-
Verfahren zur Bestimmung der Kohlensäure in Luft und anderen Gasen
Es ist bekannt, Kohlensäure in der Luft und in anderen Gasen dadurch zu bestimmen,
daß die zu untersuchende I,uftschicht von der Strahlung eines erwärmten Körpers
durchsetzt und die durch den Kohlensäuregehalt bedingte Strahlungsabsorption der
Luft schicht beispielsweise mit Hilfe von Thermoelementen gemessen wird.
-
Bei der Messung von Gasen, die reichliche Mengen von Kohlenoxyd,
das eine ähnliche Absorptionsfähigkeit hat wie die Kohlensäure, enthalten, hat man
dieses Verfahren dadurch zu verlbessern gesucht, daß die Strahlung in demjenigen
Wellenbereich" der besonders von dem Kohlenoxyd absorbiert wird, durch ein geeignetes
Absorptionsmittel geschwächt wird, um dadurch den Einfluß der Kohlenoxydbeimischung
auf das Meßergebnis zu verringern. Zu diesem Zweck soll zwischen Strahlungsquelle
und Strahlungsempfänger ein Quarzfilter eingeschaltet werden. -Bei den Verfahren
der beschriebenen Art ergeben sich jedoch dadurch Fehlmessungen, daß das Maß der
Schwächung, die der zur Messung gelangende Strahl durch die Kohlensäureabsorption
erfährt, mit einem zweiten durch kohlendioxvdfreie Luft oder durch Luft mit bekanntem
I(ohlendioxydgehallt geleiteten Strahl verglichen wird. Selbst wenn die beiden Vergleichsstrahlen
aus der gleichen Energiequelle stammen. läßt sich nicht vermeiden, daß sie bei ihrem
Gang von der Energiequelle bis zu dem Meßinstrument unterschiedlichen Einflüssen
ausgesetzt sind.
-
So genügen schon Stäubchen an den Luftkammern oder geringfügige Verunreinigungen
an den Fenstern bzw. Schlitzen, durch die die Strahlen hindurchtreten, um unterschiedliche
Streuungen und Wärmeabstrahlungen hervorzurufen., Diese Fehlerquellen fallen um
so mehr ins Gewicht, als es sich bei den Meszungen um sehr geringfügige Abweichungen
von den Normalwerten handelt.
-
Die Erfindung hat sich diAufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile
zu umgehen. Die Lösung dieser Aufgabe wurde erfindungsgemäß
darin
gefunden, daß in den Strahlengang eine Kalkspatplatte eingeschaltet und der Unterschied
der Intensitäten des ordentlichen und des außerordentlichen Strahles gemessen wird.
Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß man den ordentlichen Strahl auf die eine
Lötstelle eines Thermoelementes, den, außerordentlichen auf die andere wirken läßt,
wobei die entstehenden Thermoströme ein Maß flir den Kohlensäuregehalt der Luft
bildend 1 Die Messung der Strahlungsenergie unter dt-m Kristall kann natürlich auch
auf eine andere Weise erfolgen. In jedem Fall muß aber die Anordnung so sein, dalS
der ordentliche und der außerordentliche Strahl in irgendeiner Differenzmethode
kombiniert zur Messung kommen, um die Temperaturschwankungen der Strahlenquelle
und andere obengenannte Fehlerquellin in erster Nähe rung zu eliminieren.
-
Als Strahlungsquelle kann ein vorzugsweise elektrisch erhitzter Metallklotz,
beispielsweise in Form eines schwarzen Itörpers. dienen. Aus Gründen der Einfachheit
kommt vorläufig nur ein Temperaturstrahler in Frage. Die Temperatur des Strahlers
kann so gewählt werden, daß das Maximum der Emission zusammenfällt mit dem blaximum
der Kohlensäureabsorptionsbande, das bei 4,27 µ liegt. Nach dem Vienschen Verschiebungsgesetz
beträgt dann diese Temperatur 400°C.
-
Passiert diese Strahlung eine Kalkspatplatte, so wird sie in ganz
unterschiedlichem Maße geschwächt, je nachdem sie in der ordentlichen oder außerordentlichen
Richtung hindurchgeht. Der doppeltl>rechende Kalkspat ist nämlich ein Material,
das in seiner ordentlichen Strahlrichtung selektiv den Bereich von 4 Mikron (Wellenlängenbereich
zwischen 4,2 und 4,3 µ) absorbiert, während es in seiner außerordentlichen Strahlrichtung
beinahe ungeschwächt durchläßt. Die Kohlensäure besitzt in dem gleichen Wellenlängengebiet
eine starke Absorptionsbande. 201, CO. unter Normalbedingungen lassen nur 22% der
Strahlung durchtreten.
-
Zerlegt man also die von dem schwarzen Körper kommenden Strahlen
durch einen Kalkspat. so enthält nur der außerordentliche Strahl den durch die Kohlensäure
absorbierbaren Wellenbereich. Nur dieser kann deshalb in seiner Intensität eine
Schwächung erfahren, und diese Intensitätsschwächung wird erfindungsgemäß bei dem
Durchgang durch die zu untersuchende Luft gemessen bzw. mit dem unverändert gebliebenen
ordentlichen Strahl verglichen. Das Intensitätsverhältnis vom ordentlichen zum außerordentlichen
Strahl hängt also von der in den Strahlengang eingeschalteten Kohlensäuremenge ab.
-
Die Dicke der in den Strahlengang einzuschiebenden Kalkspatplatte
bemißt man vorzugsweise auf etwa 8 mm. Eine Dicke von 4 mm stellt zwar ein gewisses
Optimum in den Intensitätsdifferenzen des ordentlichen und des außerordentlichen
Strahles dar, aber der Abstand der beiden Strahlen erreicht bei einer derartigen
Dicke nur 0,5 mm, was den Aufbau des Meßinstrumentes wesentlich erschweren würde.
Dagegen liefert eine 8 mm dicke Platte einen Strahlenabstand von 1 mm, was wesentlich
handlicher und bequemer ist.
-
An sich wäre eine kleinere Plattendicke auch deswegen erwünscht,
weil bei ihr im Gebiet um 2,6 µ der Intensitätsunterschied der zwei Strahlen noch
nicht so groß ist. In diesem Gebiet besitzt aber auch der Wasserdampf eine wenn
auch nicht besonders starke Bande, was die Messung stören könnte, zum mindesten
aher eine Tiorrelitur bedingen wurde. Neben dieser Wasserdampfbande liegt noch eine
zwischen 4,8 und 6,25 Mikron, die aber durch die Wahl der Strahlenquelle wesentlich
harmloser ist.
-
Vor oder hinter der Kalkspatplatte wird ein von der Strahlung durchsetztes
Gitter angeordnet, dessen Stäbe und Zwischenräume je eine Breite haben, die einem
Achtel der Plattendicke entspricht, wobei die Lötstellen des Thermoelementes vor
die beleuchteten Stellen gelegt werden. Bei einer 8 mm dicken Kalkspatplatte betragen
die Breiten der Stäbe und der Zwischenräume also gerade 1 mm. Hinter dem Kristall
werden dann alle Punkte der Fläche bestrahlt, aber so, daß millimeterbreite Streifen
abwechselnd von dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl getroffen werden.
in diese Streifen werden dann die Lötstellen verlegt, so daß Lötstelle 1, 3, 5 .
. . unter dem ordentlichen, Lötstelle 2, 4, 6 . -. . unter dem aul3erordentlichen
Strahl liegen.
-
Statt eines gewöhnlichen Thermoelementes kann man natürlich auch
ein Vakuumthermoelement oder ein Bolometer benutzen. Welches Meßinstrument man verwendet,
hängt lediglieb von der gewünschten Empfindlichkeit des Nachweises ab.
-
Bei der praktischen Durchführung der Messung kann man so verfahren,
daß man Vorkehrungen trifft, die die Intensitäten der beiden zu vergleichenden Strahlen
bei einem Blindversuch gleich groß erscheinen lassen, beispielsweise dadurch. daß
die Lötstellen eines Thermoelementes, auf die die beiden Strahlen ungleicher Intensität
auftreffen, auf gleiche Temperatur erhitzt werden. Dies wird u. a. dadurch erreicht,
daß man die Lötstelle auf die der schwächere Strahl auftrifft, größer ausbildet
oder durch tiefere Schwarzfärbung
für Wärme aufnahmefähiger macht.
-
Vorzugsweise wird jedoch so verfahren, daß die Energie des ungeschwächten
außerordentlichen Strahles durch Reduktion -der betreffenden Spalthöhe so weit eingeschränkt
wird, daß sie bei normalem Kohlensäuregehalt der Luft gleich der des ordentlichen
Strahles wird. Auf diese Weise wird ein Nullpunkt eingestellt. Läßt man nunmehr
den Strahl durch die zu untersuchen,de Luft durchtreten, so wird der außerordentliche
Strahl geschwächt und sinkt unter den Nullwert. Die sich dadurch ergebende Temperaturdifferenz
wird an dem Thermoelement angezeigt.
-
Die Empfindlichkeit der Messung kann so gesteigert werden, daß bei
einer Luftstrecke von 86 cm ein Kohlensäuregehalt von I04, d. h. ein Zehntausendstel
eines Prozentes, einen Ausschlag von 1 I mm am Lichtanzeiger des Galvanometers erzeugt.
Die Empfindlichkeit ist gleich der besten chemisohen Messung. Man erhält Momentanwerte,
ist unabhängig von der Feuchtigkeit und nur wenig und sehr leicht korrigierbar abhängig
von Temperatur und Luftdruck. Die Eichung läßt sich,schnell, leicht und zuverlässig
ausführen. Die zur Durchführung der Messung notwendige Apparatur ist widerstandsfähig,
handlich und billig zu beschaffen und kann überall da aufgestellt werden, wo man
sich aus irgendeinem Grunde für den Kohlensäuregehalt der Luft interessiert.
-
Auf der Zeichnung ist schematisch eine zur Durchführung der Bestimmung
verwendbare Apparatur dargestellt.
-
Mit I ist die durch eine elektrische Heizung erwärmte Strahlenquelle,
z. B. ein auf 4000 C erwärmter Metallklotz, bezeichnet. DieStrahlen gehen durch
eine Blende 3 und darauf durch ein Rohr 4. An diesem Rohr sitzen Stutzen 5, durch
die das zu untersuchende Gas zu- bzw. abgeleitet wird. Die Strahlen passieren dann
eine kammartige Gitterblende 6, deren Gitterabstand und Gitterbreite gleich der
Verschiebung des außerordentlichen Strahles sind, und darauf eine Kalkspatplatte
7 und treffen schließlich auf die Ebene 8, in der die Lötstellen der Thermobatterie
9 liegen, die mit einem Millivoltmesser 10 verbunden ist.
-
DasRohr4 kann auch zwischen der I(alkspatplatte 7 und den Lötstellen
8 liegen.
-
PATENTANSPRSCHE: I. Verfahren zur Bestimmung der Kohlensäure in der
Luft und in anderen Gasen, darin bestehend, daß die zu untersuchende Luftschicht
von der Strahlung eines erwärmten Körpers durchsetzt und die durch den Kohlensäuregehalt
bedingte Strahlungsabsorption der,Luftschicht z.B. mit Hilfe von Thermoelementen
gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang eine Kalkspatplatte
eingeschaltet und der Unterschied der Intensitäten des ordentlichen und des außerordentlichen
Strahles gemessen wird.