DE60133002T2 - Spektrophotometer mit mehreren weglängen - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein UV/VIS-Spektrophotometer und Detektoren für die dekadische Extinktion sowie insbesondere ein neues Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Erweiterung des linearen Dynamikbereichs solcher Detektoren durch Aufteilung von einfallendem Licht vor einer Reihe von Zellen mit unterschiedlichen Weglängen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein verbreitet verwendetes Verfahren zur Untersuchung verschiedener Eigenschaften einer interessierenden Probe baut auf die Erlangung genauer Messungen der Lichtabsorption durch die Probe. Derartige Messungen werden gewöhnlich als eine Funktion der Wellenlänge durchgeführt. Beispielsweise kann die Konzentration eines gelösten Stoffs in einer Lösung quantitativ bestimmt werden, indem eine gemessene Intensität von durch eine Probe geleitetem Licht mit einer Referenzlichtintensität verglichen wird, oder indem alternativ die qualitative Identität des gelösten Stoffs durch Betrachtung der verschiedenen spezifischen Wellenlängen von Licht abgeleitet werden kann, die von der Probe absorbiert werden. Bei vielen Labor- und Industrieanwendungen der Spektrometrie werden die relativen Intensitäten oder Werte der dekadischen Extinktion bei ausgewählten Wellenlängen benötigt und ist die Analyse jedes Punktes in einem vollständigen Spektrum nicht notwendig. Oft besteht der Kernpunkt einer Analyse darin, eine Konzentration einer oder mehrerer Komponenten herzuleiten, welche Licht absorbieren. In anderen Fällen können Punkte aus dem dekadischen Extinktionsspektrum verwendet werden, um einen Qualitätsindikator unter Verwendung einer Regression oder chemometrischer Verfahren zu definieren. Diese quantitativen Analyseanwendungen der Spektrometrie können die Verwendung von dekadischen Extinktions- oder Intensitätswerten erfordern, welche bei beträchtlich unterschiedlichen Wellenlängen mit Absorptions- oder Emissionswerten erhalten werden, die stark schwanken. Ein Spektrometer ist normalerweise derart konfiguriert, dass es die höchste Genauigkeit bei einer einzigen Wellenlänge bereitstellt, was dazu führt, dass Messungen bei anderen Wellenlängen weniger genau sind.
  • Es stehen viele Spektrometer zur Verfügung, welche eine einzelne Weglänge mit einer einzelnen Lichtquelle und vielen Detektoren einschließlich Photodiodenarrays verwenden, so wie Kuderer, US-Patent Nr. 4 958 928 , Kuderer, US-Patent Nr. 5 116 123 und Bilhorn, US-Patent Nr. 5 173 748 . Diese Systeme verwenden typischerweise einen Monochromator zwischen der Probe und dem Detektor, um eine einzelne Wellenlänge für die Messung der dekadischen Extinktion zu isolieren. Indem der Monochromator vorher abgetastet wird, kann die dekadische Extinktion bei verschiedenen Wellenlängen, jedoch nicht gleichzeitig, gemessen werden. Optical Coating Laboratories hat jedoch ein Miniatur-Spektrometer mit optischen Filtern anstelle eines Monochromators offenbart, wie es in Anthon, US-Patent Nr. 6 057 925 beschrieben ist. In Wang, US-Patent Nr. 5 408 326 wurde ein Zwei-Wellenlängen-Detektor für die dekadische Extinktion offenbart, welcher zwei unabhängige Lichtquellen und eine einzelne Proben-Weglänge verwendet, um zwei Werte gleichzeitig zu messen. Zusätzlich gewinnen Mehrfach-Wellenlängen-Systeme nach dem Stand der Technik, wie die Ocean Optics PC2000-Einheit oder die CVI SM200S-Einheit wesentliche Informationen gleichzei tig als Funktion der Wellenlänge, jedoch ist die Auflösung begrenzt, da die Intensitätsinformation mittels 12-Bit oder 16-BitZähl-CCD-Elementen gesammelt wird. CCD-basierenden Systemen ist aufgrund der Grenzen der Ladungs-Akkumulation im Topf ("well") der Einrichtung und der analog-zu-digital-Umwandlungs-Auflösung ein begrenzter Dynamikbereich eigen. CCD-Elemente mit einer 12-Bit-Topftiefe oder einer 16-BitTopftiefe (Tieftopf) stehen zur Verfügung, welche 4096 bzw. 65536 Intensitätsinkremente bereitstellen. Zusätzlich zu CCD-Arrays können Diodenarray-Geräte verwendet werden, jedoch erfordern beide im Allgemeinen einen beträchtlichen Prozessor-Overhead, um die Messung zu vollenden. Photodioden oder Photomultiplier bieten viel höhere Empfindlichkeit, größeren Dynamikbereich und größere Linearität im Vergleich zu CCD-Elementen. Dies wird diskutiert in Perkin Elmer Technical Document, Choosing the Detector for your Unique Light Sensing Application, von Larry Godfrey und ist im World Wide Web unter http://opto.perkinelmer.com/library/papers/tp4.htm verfügbar.
  • Zweifellos ist es bei industrieller Messung und Steuerung häufig notwendig, eine Gruppe von Messungen bei verschiedenen Wellenlängen auf eine oder zwei leicht zu verstehende und zu steuernde Prozessparameter zu verringern. Tatsächlich können andere Eigenschaften der interessierenden Probe untersucht werden, indem komplexere Analysen der dekadischen Extinktionsdaten durchgeführt werden. Verschiedene Patente haben sich Verfahren zur Gewinnung von Leistungsindikatoren aus dekadischen Extinktionsdaten gewidmet. Zum Beispiel lehrt Richardson et al., US-Patent Nr. 5 242 602 die Verwendung von Chemometrie- oder linearen Regressionsverfahren mit multiplen UV/VIS dekadischen Extinktionsmessungen, um Indikatoren für die Leistungsfähigkeit von Wasserbehandlungen abzuleiten. Die internationale Patentanmeldung WO 96/12183 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung qua litativer Parameter und des organischen Gehalts in Abwässern von Zellstoffewerken und Papierfabriken mittels Anwendung chemometrischer Verfahren. Bei dem in der WO 96/12183 offenbarten Verfahren werden die chemometrischen Algorithmen direkt auf die spektroskopischen Daten angewendet. Die Spektren werden einer Datenverarbeitung unterzogen, welche Werte aus verschiedenen diskreten Wellenlängen aus jedem bestimmten Spektrum verwendet. Das von Garver erstellte US-Patent Nr. 6 023 065 offenbart ein Verfahren zur Überwachung und Steuerung einer Eigenschaft von Prozesswässern, welches wenigstens zwei Messungen der Absorption von ultraviolettem Licht verwendet, um ein Verhältnis zur Berechnung eines empirischen Wertes der Eigenschaft des Abwassers oder des Prozesses zu bilden. Garver lehrte, dass die Verwendung von wenigstens einem dekadischen Extinktionsverhältnis, um einen Leistungsindikator herzuleiten, die Informationsgewinnung aus dem dekadische Extinktionsspektrum verbessert, indem er Mittel bereitstellt, um nicht lineare Prozesse zu entwickeln und kovariante dekadische Extinktionsdaten zu entkoppeln. Eine rückgekoppelte Steuerung wird verwendet, um die Zuführ-Eingangskomponenten gemäß den berechneten empirischen Werten der Eigenschaft derart einzustellen, dass eine Zielmessung der Eigenschaft erhalten wird, während die überschüssige Menge der Eingangskomponente bei einem Minimum gehalten wird.
  • Gemäß dem im US-Patent Nr. 6 023 065 offenbarten Verfahren sind exakte dekadische Extinktionsdaten in Echtzeit für bis zu acht unterschiedliche vorgegebene Wellenlängen von ultraviolettem Licht erforderlich, um empirische Werte für eine Vielzahl von Abwassereigenschaften zu erhalten, welche umfassen: die endgültige Zielhelligkeit von Altpapier; Gelbstichigkeit; verbleibendes Peroxid; Helligkeitsgüte; Güte der Gelbstichigkeit; und die Güte der Ligninzerstörung. Aus diesem Grund wird erkannt werden, dass Einzelwel lenlängen-Einheiten keine ausreichende Information liefern, um multiple Leistungsindikatoren zu bestimmen, welche von mehr als einer Eingabe abhängen. Darüber hinaus kann die Erzeugung von dekadischen UV/VIS-Extinktionsverhältnissen das Signalrauschen vervielfachen, wenn der dekadische Extinktionswert im Nenner des Verhältnisses steht. Eine sehr geringe dekadische Extinktion bei einer langen Wellenlänge kann z. B. in einem Nenner verwendet werden, um Farbe zu repräsentieren, und eine große dekadische Extinktion bei einer kurzen Wellenlänge kann verwendet werden, um ein Bleichmittel, wie beispielsweise Wasserstoffperoxid, zu repräsentieren. In diesem Fall ist das Verhältnis hoher dekadischer Extinktion zu niedriger dekadischer Extinktion erheblich weniger genau als der hohe dekadische Extinktionswert oder der geringe dekadische Extinktionswert. Wenn beispielsweise das tatsächliche Verhältnis A230/A350 beträgt und der Fehler als err230 und err350 ausgedrückt wird, ist das gemessene Verhältnis = [A230 +/– err230]/[A350 +/– err350]. Bei einem vereinfachten Beispiel, wenn der Spektrometerfehler 0,01 dekadische Extinktionseinheiten bei allen Wellenlängen und dekadischen Extinktionswerten beträgt und dekadische Extinktionsmessungen 1000 bei 230 nm und 0,08 bei 350 betrügen, liegt der Fehler bei 230 nm bei 1%, der Fehler bei 350 nm ist 12,5% und der Fehler bei dem Verhältnis beträgt ∼15%. Dieses vereinfachte Beispiel hebt das Erfordernis für extrem genaue dekadische Extinktionswerte bei verschiedenen Wellenlängen hervor, wenn Funktionen verwendet werden, die eine Division von dekadischen Extinktionswerten umfassen. In der Praxis erhöhen unterschiedliche Arten der Genauigkeit, die Auflösung und die Linearität Fehler sowohl bei großen als auch bei kleinen dekadischen Extinktionswerten. Ein Detektionssystem für dekadische Extinktion ist typischerweise für Messungen zwischen 0,3 und 0,9 dekadische Extinktionseinheiten optimiert.
  • Im Allgemeinen bringen Messungen quantitativer Art eine vorherige Kalibrierung der Geräteantwort unter Verwendung von wenigstens zwei unterschiedlichen Kalibrierungsstandards der interessierenden Probe mit sich, um eine Absorptionskurve zu erstellen. Vorzugsweise ist die vorherige Kalibrierung der Geräteantwort derart, dass die Lichtabsorption der Fluidprobe zu einem Absorptionswert neigt, der nahe der Mitte eines sich annähernd linear verändernden Bereichs der Absorptionskurve für die Probe bei einer vorgegebenen Lichtwellenlänge liegt. Unglücklicherweise sind UV/VIS-Spektrophotometer nach dem Stand der Technik dafür optimiert, eine genaue Messung der Lichtabsorption für eine Probe für lediglich einen engen Bereich von Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums zur Verfügung zu stellen. Eine dekadische Extinktionsmessung unter Verwendung von Licht aus anderen als dem optimalen Wellenlängenbereich wird mit einer verringerten Genauigkeit aufgrund des eingeschränkten linearen Dynamikbereichs des Geräts und der verringerten digitalen Auflösung erhalten.
  • Die dekadische Extinktion ist definiert als: A = –log(I/I0) = ελ cl (1)wobei:
    • A
    = dekadische Extinktion in dekadischen Extinktionseinheiten,
    I
    = die Menge des einfallenden Lichts, welches von der Quelle bereitgestellt wird,
    I0
    = die Menge des durch die Probe und zu dem Lichtdetektor durchgelassenen Lichts,
    ελ
    = die Wellenlänge, welche von dem molaren Extinktionskoeffizienten der Probe abhängt,
    c
    = die Probenkonzentration in mol/Liter, und
    l
    = die Weglänge der Messzelle in cm,
    wobei der wellenlängenabhängige molare Extinktionskoeffizient ελ der Probe sich beträchtlich mit der Wellenlänge ändern kann. Als ein Ergebnis der Wellenlängenabhängigkeit von ελ führen Spektrophotometer mit einer einzigen Weglänge zu einem Problem des Dynamikbereichs, wenn die dekadischen Extinktionsmessungen bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden. Konkret wird die Geräteantwort derart kalibriert, dass die dekadische Extinktion von Licht bei einer ersten vorgegebenen Wellenlänge λ(1) so gemessen wird, dass das Produkt ελ(1)cl aus Gleichung (1) einen dekadische Extinktionswert ergibt, welcher annähernd gleich zu dem Mittelwert der höchsten Kalibrierungsstandardkonzentration und der niedrigsten Kalibrierungsstandardkonzentration ist. Unglücklicherweise ist der molare Extinktionskoeffizient ελ(2) der Probe bei einer zweiten vorgegebenen Lichtwellenlänge λ(2) wahrscheinlich erheblich verschieden, und das Produkt ελ(2)cl wird stärker der höchsten Kalibrierungsstandardkonzentration oder der niedrigsten Kalibrierungsstandardkonzentration entsprechen. Alternativ liegt das Produkt ελ(2)cl jenseits des Bereichs von dekadischen Extinktionswerten, für welche die Geräteantwort kalibriert worden ist. Messungen der Lichtabsorption, welche bei einer hohen dekadische Extinktion oder einer niedrigen dekadischen Extinktion durchgeführt wurden, neigen statistisch stärker zu Fehlern und unzureichender digitaler Auflösung. Diese Argumente können für jede Messung der Lichtextinktion gelten, nicht nur der dekadischen Lichtextinktion. Lichtextinktion (Abschwächung) ist eine komplizierte Funktion der Lichtabsorption einer Flüssigkeit; der Lichtabsorption von Partikeln, falls anwesend; der Lichtemission durch Fluoreszenz aus gelösten oder kolloidalen Verbindungen; und der Streuung, welche Licht von dem Detektor weg oder in Richtung auf ihn zu streut.
  • Eine Lösung besteht darin, die Weglänge durch die Probe für Licht mit jeweils einer unterschiedlichen vorgegebenen Weglänge zu verändern, um die Genauigkeit der Messung der dekadischen Extinktion bei jeder vorgegebenen Wellenlänge zu optimieren. Geräte mit variabler Wegelänge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbaren LeFebre et al., US-Patent Nr. 4 786 171 , O'Rourke et al., US-Patent Nr. 5 168 367 , und Prather, US-Patent Nr. 5 268 736 Geräte, welche entweder einen Servomechanismus oder einen linearen Schrittmotor verwenden, um die Weglänge von Licht durch die Probe zu verändern. Unglücklicherweise sind diese Geräte nicht gut dafür geeignet, gleichzeitig Messungen der dekadischen Extinktion bei einer Vielzahl verschiedener Wellenlängen zu erhalten, wobei jede Messung eine einzelne Weglänge erfordert. Die gleichzeitige Messung der Lichtabsorption bei einer Vielzahl verschiedener Wellenlängen ist entscheidend für die online-Analyse von Abwässern, die in der Zellstoff und Papier herstellenden Industrie, wo eine rückgekoppelte Steuerung des Verfahrens erforderlich ist, um eine gewünschte Eigenschaft des Produktstroms aufrecht zu erhalten. Zusätzlich beruht die Weglängenänderung der Systeme nach dem Stand der Technik auf einer mechanischen Einstellung der Länge der Probenzelle, was einen Zusammenhang zwischen der Genauigkeit und der Reproduzierbarkeit des mechanischen Mechanismus während ausgedehnter Betriebsdauern bedingt.
  • Xu et al., US-Patent Nr. 5 602 647 offenbart ein Instrument mit unterschiedlichen variablen Weglängen, welches eine keilförmige Probenzelle verwendet, die eine Querschnittsform eines rechtwinkligen Dreiecks hat. Ein kollimierter Strahl monochromatischen Laserlichts wird in die Probenzelle durch eine lichtdurchlässige Oberfläche hineingeschossen, welche senkrecht zur Richtung der Lichtausbreitung steht. Das Licht tritt durch eine zweite lichtdurchläs sige Oberfläche aus, welche äquivalent zur Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks ist. Somit legt das aus der Zelle austretende Licht einen unterschiedlichen optischen Weg in Abhängigkeit von der Stelle zurück, an welcher das Licht ursprünglich in die Zelle eintrat. Eine Vielzahl von Photodetektoren ist parallel zur Austrittsoberfläche der Zelle angeordnet, um die Intensitäten der Strahlen von durchgelassenem Licht, welche unterschiedliche optische Weglängen durch die Probe hindurch zurückgelegt haben, in Positionen in gleichem Abstand von der Zelle zu erfassen. Alternativ ist die Probenzelle mit einer Treppenform ausgebildet, so dass die lichtdurchlässige Eintrittsfläche parallel zu einer Vielzahl von kleineren lichtdurchlässigen Austrittsflächen angeordnet ist. Die optische Weglänge durch die Probenzelle wird entlang einer Geraden gemessen, welche senkrecht auf der lichtdurchlässigen Eintrittsfläche und senkrecht auf der bestimmten lichtdurchlässigen Austrittsfläche steht, durch welche der Lichtstrahl austritt. Selbstverständlich wird monochromatisches Laserlicht verwendet und das Erhalten von Messungen der dekadischen Extinktion bei einer Vielzahl verschiedener vorgegebener Wellenlängen bringt die Durchführung einer Reihe von individuellen Messungen der dekadischen Extinktion mit sich, eine Messung der dekadischen Extinktion bei jeder unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlänge. Außerdem verkompliziert die Verwendung optischer Elemente zur Fokussierung des Laserlichts und zur Vergrößerung des Durchmessers des Laserstrahls auf größer als derjenige des Originals darüber hinaus die Konstruktion eines solchen Geräts.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der in dem US-Patent Nr. 5 602 647 offenbarten Erfindung ist eine rechteckig geformte Probenzelle mit einer ersten unbeweglichen lichtdurchlässigen Oberfläche und mit einer beweglichen zweiten anderen lichtdurchlässigen Oberfläche beschrieben. Eine Quelle leitet Licht in Richtung auf die Probenzelle, wobei die Weglänge der Probenzelle verändert werden kann, indem die bewegliche zweite andere lichtdurchlässige Oberfläche in einer Richtung bewegt wird, welche parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichts ist. Es ist außerdem offenbart, dass die Quelle entweder ein abstimmbarer Laser zur Bereitstellung von monochromatischem Laserlicht oder eine Lampe zur Bereitstellung von polychromatischem Licht sein kann. Unglücklicherweise ist in einem Fall, in welchem eine Lampe zur Bereitstellung von polychromatischem Licht verwendet wird, eine Spektralscheibe erforderlich, welche eine Vielzahl individuell auswählbarer unterschiedlicher Filter umfasst, die lediglich Licht mit deren korrespondierender Wellenlänge durchlassen. Dann wird das von der Lampe erhaltene Licht mittels einer Linse in ein kollimiertes Licht geformt, wobei lediglich Licht einer ausgewählten Wellenlänge auf die Zelle trifft, was in einem Zustand nur einer optischen Weglänge erfolgt. Die Wellenlängenauflösung dieser Ausbildung ist durch den Lichtfilter begrenzt.
  • Noch ein anderes Gerät mit variabler Weglänge ist im US-Patent Nr. 5 773 828 von Akiyama et al. beschrieben. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Messzellen, einschließlich eines Falls, bei welchem die Zellen zueinander unterschiedlich in der Länge sind, welche aufeinanderfolgend über ein Kommunikationsteil miteinander kommunizieren, so dass sie einen einzigen Gasweg ausbilden. Die Anordnung der Vielzahl von Probenzellen entlang eines einzigen Gasweges macht die Einrichtung gut geeignet für ihre geplante Verwendung für die gleichzeitige quantitative Analyse von vielen Komponenten einer gasförmigen Probe mit hoher Genauigkeit. Vorteilhafterweise bietet jede Messzelle eine unveränderliche optische Weglänge, welche dazu geeignet ist, die Lichtabsorption durch eine bestimmte Komponente der Vielzahl von Komponenten der gasförmigen Probe zu messen. Es ist ein Nachteil des Geräts, dass eine komplizierte Anordnung von cut-on-Filtern und Bandpass-Filtern verwendet wird, um die Infrarotstrahlung, welche durch die Quelle bereitgestellt wird, spektral aufzutrennen und um das aufgetrennte Licht, welches sich aus relativ breiten Wellenlängenbereichen zusammensetzt, entlang der verschiedenen optischen Wege zu leiten. Die Verwendung multipler cut-on-Filter für die Wellenlängenauswahl ist im Allgemeinen ein ineffizientes Verfahren. Konkreter ist die Effizienz von Bandpass-Filtern im ultravioletten Bereich gering, typischerweise annähernd 12% und die Auftrennung von Licht in Bereiche schmaler als die Größenordnung von mehreren 10 nm ist unerreichbar. Im Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums kann ελ beträchtlich sogar über einen Wellenlängenbereich von 10 bis 20 nm variieren. Somit ist die Verwendung von cut-on- und Bandpass-Filtern zur Auftrennung von ultraviolettem Licht eine andere als durchführbare Wahl, wenn hochgenaue Messungen der dekadischen Extinktion erwünscht sind, und ein Fachmann würde sich nicht darauf beziehen.
  • Die Online-Überwachung von Verfahrensabwasser, um einer rückgekoppelten Systemsteuerung die Echtzeitanalyse von Abwassereigenschaften zur Verfügung zu stellen, ist ein kritischer Aspekt der Verfahrenssteuerung bei der Umweltüberwachung, der Abwasserbehandlung, der Lebensmittelverarbeitung, der Textil- und der Zellstoff- sowie der Papierherstellung. Verfahren, welche mehrere Konzentrations- oder Leistungsindikatoren ableiten, wie diejenigen, die in den US-Patenten Nr. 5 242 602 , 5 842 150 , 5 641 966 , 6 023 065 , 5 616 214 offenbart sind, erfordern genaue Messungen bei verschiedenen Wellenlängen, um eine optimale Information zu gewinnen. Eine Beschränkung der Systeme nach dem Stand der Technik besteht darin, dass eine Messung einer dekadischen Extinktion von im Wesentlichen monochromatischem ultraviolettem Licht als eine Reihe gesonderter Messungen durchgeführt werden muss, wobei eine Messung für jede unterschiedliche vorgegebene Wellen länge von Licht erforderlich ist. Selbstverständlich benötigen Systeme nach dem Stand der Technik eine endliche Zeitdauer, um eine solche Reihe von Messungen der dekadischen Extinktion zu erhalten, wobei die genannte Zeitdauer eine unvermeidbare Verzögerung darstellt, bevor eine Maßnahme als Antwort auf die sich ändernden Zustände des Abwassers ergriffen wird. Die Möglichkeit, eine schnelle, genaue Messung durchzuführen, ist bei Gegebenheiten mit einem kleinen Zeitfenster von beträchtlichem Vorteil. Zum Beispiel kann während der chromatographischen Auftrennung eines Analyts eine einzelne Komponente einen Detektor in weniger als einer Sekunde passieren. Während der Anfangsphase einer schnellen chemischen Reaktion können die Änderungen sehr schnell sein und aufeinanderfolgende Messungen werden möglicherweise daran scheitern, eine sich ändernde chemische Zusammensetzung genau zu quantifizieren. Das Unvermögen, viele Messungen schnell durchzuführen, welche zur Optimierung und zur Steuerung verwendet werden, kann zu einem ineffizienten Betrieb führen. Potentielle Verluste für das Unternehmen umfassen: verlorene Produktivität sowie hohe Kapitalkosten, welche mit dem Austausch beschädigter Maschinen verbunden sind; geringere Einnahmen sowie höhere Produktionskosten aufgrund der übermäßigen Produktion minderwertigen Produkts; sowie Reinigungskosten, Bußgelder und geringes öffentliches Ansehen, welches dem Ausstoß von nicht akzeptablen hohen Gehalten von Toxinen in die Umwelt folgt.
  • Es wäre vorteilhaft, eine Vorrichtung bereitzustellen, um eine genaue Online-Messung der Menge von Licht, welche von einem Produktstrom oder Abwasser absorbiert wird, gleichzeitig bei jeder einer Vielzahl von unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängen zu erhalten, wobei die Ausleuchtung und Detektion bei jeder Wellenlänge im Hinblick auf die Genauigkeit optimiert ist.
  • Gebiet der Erfindung
  • Um diese und andere Einschränkungen des Standes der Technik zu überwinden, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, um eine Online-Messung der Menge von Licht, welche von einem Produktstrom oder Abwasser absorbiert wird, gleichzeitig bei jeder einer Vielzahl von unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängen zu erhalten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Teil eines fluiden Stoffs durch eine Reihe von aufeinanderfolgend miteinander verbundener Messzellen umgeleitet, wobei das von jeder Messzelle aufgenommene Fluid im Wesentlichen eine gleiche Zusammensetzung hat. Jede Messzelle ist entlang eines separaten optischen Weges zur Messung der Menge von annähernd monochromatischem Licht angeordnet, welche von dem Produktstrom absorbiert wird. Die optische Weglänge jeder Messzelle ist einzig und wird in Abhängigkeit der Wellenlänge von Licht ermittelt, welches sich durch jede unterschiedliche Messzelle ausbreitet. Außerdem unterstützt die Konfiguration der Vorrichtung vorteilhaft die Verwendung einer Vielzahl von Lichtdetektoren, wobei ein einzelner Lichtdetektor für jeden separaten optischen Weg erforderlich ist. Somit kann die Wellenlängenveränderung des Referenzspektrums unter Verwendung variabler Integrationszeiten bei jedem unabhängigen Lichtdetektor minimiert werden. Die Konfiguration der genannten Vorrichtung löst verschiedene Probleme, welche das Erlangen hochgenauer UV/VIS-Absorptionsdaten aus einem Prozessabwasser betreffen und welche nicht ausreichend im Stand der Technik angesprochen sind.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung der Lichtabsorption durch eine Fluidprobe bereitgestellt, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
  • Gemäß dem genannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Messung der Lichtabsorption durch eine Fluidprobe zur Verfügung gestellt, wie sie in Anspruch 10 angegeben ist.
  • Obwohl viele Spektrometerausbildungen nach dem Stand der Technik bekannt sind, ist kein System bekannt, welches eine Vielzahl von Probenzellen umfasst, wobei jede Probenzelle der Bereitstellung einer unterschiedlichen optischen Weglänge durch eine im Wesentlichen gleiche Fluidprobe dient, und wobei jede Probenzelle innerhalb eines unterschiedlichen optischen Weges angeordnet ist, um im Wesentlichen monochromatisches Licht bei einer von einer Vielzahl unterschiedlicher vorgegebener Wellenlängen zu empfangen, und wobei außerdem innerhalb jedes optischen Weges ein individueller Lichtdetektor vorgesehen ist, wobei der Lichtdetektor zur Messung einer dekadischen Lichtextinktion von der Fluidprobe bei der Wellenlänge des Lichts optimiert ist, welches entlang des optischen Weges geleitet wird.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 zeigt ein typisches dekadisches Extinktionsspektrum für eine Probe, welches unter Verwendung eines UV-VIS-Spektrophotometers nach dem Stand der Technik erhalten wurde;
  • 2 ist ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen der Anzahl von Zählungen, die für einen Unterschied von 0,01 in der dekadischen Extinktion erforderlich sind, und der gemessenen dekadischen Extinktion von Licht durch eine Probe zeigt, wobei eine Intensität von auf die Probe auftreffendem Licht von I0 = 700 Zählungen angenommen wird;
  • 3 zeigt ein Durchlässigkeitsspektrum einer gleichen Probe, die das in 1 gezeigte Absorptionsspektrum erzeugt hat, welches unter Verwendung eines UV-VIS-Spektrophotometers erhalten wurde;
  • 4 ist eine vereinfachte Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Detektorkanal-Geometrie der vorliegenden Erfindung für die 250 nm-, 300 nm-, 350 nm-, 400 nm- und 450 nm-Kanäle;
  • 6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, welches die Detektorkanal-Geometrie der vorliegen den Erfindung für die 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanäle zeigt;
  • 7 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, welches die Anordnung der Detektorkanäle zeigt, um variable wellenlängenabhängige Fluidproben-Weglängen zu ermöglichen;
  • 8 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Charakterisierung einer Fluidprobe unter Verwendung von Verhältnissen dekadischer Extinktionen, welche bei zwei oder mehreren Wellen längen gemessen wurden.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Während die Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der hierin offenbarten Erfindung ein konkretes Beispiel ist, bei welchem Absorptionseigenschaften der Probe für acht unterschiedliche vorgegebene Wellenlängen des UV/VIS-Lichtspektrums erwünscht sind, sind zahlreiche Abänderungen der Erfindung möglich, um die Untersuchung jeder Anzahl unterschiedlicher vorgegebener Wellenlängen über ein unterschiedliches Spektrum mittels Veränderungen der Art der Lichtquellen, der Streuelemente oder der Anordnung und/oder der Anzahl von Schlitzen möglich, ohne sich wesentlich von den Lehren der Erfindung, wie sie nachstehend ausgeführt sind, zu entfernen.
  • Für viele Anwendungen ist es wesentlich, dass die genaueste Messung der Lichtabsorption durch eine Probe erhalten wird. Die Genauigkeit einer Messung der Lichtabsorption durch eine Probe ist jedoch durch die Eigenschaften von wenigstens der Probe, dem Gerät oder der Betriebsumgebung des Geräts begrenzt. Beispielsweise wird ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge kleiner als etwa 250 nm in hohem Maße absorbiert, wenn es Luft durchquert. Somit ist die Intensität von Licht, welches auf den Lichtdetektor auftritt, welcher für eine Wellenlänge kürzer als etwa 250 nm konfiguriert ist, bei einem Gerät in einer anderen als einer evakuierten Umgebung typischerweise sehr klein. Zusätzlich werden die Intensitäten aller Lichtwellenlängen gemeinsam unter Verwendung eines einzigen Lichtdetektors oder eines Arrays mit einer Zeitkonstanten zur Integration des empfangenen Signals gemeinsam gemessen, welches aufgrund der Antwort bei einer einzelnen Wellenlänge festgelegt wird, so dass die maximale Intensität des einfallenden detektierten Lichts den Lichtdetektor nicht sättigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Referenz-Intensitätsspektrum gezeigt, welches unter Verwendung eines UV-VIS-Spektrophotometers nach dem Stand der Technik erhalten wurde. Die maximale Intensität des Referenzspektrums tritt bei annähernd 340 nm auf, wobei ein Wert von annähernd 3500 Zählungen unter Verwendung eines CCD-basierenden Arraydetektors beobachtet wurde. Die Intensität des Referenzspektrums bei 230 nm beträgt jedoch lediglich annähernd I0 = 700 Zählungen, oder nur 20% der maximalen Intensität, die bei 340 nm beobachtet wurde. Es kann von Fachleuten erkannt werden, dass die Genauigkeit einer Messung der dekadischen Extinktion von Licht mit der Erhöhung der Ausleuchtungsintensität bis zu derjenigen Grenze zunimmt, bei welcher die Photode tektorantwort in Bezug auf die Intensität gesättigt oder nicht linear wird. Die digitale Auflösung und der Dynamikbereich eines Spektrometers sind durch die Konstruktion der Systemoptiken und der Detektorelektronik festgelegt. Die Elektronik, welche die analog-zu-digital-Umwandlung umfasst, ist typischerweise von der Wellenlänge unabhängig. Folglich sind die digitale Auflösung und der maximale Dynamikbereich bei 230 nm für einen Fall, wie er in 1 veranschaulicht ist, kleiner als 20% der digitalen Auflösung und des maximalen Dynamikbereichs, welche vorhanden wären, wenn der Lichtdetektor auf die geringere Intensität von bei 230 nm einfallendem Licht optimiert wäre. Das gemessene Signal ist außerdem, wie es in 1 gezeigt ist, durch die intensive Lichtabsorption durch eine Probe bei 230 nm herabgesetzt, welche dem aktiven Spektralbereich der Probe mit dem Absorptionshöchstwert entspricht.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Diagramm gezeigt, welches die Gesamtanzahl von Zählungen, die einem vorgegebenen dekadischen Extinktionswert entsprechen, gegen einen vorgegebenen dekadischen Extinktionswert veranschaulicht. Nach einer Prüfung von 2 wird erkannt werden, dass eine vollständigere Lichtabsorption durch Probe zu weniger Zählungen durch den Lichtdetektor führt. Außerdem, wie in 2 gezeigt ist, verringert sich die Anzahl von Zählungen, welche für einen Unterschied von 0,01 dekadischen Extinktionseinheiten erforderlich ist, logarithmisch mit zunehmender dekadischer Extinktion (man beachte die log-Skala für die Achse). Unter konkreter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte dekadische Extinktionsspektrum liegt die dekadische Extinktion bei 230 nm bei annähernd 1,3 dekadischen Extinktionseinheiten, wobei gemäß Gleichung (1) die Beziehung zwischen der dekadischen Extinktion und der Lichtintensität A = –log(I/I0) ist. Für eine dekadische Extinktion von 1,3 und I0 = 700 Zählungen beträgt die Intensität von den Licht detektor erreichendem Licht etwa 35 Zählungen und die Differenz zwischen Messungen einer dekadischen Extinktion von 1,30 und einer dekadischen Extinktion von 1,31 beträgt weniger als eine Zählung. Eine unzureichende digitale Auflösung bei hohen Werten der dekadischen Extinktion führt zu weniger genauen Messungen, welche anders als geeignet sind für die Detektion geringer Unterschiede in den Mengen von Licht, welche durch eine Probe absorbiert werden. Idealerweise wird die Messung der dekadischen Lichtextinktion durch die Probe bei unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängen unter Verwendung der maximalen Lichtintensität durchgeführt, welche der Lichtdetektor bei jeder bestimmten Wellenlänge messen kann.
  • Unter Bezugname auf 3 ist das Problem einer unzureichenden digitalen Auflösung bei geringer dekadischer Extinktion veranschaulicht. Das Referenzspektrum von 1 ist in 3 erneut wiedergegeben, um den Vergleich mit einem gemessenen Durchlässigkeitsspektrum der Probe zu erleichtern. Ein Durchlässigkeitsspektrum ist eine Auftragung von I gegen die Wellenlänge, wogegen ein dekadisches Extinktionsspektrum eine Auftragung von –log(I/I0) gegen die Wellenlänge ist. Bei jeder Wellenlänge, bei welcher I/I0 = 1 ist, liegt eine dekadische Extinktion des einfallenden Lichts von Null vor, was auch als 100% Durchlässigkeit bekannt ist. Wenn das Durchlässigkeitsspektrum der Probe sich im Wesentlichen mit dem Referenzspektrum deckt, ist es unglücklicherweise häufig schwierig, eine brauchbare Information herzuleiten, welche zu den interessierenden Eigenschaften der Probe gehört. Außerdem sind Lichtabsorptionsmessungen, welche bei sehr geringen dekadischen Extinktionswerten durchgeführt werden, mit einer gewissen Unsicherheit zu betrachten, da solche Messungen fehleranfällig sind, da Unterschiede zwischen dem Referenzsignal und dem Probensignal gering sind. In einem solchen Fall ist es erwünscht, die Lichtabsorption durch die Probe zu erhöhen, was gemäß Gleichung (1) zustande gebracht wird, indem die Weglänge des die Probe durchquerenden Lichts vergrößert wird. Zusätzlich können Fälle, in denen es eine hohe dekadische Extinktion gibt, häufig zu einem schwachen Probensignal führen, was der statistischen Genauigkeit der Messungen schadet. In diesem Fall ist es erwünscht, die Absorption von Licht durch die Probe herabzusetzen, was gemäß Gleichung (1) dadurch zustande gebracht wird, dass die Weglänge des Lichts, welches die Probe durchquert, vergrößert wird.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist allgemein mit 10 eine vereinfachte Ansicht einer Vorrichtung zur Messung der Lichtabsorption durch eine Fluidprobe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Vorrichtung ist ein Spektrophotometer mit variabler Weglänge, welches die optische Durchlässigkeit durch eine im Wesentlichen gleiche Probe bei acht (8) unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängen zwischen 230 und 450 nm misst. Der vollständige Aufbau entstand aus einem klassischen Rowland-Kreis-Spektrometer und wurde entwickelt, um in ein ziemlich kompaktes System hineinzupassen. Die Vorrichtung umfasst: eine Quelle 1; eine Blende 8; einen Konkavspiegel 2; einen Klappspiegel 3; einen Eintrittsschlitz 4; ein dispersives Element in Form eines konkaven Diffraktionsgitters 5; eine Strahlblende 7; und eine Vielzahl von Kanaldetektoren 9. In 4 umfasst die Vielzahl von Kanaldetektoren vier (4) separate Kanaldetektoren, es wird jedoch vorweggenommen, dass eine andere Anzahl von Kanaldetektoren als vier verwendet werden kann, abhängig von den spezifischen Anforderungen eines Benutzers der Vorrichtung 10. Die Quelle 1 in Form einer Xenon-Bogenlampe strahlt polychromatisches Licht in einem gewünschten Wellenlängenbereich entlang eines optischen Anfangsweges, wobei die Blende 8, der Konkavspiegel 2, der Klappspiegel 3, der Eintrittsschlitz 4 und das konkave Diffraktionsgitter 5 alle innerhalb des ge nannten optischen Anfangsweges angeordnet sind. Die Blende 8 begrenzt die Konusgröße des polychromatischen Lichts, welches sich entlang des optischen Anfangsweges ausbreitet, was ansonsten zu Streulichtfehlern beitragen und die Genauigkeit der Lichtabsorptionsmessung verringern würde. Der Hohlspiegel 2 dient dem Wiederabbilden des polychromatischen Lichts, so dass es auf den Eintrittsschlitz 4 mit minimaler horizontaler Breitenausdehnung auftritt. Der Klappspiegel 3 verringert vorteilhaft die Packgröße des Geräts. Vorteilhaft ist dem System, da es gefaltet ist, ein Astigmatismus eigen, welcher es ermöglicht, dass eine einfache Geräteausbildung unter Verwendung minimaler optischer Elemente zum Fokussieren und Leiten des Lichts implementiert werden können, was weiter unten detaillierter diskutiert werden wird. Der Eintrittsschlitz 4, das dispersive Element 5 und ein Zielschlitz 6 (siehe 5 und 6) jedes Kanaldetektors 9 der Vielzahl von Kanaldetektoren sind entlang des kreisförmigen Weges eines Rowland-Kreises 11 angeordnet.
  • Zusätzlich umfasst die allgemein bei 10 gezeigte Vorrichtung einen Prozessor 30, beispielsweise einen Personal Computer, in Kommunikation mit dem Spektrophotometer mit variabler Weglänge, wie es in 4 gezeigt ist. Der Prozessor 30 dient der Ausführung eines Computercodes zur Steuerung des Spektrophotometers, zur Speicherung wenigstens von Daten, die von dem Spektrophotometer empfangen worden sind, in einem Speicher 31 des Prozessors, und zur Durchführung mathematischer Operationen einschließlich der Konvertierung der unaufbereiteten Spektrophotometerdaten in dekadische Extinktionswerte und der Berechnung von Verhältnissen von Werten der dekadischen Extinktion.
  • Der Durchmesser des Rowland-Kreises 11 ist der gleiche wie der Radius der Krümmung des Gitters. Spectrogon stellt konkave Gitter her und deren verfügbarer geringster Krümmungsradius beträgt 400 mm. Daher wurde der Durchmesser des Rowland-Kreises auf 400 mm oder "16" festgelegt, um die Systemgröße zu minimieren. Um eine angemessene Winkeltrennung zwischen den verschiedenen Detektorkanälen zu haben, hat das Gitter 1200 Linien/mm und weist 50 mm im Durchmesser auf. Die intrinsische Auflösung des Spektrometers ist schärfer als 0,01 nm. Aus diesem Grund sind der Eintrittsschlitz des Spektrometers und die Schlitze für jeden der Detektorkanäle typischerweise bis annähernd 0,5 bzw. 1 mm geöffnet, was das System sehr effizient macht.
  • Das konkave Diffraktionsgitter 5 dient der Auftrennung des polychromatischen Lichts, welches sich entlang des optischen Anfangsweges ausbreitet, in Abhängigkeit der Wellenlänge, um Licht bei jeder der Vielzahl von unterschiedlichen vorgegebenen Wellenlängen entlang eines aus einer Vielzahl von unterschiedlichen sekundären optischen Wegen zu leiten. Das konkave Diffraktionsgitter hat eine konkave Oberfläche, in welche eine Vielzahl sehr dicht beieinander stehender Merkmale in Form von Linien oder Rillen eingeätzt ist. Die Linien sind annähernd parallel zueinander angeordnet, wobei jede Linie eine reflektierende Oberfläche darbietet. Der Abstand zwischen den Linien ist in der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts, welches gebeugt wird, was sowohl zu einer konstruktiven als auch einer destruktiven Interferenz des mehrfach reflektierten Lichts führt. Es entstehen helle Stellen, wo reflektiertes Licht der gleichen Wellenlänge konstruktiv interferiert und fokussiert wird. Es ist ein Merkmal eines konkaven Beugungsgitters, dass das gebeugte Licht unterschiedlicher Wellenlängen auf unterschiedliche Punkte im Raum fokussiert wird, welche annähernd entlang eines kreisförmigen Weges liegen, der als Rowland-Kreis 11 bekannt ist, wenn der Eintrittsschlitz 3 ebenfalls auf dem gleichen Kreis angeordnet ist. Der Durchmesser des Rowland-Kreises ist gleich dem Radius der Krümmung des konkaven Beugungsgitters 5. Um die größte Trennung zwischen jeder der Vielzahl vorgegebener Wellenlängen zu erhalten, sollte ein konkaves Beugungsgitter 5 verwendet werden, welches annähernd 1200 Linien pro mm hat. Selbstverständlich können konkave Beugungsgitter mit anders als 1200 Linien pro mm verwendet werden, was zu einer anderen dem Gerät eigenen Auflösung und einem anderen Abstand des Lichts für jede vorgegebene Wellenlänge entlang des Rowland-Kreises 11 führt.
  • Das konkave Beugungsgitter 5 ist das einzige optische Element, welches jedem sekundären optischen Weg gemein ist. Vorteilhafterweise bietet das konkave Beugungsgitter 5 Licht einer ersten vorgegebenen Wellenlänge, welches sich entlang eines ersten sekundären optischen Weges ausbreitet, und wenigstens Licht einer zweiten anderen vorgegebenen Wellenlänge, welches sich entlang wenigstens eines zweiten anderen sekundären optischen Weges ausbreitet. Jeder unterschiedliche sekundäre optische Weg, der anders als der sekundäre optische Weg nullter Ordnung ist, durchquert einen separaten Kanaldetektor, wobei der genannte Kanaldetektor innerhalb eines einzigen sekundären optischen Weges angeordnet und im Abstand auf einem Punkt entlang des kreisförmigen Weges eines Rowland-Kreises in Abhängigkeit von der vorgegebenen Wellenlänge von zu detektierendem Licht angeordnet ist. Eine Strahlblende 7 ist entlang des sekundären optischen Weges nullter Ordnung angeordnet, um Licht nullter Ordnung abzufangen, welches von dem Beugungsgitter gebeugt wurde und welches ansonsten eine Quelle von Streulicht sein und ein Rauschen einführen würde, was somit die Genauigkeit der Messung herabsetzen würde. Zusätzlich ist der Eintrittsschlitz 4 entlang des Rowland-Kreises bei einem Beugungswinkel von –3° angeordnet, wodurch es dem Strahlstop 7 ermöglicht ist, entlang des Rowland-Kreises bei dem Diffraktionswinkel von 3° angeordnet zu sein. Eine Versetzung des Eintrittsschlitzes um etwas von 0∅ beugt dem Problem vor, Licht nullter Ordnung zu haben, welches durch das konkave Beugungsgitter 5 direkt auf die Quelle 1 zurückreflektiert wird.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm gezeigt, welches die Konfiguration der 250 nm-, 300 nm-, 350 nm-, 400 nm- und 450 nm-Kanaldetektoren veranschaulicht. Jeder Kanaldetektor umfasst: einen Zielschlitz 6; eine Probenzelle 20 mit wenigstens einer ersten lichtdurchlässigen Stirnfläche 25 und einer zweiten anderen lichtdurchlässigen Stirnfläche 26, um Licht durch die Probenzelle hindurchzulassen; und einen Lichtdetektor 21. Die Probenzelle weist einen Aufnahmebereich 27 zur Aufnahme einer Fluidprobe auf, wobei die optische Weglänge für das Licht durch die Fluidprobe die gleiche ist wie die Länge des Aufnahmebereichs 27. Es ist ein Einlassanschluss 23 in Kommunikation mit dem Aufnahmebereich 27 vorgesehen, um dem Aufnahmebereich 27 der Probenzelle 20 eine Fluidprobe zuzuführen. Außerdem ist ein Auslassanschluss 24, ebenfalls in Kommunikation mit dem Aufnahmebereich der Probenzelle 20, vorgesehen, um der Fluidprobe zu ermöglichen, den Aufnahmebereich 27 der Probenzelle 20 zu verlassen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Länge des Aufnahmebereichs 27, und folglich die optische Weglänge durch die Fluidprobe, für jeden Kanaldetektor unterschiedlich. Außerdem ist die optische Weglänge abhängig von der vorgegebenen Lichtwellenlänge und von der Fluidprobe derart optimiert, dass ein detektierter Wert annähernd mittig zu einem sich linear verändernden Wertebereich liegt, der von dem Detektor unterstützt wird. Vorzugsweise ist der Einlassanschluss 23 nahe an der ersten lichtdurchlässigen Stirnfläche 25 der Probenzelle 20 angeordnet und ist der Auslassanschluss 24 nahe an der zweiten anderen lichtdurchlässigen Stirnfläche 26 der Probenzelle 20 angeordnet. Die Richtung eines Fluidstroms in die Probenzelle 20 wirkt sich nicht stark auf die Leistung aus, so dass der Auslassanschluss 24 wahlweise nahe an der ersten lichtdurchlässigen Stirnfläche 25 der Probenzelle 20 angeordnet ist und der Einlassanschluss 23 nahe an der zweiten anderen lichtdurchlässigen Stirnfläche 26 der Probenzelle 20 angeordnet ist.
  • Ein optionaler Bandpass-Filter 22 ist außerdem für die 400 nm- und 450 nm-Kanäle erforderlich, welche ebenfalls gebeugtes Licht zweiter Ordnung bei 200 nm und 225 nm empfangen. Optionale Bandpass-Filter bei den anderen Kanälen werden Streulicht verringern und werden außerdem die Genauigkeit jeder Messung erhöhen. Vorteilhaft sind aufgrund des dem Gerät eigenen Astigmatismus zusätzliche Fokussierungsoptiken für jeden Kanal nicht notwendig. Licht wird auf den Zielschlitz 6 mittels des konkaven Beugungsgitters 5 fokussiert, welches ein scharfes vertikales Linienbild erzeugt, das zur Breite des Zielschlitzes 6 passt. Das Licht divergiert horizontal, nachdem es durch den Zielschlitz 6 hindurchgetreten ist, so dass ein scharfes horizontales Linienbild in einer Ebene nahe dem sagittalen Brennpunkt in einem gewissen Abstand r jenseits des Zielschlitzes 6 erzeugt wird. Der Lichtdetektor 21 ist zwischen dem tangentialen Brennpunkt und dem sagittalen Brennpunkt angeordnet. Es gibt jedoch keinen zwingenden Grund dafür, den Lichtdetektor an einer Stelle zu platzieren, welche präzise der, oder wenigstens wesentlich nahe an dem, Mittelpunkt oder dem Punkt des mittleren Brennpunkts ist, wenn die Größe des Lichtdetektors 21 groß genug ist, um alle Signale zu sammeln, welche entweder am tangentialen oder am sagittalen Brennpunkt empfangen werden. Bei dem unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen System ist der Lichtstrahl innerhalb einer Spotgröße von weniger als 10 mm Durchmesser zwischen dem tangentialen und dem sagittalen Brennpunkt begrenzt, und folglich detektiert ein Lichtdetektor 21 mit 10 mm Durchmesser die gesamte Intensität des durchgelassenen Lichts, auch wenn der Lichtde tektor erheblich näher an entweder dem tangentialen Brennpunkt oder dem sagittalen Brennpunkt angeordnet ist. Da die Strahlgröße am medialen Brennpunkt ein Minimum erreicht, sollte ein Lichtdetektor 21, welcher kleiner als die Größe des Zielschlitzes 6 ist, nahe dem medialen Fokus angeordnet sein. Vorteilhaft ist der innere Durchmesser des Aufnahmebereichs der Probenzelle 20 derart, dass kein Licht mit der Innenwand der Probenzelle 20 wechselwirkt. Außerdem verringert Brechung im Inneren der fluidgefüllten Probenzelle vorteilhaft die Divergenz des Lichtstrahls und bewegt den sagittalen Brennpunkt nach hinten, was die Verwendung einer längeren Probenzelle ohne zusätzliche Optiken ermöglicht.
  • Unter Bezugnahme auf 6 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm gezeigt, welches die Konfiguration der 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanaldetekoren veranschaulicht. In 6 sind Teile, welche mit der vorbeschriebenen Vorrichtung gemein sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und wurde auf deren Beschreibung verzichtet. Das einzige zusätzliche optische Element, welches bei den 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanaldetektoren erforderlich ist, ist ein Klappspiegel 28, welcher 20 mm hinter dem Zielschlitz angeordnet ist, um das Licht, welches sich entlang der 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanäle ausbreitet, über einen Winkel von im Wesentlichen 90 Grad aus Richtung der Lichtausbreitung zu leiten. Der Klappspiegel 28 ist erforderlich, um Packvorgaben zu erfüllen, welche entstehen, da es einen nicht ausreichenden physischen Raum in nur einer Ebene gibt, um die 230 nm-, 250 nm-, 280 nm-, 300 nm- und 320 nm-Kanäle unterzubringen, welche dicht aneinander beabstandet entlang des Bogens eines Rowland-Kreises 11 mit einem Krümmungsradius angeordnet sind, der so klein ist wie der hierin vorgeschlagene. Der umfängliche Abstand zwischen den Zielschlitzen der 230 nm- und 320 nm-Kanäle liegt bei annähernd 10 mm. Offensichtlich kann die Befestigung von fünf separaten Kanälen in der gleichen horizontalen Ebene nicht durchgeführt werden, da die mechanischen Wände und Halterungen für die Lichtdetektoren mehr Raum beanspruchen.
  • Somit sind die individuellen Kanäle räumlich entlang des Bogens des Rowland-Kreises voneinander getrennt und die 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanäle außerdem annähernd senkrecht zu den 250 nm-, 300 nm-, 350 nm-, 400 nm- und 450 nm-Kanälen angeordnet, was für eine Trennung in einer zweiten Dimension sorgt. Eine derartige Anordnung der Kanaldetektoren erleichtert die Verpackung des Gerätes in einer sehr kleinen Größeneinheit, was Konstruktionskriterien für die Portabilität erfüllt. Die Klappspiegel fügen lediglich zusätzliche 40 mm zu der Gesamtstrecke hinzu, welche von dem Licht zwischen dem Zielschlitz und der ersten lichtdurchlässigen Stirnfläche der Probenzelle zurückgelegt wird. Vorteilhaft benötigt jeder der Kanäle zur Messung der Absorption von Licht im Wellenlängenbereich von 230 nm bis 320 nm durch die Probe eine optische Gesamtweglänge, welche annähernd 40 mm länger ist als die kürzeste erreichbare optische Weglänge. Die zusätzlichen 40 mm der Gesamtweglänge stellen sicher, dass der Lichtdetektor für jeden Kanal im Wesentlichen nahe an dem Ort des mittleren Brennpunkts angeordnet ist, so dass der Lichtstrahl auf einen Bereich begrenzt ist, welcher gleich oder kleiner ist als die Arbeitsfläche des Lichtdetektors. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Länge des Aufnahmebereichs 27, und folglich die optische Weglänge durch die Fluidprobe für jeden Kanaldetektor unterschiedlich. Außerdem ist die optische Weglänge abhängig von der vorgegebenen Lichtwellenlänge und von der Fluidprobe derart optimiert, dass ein detektierter Wert annähernd mittig zu einem sich linear verändernden Wertebereich liegt, welcher von dem Detektor unterstützt wird.
  • Die allgemein bei 10 gezeigte Vorrichtung unterschei det sich von dispersiven Systemen nach dem Stand der Technik dadurch, dass das dispersive Element 5 zwischen der wenigstens einen Lichtquelle 1 und jeder Probenzelle 20 der Vielzahl von Probenzellen angeordnet ist. Die Fluidprobe, welche in dem Aufnahmebereich 27 jeder Probenzelle 20 der Vielzahl von Probenzellen aufgenommen ist, wird mit im Wesentlichen monochromatischem Licht bestrahlt. Außerdem bewegt sich das dispersive Element 5 der allgemein bei 10 gezeigten Vorrichtung nicht durch ein Wellenlängenkontinuum; statt dessen ist die Wellenlänge von im Wesentlichen monochromatischem Licht, welches zur Bestrahlung der Fluidprobe verwendet wird, die in jeder Probenzelle aufgenommen ist, abhängig von der Position jeder Probenzelle relativ zu der Normalen des Beugungsgitters vorher ausgewählt. Ein separater Detektor gehört zu jeder Probenzelle 20 der Vielzahl von Probenzellen und ist dahingehend optimiert, dass er Licht bei der vorher ausgewählten Wellenlänge detektiert, welches sich durch diese Probenzelle hindurch ausbreitet. Typischerweise ist bei dispersiven Systemen nach dem Stand der Technik ein dispersives Element zwischen einer einzelnen Probenzelle und einem einzelnen Detektor derart angeordnet, dass die Probe mit polychromatischer Strahlung bestrahlt wird und das polychromatische durchgelassene Licht anschließend abhängig von der Wellenlänge vor der Detektion an dem Detektor zerlegt wird. Selbstverständlich detektiert der Detektor Licht lediglich bei einer einzigen Wellenlänge optimal, so dass der Fehler, welcher mit Lichtabsorptionsmessungen bei anderen Lichtwellenlängen als der optimierten Wellenlänge verbunden ist, verhältnismäßig groß ist gegenüber einem Fehler, welcher unter Bedingungen erhalten wird, die auf die gemessene Wellenlänge hin optimiert sind.
  • Unter Bezugnahme auf 7 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem die Probenzellen in Reihe miteinander verbunden sind, so dass der Auslassanschluss einer ersten Probenzelle mit dem Einlassanschluss einer zweiten Probenzelle kommuniziert, der Auslassanschluss einer zweiten Probenzelle mit dem Einlassanschluss einer dritten Probenzelle kommuniziert, etc.. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, dass ein zusammenhängender Fluidprobenstrom aufeinanderfolgend durch alle Probenzellen hindurchströmt, und somit jede Probenzelle im Wesentlichen die gleiche Probe aufnimmt. Außerdem ermöglicht es die Anordnung vorteilhaft, dass ein Prozess-Strom kontinuierlich und automatisch untersucht wird, indem einfach ein kleiner Anteil des Prozess-Stroms durch den Einlassanschluss 23 einer ersten Probenzelle aufgeteilt wird und die Probe durch den Auslassanschluss 24 einer letzten Probenzelle erneut abgezweigt wird. Selbstverständlich könnte die Fluidprobe auch dazu gebracht werden, rückwärts zu fließen, indem ein kleiner Anteil des Prozess-Stroms durch den Auslassanschluss 24 der letzten Probenzelle aufgeteilt wird und die Probe durch den Einlassanschluss 23 der ersten Probenzelle erneut abgezweigt wird. Es ist nachzuvollziehen, dass der Klappspiegel 28, welcher innerhalb der 230 nm-, 280 nm- und 320 nm-Kanaldetektoren zur Klarheit weggelassen ist und nicht impliziert, dass die Vielzahl von Kanaldetektoren innerhalb einer einzigen Ebene aufgenommen ist.
  • Unter Bezugnahme auf die 8 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Messung wenigstens einer dekadischen Extinktion von Licht durch eine Fluidprobe gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei Schritt 100 wird eine Fluidprobe derart bereitgestellt, dass eine gleiche Fluidprobe innerhalb jedes Aufnahmebereichs von jeder Probenzelle der Vielzahl von Probenzellen aufgenommen ist. Vorzugsweise wird eine Fluidprobe aus Abwasser oder einem anderen Prozess-Strom abgeleitet und durch einen ersten Einlassanschluss geleitet, welcher in Kommunikation mit einem ersten Aufnahmebereich einer ersten Probenzelle steht. Die Fluidprobe wird dahingehend geleitet, dass sie durch die erste Probe hindurchströmt und über einen ersten Auslassanschluss der ersten Probenzelle austritt. Äußerst bevorzugt kommuniziert der erste Auslassanschluss der ersten Probenzelle mit sowohl dem ersten Aufnahmebereich der ersten Probenzelle als auch einem zweiten Einlassanschluss einer zweiten nächsten Probenzelle, so dass die Fluidprobe aufeinanderfolgend durch den Aufnahmebereich jeder separaten Probenzelle hindurchströmt. Vorteilhaft ist die Fluidprobe, welche innerhalb jedes Aufnahmebereichs jeder Probenzelle aufgenommen ist, im Wesentlichen die gleiche Fluidprobe.
  • Bei Schritt 101 wird polychromatisches Licht entlang eines optischen Anfangsweges bereitgestellt und bei Schritt 102 in Abhängigkeit von der Wellenlänge winkelmäßig aufgespalten. Licht bei jeder der Vielzahl von vorgegebenen Wellenlängen wird entlang einer Vielzahl von separaten optischen Wegen durch individuelle Fluidproben geleitet, welche innerhalb des Aufnahmebereichs jeder separaten Probenzelle aufgenommen sind. Die Weglänge durch jede Probenzelle ist in Abhängigkeit von der Fluidprobe und von der vorgegebenen Wellenlänge von Licht, welches sich durch die Probenzelle hindurch ausbreitet, optimiert. Spezifisch ist die Weglänge derart ausgewählt, dass die Lichtmenge, welche von der Fluidprobe absorbiert wird, zu einer Menge von Lichtabsorption strebt, welche annähernd mittig zu einem sich annähernd linear veränderndem Bereich einer Absorptionskurve für die Fluidprobe bei jeder vorgegebenen Wellenlänge liegt. Bei Schritt 104 wird ein dekadischer Extinktionswert gesondert für die Absorption von Licht durch die gleiche Fluidprobe bei jeder vorgegebenen Wellenlänge ermittelt. Einem Fachmann wird klar sein, dass, wenn eine Referenzprobe anwesend ist, eine vorherige Messung der Lichtdurchlässigkeit entlang jedes separaten optischen Weges durchgeführt wird, bevor ein dekadischer Extinktionswert für die interessierende Flu idprobe ermittelt wird. Alternativ werden Grundliniendaten, welche in einem Speicher der Vorrichtung gespeichert sind, verwendet, um die dekadischen Extinktionswerte bei Schritt 104 zu ermitteln.
  • Die Schritte 105 und 106 werden bei dem vorliegenden Verfahren wahlweise durchgeführt. Beispielsweise berechnet eine Mikroprozessoreinheit 30 zur Durchführung mathematischer Operationen wenigstens ein Verhältnis zweier dekadischer Extinktionswerte bei Schritt 105 in Abhängigkeit einer vorgegebenen Wahl. Bei Schritt 106 wird das wenigstens eine Verhältnis verglichen mit einer vorgegebenen Beziehung zwischen dem wenigstens einen Verhältnis und einer physikalischen Eigenschaft sowie einem Konzentrationswert der Fluidprobe. Beispielsweise umfasst ein Speicher 31 des Mikroprozessors 30 vorher gemessene Daten, welche das wenigstens eine Verhältnis mit entweder einer physikalischen Eigenschaft oder einem Konzentrationswert der Fluidprobe in Beziehung setzen.
  • Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Lichtquelle eine Xenonbogenlampe. Eine Xenonbogenlampe bietet vorteilhaft einen hohen Strahlungsausstoß bei den kürzeren Wellenlängen des Ultraviolettbereichs. Außerdem bietet die Xenonbogenlampe Spitzen bei 230 nm und 250 nm, welche dafür geeignet sind, die Wellenlängenmessungen der Vorrichtung zu kalibrieren. Alternativ wird wenigstens entweder eine Hochenergie-Deuteriumlampe oder eine Wolframdrahtlampe als Lichtquelle verwendet. Außerdem könnten alternativ eine Vielzahl von Lasern oder eine Vielzahl von abstimmbaren Lasern verwendet werden, um monochromatisches Licht bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Wellenlängen bereitstellen.
  • Bei dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Licht streuende Element ein reflektierendes konkaves Beugungsgitter, es ist jedoch vorweggenommen, dass andere Arten von Licht streuenden Elementen, wie beispielsweise ein durchlässiges Beugungsgitter, ebenfalls verwendet werden könnten, ohne sich merklich von den Lehren der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Alternativ kann das Licht streuende Element gegen andere Licht aufteilende Elemente ausgetauscht werden, wie: ein abstimmbares Farbry-Perot-Interferenzfilter, wie es im US-Patent Nr. 4 779 959 , erlassen für Saunders, offenbart ist; ein variables Filter, wie es im US-Patent Nr. 5 144 498 , erlassen für von Okamoto et al., und im US-Patent Nr. 5 218 473 , erlassen für von Seddon et al., offenbart ist; ein Mehrzeilen-Schmalband-Passfilter, wie es im US-Patent Nr. 5 410 431 , erlassen für Southwell, beschrieben ist; und eine Reihe von wellenlängenselektiven dichroitischen Beschichtungen, wie sie im US-Patent Nr. 6 072 633 , erlassen für Park et al., beschrieben ist.
  • Es ist ein Vorteil des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, dass das gestreute Licht mit unterschiedlichen Weglängen entlang eines kreisförmigen Weges fokussiert wird, welcher als Rowland-Kreis bekannt ist, was die Verwendung von unabhängigen Lichtdetektoren für jeden unterschiedlichen optischen Sekundärweg unterstützt, wobei die genannten Lichtdetektoren für die Lichtintensität jeder vorgegebenen Lichtwellenlänge optimiert sind. Die Absorption von anderen Lichtwellenlängen als diejenigen der hierin beschriebenen vorgegebenen Lichtwellenlängen könnte durchgeführt werden, indem dem Betreiber des Geräts Mittel zur Verfügung gestellt werden, um die Position wenigstens eines Kanaldetektors zu einer anderen Position entlang des Rowland-Kreise zu bewegen. Selbstverständlich ist die Länge der Probenzelle für lediglich eine spezifische Lichtwellenlänge optimiert und es wird daher eine geringere Genauigkeit für Messungen erwartet, welche bei anderen Wellenlängen durchgeführt werden. Alternativ könnte der Hersteller die Positionen der Kanaldetektoren entlang des Rowland-Kreises gemäß den Anforderungen oder den durch den Käufer vorweggenommenen Anforderungen vorgeben und außerdem Probenzellen zur Verfügung stellen, welche eine geeignete Länge aufweisen.
  • Bei dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vielzahl separater Probenzellen beschrieben, wobei jede separate Probenzelle zur Aufnahme einer Fluidprobe innerhalb eines Aufnahmebereichs derselben dient. Jede separate Probenzelle ist in einem separaten optischen Weg angeordnet, so dass sich im Wesentlichen monochromatisches Licht bei einer der Wellenlängen der Vielzahl von vorgegebenen Wellenlängen von Licht durch den Aufnahmebereich jeder Probenzelle abhängig von der Position der Probenzelle entlang des Rowland-Kreises hindurch ausbreitet. Alternativ ist eine gleiche Probenzelle innerhalb wenigstens zweier verschiedener optischer Wege angeordnet, wobei die gleiche Probenzelle zur Aufnahme einer gleichen Fluidprobe innerhalb eines gleichen Aufnahmebereichs derselben dient. Die gleiche Probenzelle ist so geformt, dass sie eine erste optische Weglänge durch die gleiche Fluidprobe entlang des ersten optischen Weges, eine zweite andere optische Weglänge durch die gleiche Fluidprobe entlang des zweiten unterschiedlichen optischen Weges und eine n-te andere optische Weglänge durch die gleiche Fluidprobe entlang des n-ten unterschiedlichen optischen Weges bereitstellt, wobei n die Anzahl der vorgegebenen Wellenlängen ist.
  • Der dem Gerät eigene Astigmatismus, welcher durch den Klappspiegel in dem optischen Anfangsweg eingebracht ist, beugt dem Erfordernis der Verwendung von zusätzlichen optischen Elementen vor, um den Lichtstrahl innerhalb des Aufnahmebereichs der Probenzelle zu begrenzen, was die Ausbil dung des Geräts vereinfacht und Schwierigkeiten verringert, welche mit einer Fehlausrichtung der optischen Elemente verbunden sind. Außerdem ist der Radius des Rowland-Kreises vorteilhaft gleich dem Radius der Krümmung des konkaven Gitters, was es ermöglicht, dass eine kompakte Geräteausbildung unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen konkaven Gitters ausgeführt wird.

Claims (26)

  1. Ein Verfahren zur Messung der Lichtabsorption durch eine Flüssigkeitsprobe die eine Licht absorbierende Spezies beinhaltet, aufweisend folgende Schritte: a) Vorsehen von polychromatischem Licht entlang eines anfänglichen Strahlengangs; b) Verteilen des polychromatischen Lichts in Abhängigkeit der Wellenlänge mittels eines Gitters, welches einen Rowland-Kreis definiert, um Licht bei einer ersten vorbestimmten Wellenlänge entlang eines ersten Strahlengangs zu leiten, welcher eine erste Weglänge durch die Flüssigkeitsprobe hindurch aufweist; und, um Licht bei einer zweiten anderen vorbestimmten Wellenlänge entlang eines zweiten anderen Strahlengangs zu leiten, welcher eine zweite andere Weglänge durch die Flüssigkeitsprobe aufweist; c) Ermittlung einer Lichtintensität bei der ersten vorbestimmten Wellenlänge nachdem es sich über den ersten Lichtweg durch die Flüssigkeitsprobe hindurch verbreitet hat, dies mittels eines im ersten Strahlengang angeordneten Lichtdetektors, welcher einen ersten Bereich von ermittelten Werten unterstützt; und, d) Ermittlung einer Lichtintensität bei der zweiten anderen vorbestimmten Wellenlänge nachdem es sich über den zweiten Lichtweg durch die Flüssigkeitsprobe hindurch verbreitet hat, dies mittels eines im zweiten Strahlengang angeordneten Lichtdetektors, welcher einen zweiten Bereich von ermittelten Werten unterstützt; wobei die erste Weglänge in Abhängigkeit der ersten Wellenlänge und der Flüssigkeitsprobe derart gewählt wird, dass der ermittelte erste Wert sich innerhalb eines Teils des ersten Bereiches befindet, wobei erhebliche Variationen der optischen Intensität zu erheblichen Änderungen des ersten Wertes führen, und, wobei die zweite Weglänge in Abhängigkeit von der zweiten Wellenlänge und der Flüssigkeitsprobe derart gewählt wird, dass der ermittelte zweite Wert sich innerhalb eines Teils des zweiten Bereiches befindet, wobei erhebliche Variationen der optischen Intensität zu erheblichen Änderungen des zweiten Wertes führen, und, wobei ein erster Kanaldetektor aufweisend eine Zielschlitz, eine Probenzelle der ersten Weglänge sowie einen ersten Detektor, winkelartig entlang eines Kreisbogenteils des Rowlandkreises in Abhängigkeit von der ersten Lichtwellenlänge angeordnet ist und ein zweiter anderer Kanaldetektor aufweisend einen Zielschlitz, eine Probenzelle der zweiten Weglänge und einen zweiten Detektor, winkelartig entlang eines Kreisbogenteils des gleichen Rowlandkreises in Abhängigkeit von der zweiten anderen Lichtwellenlänge angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Weglänge in Abhängigkeit der ersten Weglänge und der Licht absorbierenden Spezies derart gewählt wird, dass der ermittelte erste Wert sich erheblich ausserhalb von einem annähernd übersättigten Teil des ersten Bereiches befindet, und wobei die zweite Weglänge in Abhängigkeit von der zweiten anderen Wellenlänge und der gleichen Licht absorbierenden Spezies derart gewählt wird, dass der ermittelte zweite Wert sich erheblich ausserhalb von einem annähernd übersättigten zweiten Teil des zweiten anderen Bereichs befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die bei der ersten Wellenlänge abzufragende Flüssigkeitsprobe innerhalb von einem ersten enthaltenden Teil einer ersten Probenzelle enthalten ist, welche innerhalb des ersten Strahlengangs angeordnet ist, und die bei der zweiten anderen Wellenlänge abzufragende Flüssigkeitsprobe innerhalb einem zweiten anderen enthaltenden Teil einer zweiten Probenzelle enthalten ist, welche innerhalb des zweiten Strahlengangs angeordnet ist, und wobei der erste enthaltende Teil und der zweite andere enthaltende Teil im Wesentlichen die gleiche Flüssigkeitsprobe enthalten.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, aufweisend die zusätzlichen Schritte: e) Wiederholung der Schritte a) bis d) mit einer Referenzflüssigkeitsprobe; und f) Berechnung von: einem ersten sich auf die Absorption von Licht durch die Licht absorbierende Spezies bei der ersten Wellenlänge beziehenden Absorptionswert in Abhängigkeit vom ermittelten ersten Wert und von den Resultaten von Schritt e); und, einem zweiten sich auf die Absorption von Licht durch die Licht absorbierende Spezies bei der zweiten anderen Wellenlänge beziehenden Absorptionswert in Abhängigkeit vom ermittelten zweiten Wert und von den Resultaten von Schritt e).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, aufweisend die zusätzlichen Schritte: g) Berechnung von mindestens einem Verhältnis in Abhängigkeit vom ersten Absorptionswert und dem im Schritt f) ermittelten zweiten Absorptionswert, wobei das mindestens eine Verhältnis sich auf einen Konzentrationswert oder eine physikalische Eigenschaft der Flüssigkeitsprobe bezieht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die durch die Flüssigkeitsprobe absorbierte Lichtmenge gegen eine Lichtabsorptionsmenge hin tendiert, welche ungefähr zentral zu einem ungefähr linear variierenden Bereich einer Absorptionskurve für die Probe bei der ersten und bei den zweiten anderen Wellenlängen des Lichts ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede vorbestimmte Lichtwellenlänge der Vielzahl von verschiedenen vorbestimmten Lichtwellenlängen aus dem sichtbaren Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums gewählt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmten Lichtwellenlängen ungefähr 230 nm, 250 mn, 280 nm, 300 nm, 320 nm, 350 nm, 400 nm und 450 nm sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Messung der Lichtabsorption durch die Flüssigkeitsprobe bei der ersten vorbestimmten Lichtwellenlänge und die Messung der Lichtabsorption durch die Flüssigkeitsprobe bei der zweiten anderen vorbestimmten Lichtwellenlänge während einer im Wesentlichen gleichen sich überlappenden Zeitspanne durchgeführt werden.
  10. Vorrichtung für die Messung der Lichtabsorption durch eine Flüssigkeitsprobe, aufweisend: mindestens eine Lichtquelle (1) zur Lieferung von polychromatischem Licht entlang eines anfängliche Strahlengangs; ein Gitter (5), welches einen Rowland-Kreis (II) definiert, welcher innerhalb des anfänglichen Strahlengangs angeordnet ist, um das polychromatische Licht von der mindestens einen Lichtquelle zu empfangen und um das polychromatische Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, bei jeder von einer Vielzahl von verschiedenen vorbestimmten Wellenlängen entlang einer von einer Vielzahl von unterschiedlichen sekundären Strahlengängen zu lenken, einschliesslich eines Signals bei einer ersten vorbestimmten Lichtwellenlänge, welches sich entlang eines ersten sekundären Strahlengangs ausbreitet und eines Signals bei einer zweiten anderen vorbestimmten Lichtwellenlänge, welches sich entlang eines zweiten anderen sekundären Strahlengangs ausbreitet; einen ersten Kanaldetektor (9), der innerhalb des ersten sekundären Strahlengangs angeordnet ist, aufweisend: a) eine erste Probenzelle zum Enthalten einer Flüssigkeitsprobe innerhalb von einem enthaltenden Teil und mit lichtdurchlässigen Stirnflächen, und b) einen ersten Lichtdetektor, der so angeordnet ist, um Licht bei der ersten vorbestimmten Wellenlänge von einer lichtdurchlässigen Stirnseite der ersten Probenzelle zu empfangen, wobei Licht bei der ersten vorbestimmten Wellenlänge sich in einem ersten Lichtweg durch den enthaltenden Teil der ersten Probenzelle ausbreitet; einen zweiten Kanaldetektor (9), der innerhalb des zweiten anderen sekundären Strahlengangs angeordnet ist, welcher aufweist: a) eine zweite andere Probenzelle zum Enthalten einer Flüssigkeitsprobe innerhalb von einem enthaltenden Teil und mit lichtdurchlässigen Stirnflächen, und b) einen zweiten anderen Lichtdetektor, der so angeordnet ist, um Licht bei der zweiten vorbestimmten Wellenlänge von einer lichtdurchlässigen Stirnseite der zweiten anderen Probenzelle zu empfangen, wobei Licht bei der zweiten vorbestimmten Wellenlänge sich in einem zweiten anderen Lichtweg durch den enthaltenden Teil der zweiten anderen Probenzelle ausbreitet, wobei das Licht trennende Element einen Rowland-Kreis definiert und der erste Kanaldetektor und der zweite andere Kanaldetektor winkelartig entlang eines Kreisbogenteils des Rowlandkreises jeweils in Abhängigkeit von der ersten vorbestimmten Lichtwellenlänge und von der zweiten anderen vorbestimmten Lichtwellenlänge angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei jede Probezelle des Weiteren aufweist: eine Eintrittsöffnung, die in Verbindung mit dem enthaltenden Teil der Probenzelle steht, um die Flüssigkeitsprobe in den enthaltenden Teil der Probenzelle einzuführen, welche Öffnung erheblich nahe bei wenigstens einer ersten lichtdurchlässigen Stirnseite angeordnet ist; und eine Austrittsöffnung, die in Verbindung mit dem enthaltenden Teil der Probenzelle steht und welche erheblich nahe bei wenigstens einer zweiten anderen lichtdurchlässigen Stirnseite angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Austrittsöffnung der ersten Probenzelle sich auf solche Weise in flüssiger Verbindung mit der Eintrittsöffnung der zweiten anderen Probenzelle befindet, dass eine in die erste Probenzelle eingeführte Flüssigkeitsprobe durch die Länge der ersten Probenzelle und anschliessend über eine einzige durchgehende Flüssigkeitsbahn durch die Länge der zweiten anderen Probenzelle hindurch geleitet wird.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste enthaltende Teil der ersten Probenzelle und der zweite andere enthaltende Teil der zweiten anderen Probenzelle im Wesentlichen die gleiche Flüssigkeitsprobe enthalten.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 10, des Weiteren aufweisend: a) einen ersten Zielschlitz, welcher innerhalb des ersten sekundären Strahlengangs angeordnet ist, um durch das Licht trennende Element geliefertes Licht bei der ersten vorbestimmten Wellenlänge auf eine der mindestens einen lichtdurchlässigen Stirnseiten der ersten Probenzelle zu fokussieren; und, b) einen zweiten anderen Zielschlitz, welcher innerhalb des zweiten anderen sekundären Strahlengangs angeordnet ist, um durch das Licht trennende Element geliefertes Licht bei der zweiten anderen vorbestimmten Wellenlänge auf eine der mindestens einen lichtdurchlässigen Stirnseiten der zweiten anderen Probenzelle zu fokussieren.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Licht trennende Element aus einer Gruppe gewählt wird, welche umfasst: ein abstimmbares Farbry-Perot Interferenzfilter; ein lineares variables Filter; ein Mehrlinien-Schmalbanddurchlassfilter; und eine Vielzahl von bezüglich Wellenlängen selektiven reflektiven und durchlässigen dichroitischen Filtern.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Licht trennende Element ein dispersives Element ist, welches aus einer Gruppe gewählt wird, die umfasst: ein durchlässiges Brechungsgitter und ein Prisma.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Licht trennende Element ein dispersives Element ist, welches ein reflektierendes Brechungsgitter aufweist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das dispersive Element ein reflektierendes konkaves Brechungsgitter ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das dispersive Element so positioniert ist, dass Licht bei jeder vorbestimmten Wellenlänge entlang eines ausschliesslich zugeordneten sekundären Strahlengangs gestreut wird.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das dispersive Element und die mindestens eine Lichtquelle so ausgebildet sind, dass im Gebrauch jede vorbestimmte Lichtwellenlänge der Vielzahl von vorbestimmten unterschiedlichen Lichtwellenlängen, einschliesslich der ersten vorbestimmten Lichtwellenlänge und der zweiten anderen vorbestimmten Lichtwellenlänge, aus dem sichtbaren Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums stammen.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die mindestens eine Lichtquelle dazu dient, Licht bei vorbestimmten Lichtwellenlängen zu liefern, welche ungefähr 230 nm, 250 nm, 280 nm, 300 nm, 320 nm, 350 nm, 400 nm und 450 nm betragen.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die mindestens eine Lichtquelle aus einer Gruppe gewählt wird, welche umfasst: eine Xenon-Bogenlampe; eine Hochleistungs-Deuteriumlampe; und eine Wolframglühdrahtlampe.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Kanaldetektoren für die Detektion von Licht bei den vorbestimmten Wellenlängen von ungefähr 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm und 450 nm, wahlweise aufweisen: einen Banddurchlassfilter, welcher zwischen dem Zielschlitz und der mindestens einen lichtdurchlässigen Stirnseite der Probenzelle angeordnet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Kanaldetektoren für die Detektion von Licht bei den vorbestimmten Wellenlängen von ungefähr 230 nm, 280 nm und 320 nm, des Weiteren aufweisen: einen Klappspiegel, welcher zwischen dem Zielschlitz und der mindestens einen lichtdurchlässigen Stirnseite der Probenzelle angeordnet ist; und einen Banddurchlassfilter, welcher wahlweise zwischen dem Klappspiegel und der mindestens einen lichtdurchlässigen Stirnseite der Probenzelle angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Kanaldetektoren für die Detektion von Licht bei den vorbestimmten Wellenlängen von ungefähr 230 nm, 280 nm und 320 nm innerhalb einer Ebene angeordnet sind, die ungefähr senkrecht zur Ebene steht, welche die Kanaldetektoren für die Detektion von Licht bei den vorbestimmten Wellenlängen von ungefähr 250 nm, 200 nm, 350 nm, 400 nm und 450 nm enthält.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, welche des Weiteren einen Klappspiegel aufweist, welcher im anfänglichen Strahlengang angeordnet ist, um von der mindestens eine Lichtquelle geliefertes Licht auf die Betriebsoberfläche des dispersiven Elements zu leiten.
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