FI107194B - Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä - Google Patents
Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä Download PDFInfo
- Publication number
- FI107194B FI107194B FI961197A FI961197A FI107194B FI 107194 B FI107194 B FI 107194B FI 961197 A FI961197 A FI 961197A FI 961197 A FI961197 A FI 961197A FI 107194 B FI107194 B FI 107194B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- radiation
- measuring
- filter
- optical
- gas
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 27
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 110
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 102
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 56
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 43
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 12
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 7
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 claims description 5
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 5
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 2
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 61
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 27
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 7
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- GGYFMLJDMAMTAB-UHFFFAOYSA-N selanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Se] GGYFMLJDMAMTAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004018 waxing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/20—Oxygen containing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/20—Oxygen containing
- Y10T436/204998—Inorganic carbon compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/20—Oxygen containing
- Y10T436/204998—Inorganic carbon compounds
- Y10T436/205831—Carbon monoxide only
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
- Y10T436/23—Carbon containing
Description
107194
Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä
Keksintö koskee menetelmää kaasuseoksen, kuten hengitysilman tai pakokaasun, vähintään yhden komponentin pitoisuuden määrittämiseksi infrapunasäteilyn ab-5 sorption perusteella, jossa menetelmässä: laajakaistaisesta säteilylähteestä tulevan säteilyn annetaan kulkea mittauskammiossa olevan kaasuseoksen läpi, jolloin ainakin mainitun niitattavan kaasukomponentin absorptio vaikuttaa ulostulevaan säteilyyn; tämän ulostulevan säteilyn annetaan kulkea vähintään tietyn ensimmäisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen läpi; ja tämän näin 10 suodatetun säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla, joka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun ensimmäisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen. Keksintö koskee myös muutoin edellä kuvatun tyyppistä menetelmää, jossa: säteilylähteestä tulevan säteilyn annetaan ensin kulkea vähintään tietyn ensimmäisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen läpi; tämän näin suodatetun säteilyn an-15 netaan kulkea mittauskammiossa olevan kaasuseoksen läpi, jolloin ainakin mainitun mitattavan kaasukomponentin absorptio vaikuttaa ulostulevaan säteilyyn; ja mittaus-kammiosta ulostulevan säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla, joka on säteily-suunnassa sijoitettu kammion jälkeen. Erityisesti keksintö liittyy infrapuna-absorp-tioon perustuvaan mittausmenetelmään hiilidioksidin pitoisuuden määrittämiseksi 20 kaasuseoksesta, jossa on useimmiten myös ainakin yksi toinen mitattava heikosti absorboiva kaasukomponentti. Keksintö koskee myös laitteita tämän menetelmän to-teuttamiseksi.
Tavallisin tapa mitata hiilidioksidia esimerkiksi hengitysilmasta tai pakokaasusta on • · · · » käyttää ei-dispersiiviseen infrapuna-absorptioon perustuvaa mittausmenetelmää.
25 Hiilidioksidi absorboi voimakkaasti 4,26 pm:n alueella, ja sitä aluetta käytetään nor- ; maalisti, koska muilla kaasuilla ei yleensä siellä ole häiritsevää absorptiota. Jos mi- ♦\·* *: taitava pitoisuus on noin 10 tilavuus-% normaalipaineessa, niin sopiva absorbanssi mittaustarkkuutta ajatellen saadaan mittauspituudella, ts. säteilyn kaasuseoksessa ;***; kulkemalla matkalla 3-10 mm. Jos hiilidioksidin pitoisuus on suurempi, muodostuu • · · .···. 30 optimista mittauspituudesta vieläkin lyhyempi. Kun jostakin syystä on pakko käyt- ' tää pitempää mittauspituutta, siis paksumpaa näytekammiota, absorptio syvenee niin '· '· paljon että mittauksen tarkkuus kärsii. Tällainen tilanne syntyy, jos samalla näyte- ’: : kammiolla halutaan mitata sekä heikosti absorboivaa kaasukomponenttia, esim. al- • ’ ·., koholta, että hiilidioksidia. Tilanne johtaa usein kompromissiin näytekammion mit- .·. : 35 tauspituuden suhteen, jolloin kummankaan kaasukomponentin absorbanssia ei ole ♦ · 2 107194 optimaalisesti valittu. Kovin lyhyt näytekammio on myös muista teknisistä syistä hankala.
Kirjallisuudessa on esitetty useita ratkaisuyrityksiä ongelmaan. Yksinkertaisin] tapa on käyttää hiilidioksidille ja heikosti absorboiville kaasukomponenteille kahta eril-5 listä ja mittauspituudeltaan erisuuruista sarjaan kytkettyä näytekammiota, jolloin lyhyttä kammiota käytetään hiilidioksidin mittaukseen ja pitkää kammiota heikosti absorboivien komponenttien mittaamiseen. Käytännössä tällainen ratkaisu on kieltenkin turhan monimutkainen ja kallis eikä nopeassa mittauksessa voida olla varmoja eri kaasukomponenttien välisen aikaviiveen suuruudesta ja tarkkuudesta.
10 Julkaisussa EP-309 666 käytetään hiilidioksidin heikompaa absorptioaljuetta i 2,7 μιη:η ympäristössä. Periaatteessa silloin voitaisiin hiilidioksidin mittaamiseen käyttää pitempää näytekammiota, mutta, kuten julkaisusta käy ilmi, vesihöyry absorboi kyseisellä alueella häiritsevästi. Vesihöyryä on mukana huomattavia mjiäriä sekä hengitysilmassa että esimerkiksi pakokaasussa, joten taikka hiilidioksidinimit-15 taus edellyttää myös vesihöyryn mittaamista tai sen vaikutuksen poistamista jollain muulla keinolla.
Hiilidioksidin spektrijuova 4,26 μιη:η alueella koostuu monista rotaatioviivqista. Spektrijuovan alku-ja loppupäässä viivat ovat heikommin absorboivia. Rajoittapial-la mittaus ainoastaan koskemaan näitä heikosti absorboivia viivoja voitaisiin penaat-20 teessä mitata hiilidioksidia myös pitkän mittauspituuden omaavalla näytekammiplla. ;. Mittauksen onnistuminen vaatii kuitenkin hyvin kapeakaistaisen ja tarkan optisen suodattimen käyttöä ja koska suodattimen läpäisykaistan paikka aallonpituudellaan • · · ‘ . on hyvin lähellä spektrijuovan jyrkkää reunaa, tulee saatava signaali olemaan hyvin lämpötilaherkkä. Pienikin muutos laitteen jonkin osan lämpötilassa saattaa siirtää * « · · · 25 suodattimen läpäisykaistaa esim. spektrijuovan suuntaan ja sen jyrkän reunan koh- * * « '··*·' dalle tai yli, jossa hiilidioksidin absorptio kasvaa huomattavasti.
• ♦ « • · «
Julkaisussa US-5 429 805 käytetään optista kaasusuodatinta rajoittamaan pois spekt-.···. rijuovan voimakkaimmin absorboivat spektriviivat. Näytekammion kanssa sarjassa .··· oleva kaasusuodatin sisältää samaa kaasua tai samantyyppistä kaasua kuin mitattava 30 kaasu, jolloin tämän kaasusuodattimen voimakkaimmin absorboivat viivat poistavat • « •. ‘ tai vähentävät mittaussäteilyä kyseisten viivojen kohdalla ennen kuin säteily tiilee detektorille. Sen sijaan kaasusuodattimen heikommin absorboivat viivat eivät pysty : . poistamaan säteilyä kuin aivan vähän, jolloin mittaus voi tapahtua niiden edujsta- ; millä aallonpituuksilla. Siten voidaan käyttää pitempää näytekammiota tai mijtata 35 suurempia pitoisuuksia ilman että poikkeavaa epälineaarisuutta syntyy. Menetelmä 3 107194 toimii periaatteessa, mutta optisen kaasusuodattimen käyttö on aina hankalaa ja kallista, ja lisäksi kaasusuodattimen vuotovaara on myös varteenotettava epävarmuustekijä. On myös todennäköistä, että analysoitavassa kaasuseoksessa muiden komponenttien aiheuttaman törmäyslevenemän vaikutus mitattavan komponentin mittaus-5 signaaliin on häiritsevän suuri. Syynä tähän on se, että analysoitavassa kaasuseoksessa muut komponentit voivat aiheuttaa mittattavan kaasukomponentin absorptio-spektrijuoviin sisältyvien absorptioviivojen suuruudeltaan vaihtelevaa levenemistä, kun taas kaasusuodattimessa tällaista levenemistä ei todennäköisesti esiinny lainkaan, koska suodattimen kaasu on puhtaampaa, tai leveneminen on ainakin vakioit) suuruista, koska suodattimen kaasuseos pysyy joka tapauksessa muuttumattomana. Tuloksena on, että mittaustulokseen vaikuttavat absorptioviivoista enemmän viivojen laita-alueet kuin viivojen keskiosat, ja tosiasiassa tulos voi olla se, että mitataan törmäyslevenemää, ts. kaasukomponenttien vuorovaikutusta, enemmänkin kuin halutun kaasukomponentin pitoisuutta.
15 Keksinnön tavoitteena on aikaansaada infrapuna-absorptioon perustuva menetelmä, jolla voidaan mitata suuriakin hiilidioksidipitoisuuksia käyttäen sellaista näytekam-miota, jonka pituus on käytännöllisyyden ja mittaustarkkuuden kannalta riittävän suuri. Keksinnön toisena tavoitteena on aikaansaada infrapuna-absorptioon perustuva menetelmä, jolla näytekammion samalla mittauspituudella, ts. säteilyn samalla 20 kulkumatkalla mitattavan kaasuseoksen läpi, voidaan mitata tarkasti ja luotettavasti sekä hiilidioksidia että mahdollisesti heikon absorption tai pienen pitoisuuden takia pitkää mittauspituutta vaativia muita kaasukomponentteja. Tarkoituksena on siten :·'·· välttää eri mittauskammioiden käyttötarve eri kaasukomponenttien mittaamiseen ja : [ siitä aiheutuvat mahdolliset mittausvirheet sekä välttää muut erittäin lyhyestä mit- •: ·: 25 tauskammion pituudesta aiheutuvat ongelmat. Keksinnön kolmantena tavoitteena on saada suoritettua hiilidioksidin pitoisuusmittaus siten, että muiden kaasuseoksessa . olevien komponenttien vaikutus sen mittaustulokseen on mahdollisimman vähäistä.
Keksinnön neljäntenä tavoitteena on saada aikaan yksinkertainen ja toimintavarma • · « laite.
. * · · _ 30 Edellä kuvatut haittapuolet saadaan eliminoitua ja edellä määritellyt tavoitteet saa-*“*: vutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on . * . määritelty patenttivaatimusten 1 ja 2 tunnusmerkkiosissa ja keksinnön mukaisella ' ; laitteella, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimusten 7 ja 8 ’ tunnusmerkkiosissa.
35 Keksinnön menetelmässä ja laitteessa käytetään hyväksi luonnossa esiintyvän hiili-isotoopin muodostaman hiilidioksidin ^C02 absorptiota, joka on huomatta- 4 107194 vasti heikompi kuin hiilen pääisotoopin muodostaman hiilidioksidin 12cO£ absorptio, jota tunnetuissa menetelmissä ja laitteissa käytetään. Sopiva kohta tämän isotooppimolekyylin mittaamiseen on aallonpituusalue 4,42 pm:n ympäristössä! Jat-kosssa tarkoitetaan sanalla isotooppimolekyyli hiilidioksidimolekyyliä ^€02· 5 Edelleen keksinnön mukaan tämän isotooppimolekyylin pitoisuusmittaustulcjksen perusteella lasketaan hiilidioksidin kokonaispitoisuus. Kun hiilidioksidipitoisuus näin määritellään heikon absorptiojuovan avulla, voidaan muidenkin heikon absorp-tiojuovan omaavien komponenttien tai pieninä pitoisuuksina esiintyen komponenttien pitoisuudet määrittää samaa näytekammiota, ts. mittauskammiota ja siten 10 likimain samaa mittauspituutta käyttäen ja saavuttaa hyvä mittaustarkkuus ja njiitta-usluotettavuus. Samoin voidaan heikon absorptiojuovan avulla määrittää pelkältään hiilidioksidin suuria pitoisuuksia käyttäen mittauskammiota, jonka pituus on riittävän suuri muiden haluttujen vaikutusten saamiseksi ja ongelmien välttämiseksi.
Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin kuvioihin viittaamalla.
15 Kuvio 1 esittää normaalin hiilidioksidin 12CO2 ja vastaavan isotooppimolekyylin 13 CO2 infrapunaspektriä keksinnön karmalta edullisella alueella.
Kuvio 2 esittää tarkemmin isotooppimolekyylin CO2 absorbanssispektriä 4,42 μιη:η alueella, josta on nähtävissä sekä isotooppimolekyylin absorptiojuova että juovan muodostavia absorptioviivoja.
20 Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn ensimmäistä sovellutus-: muotoa, jossa käytetään keksinnön mittausmenetelmää ja jossa analyysisuodattimet :.: ·' on sijoitettu mittaussäteilyn kulkusuunnassa näytekammion jälkeen.
« φ ...... Kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn toista sovellutusmuotoa, ♦ · jossa käytetään keksinnön mittausmenetelmää.
: 25 Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn kolmatta sovellutusmuo toa, jossa käytetään keksinnön mittausmenetelmää.
* · « ;;; Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn neljättä sovellutusmucjtoa, • · jossa käytetään keksinnön mittausmenetelmää ja jossa mittaussäteilyn suuntaa : ’ ·.: muutetaan näytekammion sisällä.
. ’ 30 Kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen mittausjärjestelyn viidettä sovellutusmuötoa, : *·· jossa käytetään keksinnön mittausmenetelmää ja jossa analyysisuodattimet on sijoi- :' ·.: tettu mittaussäteilyn kulkusuunnassa ennen näytekammiota.
1 3 5 107194
Hiili-isotoopin C luonnossa esiintyvä osuus S on tiettävästi 1,10 %, valtaosan ollessa normaalia tyyppiä ^C. Tämä tarkoittaa, että myös hiiltä sisältävissä molekyyleissä, kuten hiilidioksidissa, on normaalisti sama oleellisesti vakiona pysyvä esiin-tymissuhde. Mitattaessa tunnetusti hiilen pääisotoopin muodostamaa hiilidiok-5 sidia 4,26 jumin alueella on kyseisen isotooppimolekyylin osuus niin pieni, ettei siihen spektrissä helposti edes kiinnitetä huomiota. Kuviossa 1 näytetään hiilidioksidin transmissiospektri alueella 4,1 pm - 4,5 pm resoluutiolla 4 nm mitattuna. Yksittäisiä rotaatioviivoja ei huonon resoluution takia näy. Hiilidioksidin ^CÖ2 normaali spektrijuova on välillä 4,19 pm - 4,38 pm. Tämän oikealla puolella kuviossa 1 nä-10 kyy osa isotooppimolekyylin C02 spektristä selvästi erillisenä heikkona juovana. Alue näkyy resoluutiolla 0,08 nm tarkemmin kuviossa 2, jonka absorbanssispektris-sä myös erilliset rotaatioviivat erottuvat. Molekyylin ^CC>2 spektrijuovan keskiosa on aallonpituudessa 4,38 pm, joten juovan lyhyemmät aallonpituudet peittyvät normaalin hiilidioksidin absorption alle. Sen sijaan spektrin P-haara välillä 4,38 pm -15 4,47 pm näkyy hyvin ja sitä on helppo käyttää mittaamiseen. Koska isotoopin ^3C
esiintymisosuus S suhteessa kaikkeen hiileen {^3C + ^C} luonnossa on vakio, ts. noin 1,10 %, voidaan hyvin käyttää molekyylin ^C02 aiheuttamaa infrapuna-absorptiota koko kaasuseoksen sisältämän hiilidioksidimäärän mittana. Sen jälkeen kun molekyylin C02 pitoisuus on keksinnön mukaan määritetty käyttämällä sen 20 edellä mainittua absorptiojuovan osuutta, on koko hiilidioksidipitoisuus laskettavissa kertomalla tämä mitattu arvo luonnossa esiintyvän kyseisen isotoopin em. osuuden S käänteisarvolla R, joka on välillä 90 - 92. Näin on laskennallisesti saatu CC>2:n kokonaispitoisuus. On selvää, että joissain erityisissä tilanteissa voivat mitattavassa kaasuseoksessa olevien hiiliyhdisteiden isotooppisuhteet olla edellä olevasta 25 luonnossa esiintyvästä suhteesta poikkeavia, jolloin myös 12CO2 :n ja 13C02:n suhde on toinen. Tämä ei mitenkään estä keksinnön soveltamista, vaan edellyttää * * pelkästään laskennassa käytettävän kertoimen R laskemista vastaamaan mitattavassa :: kaasuseoksessa vallitsevaa isotooppisuhdetta S.
• « · • · ♦ • · ·
On helppo valmistaa sellaisen kapean läpäisykaistain λχ omaava optinen suodatin, .... 30 jolla tarkkaan ja luotettavasti pystytään mittaamaan molekyyliä CO2 sen absorp- • * tiojuovan 4,42 pm alueella. Optisen suodattimen läpäisykaista on siten välillä ·;·' 4,38 pm - 4,47 pm ja se on tyypillisesti rakenteeltaan sinänsä tunnettu interferenssi- '/·': suodatin. Tarvittaessa läpäisykaista voidaan rajoittaa kapeammaksikin. Koska ab- •: · ·: sorptio tällä keksinnön mukaisella aallonpituusalueella on huomattavasti pienempi ;‘ 35 kuin yleensä käytetyllä välillä 4,19 pm - 4,3 8 pm, jäljestetään keksinnön mukaisesti . säteilyn kulkumatka mitattavan kaasuseoksen läpi oleellisesti pitemmäksi kuin tätä • tunnettua aallonpituuskaistaa käytettäessä. Mittauskammiossa säteilyn kulkureitin 6 107194 pituus L on mitoitettu niin suureksi, että molekyylin ^CÖ2 spektrijuovan pieni absorptio antaa käytön aikana ilmenevillä hiilidioksidin pitoisuuksilla hyvän miljtaus-tarkkuuden. Keksinnön menetelmässä ja laitteessa säteilyn kulkureitin pitujus L näytekaasun läpi on siis oleellisesti suurempi kuin hiilen pääisotoopin molekyyliä 5 12cc>2 tai kaikkia isotooppimolekyylejä soveltavassa mittauksessa samaa näytekaa- sua varten käytettävä pituus, jolloin säteilyn kulkureitin optimipituus on vähintään viisinkertainen tai seitsemänkertainen, tyypillisesti 10-100-kertainen, edullisesti noin 30-kertainen verrattuna optimiin kulkureitin pituuteen mitattaessa samaja tai vastaavaa kaasuseosta molekyyliä ^CÖ2 käyttäen. Samalla näytekammiollaj voi-10 daan silloin myös tarkkaan ja luotettavasti mitata muita heikommin absorboivia kaa-sukomponentteja, kuten hengitysilmassa esiintyvää alkoholia tai pakokaasuissa esiintyvää hiilimonoksidia tai hiilivetyjä. Keksinnön mukaisessa mittauksessa Säteilyn kulkureitin ehdoton minimipituus L niitattavassa kaasuseoksessa on noin 50 mm, mutta käytännössä voidaan miniminä pitää arvoa 70 mm. Optimaalinen säteilyn 15 kulkureitin pituus L voi olla niin pitkä kuin 500 mm tai enemmänkin, mutta kammion mittojen ja tilavuuden kannalta on usein tarkoituksenmukaista käyttää jenkin verran pienempää pituutta L, kuten arvoja välillä 150 mm - 300 mm. Tyypillinen pituus L on suuruusluokkaa 200 mm.
Mittauslaitteisto voi olla monella eri tavalla jäljestetty. Muutama tyypillinen esi-20 merkki on esitetty kuvioissa 3-7. Yhteistä näille on se, että samalla näytekammjiolla pystytään mittaamaan isoja hiilidioksidipitoisuuksia ja heikosti absorboivia tai pieninä pitoisuuksina esiintyviä muita kaasukomponentteja tai suuria hiilidioksidipitoi-: ' · · suuksia yksistään samalla kun saavutetaan kaikki jäljempänä kuvattavat edut. Nämä ·'. ·' · esitetyn tyyppiset näytekammiot ovat edullisia myös siitä syystä, että niiden ayulla *:·: 25 voidaan helposti rajata säteilylähteestä tuleva sädekimppu riittävän yhdensuuptai- ·:*·« seksi, jolloin säteilyn tulokulma a optisiin kaistanpäästösuodattimiin saadaan pjysy- : .·. mään pienenä, ts. säteily tulee suodattuneen tai suodattimiin oleellisesti kohtjsuo- rassa suodattimen tasoa vastaan. Tämä on tarpeen, jotta optisen suodattimen läpäisy kaista λχ molekyylille ^CC>2 ja muiden optisten suodattimien läpäisykaistat 30 muita analysoitavia kaasukomponentteja varten pysyisivät käytön aikana tarkasti suunnitellun suuruisina ja suunnitelluilla kohdilla. Samalla esitetyn tyyppiset näyte- • * ·;·" kammiot ovat kuitenkin tilavuudeltaan suhteellisen pieniä, jolloin voidaan taryitta- essa seurata mitattavassa kaasuseoksessa nopeitakin pitoisuusmuutoksia luotjetta-•: · ·: vasti. Säteilylähde on tyypillisesti laajakaistainen, mikä tarkoittaa sitä, että sen sjätei- .. * 35 lemän aallonpituusalueen leveys on suurempi kuin optisen kaistanpäästösuodattiimen ** läpäisykaistan λχ leveys. Edullisesti säteilylähteen säteilemän aallonpituusalueen ’ * · leveys on sellainen, että kaikkien mitattavien kaasukomponenttien käytetyt absorp- 7 107194 tiojuovat jäävät säteilyn alueelle, jolloin kaasukomponenttien pitoisuus on mitattavissa käyttäen vastaavia optisia kaistanpäästösuodattimia. Periaatteessa voitaisiin käyttää vastaavia kapeakaistaisia säteilylähteitä ja ilman kaistanpäästösuodattimia olevaa detektoria, mutta tällainen rakenne tulee monimutkaiseksi.
5 Kuvion 3 toteutusmuodossa infrapunalähteen 1 lähettämä säteily 2 pyritään maksimoimaan optisilla komponenteilla, kuten peilillä 3, muun muassa pitkän mittaustien takia. Säteily 2 johdetaan mittaus- ja näytekammioon 4, jossa on kaasuliitännät 5 kaasunäytteen 6 ottamista varten. Näytekammio 4 on pitkänomainen, esimerkiksi alkoholin mittaamiseen edullisesti yli 100 mm pitkä. Molemmissa päissä on käytettyä 10 säteilyä läpäisevät ikkunat 7a ja 7b. Näytekammion läpäisevät säteet 2 voivat joko kulkea suoraan kohtaamatta näytekammion 4 vaipan 24 sisäpintaa 8 tai ne voivat heijastua näytekammion pituudesta riippuen kerran tai kaksi kammion vaipan sisäpinnasta 8. Säteilyn tulokulmajakautuman optisiin kaistanpäästösuodattimiin 10 ja 12 pitäisi kuitenkin edullisesti olla korkeintaan ± 10°, ts. tulokulman a tulee olla 15 enintään + 10°, jotta käytetyt kapeakaistaiset optiset interferenssisuodattimet toimisivat suunnitelmien mukaan. Tässä toteutuksessa säteily 2 jakaantuu säteenjakajassa 9 kahteen osaan eri kaasukomponenttien mittaamista varten. Toinen näistä on hiilidioksidin mittaamista varten edellä kuvatulla tavalla molekyylin 1^C02 avulla. Tätä varten olevan kaistanpäästösuodattimen 10 kaistanleveys on edullisesti 1-2 % keski-20 aallonpituudesta. Keskiaallonpituuden pitäisi olla noin 4,42 pm. Detektori 11 voi esimerkiksi olla joko lyijyselenidiä tai terminen detektori tai muu kyseisellä aallonpituusalueella herkkä detektori. Toinen mittaushaara käyttää sovelluksen mukaan ; sopivaa kapeakaistasuodatinta 12 ja detektoria 13. Suodatin-detektoriyhdistelmiä voi ; olla enemmän kuin kaksi, jos on enemmän mitattavia kaasukomponentteja tai on 25 tarvetta käyttää referenssimittausta aallonpituudessa, jossa ei ole infrapuna-absorp-tiota. Tulokulma optiseen suodattuneen saadaan tällä tavoin halutuksi, vaikka mitat- . ... täisiin pelkästään hiilidioksidiakin.
• « * • · · • · » v ·’ Kuviossa 4 esitetty mittauslaite on periaatteessa samanlainen kuin kuviossa 3 oleva sillä erolla, että säteenjakajaa ei ole. Säteet 2 osuvat suoraan mittaus- ja näytekam- 30 mion 4 jälkeen kahteen suodatm-detektoriyhdistelmään, josta ensimmäinen yhdis- ·’**: telmä 10, 11 mittaa hiilidioksidia edellä kuvatulla tavalla molekyylin ^CÖ2 avulla «·« . ja toinen yhdistelmä mittaa 12, 13 jotakin muuta kaasukomponenttia tai sitä käyte- • tään referenssiarvon saamiseen.
:·’ Kuvion 5 toteutusmuodossa käytetään ainoastaan yhtä detektoria 14. Kaistanpäästö- '. . 35 suodattimet 10 ja 12 sijaitsevat pyörivässä kiekossa 15, joka sijoittaa kunkin suodat- ’ * timen vuorollaan säteilyn 2 reitille ulostuloikkunan 7b ja detektorin 14 väliin. Kie- 8 107194 kossa 15 voi helposti olla tarvittaessa enemmän kuin kaksi suodatinta, jolloin voidaan mitata useampia kuin kahta kaasukomponenttia.
Kuvioiden 3-5 ja 7 toteutusmuodoissa mittauskammio 4 koostuu säteilyn 2 päjäasi-allisessa kulkusuunnassa sisäläpimittaansa D verrattuna pitkästä ja suorasta pujtk.s-5 ta, jolloin mittauskammion pituus La sen säteilyä läpäisevien ikkunoiden 7a ja 7b välissä muodostaa säteilyn kulkureitin pituuden L. Kammion 4 vaippa 24 muodostuu kiinteästä materiaalista, jonka taitekerroin on suurempi kuin niitattavan kajastin taitekerroin. Kammion pituus La on järjestetty niin suureksi, että ulostuloikkunain 7b kautta lähtevän sädekimpun kulmajautuma pysyy edellä mainituissa rajoissa +10°. 10 Tätä varten kammion pituus La on vähintään viisinkertainen, mutta edullisesti 10-30 kertainen verrattuna kammion keskimääräiseen sisäläpimittaan. Tällä muotoijlulla säteet, joiden kulma poikkeaa oleellisesti enemmän kuin mainitun noin 10° putken pituussuunnasta, heijastuvat useita kertoja kammion 4 vaipan 24 sisäpinnasta 8, jolloin ne vaimenevat ja niiden osuus pienee merkityksettömäksi. Tällainen mittaus-15 kammio siis tuottaa interferenssisuodattimiin 10, 12 riittävän yhdensuuntaisen sädekimpun, vaikka säteilylähde 1 ei olisikaan suuntaava, vaan esimerkiksi suuripjnta-alainen, kuten putken läpimitan D suuruinen tai vain hieman tätä läpimittaa pienempi. Tällä järjestelyllä on etuna se, että lähes yhdensuuntaisen sädekimpun tuottaminen ja pitkä keksinnön mukainen säteilyn kulkureitin pituus ja pieni kammion tila-20 vuus syntyvät ristiriidattomasti pieniläpimittaisella pitkällä kammiolla.
Kuvion 6 toteutusmuodossa on käytetty pituudeltaan A suhteellisesti pienempijä ja .' ·.. leveydeltään B suhteellisesti suurempaa kammiota 4. Tämän kammion sisälly on järjestetty peilit 16a ja 16b, jotka panevat säteen 2 kulkemaan useampaan kertaan kammion 4 poikki osamatkoina 2a, 2b ja 2c. Näiden osamatkojen summa Lb = ♦ « ..... 25 2a+2b+2c muodostaa säteen 2 kulkureitin tehollisen pituuden L. Nähdään, että * * kammion mekaaninen pituus A on tässä tapauksessa vain noin kolmannes säteen kulkureitin pituudesta L = Lb. Voidaan tietenkin useammalla peilillä panna sätjle 2 • · · kulkemaan vielä usempiakin kertoja kammion poikki eri tavoin, jolloin säteilyn kulkureitin pituutta L saadaan suurennettua ilman, että kammion ulkomittoja on oleelli- * · · 30 sesti kasvatettava. Tässä tapauksessa kammion poikkimitta B on säteen 2 halk^isi- jaan verrattuna suurehko, jolloin kammion jäljestäminen säteilyä yhdensuuntaista- . \ : vaksi on vaikeaa. Näin ollen on yleensä tarkoituksenmukaista järjestää säteilyläjhde • · · , ‘ J pienipinta-alaiseksi tai pistemäiseksi ja/tai varustaa säteilylähde sen säteilyä siten suuntaavilla elimillä, että edellä kuvatulla tavalla interferenssisuodattimiin 10,; 12 : *·· 35 tuleva sädekimppu koostuu lähes yhdensuuntaisista säteistä, joiden tulokulma ot on •y ·; enintään noin + 10°. Suuntaavina eliminä voidaan käyttää paitsi säteilylähteen peiliä 9 107194 3 myös kammion sisällä sijaitsevia säteilyä 2 taittavia peilejä 16a, 16b. Säteilyä läpäisevät ikkunat 7a, 7b voidaan myös muotoilla säteilyä suuntaaviksi linsseiksi. Tässä toteutusmuodossa on optiset kaistanpäästösuodattimet 10, 12 ja detektorit 11, 13 sekä säteenjakaja 9 jäljestetty samoin kuin kuvion 3 toteutusmuodossa. Myös 5 muita suodatin-detektoriyhdistelmiä voidaan käyttää tässä kuvatun mittaus- ja näyte-kammion 4 yhteydessä.
Kuviossa 7 on esitetty keksinnön toteutusmuoto, jossa mittaus- tai näytekammio 4 on samaa tyyppiä kuin kuvioiden 3-5 toteutusmuodoissa ja optiset kaistanpäästösuodattimet 10, 12 ovat samaa tyyppiä ja sijoitetut samalla tavalla pyörivään kiek-10 koon 15. Tässä toteutuksessa kiekossa sijaitsevat suodattimet 10, 12 on kuitenkin sijoitettu säteilylähteen 1 ja mittauskammion 4 sisääntuloikkunan 7a väliin, ts. säteilyn kulkusuunnassa ennen kammiota. Tässäkin tapauksessa mittauskammion muotoilu edellä kuvatulla tavalla sisäläpimittaansa verrattuna pitkäksi suoraksi putkeksi rajoittaa mittauksessa hyödynnetyn säteilyn tulokulman suodattimeen 10, 12 arvojen 15 + 10° sisälle. Tämä perustuu siihen, että vaikka tässä tapauksessa optisia kaistan- päästösuodattimia lähellä olevasta säteilylähteestä 1 säteilyä sinänsä osuu suodat-timiin huomattavasti suuremmillakin tulokulmilla, kohtaavat nämä suurella tulokulmalla suodattimeen tulleet säteet mittauskammion 4 vaipan 24 sisäpinnan 8 putkimaisen kammion pituudella niin useita kertoja, että ne vaimenevat hyvin pieneen 20 murto-osaan alkuperäisestä intensiteetistään, jolloin niillä ei ole vaikutusta detektorin antamaan signaaliin. Siten tässäkin tapauksessa hyödyksi käytetyn säteilyn 2 tulokulma optisiin kaistanpäästösuodattimiin on edellä kuvatuissa rajoissa muodostaen : ’·· likimain yhdensuuntaisen sädekimpun.
Keksinnön mukaisessa laitteessa on lisäksi laskinyksikkö 20, jollainen on esitetty • · 25 kuvion 6 toteutusmuodossa, mutta joka on jossain muodossa kaikissa toteutuksissa, .* ja joka suorittaa aikaisemmin käsitellyn kertomisen isotoopin l^C luonnossa esiin- • · · *;;;· tyvän osuuden 1,10 % käänteisarvolla R, joka siis on välillä 90-92. Jos mittauskam- *♦' * miossa isotoopin l^C vallitseva osuus suhteessa kaikkiin hiili-isotooppeihin yhteen sä on suuruudeltaan edellä mainitusta poikkeava, muodostetaan käänteisarvo R tie- * · · 30 tenkin tätä vallitsevaa osuutta vastaavaksi. Vaihtoehtoisesti voidaan laskinyksikkö **”: 20 järjestää antamaan ulostulona suoraan kokonaishiilidioksidipitoisuus tai sitä ; vastaava signaali, mikä tapahtuu esimerkiksi linearisoimalla ja kalibroimalla detek torista saatu signaali vastaamaan laskinyksikön jälkeen suoraan oikeaa hiilidioksidin . * kokonaispitoisuutta. Tällöin ei eri hiili-isotooppien esiintymisosuuksia ole väittä- « « • ·· 35 mätiä tarpeen edes tietää, kunhan ne pysyvät muuttumattomana kalibroinnin ja var- : ·.: sinaisten mittausten aikana. On selvää, että laitteessa on muitakin tiedonkäsittely- 10 107194 yksiköitä, jotka käsittelevät detektorien antamia arvoja. Nämä yksiköt voivat olja sinänsä tunnettuja, joten niitä ei käsitellä tässä tarkemmin. Keksinnön menetelmällä ja laitteella voidaan hiilidioksidin lisäksi tunnistaa ja/tai mitata yhtä, kahta tai useampaa muuta kaasuseoksen kaasukomponenttia tai pelkästään hiilidioksidia.
5 On selvää, että isotooppimolekyylin C02 infrapuna-absorptiota voitaisiin käyttää normaalin hiilidioksidin infrapuna-absorptioon verrannollisena suureena myöskin sellaisissa hiilidioksidin mittaussysteemeissä, joita ei ole edellä esitetty. Esimerkeiksi saman näytekammion käyttö kaikille mitattaville kaasukomponenteille on edullisin ratkaisu, mutta ei välttämätön. Hyvin suurten hiilidioksidipitoisuuksien mittaairjinen 10 pääisotoopin muodostaman molekyylin tai kaikkien isotooppien muodostaftiien molekyylien yhteisvaikutuksen avulla tunnettuun tapaan vaatisi käytännössä tujrhan lyhyttä näytekammiota, joten systeemin rakenne on yksinkertaisempi ja mittaujksen luotettavuus parempi, jos mitataan molekyyliä C02,vaikka muita mitattavia jkaa- sukomponentteja kuin hiilidioksidi CO2 ei olisikaan. Sama tilanne syntyy, jos lyhyt-15 tä mittauspituutta jostakin muusta syystä ei ole mahdollista käyttää. On selvää,; että edellä kuvatulla keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella voidaan paitsi piitata muun kaasukomponentin kuin hiilidioksidin pitoisuutta myös tarvittaessa tunnistaa muun kaasukomponentin kuin hiilidioksidin läsnäolo kaasuseoksessa.
* ·« « · • « • · · • · · ·1· * · · • · · • φ • m • · · • · · • · • # · „ j • 0
Claims (14)
1. Menetelmä kaasuseoksen, kuten hengitysilman tai pakokaasun, vähintään yhden komponentin pitoisuuden määrittämiseksi infrapunasäteilyn (2) absorption perusteella, jossa menetelmässä: 5. laajakaistaisesta säteilylähteestä (1) tulevan säteilyn annetaan kulkea mittauskam- miossa olevan kaasuseoksen (6) läpi, jolloin ainakin mainitun mitattavan kaasukom-ponentin absorptio vaikuttaa ulostulevaan säteilyyn; - tämän ulostulevan säteilyn annetaan kulkea vähintään tietyn ensimmäisen aallonpi-tuuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen (10) läpi; ja 10. tämän näin suodatetun säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla (11; 14), joka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun ensimmäisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen, tunnettu siitä, että kaasuseoksen (6) useista komponenteista: -mitataan hiilidioksidin kokonaispitoisuus ensimmäisellä kaistanpäästösuodatti-mella (10) käyttäen hiili-isotoopin muodostaman molekyylin 13CC>2 spektri-15 juovaa aallonpituusvälillä 4,38-4,47 pm; ja - lisäksi tunnistetaan ainakin yksi toinen kaasukomponentti ja/tai mitataan ainakin yhden toisen kaasukomponentin pitoisuus, jolloin säteilyn annetaan kulkea myös tietyn toisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen (12) läpi ja tämän näin suodatetun säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla (13; 14), jo- 20 ka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun toisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen; joka toinen kaasukomponentti on heikosti absorboiva verrattuna hiilen pääisotoopin 12c muodostaman hiilidioksidin absorptioon. «
2. Menetelmä kaasuseoksen, kuten hengitysilman tai pakokaasun, vähintään yh-den komponentin pitoisuuden määrittämiseksi infrapunasäteilyn (2) absorption pe- * · 25 rusteella, jossa menetelmäs sä: • * . - säteilylähteestä (1) tulevan säteilyn annetaan ensin kulkea vähintään tietyn ensim- • · · * mäisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen (10) läpi; • · · *·* * - tämän näin suodatetun säteilyn annetaan kulkea mittauskammiossa olevan kaasu- seoksen (6) läpi, jolloin ainakin mainitun mitattavan kaasukomponentin absorptio • · » ; 30 vaikuttaa ulostulevaan säteilyyn; ja *”*: - mittauskammiosta ulostulevan säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla (11; 14), : joka on säteilysuunnassa sijoitettu kammion jälkeen, ' ! tunnettu siitä, että kaasuseoksen (6) useista komponenteista: . * - mitataan hiilidioksidin kokonaispitoisuus mainitulla ensimmäisellä kaistanpäästö- : '·· 35 suodattimena (10) käyttäen hiili-isotoopin muodostaman molekyylin ^CÖ2 :\: spektrijuovaa aallonpituusvälillä 4,38-4,47 pm; ja 107194 - lisäksi tunnistetaan ainakin yksi toinen kaasukomponentti ja/tai mitataan ainakin yhden toisen kaasukomponentin pitoisuus, jolloin säteilyn annetaan kulkea myös tietyn toisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen (12) läpi ja tämän näin suodatetun säteilyn intensiteetti mitataan detektorilla (13; 14), jo- 5 ka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun toisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen, joka toinen kaasukomponentti on heikosti absorboiva verrattuna hiilen pääisotoopin muodostaman hiilidioksidin absorptioon.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiilidioksidin kokonaispitoisuus saadaan mainitun molekyylin ^CÖ2 pitoisuudesta joko 10 kertomalla se hiilen tämän isotoopin 13C tunnetun kaasuseoksessa vallitsevan osuuden käänteisarvolla (R) tai kalibroimalla saatu signaali suoraan osoittamaan koko-naishiilidioksidipitoisuutta.
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattava kaasuseos (6) johdetaan mittauskammioon (4), jolloin joko: 15. mittauskammio on muotoiltu säteilyn pääasiallisessa kulkusuunnassa läpimittaansa verrattuna niin pitkäksi (La); tai/ja - säteilylähde (1) on järjestetty tuottamaan niin suunnattua säteilyä, että mittausljam-mion jälkeiseen optiseen suodattuneen (10, 12) tulevan tai mittauskammiota edjeltä-västä optisesta suodattimesta (10, 12) lähtevän hyödynnetyn säteilyn tulokulma (a) 20 tämän suodattimen suhteen on pääosin enintään noin + 10°.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauskam- ' _ '' miossa (4) säteilyn kulkureitin pituus (L) on mitoitettu niin suureksi, että molekyylin .* ·' 13CC>2 spektrijuovan pieni absorptio antaa käytön aikana ilmenevillä hiilidioksidin pitoisuuksilla hyvän mittaustarkkuuden, joka pituus (L) on oleellisesti suurempi 25 kuin hiilen pääisotoopin molekyylin ^C02 mittaukseen samassa käytössä soveltuva :j*: pituus, ja että säteilyn kulkureitin pituus (L) on vähintään viisinkertainen, tyypilii- sesti 10-100-kertainen, edullisesti noin 30-kertainen verrattuna optimiin kulkureitin pituuteen mitattaessa samassa käytössä molekyyliä ^CÖ2· • · · |
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 30 optisina kaistanpäästösuodattimina (10, 12) käytetään kapean läpäisykaistan oitiaa- vaa interferenssisuodatinta.
7. Laite kaasuseoksen, kuten hengitysilman tai pakokaasun, ainakin yhden kjom- • *.. ponentin, joka on hiilidioksidi, pitoisuuden määrittämiseksi infrapunasäteilyn (2) : \ · absorption perusteella, joka laite käsittää: 107194 - laajakaistaisen säteilylähteen (1), josta tuleva säteily on suunnattu kulkemaan mit-tauskammion läpi; - mittauskammion (4), joka sisältää tutkittavaa kaasuseosta (6); - ensimmäisen aallonpituuskaistan läpäisevän optisen kaistanpäästösuodattimen 5 (10), joka sijaitsee mittauskammiosta ulostulevan säteilyn reitillä ja jonka kautta säteily kulkee; ja - ensimmäisen detektorin (11; 14), joka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun ensimmäisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen ja jolla ilmaistaan siihen osuva säteily-intensiteetti, 10 tunnettu siitä, että - ensimmäisen optisen kaistanpäästösuodattimen (10) läpäisykaista (λχ) on aallon-pituusvälillä 4,38-4,47 pm hiilidioksidin kokonaispitoisuuden mittaamiseksi hiili-isotoopin 13c muodostaman molekyylin 13C02 absorptiospektrin avulla; ja että - laite edelleen käsittää toisen optisen suodattimen (12) detektoreineen (13; 14) vä-15 hintään yhden toisen kaasukomponentin tunnistamiseksi ja/tai pitoisuuden mittaamiseksi, jonka komponentin absorbanssi on oleellisesti pienempi kuin hiilen pääisotoo-pin l^c muodostaman hiilidioksidin absorbanssi.
8. Laite kaasuseoksen, kuten hengitysilman tai pakokaasun, ainakin yhden komponentin, joka on hiilidioksidi, pitoisuuden määrittämiseksi infrapunasäteilyn (2) 20 absorption perusteella, joka laite käsittää: - säteilylähteen (1), josta tuleva säteily on suunnattu kulkemaan optisen suodattimen kautta ja mittauskammion läpi; \ - tämä optinen suodatin on ensimmäisen aallonpituuskaistan läpäisevä kaistanpääs- . ·: ·. tösuodatin (10), joka sijaitsee mittauskammioon sisälle menevän säteilyn reitillä; ,,"•'25 - mittauskammion (4), joka sisältää mitattavaa kaasuseosta (6); • · . - ensimmäisen detektonn (11; 14), joka on säteilysuunnassa sijoitettu mainitun en simmäisen kaistanpäästösuodattimen jälkeen ja jolla ilmaistaan siihen osuva säteily- • · « *·!·* intensiteetti, * · · *.* · tunnettu siitä, että: 30. mainitun ensimmäisen optisen kaistanpäästösuodattimen (10) läpäisykaista (λχ) on aallonpituusvälillä 4,38-4,47 pm hiilidioksidin kokonaispitoisuuden mittaamiseksi ·***; hiili-isotoopin l^c muodostaman molekyylin ^CÖ2 absorptiospektrin avulla; ja .·! j että ’ ; - laite edelleen käsittää toisen optisen suodattimen (12) detektoreineen (13; 14) vä- 35 hintään yhden toisen kaasukomponentin tunnistamiseksi ja/tai pitoisuuden mittaami- • *.. seksi, jonka komponentin absorbanssi on oleellisesti pienempi kuin hiilen pääisotoo- :**,: pin muodostaman hiilidioksidin absorbanssi. • · 107194
9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauskammi-ossa (4) säteilyn (2) kulkureitin pituus (L) on niin suuri, että molekyylin ^C02 spektrijuovan pieni absorptio antaa laitteen käyttökohteessa ilmenevillä hiilidioksidin pitoisuuksilla hyvän mittaustarkkuuden, joka pituus on oleellisesti suurempi 5 kuin hiilen pääisotoopin molekyylin ^CÖ2 mittaukseen samassa käyttökohteessa soveltuva pituus, ja että säteilyn kulkureitin pituus (L) on vähintään seitsemäjjiker-tainen verrattuna edulliseen kulkureitin pituuteen mitattaessa samassa käytössä molekyyliä 12qo2'
10. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että se edelleen kä- 10 sittää ainakin laskinyksikön (20), joka kertoo ensimmäisestä detektorista (11) saadun pitoisuuden kertoimella, joka riippuu hiilen tämän isotoopin tunnetun kaa-suseoksessa vallitsevan osuuden (P) käänteisarvosta (R), tai laskee saadun signaalin suoraan osoittamaan kokonaishiilidioksidipitoisuutta.
11. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että siinä: 15. toista optista suodatinta (12) vaihdellaan vuorotellen ensimmäisen optisen suodat timen (10) kanssa detektorin (14) edessä säteilyn kulkureitillä; tai - toisen optisen suodattimen (12) ja sen kautta kulkevan säteilyn kulkureitillä op toinen detektori (13), jotka ovat sijoitetut näytekammiosta ulos tulevan säteilyn suhteen ensimmäisen optisen suodattimen (10) ja sen detektorin (11) kanssa rinnakkain 20 tai vaihtoehtoisesti säteenjakajan (9) aikaansaamien osasäteiden kohdille. . 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää usearn- • ‘' pia optisia suodattimia ja tarvittaessa useampia detektoreita useiden kaasukompo- *·* ; nenttien tunnistamiseksi ja/tai pitoisuuden mittaamiseksi kaasuseoksesta ja että nä- **“*·* mä suodattimet (10, 12 jne.) ovat interferenssisuodattimia ja että kaasuseoksen 25 kaikkien komponenttien mittaamiseen käytetään samaa mittauskammiota (4). • · · • · · . ·*;**. 13. Jonkin patenttivaatimuksista 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittaus- • · « kammio (4) koostuu kiinteää materiaalia olevasta vaipasta (24), jonka taitekerroin ... on suurempi kuin kaasuseoksen (6) taitekerroin ja että mittauskammio on suora ♦ · *;··' putki, jonka pituus (La) säteilyn pääasiallisessa kulkusuunnassa on sen läpimittaan *·..: 30 (D) verrattuna niin suuri, että mittauskammion jälkeiseen optiseen suodattuneen;(10, 12. tulevan tai vaihtoehtoisesti mittauskammiota edeltävästä optisesta suodattimesta * · ! .;: (10, 12) lähtevän ja detektorin saavuttavan säteilyn tulokulma (a) kyseisen suodatti- ,. men suhteen on pääosin enintään noin + 10°, jolloin mittaukseen hyödynnetty sätei- ; “ ly muodostaa likimain yhdensuuntaisen sädekimpun. • < » • · 107194
14. Jonkin patenttivaatimuksista 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittaus-kammio (4) sisältää peilielimet (16a, 16b) säteilyn (2) kulkureitin pituuden (Lb) järjestämiseksi kammion mittoja (A, B) suuremmaksi säteilyn useiden osamatkojen (2a-2c) avulla ja että säteilylähde (1) ja/tai peilielimet (16a-b) ja/tai säteilyä läpäi-5 sevät ikkunat (7a-b) on muotoiltu muodostamaan sellainen likimain yhdensuuntainen sädekimppu, että optiseen suodattimeen (10, 12) tulevan tai vaihtoehtoisesti siitä lähtevän ja detektorin saavuttavan säteilyn tulokulma (a) kyseisen suodattimen suhteen on pääosin enintään noin + 10°.
10 Patentkrav
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI961197A FI107194B (fi) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä |
| EP97660025A EP0795744A1 (en) | 1996-03-14 | 1997-03-06 | Analysis of gas mixtures with an infrared method |
| US08/815,831 US5908789A (en) | 1996-03-14 | 1997-03-12 | Analysis of gas mixtures with an infrared method |
| JP9059615A JPH102857A (ja) | 1996-03-14 | 1997-03-13 | 赤外法によるガス混合物の分析 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI961197 | 1996-03-14 | ||
| FI961197A FI107194B (fi) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI961197A0 FI961197A0 (fi) | 1996-03-14 |
| FI961197A FI961197A (fi) | 1997-09-15 |
| FI107194B true FI107194B (fi) | 2001-06-15 |
Family
ID=8545661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI961197A FI107194B (fi) | 1996-03-14 | 1996-03-14 | Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5908789A (fi) |
| EP (1) | EP0795744A1 (fi) |
| JP (1) | JPH102857A (fi) |
| FI (1) | FI107194B (fi) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL121793A (en) * | 1997-09-17 | 2008-06-05 | Lewis Coleman | Isotopic gas analyzer |
| DE19742053C1 (de) * | 1997-09-24 | 1999-01-28 | Draeger Sicherheitstech Gmbh | Infrarotmeßanordnung mit erweitertem Meßbereich |
| DE19835335C1 (de) * | 1998-08-05 | 1999-11-25 | Draeger Sicherheitstech Gmbh | Infrarotoptischer Gassensor |
| US6656127B1 (en) | 1999-06-08 | 2003-12-02 | Oridion Breathid Ltd. | Breath test apparatus and methods |
| EP1198198A4 (en) * | 1999-06-08 | 2005-02-16 | Oridion Breathid Ltd | DEVICE FOR CHECKING THE CALIBRATION OF GAS ANALYZER DEVICES |
| SE516643C2 (sv) * | 2000-05-31 | 2002-02-05 | Tetra Laval Holdings & Finance | Förfarande och anordning för framställning av ett gasformigt medium |
| EP1288700B1 (en) | 2001-08-30 | 2006-07-12 | Instrumentarium Corporation | A geometrical beam splitter and a sensor for multi-element detectors |
| WO2003067227A1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-08-14 | Detector Electronics Corporation | Method and apparatus for open-path gas detection |
| IL148468A (en) | 2002-03-03 | 2012-12-31 | Exalenz Bioscience Ltd | Breath collection system |
| DE10216653A1 (de) * | 2002-04-15 | 2003-11-06 | Biotechnologie Kempe Gmbh | Sonde zur Alkoholmessung in Flüssigkeiten |
| US6844554B2 (en) * | 2002-06-28 | 2005-01-18 | Instrumentarium Corp. | Method and arrangement for determining the concentration of a gas component in a gas mixture |
| DE102004028420B3 (de) * | 2004-06-04 | 2006-02-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zur optischen Detektion von in Abgasen chemischer Prozesse enthaltenen Stoffen |
| DE102005031857B8 (de) * | 2005-06-23 | 2006-11-16 | GfG Ges. für Gerätebau mbH | Optisches Analysegerät |
| JP2007285842A (ja) * | 2006-04-17 | 2007-11-01 | Nippon Koden Corp | ガス濃度測定装置 |
| US11162893B2 (en) | 2009-06-04 | 2021-11-02 | Pietro Fiorentini S.P.A. | Device and method for determining the composition of a mixture of fluids |
| GB0909662D0 (en) * | 2009-06-04 | 2009-07-22 | Cambridge Consultants | Device and method for determining the composition of a mixture of fluids |
| WO2011126476A1 (en) * | 2010-04-06 | 2011-10-13 | Utc Fire & Security Corporation | Toxic gas detector |
| US8945936B2 (en) | 2011-04-06 | 2015-02-03 | Fresenius Medical Care Holdings, Inc. | Measuring chemical properties of a sample fluid in dialysis systems |
| GB2530099B (en) | 2014-09-15 | 2019-01-02 | Schlumberger Holdings | Temperature invariant infrared filter |
| GB2530485B (en) | 2014-09-15 | 2017-02-22 | Schlumberger Holdings | Mid-infrared carbon dioxide sensor |
| GB2530098B (en) | 2014-09-15 | 2017-02-22 | Schlumberger Holdings | Mid-infrared acid sensor |
| GB2530095B (en) | 2014-09-15 | 2017-07-12 | Schlumberger Holdings | Mid-infrared sensor |
| GB2530486B (en) | 2014-09-15 | 2017-08-02 | Schlumberger Holdings | Active surface cleaning for a sensor |
| KR102406989B1 (ko) * | 2016-11-04 | 2022-06-10 | 윌코아게 | 가스 농도 측정 장치 및 방법 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3790797A (en) * | 1971-09-07 | 1974-02-05 | S Sternberg | Method and system for the infrared analysis of gases |
| US3832548A (en) * | 1972-10-18 | 1974-08-27 | Oceanetics Inc | Gas detector unit |
| US3968367A (en) * | 1974-09-16 | 1976-07-06 | Honeywell Inc. | Filter system for infrared analysis |
| US4013260A (en) * | 1974-09-27 | 1977-03-22 | Andros, Incorporated | Gas analyzer |
| US4027972A (en) * | 1976-03-31 | 1977-06-07 | Andros Incorporated | Gas analyzer method and apparatus |
| JPS5342889A (en) * | 1976-09-30 | 1978-04-18 | Nippon Bunko Kogyo Kk | Measuring method of methabolism function of organ |
| US4233513A (en) * | 1978-10-05 | 1980-11-11 | Andros Incorporated | Gas analyzer |
| DE3334264A1 (de) * | 1982-09-25 | 1984-04-05 | Showa Denko K.K., Tokyo | Verfahren und messgeraet zum messen der methan-konzentration in einem gasgemisch |
| US4891518A (en) * | 1987-08-21 | 1990-01-02 | The Foxboro Company | Apparatus for detecting a plurality of gases |
| SE459126B (sv) * | 1987-09-15 | 1989-06-05 | Gambro Engstrom Ab | Optisk gasanalysator |
| US4914719A (en) * | 1989-03-10 | 1990-04-03 | Criticare Systems, Inc. | Multiple component gas analyzer |
| DE3918994C1 (fi) * | 1989-06-10 | 1990-06-13 | Draegerwerk Ag, 2400 Luebeck, De | |
| IL90744A (en) * | 1989-06-25 | 1992-07-15 | Spegas Ind Ltd | Method and apparatus for gas analysis |
| US5081998A (en) * | 1989-09-01 | 1992-01-21 | Critikon, Inc. | Optically stabilized infrared energy detector |
| DE59304180D1 (de) * | 1992-07-22 | 1996-11-21 | Mannesmann Ag | Nichtdispersives Infrarotspektrometer |
| US5429805A (en) * | 1993-01-08 | 1995-07-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Non-dispersive infrared gas analyzer including gas-filled radiation source |
| EP0634644A1 (de) * | 1993-07-13 | 1995-01-18 | Mic Medical Instrument Corporation | Vorrichtung zur Bestimmung des 13CO2/12CO2-Konzentrationsverhältnisses in einer Gasprobe |
| FI95322C (fi) * | 1994-03-02 | 1996-01-10 | Instrumentarium Oy | Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin |
| US5464982A (en) * | 1994-03-21 | 1995-11-07 | Andros Incorporated | Respiratory gas analyzer |
| DE4419458C2 (de) * | 1994-06-03 | 2003-11-27 | Fisher Rosemount Gmbh & Co Ges | Verfahren zur Messung der Reinheit von Kohlendioxid |
-
1996
- 1996-03-14 FI FI961197A patent/FI107194B/fi not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-03-06 EP EP97660025A patent/EP0795744A1/en not_active Withdrawn
- 1997-03-12 US US08/815,831 patent/US5908789A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-03-13 JP JP9059615A patent/JPH102857A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0795744A1 (en) | 1997-09-17 |
| FI961197A (fi) | 1997-09-15 |
| JPH102857A (ja) | 1998-01-06 |
| US5908789A (en) | 1999-06-01 |
| FI961197A0 (fi) | 1996-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI107194B (fi) | Kaasuseosten analysointi infrapunamenetelmällä | |
| FI91021B (fi) | Laite kaasujen tunnistamiseksi ja pitoisuuden mittaamiseksi sekä menetelmä kaasujen tunnistamiseksi | |
| US6512230B1 (en) | Method and an arrangement for initiating radiation absorption measurements of gaseous media | |
| KR100731864B1 (ko) | 레이저 분광 분석 장치 | |
| FI102570B (fi) | Menetelmä ja laite alkoholipitoisuuden määrittämiseksi kaasuseoksesta | |
| CN105319178B (zh) | 机动车尾气co和co2浓度实时检测系统及其控制方法 | |
| FI95322C (fi) | Spektroskooppinen mittausanturi väliaineiden analysointiin | |
| US6969857B2 (en) | Compensated infrared absorption sensor for carbon dioxide and other infrared absorbing gases | |
| CA2411413A1 (en) | Multiple pathlength spectrophotometer | |
| US5585635A (en) | Infrared gas analyzer and method | |
| EP1482301B1 (en) | NDIR multigas analyzer | |
| US5693945A (en) | Gas analyzer | |
| CN110632013A (zh) | 一种气体光谱分析仪 | |
| KR102566167B1 (ko) | 다중 대기 오염 가스 동시 측정장치 | |
| JP2023011020A (ja) | 気相媒質の品質を監視するための方法及び装置 | |
| JPS58172535A (ja) | 光学分析方法およびその装置 | |
| GB2329707A (en) | Infra-red absorption measurement | |
| KR102114557B1 (ko) | 두개의 기능적 채널을 이용한 ndir 분석기 | |
| US5672874A (en) | Infrared oil-concentration meter | |
| US6166383A (en) | Non-dispersive infrared gas analyzer | |
| KR101381618B1 (ko) | 비분산 자외선 흡수법을 이용한 멀티가스 분석장치 | |
| JPH08247942A (ja) | 赤外線ガス分析計 | |
| CN211478058U (zh) | 一种气体光谱分析仪 | |
| KR101317059B1 (ko) | 멀티가스 분석용 자외선 측정장치 | |
| JP3174710B2 (ja) | ガス分析計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MA | Patent expired |