rückschlagventil 74 ist
vorgesehen, um die Einführung
von Reinigungs- und/oder Kalibrierungsmitteln zu ermöglichen.
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Das
modulare Flurometer 60 wird von einer Vielzahl von mit
Gewinde versehenen Befestigungselementen 76 zusammengehalten.
Befestigungselemente mit Innengewinde 80 finden Verwendung,
um den Halter 58 am oberen Gehäuse 54 zu befestigen. Gewindebolzen 78 finden
Verwendung, um das modulare Fluorometer 60 an der Steuereinheit 14 zu
befestigen (siehe die 2 und 3).
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Der
obere Kanal 20A erstreckt sich durch eine Fließzelle 82,
die im Halter 58 über
die ersten O-Ringe 84 abgedichtet ist. Eine Kugel 86 ist
in der Fließzelle 84 angeordnet.
Vorzugsweise besteht die Kugel 86 aus mit Nickel beschichtetem
Messing. Der zweite O-Ring 88 findet Verwendung, um eine
Dichtung zwischen den Elementen 80 mit Innengewinde und
der Unterseite des Halters 58 vorzusehen. Bei 90 gezeigte
Unterlegscheiben B sind zwischen den Befestigungselementen 76 und
dem oberen Gehäuse 54 angeordnet.
Die Befestigungselemente 76 stehen mit Gewindeeinsätzen 92 in
Verbindung.
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Die
in 2 gezeigte Konstruktion des modularen
Fluorometers 60 kann über
eine Vielzahl von Verfahren und Ausführungsformen verwirklicht werden,
von denen nur eine in 2 gezeigt ist.
Die bevorzugte Konfiguration hiervon ist in 3 dargestellt.
Bei dieser Konfiguration lassen die Fließzelle 82 und die
Kugel 86 keinen richtigen Strömungsmitteldurchfluß durch
das Fluorometer zu, wenn dieses umgedreht ist. Sollte jedoch das
modulare Fluorometer 60 vollständig umgedreht oder unter irgendeinem Winkel
zwischen 0° und
360° gekippt
sein, ist es immer noch in der Lage zu funktionieren, wenn ein Durchflussventilregler
vorgesehen wird, der schwerkraftunabhängig ist. Solche Fließzellenregler
sind bekannt.
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Wie
man 3 entnehmen kann, ist das modulare
Fluorometer 60 (in dieser Figur als "Black box" gezeigt) an die Steuereinheit 14 angeschlossen,
wie vorstehend beschrieben. Das Ausgangssignal 94 von der
Steuereinheit 14 kann wiederum einer Vielzahl von Vorrichtungen
zugeführt
werden, die Pumpen, welche das Kühlsystem
steuern, oder elektrisch betätigte
Ventile umfassen können.
Ferner kann ein Prozesswasserstrom 122 an einer Vielzahl
von Punkten, die mit 96a, 96b und 96c gekennzeichnet
sind, gesammelt werden, um der Steuereinheit 14 zusätzliche
Informationen zu liefern, wie den pH-Wert, die Gesamtmenge der gelösten Feststoffe,
die Leitfähigkeit
oder das Oxidations-Reduktions-Potential des Prozeßwassers.
Diese Informationen können
zusätzlich
zu den vom modularen Fluorometer 60 gelieferten Informationen
von der Steuereinheit 14 zum Steuern des Wassers des industriellen
Wassersystems verwendet werden.
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In
der Steuereinheit 14 sind ferner Vorkehrungen für isolierte
Mehrfach-Analog-Eingänge
getroffen. Diese Eingänge
liefern Informationen ihrer Signalgröße über 4-20 mA Anschlüsse. Die
von den Analogeingängen
gelesenen Signale können
in der Steuerlogik der Steuereinheit 14 Verwendung finden, um
für zusätzliche
Steuerniveaus eines industriellen Wassersystems zu sorgen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
hat die Steuereinheit 14 20 getrennte Analogeingänge (nicht
gezeigt).
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Wie
vorstehend erläutert,
hat die Steuereinheit die Fähigkeit,
Signale zu verarbeiten, die über eine
40-20 mA-Verbindungsleitung
zur Verfügung stehen.
Diese Signale müssen
nicht vom Fluorometer kommen, sondern können auch auf irgendwelche anderen
analytischen Vorrichtungen zurückgehen. Daher
ist die Steuereinheit auch in der Lage, Signale von analytischen
Vorrichtungen zu verarbeiten, die Systemfaktoren messen, welche
die folgenden Faktoren umfassen, jedoch hierauf nicht beschränkt sind:
pH-Wert;
Leitfähigkeit;
Oxidations-Reduktions-Potential
oder "ORP";
Chemische Überwachungen
für Spezies,
wie Calcium, Magnesium, Gesamthärte,
Eisen, Kupfer, Chlorid, Sulfat, Mangan, Aluminium, Siliciumoxid,
Alkalinität
und Ammoniak; Zusätzliche
chemische Überwachungen
von aktiven Behandlungssubstanzen, wie Dispersionspolymer, Zink,
Molybdat, Phosphat, kondensierte anorganische Phosphate, Phosphonate und
Triazole;
Trübung;
Gesamte
suspendierte Feststoffe;
Prozesslecks;
Freies restliches
und gesamtes Oxidationsmittel/Halogen/Chlor;
Wassertemperaturen;
Prozessseitentemperaturen
an verschiedenen Stellen im System;
Fluiddurchsätze auf
der Wasserseite und/oder Prozeßseite;
Fluidgeschwindigkeiten;
Fluiddrücke und
Differenzdrücke
auf der Wasserseite und/oder Prozessseite;
Bestand an Chemikalien/Gebrauch;
Chemische
Pumpraten;
Leerblasraten;
Ergänzungswasserraten;
Korrosionsüberwachungen;
und
Verschmutzungs/Ablagerungsüberwachungen;
Mikrobiologische
Indikatoren; und
Lichtabsorption von Substanzen im Wasser.
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Zusätzlich zu
den Analogeingängen
hat die Steuereinheit eine ausreichende Anzahl von Analogausgängen, so
daß sie
auch andere Einrichtungen neben dem Fluorometer steuern kann. Daher
kann die Steuereinheit ein gesamtes industrielles Wassersystem betreiben.
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Eine
zweite Steuereinheit 98 kann wahlweise verwendet werden,
um den Anteil von Additiven zu steuern, die dem Prozeßwasser
zugesetzt werden. Falls eine zweite Steuereinheit 98 verwendet
wird, kann auch diese an die Steuereinheit 14 angeschlossen
werden. Vorzugsweise steuert die zweite Steuereinheit 98 ein
inertes TRASAR®-System,
wobei dieses System von der Firma Nalco Chemical Company, One Nalco
Center, Naperville IL 60563, (630) 305-1000 erhältlich ist.
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Daher
stellt die vorliegende Erfindung eine Einrichtung zum Detektieren
und Überwachen
des Vorhandenseins einer Vielzahl von Fluorophoren in einem industriellen
Wassersystem unter Verwendung einer modularen Fluorometervorrichtung
zur Verfügung.
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Was
die Beschreibung der Fluorophore anbetrifft, die vom beanspruchten
Fluorometer detektiert werden können,
so muß darauf
hingewiesen werden, daß das
Fluorophor, damit es vom beanspruchten modularen Fluorometer detektiert
werden kann, in der Lage sein muß, Licht im Wellenlängenbereich
von etwa 200 nm bis etwa 1.200 nm zu absorbieren und dieses mit
einer geringfügig
kürzeren Wellenlänge zu emittieren.
Vorzugsweise absorbieren die Fluorophore Licht in einem Wellenlängenbereich
von etwa 350 nm bis etwa 800 nm.
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Jede
modulare Fluorometereinheit 10 ist kompakt, billig in der
Herstellung und robust. Bei jeder modularen Fluorometereinheit 10 sind
die Emissionsdetektoren 30 vorzugsweise Fotodioden, die Lichtquellen 26 vorzugsweise lichtemittierende
Dioden und die Referenzdetektoren 28 ebenfalls vorzugsweise
Fotodioden. Wie in 2 gezeigt, können eine
bis 16 modulare Fluorometereinheiten 10 aufeinandergestapelt
werden, und wie in den 1 und 4 gezeigt, kann jedes Fluorometer 10 einen
oder zwei optische Detektoren 30 aufweisen.
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Die
Einstellung des Fluorometers in bezug auf die Erregung und Emission
sowie das Filter liegt im Bereich der Kenntnisse eines Durchschnittsfachmanns
auf dem Gebiet der Fluorometrie.
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Das
hier beanspruchte modulare Fluorometer kann mit Wasser aus irgendeinem
Wassersystem Verwendung finden, einschließlich natürlichem Wasser und Wasser von
industriellen Wassersystemen. Industrielle Wassersysteme umfassen
Kühlturmwassersysteme
(einschließlich
Systeme mit offener Rezirkulation, geschlossene Systeme und Systeme
mit einem Durchlauf), Ölbohrlöcher, Bohrlocheinrichtungen,
geothermische Bohrlöcher
und andere Ölfeld-Anwendungsbereiche,
Kessel und Kesselwassersysteme, Prozesswässer zur Aufbereitung einschließlich Waschen,
Flotation und Anreicherung, Papierkocher, Wäscher, Bleichanlagen und Abwassersysteme,
Schwarzlaugenverdampfer in der Zellstoffindustrie, Gaswäscher und
Luftwäscher,
kontinuierliche Gießprozesse
in der metallurgischen Industrie, Klimaanlagen und Kälteanlagen,
industrielles Prozeßwasser
und Petroleum-Prozeßwasser,
Kühl- und
Heizwasser mit indirektem Kontakt, wie Wasser zur Pasteurisierung,
Wasserwiederaufbereitungssyteme und Reinigungssysteme, Membranfiltrationswassersysteme,
Nahrungsmit telbehandlungsströme (Fleisch,
Gemüse,
Zuckerrüben,
Zuckerrohr, Getreide, Geflügel,
Früchte
und Sojabohnen) und Abwasserbehandlungssysteme, wie beispielsweise
in Kläranlagen,
Flüssig-Fest-Anwendungen,
Behandlung von städtischem
Abwasser und industrielle oder städtische Wassersysteme.
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Der
dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Steuern eines industriellen Wassersystems unter Verwendung des
modularen Fluorometers, wobei das modulare Fluorometer des weiteren
eine Steuereinheit umfaßt
und die Steuereinheit isolierte Analogeingänge aufweist, so daß die Steuereinheit
die vom modularen Fluorometer zur Verfügung gestellten gemessenen
Fluoroszenzsignale und die anderen analogen Eingangssignale zum Steuern
eines industriellen Wassersystems verwenden kann.
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Das
beanspruchte Fluorometer und die beanspruchte Steuereinheit sind
in der Lage, ein Kühlwassersystem
zu steuern, wie es beispielsweise in der amerikanischen Patentanmeldung
09/562,397 mit dem Titel "Use
of Control Matrix for Cooling Water Systems Control" vom 1. Mai 2000
beschrieben ist.
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Das
beanspruchte Fluorometer und die beanspruchte Steuereinheit können auch
einen Kessel steuern, wie er beispielsweise in der amerikanischen Patentanmeldung
09/563,085 mit dem Titel "Use
of Control Matrix for Boiler Control" vom 1. Mai 2000, erneut eingereicht
im Dezember 2000 als amerikanische Patentanmeldung 09/737,257, beschrieben
ist.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist das modulare Fluorometer
der vorliegenden Erfindung besonders geeignet zur Durchführung des
Verfahrens, das in der amerikanischen Patentanmeldung 09/475,585
vom 30. Dezember 1999 mit dem Titel "Measurement and Control of sessile and
plantonic microbiological Activity in industrial Water Systems" beschrieben ist.
Wenn das erfindungsgemäße modulare
Fluorometer verwendet wird, um das in der amerikanischen Patentanmeldung
09/475,585 beschriebene Verfahren durchzuführen, sollte die modulare Fluorometereinheit
entweder zwei Emissionsdetektoren enthalten, um das Fluoreszenzsignal
gleichzeitig vom reagierten und nicht reagierten fluorogenen Farbstoff
zu detektieren, oder es sollten mindestens zwei modulare Fluorometereinheiten
Verwendung finden, so daß eine
modulare Fluorometereinheit das Signal vom nicht reagierten fluorogenen
Farbstoff und das andere Fluorometer das Signal vom reagierten fluorogenen
Farbstoff detektieren kann.
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Das
nachfolgende Beispiel verdeutlicht die vorliegende Erfindung und
zeigt dem Durchschnittsfachmann auf, wie die Erfindung zu erstellen
und zu gebrauchen ist. Dieses Beispiel beschränkt in keiner Weise die Erfindung
sowie deren Schutz.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Es
wurde ein standardmäßiger Laborpilotkühlturm (PCT)
ausgebildet, um die Funktion eines leichten industriellen Kühlsystems
zu simulieren. Es wurde ein chemisches Behandlungsprogramm formuliert,
das typische Kühlwasserbehandlungsspezies
enthielt. Dieses Programm bestand aus einer Kombination aus: 50
Gew.% Wasser, 4 Gew.% Phosphonobutantricarbonsäure (Natriumsalz), 3,5 Gew.% Hydroxyethylidendiphosphonsäure (Kaliumsalz),
3 Gew.% Acrylat/Acrylamidpolymer, 3 Gew.% Tolyltriazol (Natriumsalz),
0,1 Gew.% Pyrentetrasulphonsäure
(Natriumsalz) und 0,05 Gew.% Fluororescein (Natriumsalz). Diese
Lösung
wurde mit 50 % Natriumhydroxid auf einen pH-Wert von 13 eingestellt
und ohne weitere Behandlung verwendet. Der PCT wurde mit Leitungswasser
aus Chicago, Illinois, USA als Wasserergänzungsquelle betrieben, und
die Konzentrationszyklen wurden so eingestellt, daß vier Zyklen
aufrechterhalten wurden.
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Das
bei diesem Versuch verwendete modulare Fluorometer besaß zwei modulare
Fluorometereinheiten und eine Steuereinheit. Die erste modulare Fluorometereinheit
besaß eine
lichtemittierende Diode (LED) mit einer bei 365 nm zentrierten Emission bei
einem Strom von 10 mA. Es wurde ein optisches Filter 44 verwendet,
um die Fluoreszenzemission bei 405 nm auszuwählen, die danach von einem
Emissionsdetektor detektiert wurde. Ferner besaß die erste modulare Fluorometereinheit
einen Temperatursensor und einen Referenzdetektor.
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Die
zweite modulare Fluorometereinheit hatte eine lichtemittierende
Diode mit einer bei 450 nm zentrierten Emission. Bei der zweiten
modularen Fluorometereinheit fand ein optisches Filter Verwendung,
um eine Fluoreszenzemission bei 515 nm auszuwählen, die danach von einem
Emissionsdetektor 30 detektiert wurde. Auch die zweite modulare
Fluorometereinheit hatte einen Emissionsdetektor.
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Beide
modulare Fluorometereinheiten wurden unter Verwendung eines Zweipunkt-Programms kalibriert,
wobei destilliertes Wasser als Nullpunkt und eine 100 ppm-Lösung des
chemischen Behandlungsprogramms als oberer Punkt Verwendung fanden.
Die Steuereinheit wurde mit Software versehen, um die Fluoreszenz
einer jeden modularen Fluorometereinheit unabhängig zu messen. Die Steuereinheit
besaß ferner
eine ausreichende Zahl von Analogeingängen/Ausgängen, so daß sie die Zugabe eines chemischen
Produktes zum PCT unter Verwendung eines Sollwertes von 50 ± 1 ppm
auf der Basis des gemessenen Fluoreszenzsignales der Pyrentetrasulphonsäure (Natriumsalz),
gemessen von der ersten modularen Fluorometereinheit, steuern konnte.
Das Niveau des chemischen Produktes wurde unter Anwendung einer
EIN/AUS-Strategie gesteuert, wobei eine chemische Speisepumpe von
der modularen Fluorometersteuereinheit elektrisch gesteuert wurde.
Als das gemessene Fluoreszenzsignal unter 49 ppm fiel, wurde die
chemische Speisepumpe betätigt
und lief, bis das chemische Niveau 51 ppm erreichte, als die Pumpe
abgeschaltet wurde. Ferner steuerte die Steuereinheit für das modulare
Fluorometer die Schließpumpe
des PCT. Die Steuereinheit wurde so eingestellt, daß sie die
Schließpumpe
einschaltete (betätigte),
als die Prozent-Differenz zwischen den beiden fluorometrischen Signalen
größer wurde
als 15 %, und daß sie
die Pumpe ausschaltete, als die Differenz geringer war als 15 %.
Während
des Stillsetzens des Systems wurde der Wasserstand im PCT unter
Verwendung von frischem Leitungswasser aus Chicago als Ergänzungsquelle
aufrechterhalten. Als daher das System über die Schließpumpe stillgelegt
und frisches Wasser zugeführt
wurde, nahm die Gesamtkonzentration von im Volumen des Systems vorhandenem
Fluorophor ab, wie erwartet, und zwar durch die Verdünnung des
Kühlwassers
durch Frischwasser, das als Ergänzungswasser
zugeführt wurde.
Diese Abnahme führte
zur Betätigung
der Chemikalienzufuhr (Pyrentetrasulphonsäure (Natriumsalz)-Signal),
um 50 ± 1
ppm des chemischen Produktes aufrechtzuerhalten. Diese zyklische
Vorgehensweise wurde fortgesetzt, bis die geeigneten Steuerniveaus
erreicht wurden.
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Die
Steuerung des PCT ist in 5 gezeigt. Durch
die Verwendung des modularen Fluorometers konnte die Steuereinheit
die Steuerung sowohl des Signales der ersten modularen Fluorometereinheit als
auch des Signale der zweiten modulaten Fluorometereinheit mit einer
15%-igen Signaldifferenz (Signal 2 betrug 85 % von Signal 1) aufrechterhalten.
Vor Punkt A war dies der Zustand des Kühlwassersystems. Bei Punkt
A wurde eine Teilmenge von 1 mL eines 100 ppm-Bleichmittels dem
System zugesetzt.
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Durch
diese Zugabe verlor das Fluoreszenzsignal Fluoreszein, das von der
zweiten modularen Fluorometereinheit gemessen wurde. An diesem Punkt
wurde die Differenz der fluorometrischen Signale auf mehr als 15
% gebracht, so daß die
Schließpumpe
des Systems betätigt
wurde. Das System wurde stillgesetzt, und die On-line-Chemikalienzuführsteuerung
erhielt ein Produktniveau einer 50 ± 1 ppm Steuerung aufrecht,
während
die frische Chemikalie dem System zugesetzt wurde. Bei Punkt B hatte das
System wieder den gewünschten
Steuerpegel erreicht. An diesem Punkt wurde das PCT-System betrieben,
um eine 15 %-ige Differenz in den fluorometrischen Signalen aufrechtzuerhalten.