HU215686B

HU215686B - Infrared photometer, measuring arrangement and analytical instrument

Info

Publication number: HU215686B
Application number: HU9502938A
Authority: HU
Inventors: András Bán; István Héjjas; Gábor Sass; László Zanathy; György Ákos
Original assignee: MIKI Méréstechnikai, Informatikai Kutató és Innovációs Rt.
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1999-02-01
Also published as: HU9502938D0; HUT76413A

Abstract

A találmány tárgya infravörös fotométer, mérőelrendezés és analitikai műszer, főleg olyan mérésekhez, amelyek célja víz szénhidrogén-tartalmának, így például kőolajszármazékokkal való szennyezettségének meghatározása. A találmány szerinti fotométerben (1) fényforrás (2) és fényérzékelő (11) közötti fényútban fényszaggató (3), lencse (4), sávszűrő (5), küvetta (6), további sávszűrő (7) , elforgatható szűrőbefogóban (8) elhelyezett billenőszűrő (9), és további lencse (10) van elhelyezve. A nyílásokkal ellátott, forgódob alakú fényszaggató (3) palástja körbeveszi a fényforrást (2). A szűrőbefogó (8) keresztmetszete a billenőszűrő (9) szélétől kifelé 90 fokos szögben, legyező alakban kiszélesedik, és legnagyobb mérete a billenőszűrő (9) szélességének legalább -Uszerese. V2 A találmány szerinti mérőelrendezés lényege az, hogy a találmány szerinti fotométerben (1) lévő fényér- zékelő (11) és a billenőszűrő (9) mozgatására szolgáló szervomotor analóg-digitális átalakító, illetve motorvezérlő egység segítségével számítógéphez van kapcsolva. A találmány szerinti analitikai műszer lényege az, hogy a találmány szerinti fotométerben (1) lévő küvetta (6) átfolyó rendszerűvé van kialakítva, és hozzá alul leengedő szelep, felül háromútú szelep közbeiktatásával keverő-ülepítő egység van kapcsolva, ez utóbbihoz pedig felülről mintavevő egység és oldószer-beadagoló egység csatlakozik. HU 215 686 B A leírás terjedelme 14 oldal (ezen belül 5 lap ábra)The present invention relates to an infrared photometer, a measuring arrangement and an analytical instrument, especially for the purpose of determining the hydrocarbon content of water, such as contamination with petroleum derivatives. In the photometer (1) of the present invention, a light trap (3), a lens (4), a band filter (5), a cuvette (6), an additional band filter (7), a rotatable filter holder (8) in the pathway between the light source (2) and the light sensor (11) is disposed a tilt filter (9) and an additional lens (10). The mantle of the rotating drum (3) with the apertures surrounds the light source (2). The cross-section of the filter clamp (8) extends from the edge of the tilt filter (9) at a 90 degree angle to a fan shape, and its largest size is at least -Extended in the width of the tilt filter (9). V2 The object of the measuring arrangement according to the invention is that the light sensor (11) in the photometer (1) according to the invention and the servomotor for moving the tilt filter (9) are connected to a computer by means of an analog-to-digital converter or motor control unit. The essence of the analytical instrument according to the invention is that the cuvette (6) in the photometer (1) according to the invention is formed as a flow system and a lowering valve is connected to it, and a mixing settling unit is connected with the top three-way valve, and a sampling unit from above is connected to the latter. a solvent feed unit is connected. EN 215 686 B The scope of the description is 14 pages (including 5 sheets)

Description

A találmány tárgya infravörös tartományban működő fotométer, főleg víz szénhidrogén-tartalmának meghatározására irányuló optikai mérésekhez. A találmány tárgya továbbá mérőelrendezés és analitikai műszer, amelynek optikai mérőegysége a fentebbi fotométer.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to optical measurements for the determination of the hydrocarbon content of a photometer operating in the infrared range, particularly water. The invention further relates to a measuring arrangement and an analytical instrument, the optical measuring unit of which is the above photometer.

A környezet- és természetvédelem egyik fontos feladata a folyók, tavak, források és egyéb természetes vizek tisztaságának megóvása. Az egyik gyakori szennyező tényezőt a kőolajszármazékok és egyéb szénhidrogének képezik. Szükséges ezért a természetes vizek szénhidrogén-tartalmának rendszeres ellenőrzése, továbbá az ipari szennyvizek vizsgálata is annak megállapítása céljából, hogy megengedhető-e azok tisztítás nélküli kiengedése a szabadba, illetve közcsatornába.One of the important tasks of protecting the environment and nature is to preserve the purity of rivers, lakes, springs and other natural waters. One of the common contaminants is petroleum derivatives and other hydrocarbons. Regular monitoring of the hydrocarbon content of natural waters and of industrial waste water is therefore necessary to determine whether it is permitted to be discharged without treatment into the open air or to public sewers.

A környezetvédelmi előírások egyre szigorúbbak, és ma már szabványok írják elő azokat a mérési módszereket, amelyek eredményét hatóságilag elfogadják.Environmental regulations are becoming more stringent, and standards are now required for measurement methods whose results are officially accepted.

Vizek és talajok vizsgálatánál a nemzetközi és hazai gyakorlatban is a német DIN 38409-H18, az amerikai EPA-418.1 és a nemzetközi ISO-TR11046 szabványok előírásait tekintik irányadónak. Ezek szerint a vízvagy talajmintából a szénhidrogéneket triklór-trifluoretán oldószerrel kivonják, és a kiülepített extraktumot gázkromatográfiás vagy infravörös spektrofotometriai módszerrel analizálják.For testing of waters and soils, the requirements of German standards DIN 38409-H18, American EPA-418.1 and international ISO-TR11046 are used in international and domestic practice. Thus, the hydrocarbons from the water or soil sample are extracted with trichlorotrifluoroethane and the precipitated extract is analyzed by gas chromatography or infrared spectrophotometry.

A szabványokban ajánlott fotométeres analízisnél az extraktum transzmisszióját mérik a CH₃, CH₂ és CH kémiai gyökök 3,38, 3,42 és 3,30 mikronos elnyelési hullámhosszain, és a mérési adatokat egy képletbe behelyettesítve kapják meg a keresett szénhidrogén-tartalmat mg/liter vagy mg/kg mértékegységben.For photometric analysis recommended in the standards, the transmission of the extract is measured at 3.38, 3.42 and 3.30 micron absorption wavelengths of the CH ₃ , CH _2, and CH radicals, and the measurement data is replaced by a formula to obtain the desired hydrocarbon content in mg / liters or mg / kg.

A vizsgálatot gyakran laboratóriumban végzik univerzális célú rácsmonokromátoros infravörös spektrofotométerrel, de fokozódik az igény az egyszerűbb és igénytelenebb szerkezetű hordozható és/vagy mostoha körülmények közé kitelepíthető célműszerek iránt is. Az ilyen műszerek megvalósítását nehezíti az a körülmény, hogy a 3-4 mikron közötti infravörös hullámhossztartományban működő fényérzékelők érzékenysége csekély, a természetes háttérsugárzás viszont nagy, és ezért a jel/zaj viszony sokkal kedvezőtlenebb, mint például a látható fény tartományában. A méréstechnikai nehézségeket fokozza, hogy néhány század mikron eltérésű hullámhosszokon kell szelektíven mérni, ami az alkalmazható kis sávszélességek miatt tovább rontja a hasznos jelszintet.Testing is often performed in a laboratory with a universal purpose infrared spectrophotometer with a monochromator, but there is a growing demand for portable and / or deployable target devices of a simpler and less demanding structure. The realization of such instruments is complicated by the fact that light sensors operating in the infrared wavelength range of 3-4 microns have low sensitivity, but natural background radiation is high, and therefore the signal-to-noise ratio is much less favorable than in the visible light range. The difficulty of the measurement technique is increased by the need to selectively measure at wavelengths of a few hundred microns, which further reduces the useful signal level due to the small bandwidths that can be used.

Ezen nehézségek miatt a gyakorlatban csak olyan fotométermegoldások bizonyultak megfelelőnek, amelyeknél a fényt például fényszaggatóval modulálják, és a detektoron a modulációs frekvenciának megfelelő váltóáramú jelösszetevőt mérik, továbbá amelyeknél a mérési eredményt hiteles frekvencián történő mérési eredményhez viszonyítják különbségi jel vagy hányados formájában. Referenciaként általában a tiszta, szénhidrogénmentes triklór-trifluor-etán oldószert használják, amelyet ugyanolyan küvettába töltve helyeznek a fényútba, mint amilyenben a víz- vagy talajmintából kioldott extraktumot vizsgálják.Because of these difficulties, in practice only photometer solutions have been found to be suitable, where light is modulated, for example, by a light chopper, and an AC signal component corresponding to the modulation frequency is measured on the detector and the measurement result is compared to a measurement at authentic frequency. As a reference, a clear, hydrocarbon-free trichlorotrifluoroethane solvent is generally used, placed in the same cuvette into the light path as the one extracted from the water or soil sample.

A relatív, összehasonlító mérés két módon lehetséges. Az egyik az úgynevezett két fényutas rendszer, amelynél az extraktum és a referencia optikai transzmisszióját egyidejűleg mérik. A másik az úgynevezett egy fényutas módszer, amelynél az egyetlen fényútban időben egymás után végzik el a mérést az extraktumon és a referencián, és a mérés kiértékelése utólag történik.Relative, comparative measurement is possible in two ways. One is the so-called two-way system where the optical transmission of the extract and the reference are measured simultaneously. The other is the so-called light path method, in which the measurement of the extract and the reference is made in succession in a single light path, and the measurement is evaluated ex post.

Két fényutas megoldás ismertetése található az US-4598201 lajstromszámú szabadalmi leírásban. Ennél a két fényutat egy lyukakkal ellátott forgó tárcsa felváltva megszakítja. Mindkét fényút egy közös gázdetektomál végződik. Utóbbi egy átlátszó falú edényben szénhidrogéngáz-keveréket tartalmaz, és az ebben lévő CH₃-, CH₂- és CH-gyökök a megfelelő hullámhosszakat elnyelik, és az így elnyelt energia a gázt melegíti, és ezzel abban a minta és a referencia közötti eltérésre jellemző, periodikusan ismétlődő nyomásváltozásokat hoz létre, amit a gáztérbe helyezett mikrofon érzékel. A megoldás hátránya, hogy a gázdetektorban lévő szénhidrogéngáz-keverék általában nem ugyanolyan arányban tartalmazza az elnyelő CH₃-, CH₂- és CH-gyököket, mint a vizsgálandó minta, ezért a mérési eredmény függ az utóbbi összetételétől is.Two light paths are described in U.S. Pat. No. 4,598,201. In this case, the two light paths are alternately interrupted by a rotating disc with holes. Both light paths end with a common gas detector. The latter contains a mixture of hydrocarbons in a transparent-walled vessel, and the CH ₃ , CH ₂ and CH radicals absorb the corresponding wavelengths, and the energy thus absorbed heats the gas, thereby distinguishing between the sample and the reference. , produces periodically repetitive pressure changes detected by a microphone placed in the gas chamber. The disadvantage of this solution is that the mixture of hydrocarbons in the gas detector generally does not contain the absorbing CH ₃ , CH ₂ and CH radicals in the same proportion as the sample to be analyzed, so the measurement result also depends on the composition of the latter.

Az US-4355234 lajstromszámú szabadalommal védett megoldás a fentitől abban tér el, hogy fényérzékelőként olyan széles sávú félvezető detektort alkalmaznak, amely a CH₃-, CH₂- és CH-gyökökhöz tartozó elnyelési hullámhosszak mindegyikénél érzékeny. Ezen megoldásnál is fellép az a hátrány, hogy a mérési eredmény függ a vizsgált mintában lévő szénhidrogén összetételétől is.It is protected by U.S. Patent No. 4355234 patent solution which differs from that described above, that the light sensor is used as a wide band gap semiconductor detector, which is CH ₃ - and CH sensitive absorption wavelengths for each of the radicals -, CH _second This solution also has the disadvantage that the measurement result also depends on the composition of the hydrocarbon in the test sample.

A HU-207771 lajstromszámú szabadalmi leírásban ismertetett két fényutas fotométernél a minta összetételétől való függést úgy küszöbölik ki, hogy fényforrásként több, eltérő hullámhosszúságon sugárzó LED-et használnak, és ezeket felváltva ki-be kapcsolgatják. A megoldás előnye, hogy a CH₃-, CH₂- és CH-gyökök elnyelési hullámhosszain elkülönítve lehet mérni, és ezzel a mérési eredmény nem függ a vizsgálati mintában lévő szénhidrogén összetételétől. További előny, hogy a LED-ek ki-be kapcsolása a modulációs fényszaggatást is biztosítja, és ezért a mechanikusan forgó tárcsa elhagyható. Hátránya ugyanakkor a megoldásnak, hogy mivel nem lehet tetszés szerinti hullámhosszon sugárzó LED-et előállítani, és a LED sugárzási sávszélessége viszonylag nagy, ezért ez jelentősen korlátozza az elérhető mérési pontosságot.In the case of the two light path photometers described in patent application HU-207771, the dependence on the sample composition is eliminated by using several LEDs of different wavelengths as the light source and turning them on and off alternately. The advantage of this solution is that it can be measured separately at the absorption wavelengths of the CH ₃ , CH ₂ and CH radicals, so that the measurement result does not depend on the composition of the hydrocarbon in the test sample. A further advantage is that switching the LEDs on and off also provides modulation light interruption and therefore the mechanically rotating dial can be omitted. However, the disadvantage of the solution is that since it is not possible to produce LEDs of any wavelength and the radiation bandwidth of the LED is relatively large, it significantly limits the available measurement accuracy.

A fenti megoldás hátrányainak kiküszöbölésére alkalmas az US-4737029 lajstromszámú szabadalmi leírásból megismerhető megoldás. Ennél széles sávban sugárzó fényforrást alkalmaznak, és a fényutakat olyan forgó tárcsával szaggatják, amelynek optikai nyílásaiban különféle diszkrét hullámhosszakra illesztett interferenciaszűrők vannak elhelyezve, és a forgó tárcsa egyszerre látja el a fényszaggatás és a hullámhosszkiválasztás funkcióját. Hátránya ezen megoldásnak, hogy a megfelelő szűrőkészlet előállítása technológiailag kényes és költséges.To overcome the drawbacks of the above solution, see U.S. Patent No. 4,773,029. In this case, a wide band emitting light source is used and the light paths are interrupted by a rotating disk having interference filters arranged at different discrete wavelengths in its optical apertures, and the rotating disk simultaneously performs the functions of light distribution and wavelength selection. The disadvantage of this solution is that it is technologically sensitive and costly to produce the right filter set.

Valamennyi fentebb ismertetett két fényutas fotométermegoldás egy további hátránya abból származik, hogy ezeknél a vizsgálandó extraktumot és a referen2A further disadvantage of each of the two light path photometer solutions described above stems from the fact that the extract and

HU 215 686 Β ciamintát két külön küvettában kell elhelyezni. Két egyforma küvetta azonban gyakorlatilag nem létezik, de ha mégis, a gyakorlat során ezek eltérő módon kopnak és szennyeződnek, ami járulékos mérési hibát okozhat. Éppen ezt a hátrányt küszöbölik ki a már említett egy fényutas megoldások.EN 215 686 Β sample shall be placed in two separate cuvettes. However, two identical cuvettes do not exist in practice, but if they do, they will wear and contaminate differently during practice, which may cause additional measurement error. This disadvantage is eliminated by the already mentioned one-way solutions.

Az US-4825076 lajstromszámú szabadalommal védett egy fényutas fotométerben a fényútban fényszaggató tárcsa nyílásaiban különféle hullámhosszakra illesztett interferenciaszűrőket alkalmaznak. A megoldás egyetlen lényeges hátránya, hogy a szűrősorozat előállítása igen szigorú technológiai követelményeket támaszt, és ez, főleg kisebb darabszámú gyártás esetén, meglehetősen költséges.US Patent No. 4,825,076, which protects a light path photometer, uses interference filters adapted to different wavelengths in the apertures of the light path in the light path. The only major disadvantage of this solution is that the production of the filter series has very high technological requirements, which is quite expensive, especially for smaller production volumes.

Az US-4700073 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan egy fényutas infravörös fotométert ismertet, amelyben optikai sávszűrő és mechanikus fényszaggató után a fényútban két darab átlátszó falú, szénhidrogéntöltésű gázdetektort alkalmaznak, és a mérendő minta, illetve referencia tárolására szolgáló küvetta a két gázdetektor között van elhelyezve. Utóbbiak villamos jeleit egy speciális jelfeldolgozó elektronikához továbbítják, amely a két gázdetektor jeleiből számítja ki az eredményt. A megoldással a mérési pontosság javítható, azonban a mérési eredmény így is függ a vizsgált szénhidrogén összetételétől, ezért azt előzetesen ismerni kell, és a műszert arra kell kalibrálni.U.S. Pat. No. 4,7000,773 discloses a light path infrared photometer which utilizes two transparent-walled hydrocarbon-filled gas detectors in the light path following an optical bandpass filter and a mechanical light chopper, and a cuvette is positioned between the sample gas and the reference storage. The electrical signals of the latter are transmitted to a special signal processing electronics which calculates the result from the signals of the two gas detectors. The solution can improve the accuracy of the measurement, however, the measurement result will still depend on the composition of the hydrocarbon tested and should be known beforehand and the instrument calibrated.

Megfelelő műszaki kiegészítésekkel bármelyik fentebb ismertetett megoldás megvalósítható oly módon is, hogy az képes legyen automatikusan működni, például felügyelet nélküli, önműködő vízminőségi monitorozás és/vagy technológiai vezérlés céljából.With the appropriate technical additions, any of the solutions described above can be implemented in such a way that it can operate automatically, for example for unattended, automatic water quality monitoring and / or technological control.

Ilyen célú mérőelrendezés felépítését és működését ismerhetjük meg az US-4164653 lajstromszámú szabadalmi leírásból. Ebben szivattyúk segítségével a csővezetékből vett vízmintát, valamint egy vegyszertartályból vett oldószert meghatározott arányban egy keverőedénybe juttatják. A keverék innen ülepítéses szeparátorba kerül, ahol a víz és az extraktum különválik. Utóbbit infravörös fotométerhez továbbítják, amelyben elvégzik rajta az optikai mérést. Végül a vízminta és az extraktum külön csövön keresztül kiürül. A mérőelrendezés kiegészíthető vegyszer-regeneráló egységgel, amelyben az extraktumból a szénhidrogént eltávolítják, és az így megtisztított oldószert visszajuttatják a vegyszertartályba. A mérőelrendezés elektronikus vezérléssel kiegészítve alkalmas felügyelet nélküli, önműködően ismétlődő működésre is. A megoldás hátránya, hogy olyan szivattyúkat kell alkalmazni, amelyeknél a szállított folyadékba véletlenül sem juthat be semmiféle olajszennyeződés. Az ilyen tulajdonságú speciális perisztaltikus és membránszivattyúk azonban költségesek, és a bennük lévő, fárasztó igénybevételnek kitett rugalmas műanyag alkatrészek miatt megbízhatóságuk nem teljesen kifogástalan.The construction and operation of such a measuring arrangement are described in U.S. Patent No. 4,664,653. In this, a water sample from the pipeline and a solvent from a chemical tank are pumped into the mixing vessel at a certain rate. The mixture is then transferred to a settling separator where the water and extract are separated. The latter is transmitted to an infrared photometer, where it is subjected to optical measurement. Finally, the water sample and extract are emptied through a separate tube. The measuring arrangement may be supplemented by a chemical regeneration unit in which the hydrocarbon is removed from the extract and the solvent thus purified is returned to the chemical container. The measuring arrangement, combined with electronic control, is also suitable for unattended, automatically repeated operation. The disadvantage of this solution is that pumps must be used which do not accidentally contain any oil contamination in the liquid supplied. However, special peristaltic and diaphragm pumps with such properties are expensive and due to the elastic plastic parts they contain, their reliability is not entirely perfect.

Találmányunk célja olyan fotométer és erre épülő analitikai műszer, valamint mérőelrendezés megvalósítása, amely gazdaságosan lehetővé teszi a hullámhosszszelektív, egy fényutas mérést, és ezzel kiküszöböli az ismert megoldások hátrányait.It is an object of the present invention to provide a photometer and an analytical instrument based thereon, as well as a measuring arrangement, which economically enables wavelength selective one-way measurement, thereby eliminating the disadvantages of known solutions.

Találmányunk alapja az a felismerés, hogy a több hullámhosszon történő szelektív mérés - amennyiben a hullámhosszak egymáshoz igen közel helyezkednek el egyetlen interferenciaszűrővel és ezzel sorba kapcsolt széles sávú szűrővel megoldható. Ha ugyanis egy keskeny sávú interferenciaszűrőt nem a fényútra merőlegesen helyezünk el, hanem azt 30-40 fokkal elbillentjük a merőlegeshez képest, akkor az áteresztési hullámhossz körülbelül 6-8%-kal megváltozik, miközben az áteresztési sávszélesség alig változik. Az elbillentés miatt azonban a működési sávtól távolabb eső hullámhosszokon is felléphet áteresztés, amely utóbbi mellékhatás azonban a fényútban elhelyezett további, fix helyzetű, széles sávú szűrővel kiküszöbölhető. A megoldás előnye, hogy a billenőszűrő merőleges állásához tartozó áteresztési hullámhosszat nem kell nagyon pontosan előírni, mivel annak bizonyos mértékű pontatlansága az elbillentési szög módosításával kompenzálható, feltéve, hogy az áteresztési hullámhossztartományt úgy választjuk meg, hogy abban legyen megfelelő biztonsági tartalék, és ez a könnyítés a billenőszűrő előállítási költségét kedvezően befolyásolja.The present invention is based on the discovery that selective measurement at multiple wavelengths - provided that the wavelengths are very close to each other - can be achieved with a single interference filter and thus a wideband filter connected in series. Namely, if a narrow band interference filter is not tilted perpendicular to the light path, but tilted 30-40 degrees relative to the perpendicular, the transmission wavelength will change by about 6-8% while the transmission bandwidth will hardly change. However, tilting can also cause transmission at wavelengths farther from the operating band, but this latter side effect can be eliminated by the addition of a fixed, wide-band filter in the light path. The advantage of this solution is that the throughput wavelength perpendicular to the tilt filter does not need to be specified very precisely, as some of its inaccuracy can be compensated for by changing the tilt angle provided that the throughput wavelength range is chosen to have an adequate safety margin positively influences the manufacturing cost of the tilt filter.

Találmányunk tárgya tehát egy fényutas infravörös fotométer, amelyben a fényforrás és fényérzékelő közötti fényútban fényszaggató, küvetta és fényszűrő rendszer van elhelyezve, és a fotométer kimenetét a fényérzékelő villamos kimenete képezi.Thus, the present invention relates to a light path infrared photometer in which a light scattering, cuvette and light filter system is provided in the light path between the light source and the light sensor, the output of the photometer being the electrical output of the light sensor.

A találmány lényege az, hogy a fényszűrő rendszer optikailag sorba kapcsolt sávszűrőből, valamint billenőszűrőből áll.It is an object of the present invention that the light filter system consists of an optically in-line bandpass filter and a tilt filter.

Találmányunk további fontos alapgondolata az a felismerés, hogy a fényút végén elhelyezkedő fényérzékelő jeléből a fényszaggatási frekvenciájú hasznos jelet úgy lehet a leghatékonyabban és leggazdaságosabban kiszűrni, hogy a fényérzékelő jelét a fényszaggatási frekvencia többszörösének megfelelő gyakorisággal mintavételezzük, digitalizáljuk, majd az így nyert adatsorozatból számítógép segítségével numerikus számítási algoritmussal számítjuk ki a keresett jelszintet, és a szűrési hullámhosszak kiválasztása céljából a billenőtükör pozícióját ugyanezen számítógépről vezérelt szervomotor segítségével állítjuk be.A further important idea of the present invention is the realization that the light scattering signal at the end of the light path can be filtered most efficiently and economically by sampling the digit of the light scattering signal at a frequency corresponding to a multiple of the light scattering frequency, calculating the desired signal level using a calculation algorithm, and adjusting the position of the tilt mirror using a servo motor controlled from the same computer to select the filtering wavelengths.

A találmányunk tárgya ezért olyan mérőelrendezés is, amelyben a találmányunk szerinti fotométer számítógéphez van hozzákapcsolva oly módon, hogy a fotométerben lévő fényérzékelő kimenete analóg-digitális átalakító közbeiktatásával a számítógép egyik bemenetéhez van csatlakoztatva, a billenőszűrő szervomotor tengelyéhez van erősítve, és ez utóbbi motorvezérlő egység közbeiktatásával hozzá van kapcsolva a számítógéphez.Therefore, the present invention also relates to a measuring arrangement in which the photometer of the present invention is connected to a computer such that the light sensor output of the photometer is connected to an input of a computer by an analog-to-digital converter, mounted on a servomotor shaft of the tilt filter. is connected to your computer.

Találmányunk további ötlete az a felismerés, hogy egy technológiai rendszerbe beépített műszer esetén a speciális szivattyúk elhagyhatók, ha a vegyszertartály, a mintavételi hely és a műszerben lévő fotométer relatív szintmagasságait úgy választjuk meg, hogy a mérési ciklusban előforduló folyadékáramlások a közlekedő edények elve alapján, kizárólag gravitációs hatásra következzenek be.Another idea of the present invention is to recognize that, in the case of an instrument incorporated in a technological system, special pumps may be omitted if the relative levels of the chemical reservoir, the sampling site and the photometer in the instrument are chosen so that the fluid flows in the measuring cycle gravity.

Találmányunk tárgya tehát továbbá még egy fix helyre telepíthető analitikai műszer, amelynek mérő3Thus, another object of the present invention is an analytical instrument which can be installed in a fixed location and has a meter3

HU 215 686 Β egysége a találmányunk szerinti fotométer vagy fotométeres mérőelrendezés, és amelyben átfolyó rendszerű küvetta, ez utóbbi felett pedig keverő-ülepítő egység van, és a keverő-ülepítő egységhez felülről mintavevő egység és oldószer-beadagoló egység van hozzákapcsolva, a mintavevő egység felett van a vizsgálandó vizet szállító fővezetéken a mintavételi megcsapolás, és az oldószer-beadagoló egység felett helyezkedik el az oldószertartály.A unit of HU 215 686 Β according to the present invention is a photometer or photometer measuring arrangement having a flow cuvette, the latter having a mixer-settler unit and a mixer-settler unit and a solvent addition unit connected above the sampler unit. there is a sampling tap on the main pipeline for the water to be tested and a solvent reservoir is located above the solvent inlet.

A találmány példakénti megvalósítását rajz alapján ismertetjük. A rajz összesen 7 db számozott ábrát tartalmaz.An exemplary embodiment of the present invention will be described by way of illustration. The drawing contains a total of 7 numbered figures.

A rajzonOn the drawing

- az 1. ábra a találmány szerinti fotométer szerkezeti felépítését mutatja,Figure 1 shows the construction of a photometer according to the invention,

- a 2. ábrán a fényforrás és a fényszaggató látható,- Figure 2 shows the light source and the diffuser,

- a 3. ábra szemlélteti a billenőszűrő felszerelési módját,- Figure 3 illustrates the installation of the tilt filter,

- a 4. ábra a találmány szerinti fotométer számítógéphez illesztését ábrázolja,Figure 4 is a diagram illustrating the connection of a photometer according to the invention to a computer,

- az 5. ábrán látható a találmány szerinti analitikai műszer blokkvázlata,Figure 5 is a block diagram of an analytical instrument according to the invention,

- a 6. ábra bemutatja az analitikai műszer mintavevő egységének felépítését, végülFigure 6 shows the structure of the analyzer sampling unit, finally

- a 7. ábra az oldószer-beadagoló egység felépítését szemlélteti.Figure 7 illustrates the structure of a solvent delivery unit.

Az 1. ábrán az 1 fotométerben a 2 fényforrást nyílásokkal ellátott, dob alakú 3 fényszaggató palástja veszi körül. A 2 fényforrást és a 11 fényérzékelőt összekötő fényútban a 3 fényszaggató palástja után rendre 4 lencse, 5 sávszűrő, 6 küvetta, 7 sávszűrő, 9 billenőszűrő és 10 lencse foglal helyet. Az 1 fotométer szaggatott vonallal jelölt burkolata a 6 küvettát kikerüli úgy, hogy ez utóbbi fizikailag a burkolaton kívüli térben foglal helyet. A 9 billenőszűrő olyan 8 szűrőbefogóban van elhelyezve, amelynek keresztmetszete a 9 billenőszűrő szélétől kifelé haladva, 90 fokban, legyezőszerűen kiszélesedik.In Figure 1, the light source 2 in the photometer 1 is surrounded by a drum-shaped light-emitting mantle 3 with apertures. In the light path connecting the light source 2 and the light sensor 11, there is a lens 4, a band filter 5, a cuvette 6, a band filter 7, a tilt filter 9 and a lens 10, respectively, downstream of the light envelope 3. The dashed envelope of the photometer 1 bypasses the cuvette 6 so that the latter is physically located in the space outside the envelope. The tilt filter 9 is arranged in a filter holder 8 whose cross section extends 90 degrees from the edge of the tilt filter 9 and fan-like.

A 2. ábrán az 1. ábra szerinti A metszetben az egyik végén nyitott dob alakú 3 fény szaggató palástján belül 2 fényforrás van, amelyet 14 foglalat tart. A 3 fényszaggató palástján nyílások vannak. A 3 fényszaggató motor tengelyére van felszerelve.In Figure 2, section A of Figure 1 has, at one end, a light source 2 housed within a hollow chop 3 of open drum-shaped light, which is held by a socket 14. The diaphragm 3 has openings on the mantle. The chopper 3 is mounted on the shaft of the motor.

A 3. ábrán az 1. ábra szerinti B nézetben a 9 billenőszűrő bele van szerelve a 8 szűrőbefogóba, és ez utóbbi 15 szervomotor tengelyéhez van erősítve.In Fig. 3, in view B of Fig. 1, the tilt filter 9 is mounted in the filter clamp 8 and mounted on the shaft of the servomotor 15.

A 4. ábrán az 1 fotométerben lévő 11 fényérzékelő kimenete 37 analóg-digitális átalakító közbeiktatásával hozzá van kapcsolva a 13 számítógép bemenetéhez. Az 1 fotométerben lévő 15 szervomotor 38 motorvezérlő egység közbeiktatásával van hozzákapcsolva ugyanezen számítógéphez.In Figure 4, the output of the light sensor 11 in the photometer 1 is connected to the input of the computer 13 via an analog-to-digital converter 37. The servomotor 15 in the photometer 1 is connected to the same computer by interposing a motor control unit 38.

Az 5. ábrán az 1 fotométer mérőterében lévő átfolyó rendszerű 6 küvettához alul 23 leengedőszelep, majd 24 oldószerkifolyó, felül pedig 21 háromutú szelep c csatlakozója van kapcsolva. A 21 háromutú szelep b csatlakozásához 22 kiömlőcső, felső a csatlakozójához pedig 18 keverő-ülepítő egység alsó, összeszűkülő vége csatlakozik. A 18 keverő-ülepítő egység lefelé tölcsérszerűen szűkülő edény, és belsejében alul, a szűkülő részben szaggatott vonallal ábrázolt 39 keverőlapát látható, amelynek tengelye a 18 keverő-ülepítő egység felett elhelyezett 40 keverőmotor tengelyéhez van erősítve. A mérendő folyadék szállítására szolgáló 16 fővezeték megcsapolása 25 mintavevő cső segítségével össze van kötve a 17 mintavevő egység felső végével, míg az utóbbi alsó 26 kifolyó csöve felülről a 18 keverő-ülepítő egységbe torkollik. A 20 oldószertartály 27 oldószerleeresztő csöve a 19 oldószer-beadagoló egységbe van felülről bekötve, utóbbiból alulról kiinduló 28 kifolyócső pedig a 18 keverő-ülepítő egységbe van bekötve.In Fig. 5, a flow cuvette 6 is connected to the flow cuvette 6 in the measuring chamber of the photometer 1, followed by the connector c of the drain valve 23, then the solvent outlet 24 and the three-way valve 21 above. The outlet tap 22 is connected to the connection b of the three-way valve 21 and the lower tapering end of the mixing settler 18 to its upper connection. The mixer settler unit 18 is a downwardly funnel-shaped vessel and has a mixer blade 39 depicted on the inside, depicted in a dashed line in part, whose axis is attached to the shaft of a mixer motor 40 located above the mixer settler unit 18. The tap of the main line 16 for transporting the liquid to be measured is connected by means of a sampling pipe 25 to the upper end of the sampling unit 17, while the lower outlet pipe 26 of the latter flows from above to the mixing settler 18. The solvent drainage pipe 27 of the solvent tank 20 is connected to the solvent supply unit 19 from above, and the drainage pipe 28 from the latter is connected to the mixer settling unit 18.

A 6. ábrán a 17 mintavevő egységben 29 mintamérő edény felső végéhez 31 háromutú szelep f csatlakozása, alsó végéhez pedig 30 háromutú szelep g csatlakozása van kapcsolva. A 31 háromutú szelep felső d csatlakozásához 32 túlfolyócső, oldalsó, e csatlakozásához pedig 33 levegőztetőcső csatlakozik. A 30 háromutú szelep alsó j csatlakozásához a 26 kifolyócső, oldalsó h csatlakozásához pedig a 25 mintavevő cső alsó vége van hozzákapcsolva.In Figure 6, the sampler unit 17 is connected to the upper end 31 of the sample vessel 29 and to the lower end 30 of the three-way valve g. An overflow pipe 32 is connected to the upper d connection of the three-way valve 31, and a vent pipe 33 is connected to this connection. The lower junction of the three-way valve 30 is connected to the outlet pipe 26 and the lower end of the sampling tube 25 to the side h connection.

A 7. ábrán a 19 oldószer-beadagoló egységben 34 oldószermérő edény felső végéhez 36 kapilláris cső, alsó végéhez pedig 35 háromutú szelep felső, k csatlakozása van kötve. A 35 háromutú szelep alsó, n csatlakozása 28 kifolyócsőhöz, oldalsó, m csatlakozása pedig 27 oldószerleeresztő cső alsó végéhez kapcsolódik.In Figure 7, a capillary tube 36 is connected to the upper end of the solvent metering vessel 34 and the upper end k of the three-way valve 35 to the lower end 35 of the solvent delivery vessel. The lower, n-connection of the three-way valve 35 is connected to the outlet pipe 28, and the lateral, m-connection is connected to the lower end of the solvent drain pipe 27.

Az 1. ábrán látható 1 fotométer működését a 2. ésThe operation of the photometer 1 shown in FIG

3. ábra segítségével az alábbiakban ismertetjük:With reference to Figure 3, the following is described:

Első közelítésben hagyjuk figyelmen kívül a 4 és 10 lencséket, az 5 sávszűrőt, mivel az 1 fotométer elvileg ezek nélkül is működőképes, mégpedig a következő módon:In the first approximation, we disregard the lenses 4 and 10, the bandpass filter 5, since the photometer 1 is in principle operable without them, in the following way:

A 3 fényszaggató forgása közben rendszeresen megszakítja a 2 fényforrásnak a 11 fényérzékelő felé kisugárzott fényét. A lüktető fény egy részét a 6 küvettában lévő oldószer vagy mérendő extraktum elnyeli. A megmaradt fényből a 7 sávszűrő csak azt a sávot ereszti át, amely a mérés szempontjából lényeges. Szénhidrogénmérés esetén például célszerű a 7 sávszűrő áteresztési sávjaként a 3,2 és 3,5 mikron közötti hullámhossztartományt választani. Ezen tartományon belül a méréshez kijelölt hullámhosszat a 9 billenőszűrő megfelelő elforditásával tudjuk kiválasztani. A billenőszűrő áteresztési sávszélességét 0,01-0,02 mikron körül célszerű megválasztani. Ez esetben mintegy 20-50 lépésben felvehetjük a transzmissziós spektrum azon szakaszát, amely beleesik a 7 sávszűrő áteresztési sávjába, de lehetséges a transzmissziós mérés egy-egy előre kiválasztott konkrét hullámhosszon is úgy, hogy a 9 billenőszűrőt az illető hullámhosszhoz tartozó szöghelyzetbe billentjük.As the rotator 3 is rotated, it interrupts the light emitted by the light source 2 towards the light sensor 11 regularly. Part of the pulsating light is absorbed by the solvent or extract being measured in the cuvette 6. Of the remaining light, the bandpass filter 7 passes only the band that is relevant for the measurement. For hydrocarbon measurement, for example, it is advisable to select a bandwidth of 3.2 to 3.5 microns as the pass band of the bandpass filter 7. Within this range, the selected wavelength can be selected by rotating the tilt filter 9 appropriately. It is expedient to choose a bandwidth of the tilt filter of about 0.01-0.02 microns. In this case, about 20-50 steps may be taken of the portion of the transmission spectrum that falls within the bandwidth of the bandpass filter 7, but it is also possible to measure the transmission at a specific wavelength selected by tilting the tilt filter 9 to the angular position for that wavelength.

Víz szénhidrogén-szennyezettségének meghatározásánál például a már idézett DIN szabvány szerinti mérési eljárás végrehajtásának módja a következő:For example, in determining the hydrocarbon contamination of water, the measurement procedure to DIN standard cited above is as follows:

A 6 küvettába először tiszta triklór-trifluor-etán oldószert töltünk. Beállítjuk a 9 billenőszűrővel a 3,30 mikronos áteresztési hullámhosszat, és megmérjük a 11 fényérzékelő kimenőjelében azon váltóáramú öszszetevő amplitúdóját, amelynek frekvenciája megegyezik a fény szaggatás! frekvenciával, majd ugyanezt aThe cuvette 6 is first filled with pure trichlorotrifluoroethane solvent. Using the tilt filter 9, adjust the transmission wavelength to 3.30 microns and measure the amplitude of the AC component having the same frequency as the light interruption in the output signal of the light sensor 11! frequency, followed by the same

HU215 686 Β mérést megismételjük a 3,42 és 3,38 mikronos áteresztési hullámhosszaknál. Ez után a 6 küvettából eltávolítjuk a tiszta oldószert, és helyette betöltjük a mérendő vízmintából kiülepített extraktumot, amely nem más, mint szénhidrogén-tartalmú oldószer, majd a 3,30, 3,42 és 3,38 mikronos áteresztési hullámhosszaknál ismét elvégezzük a fentebbi mérést. Mind a három mérési hullámhossznál az extraktumon mért amplitúdóértékeket elosztjuk a tiszta oldószeren mért amplitúdóértékekkel, és ezzel megkapjuk a három mérési hullámhosszhoz tartozó úgynevezett relatív transzmissziókat. Ez utóbbiakat, valamint a 6 küvetta méretét, és az extraktum előállításánál alkalmazott vízminta/oldószer keverési arányt behelyettesítjük a szabványban előírt képletbe, és ezzel kiszámítjuk a víz szénhidrogén-tartalmát mg/liter mértékegységben.The HU215 686 Β measurement is repeated at 3.42 and 3.38 microns transmission wavelengths. The clear solvent is then removed from the cuvette 6 and, instead, the precipitate extracted from the water sample to be measured which is a hydrocarbon-containing solvent is filled in, and again at the transmission wavelengths of 3.30, 3.42 and 3.38 microns . For each of the three measurement wavelengths, the amplitude values measured on the extract are divided by the amplitude values measured on the pure solvent to give the so-called relative transmissions for the three measurement wavelengths. The latter, as well as the size of the 6 cuvettes and the water sample / solvent mixing ratio used to prepare the extract, are replaced by the standard formula to calculate the hydrocarbon content of the water in mg / L.

Az 1., 2. és 3. ábrákon feltüntetett, eddig nem említett szerkezeti elemek szerepe a találmány szerinti fotométer műszaki tulajdonságainak javítása az alábbiak szerint:The role of the structural members not shown in Figures 1, 2 and 3 to improve the technical properties of the photometer according to the invention is as follows:

A 6 küvetta elé beiktatott 5 sávszűrő ugyanolyan tulajdonságú, mint a 7 sávszűrő. Funkciója, hogy csökkentse a 6 küvettában lévő folyadékra ható besugárzási teljesítményt, nehogy az oldószer túlmelegedjen. Meg kell említeni, hogy az 5 sávszűrő beiktatása esetén a sávszűrő azért nem hagyható el, mert elhagyása esetén a nyitott küvettatér felől zavaró külső fények juthatnának be a fotométerbe.The band filter 5 inserted in front of the cuvette 6 has the same properties as the band filter 7. Its function is to reduce the irradiation power of the liquid in the cuvette 6 so that the solvent does not overheat. It should be noted that when the bandpass filter 5 is inserted, the bandpass filter cannot be omitted because, if omitted, interfering exterior lights from the open cuvette chamber could enter the photometer.

A kvarcüvegből készült és ezért a 3-4 mikronos hullámhossztartományban is működőképes 4 lencse feladata az, hogy a 2 fényforrás fényéből minél nagyobb kúpszögű részt irányítson a 6 küvetta felé, és ezzel lehetővé tegye kisebb teljesítményű 2 fényforrás alkalmazását.The objective of the lens 4, which is made of quartz glass and is therefore operable in the wavelength range of 3 to 4 microns, is to direct a larger cone portion of the light from the light source 2 towards the cuvette 6, thereby enabling the use of a light source 2.

A 8 szűrőbefogó legyezőszerűen táguló keresztmetszete azt a célt szolgálja, hogy az 1. ábrán vázolt helyzethez képest azt jobbra 45 fokkal elforgatva teljesen eltakarja a fényutat, és ilyenkor ellenőrzési vagy kalibrálási célból a 11 fényérzékelő sötétáramjelszintje megmérhető.The fan-extending cross-section of the filter holder 8 serves to completely rotate it 45 degrees relative to the position illustrated in Figure 1, thereby allowing the dark current signal level of the light sensor 11 to be measured for inspection or calibration purposes.

A 9 billenőszűrő olyan interferenciaszűrő, amely úgy van méretezve, hogy áteresztési sávszélessége a 0-45 fok közötti elbillentési tartományban csak csekély mértékben változik. A méretezéshez és előállításhoz szükséges ismeretek megtalálhatók a többrétegű optikai szűrőkkel foglalkozó szakirodalomban, így például a következő szakkönyvekben:The tilt filter 9 is an interference filter that is dimensioned such that its throughput bandwidth varies only marginally within the tilt range of 0-45 degrees. Knowledge of dimensioning and fabrication can be found in the literature on multilayer optical filters, such as:

- A. Nussbaum-R. A. Philips: „Modem optika”, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1982.- A. Nussbaum-R. A. Philips: "Modem Optics", Technical Publisher, Budapest, 1982.

- M. F. Francon: „Modem Applications of Physical Optics”, Wiley, New York, 1963.- M. F. Francon, Modem Applications of Physical Optics, Wiley, New York, 1963.

- O. S. Heavens: „Optical Properties of Thin Films”, Dover, New York, 1965.- O. S. Heavens, Optical Properties of Thin Films, Dover, New York, 1965.

- Z. Knittl: „Optics of Thin Films”, Wiley, New York, 1976.- Z. Knittl: Optics of Thin Films, Wiley, New York, 1976.

Az 1. ábrán a 9 billenőszűrő szélső helyzete van feltüntetve. A másik szélső helyzetet úgy kapjuk, hogy a szűrőbefogót a 9 billenőszűrővel balra 45 fokkal elforgatjuk úgy, hogy a 9 billenőszűrő síkja a fényútra merőlegesen legyen. A 9 billenőszűrő méretét akkorára kell választani, hogy az 1. ábrán feltüntetett helyzetben is még a teljes fényútkeresztmetszetet átengedje. A 9 billenőszűrő mérete ezért célszerűen a 4 és 10 lencsék, valamint az 5 és 7 sávszűrők apertúrájának VF-szerese, a szűrőbefogó 1. ábra szerinti metszetének legnagyobb szélessége pedig akkora, hogy az eltakaqa a teljes fényútkeresztmetszetet, vagyis legalább a billenőszűrő méretének -^-szerese.Figure 1 shows the extreme position of the tilt filter 9. The other extreme position is obtained by rotating the filter clamp 45 degrees to the left with the tilt filter 9 so that the plane of the tilt filter 9 is perpendicular to the light path. The size of the tilt filter 9 should be selected to allow the entire luminous cross-section even in the position shown in Fig. 1. The size of the tilt filter 9 is therefore preferably VF times the aperture of the lenses 4 and 10 and of the band filters 5 and 7, and the maximum width of the section of the filter holder shown in Fig. 1 is such that it obscures the entire light path cross section, i.e. at least times.

VTVT

A 8 szűrőbefogó billentését célszerű villamos vezérlésű 15 szervomotorral megoldani, például a 3. ábra szerinti szerkezeti elrendezés segítségével. Előnyös, ha 15 szervomotorként villamos impulzusokkal vezérelhető léptetőmotort alkalmazunk, mivel ennek szöghelyzet-reprodukáló képessége igen kedvező.The tilting of the filter holder 8 is preferably accomplished by means of an electrically controlled servomotor 15, for example by means of the arrangement shown in FIG. It is advantageous to use an electric pulse-controlled stepper motor as the servomotor 15, since it has a very good angular position reproducibility.

A 3 fényszaggató villamos működésű meghajtásához stabilizált fordulatszámú 12 motor szükséges, amelyet olyan fordulatszámmal célszerű forgatni, hogy a fényszaggatási frekvencia lehetőleg 100-600 Hz között legyen, de zavarvédelmi követelmény, hogy ez ne legyen azonos az 50 vagy 60 Hz-es hálózati feszültség egyik felharmonikusával sem.The electric drive of the chopper 3 requires a stabilized speed motor 12 which is preferably rotated so that the chopper frequency is preferably between 100 and 600 Hz, but it does not have to be one of the harmonics of the 50 or 60 Hz mains voltage. no.

A fény szaggatására alkalmas egy lyukakkal ellátott forgó tárcsa is, de előnyösebb az 1. és 2. ábrán vázolt kialakítású 3 fényszaggató, amelynek palástja dobszerűen körülveszi a tengelyéhez képest excentrikus elhelyezésű 2 fényforrást. Ugyancsak előnyös, ha a 3 fényszaggatón páratlan számú nyílás van, és belső felülete tükrözőre van kiképezve. Ezzel ugyanis all fényérzékelőre jutó fényimpulzusok felfutási meredeksége megnő, és javul az optikai jcl/zaj viszony. A 2 fényforrás elhelyezésénél a 3 fényszaggatóhoz képesti optimális mértékű excentrikusságot kísérletezéssel érdemes beállítani.A rotating disc with holes is also suitable for interrupting the light, but more preferably the light-chopper 3, shown in Figs. 1 and 2, has a drum-like circumference surrounding a light source 2 disposed eccentrically relative to its axis. It is also advantageous for the chopper 3 to have an odd number of apertures and its inner surface to be mirrored. This increases the acceleration slope of the light pulses per all light sensor and improves the optical jcl / noise ratio. When positioning the light source 2, it is worth experimenting to determine the optimum degree of eccentricity relative to the light emitter 3.

Ami a 2 fényforrást illeti, követelmény, hogy megfelelő teljesítményszinten sugározzon a mérési infravörös tartományban. Erre a célra alkalmas kvarcüveg búrás halogén izzólámpa, vagy 1000-1200 °C-ra felfűtött, búra nélküli kerámia sugárzó.As for the 2 light sources, it is a requirement that they transmit at the proper power level in the measuring infrared range. Suitable for this purpose a quartz glass bulb halogen incandescent lamp or a ceramic radiator without a bulb heated to 1000-1200 ° C.

All fényérzékelő iránt követelmény, hogy megfelelő érzékenységet mutasson a mérési hullámhossztartományban. Szénhidrogén-analízishez a 3,2-3,5 mikron közötti hullámhossztartományhoz előnyösen alkalmazható például ólomszelenid fényellenállás.All light sensors are required to display a sufficient sensitivity within the measuring wavelength range. For the hydrocarbon analysis, for example, a lead selenide light resistor can be used for a wavelength range of 3.2 to 3.5 microns.

A 4. ábra olyan mérőelrendezést mutat be, amelynél az 1 fotométer egy megfelelő adatbeviteli és adatkijelző vagy regisztráló perifériákkal felszerelt 13 számítógéphez van kapcsolva. Működtetéséhez a 13 számítógépbe erre alkalmas programot kell betölteni. A működés módja víz szénhidrogén-tartalmának mérésénél például a következő:Fig. 4 illustrates a measuring arrangement in which the photometer 1 is connected to a computer 13 having appropriate data input and data display or recording peripherals. To operate it, a suitable program must be loaded into the computer 13. For example, the method of operation for measuring the hydrocarbon content of water is as follows:

A 6 küvettába tiszta oldószert töltünk, majd a 13 számítógépen a billentyűzet segítségével megindítjuk a vezérlőprogramot, mire a számítógép a 38 motorvezérlő egység segítségével úgy vezérli a 15 szervomotort, hogy az a 3,30 mikronos áteresztési hullámhossznak megfelelő szöghelyzetbe állítsa be a 9 billenőszűrőt. Ez után a 13 számítógép a 37 analóg-digitális átalakító segítségével mintavételezi a 11 fényérzékelő jelét. A mintavételi frekvencia a Shannon-féle mintavételi törvénynek megfelelően meg kell haladja a fényszaggatási frekvenciaThe cuvette 6 is filled with clean solvent and the computer 13 starts the control program using the keypad, and the computer controls the servo motor 15 via the engine control unit 38 so as to adjust the tilt filter 9 to an angle of 3.30 microns. The computer 13 then samples the light sensor signal 11 using the analog-to-digital converter 37. The sampling frequency must exceed the light scattering frequency according to Shannon's sampling law

HU 215 686 Β kétszeresét, de célszerűbb, ha ezt annak 10-20-szorosa között választjuk meg. A mintavételezés célszerűen mintegy 10-30 fényszaggatási periódusig tart. Az így kapott mintavételi adatsorozatból a 13 számítógép erre alkalmas matematikai algoritmussal, így például numerikus Fourier-sorfejtéssel kiszámítja a szaggatási frekvenciának megfelelő jelösszetevő amplitúdóját vagy effektív értékét. Ez után a 13 számítógép beállítja a 3,42 és 3,38 mikronos áteresztési hullámhosszakat, és ezeknél is elvégzi ugyanezen mintavételi és számítási műveleteket, majd jelzi a kezelő felé a műveletek befejezését. Ez után a kezelő személy a 6 küvettából eltávolítja a tiszta oldószert, és helyébe betölti a vízmintából kiülepített extraktumot, majd ennek megtörténtét billentyűzet segítségével közli a 13 számítógéppel. A 13 számítógép most az extraktumnál is végrehajtja ugyanazokat a vezérlési, mintavételi és számítási műveleteket, mint a tiszta oldószernél, végül pedig a kapott adatokból a már idézett DIN szabványban előírt képlet segítségével kiszámítja a vízminta szénhidrogén-tartalmát, és azt kijelzi vagy kinyomtatja, esetleg regisztrálja, illetve adatgyűjtő központhoz elektronikus úton továbbítja.EN 215 686 Β twice, but it is preferable to choose between 10 and 20 times its value. Sampling preferably takes about 10-30 light-scattering periods. From the resulting sampling data set, the computer 13 calculates the amplitude or effective value of the signal component corresponding to the chopping frequency using a suitable mathematical algorithm, such as numerical Fourier decoding. The computer 13 then adjusts the transmission wavelengths of 3.42 and 3.38 microns and performs the same sampling and calculation operations and then signals to the operator that the operations are complete. Thereafter, the operator removes the clear solvent from the cuvette 6 and replaces it with the sedimented extract from the water sample and communicates it to the computer 13 via a keyboard. The computer 13 now performs the same control, sampling and calculation operations on the extract as on the pure solvent, and finally calculates the hydrocarbon content of the water sample from the data obtained using the formula provided in the quoted DIN standard, and displays or prints it or registers it. or electronically to a data collection center.

A találmány szerinti fotométer vagy fotométeres mérőelrendezés kiegészíthető folyadékminta-előkészítő szerelvényekkel is, és így áll elő a találmány szerinti teljes analitikai műszer.The photometer or photometer measuring arrangement of the invention may also be supplemented with fluid sample preparation assemblies to produce the complete analytical instrument of the present invention.

Ez utóbbi működését az 5. ábra alapján ismertetjük. A működési ciklus a következő szakaszokból áll:The operation of the latter is illustrated in Figure 5. The operating cycle shall consist of the following phases:

- átmosás,- flushing,

- referenciamérés,- reference measurement,

- extraktum-előkészítés és mérés,- extract preparation and measurement,

- mérési eredmény kiértékelése.- evaluation of the measurement result.

Az átmosás jelenti a 18 keverő-ülepítő egység és a küvetta olyan mértékű kitisztítását, hogy bennük az előző mérési ciklus maradványából szénhidrogén ne maradjon. Az átmosási művelet első lépéseként lezárjuk a 21 háromutú szelepet. Ez után megindítjuk a 40 keverőmotort, és ezzel a 18 keverő-ülepítő egységben a keverést, és eközben a 19 oldószer-beadagoló egység segítségével oldószert juttatunk bele. Ez után megállítjuk a 40 keverőmotort, és kinyitjuk a 23 leengedőszelepet, valamint a 21 háromutú szelepen az a-c utat, és ezzel az átmosó oldószert a 6 küvettán keresztül leengedjük. Az áteresztés a 6 küvettát is tisztítja, de szükséges még egy utántisztítás is. Ez úgy történik, hogy a 23 leengedőszelep zárása után a 19 oldószer-beadagoló egységgel a 18 keverő-ülepítő egységen és 21 háromutú szelepen keresztül tiszta oldószert töltünk a 6 küvettába, majd 0,5-1 perc várakozás után a 23 leengedőszelep nyitásával ezt is leürítjük.Flushing means cleaning the agitator settler unit 18 and cuvette to such an extent that no hydrocarbon remains from the remainder of the previous measurement cycle. As a first step in the flushing operation, the three-way valve 21 is closed. The agitator motor 40 is then started, thereby agitating the agitator-settling unit 18, while introducing the solvent into the solvent dispenser 19. Subsequently, the agitator 40 is stopped and the drain valve 23 and the a-c path of the three-way valve 21 are opened to drain the flushing solvent through the cuvette 6. Permeability also cleans the 6 cuvettes, but requires a further purification. This is done by filling the cuvette 6 with the solvent inlet 19 through the mixer settler 18 and the three-way valve 21 after closing the drain valve 23 and, after 0.5 to 1 minute, opening the drain valve 23 to purge the solvent. .

A referenciaméréshez zárjuk a 23 leengedőszelepet. Ez után a 19 oldószer-beadagoló egység segítségével a fentihez hasonlóan feltöltjük a 6 küvettát tiszta oldószerrel, és az 1 fotométer segítségével elvégezzük a 3,30, 3,42 és 3,38 mikronos hullámhosszakon a transzmissziómérést. Végül a 23 leengedőszelep nyitásával a 6 küvetta tartalmát leürítjük.The drain valve 23 is closed for reference measurement. Subsequently, the cuvette 6 is filled with the solvent as described above with the aid of the solvent dispenser 19 and the transmission is measured with the photometer 1 at 3.30, 3.42 and 3.38 microns. Finally, by opening the drain valve 23, the contents of the cuvette 6 are emptied.

Az extraktum-előkészítés és mérés első lépéseként teljesen lezárjuk a 21 háromutú szelepet. Ez után a 17 mintavevő egység segítségével a 16 fővezetékből vízmintát adagolunk be a 18 keverő-ülepítő egységbe. Megindítjuk a 40 keverőmotort, és keverés alatt a 20 oldószertartályból a 19 oldószer-beadagoló egység segítségével oldószert adagolunk a 18 keverő-ülepítő egységben lévő vízmintához. Ez után megállítjuk a 40 keverőmotort, és várunk 1 -2 percig, hogy az extraktum a 18 keverő-ülepítő egység alján leülepedjen. Most elzárjuk a 23 leengedőszelepet, majd kinyitjuk a 21 háromutú szelepen az a-c utat, és ekkor a víznél nehezebb extraktum a 6 küvettába lesüllyed. Elvégezzük az 1 fotométerrel a megfelelő hullámhosszakon a transzmisszióméréseket, majd elzárjuk a 21 háromutú szelepen az a-c utat, és kinyitjuk az a-b utat, és ezzel a 18 keverő-ülepítő egységből a vízmintát a 22 kiömlőcsövön kiengedjük. Egyidejűleg kinyitjuk a 23 leengedőszelepet, és ezzel a 6 küvettából kiengedjük az extraktumot a 24 oldószerkifolyón.As a first step in extract preparation and measurement, the three-way valve 21 is completely closed. A sample of water from the main line 16 is then introduced into the mixer-settling unit 18 using the sampling unit 17. The agitator motor 40 is started and, while stirring, solvent is added from the solvent reservoir 20 to the water sample in the agitator settler 18 by means of the solvent dispenser 19. The mixer motor 40 is then stopped and the extract is allowed to settle at the bottom of the mixer settler 18 for 1-2 minutes. The drain valve 23 is now closed and the a-c path is opened on the three-way valve 21, and the heavier than water extract is sinked into the cuvette 6. Transmission measurements are made with the photometer 1 at appropriate wavelengths, then the paths a-c are closed on the three-way valve 21 and the path a-b is opened, thereby discharging the water sample from the mixer-settler 18 into the outlet 22. At the same time, the drain valve 23 is opened, thereby extracting the extract from the cuvette 6 into the solvent outlet 24.

A 22 kiömlőcső és a 24 oldószerkifolyó alá természetesen felfogó edényeket kell elhelyezni. A vízmintában ugyanis marad valamennyi oldószer, ami ülepítéssel visszanyerhető és tisztítható. A 24 oldószerkifolyón távozó olajos oldószer pedig tisztítás és regenerálás után ugyancsak ismételten felhasználható.Of course, receptacles should be placed under the outlet 22 and the solvent outlet 24. In fact, all solvents remain in the water sample that can be recovered and purified by settling. The oily solvent leaving the solvent outlet 24 can also be reused after cleaning and regeneration.

A mérési eredmény kiértékelése úgy történik, hogy a korábban már említett DIN szabvány szerinti képletbe behelyettesítjük a transzmissziós mérési eredményeket, a küvettaméretet, és az extraktum előállításánál alkalmazott vízminta/oldószer keverési arányt, és kiszámítjuk a vízminta szénhidrogén-tartalmát.The measurement result is evaluated by subtracting the transmission measurement results, cuvette size, and water sample / solvent mixing ratio used to prepare the extract into the formula mentioned above, and calculating the hydrocarbon content of the water sample.

A 6. ábrán látható 17 mintavevő egység működése a következő:The operation of the sampling unit 17 shown in Figure 6 is as follows:

Mivel a 25 mintavevő cső betöltési pontja, vagyis például a 16 fővezetékhez való csatlakozási helye magasabban van, mint a 32 túlfolyócső legmagasabb pontja, az áramlási folyamatok a közlekedőedények elve alapján zajlanak le. A mintavételezés első lépéseként megtisztítjuk a 29 mintamérő edényt a megelőző minta esetleges maradványaitól. Ez úgy történik, hogy kinyitjuk a 31 háromutú szelepen a d-f utat, és a 30 háromutú szelepen a h-g utat, és ezzel a 29 mintamérő edényt alulról felfelé átmossuk. A mosóvíz a 32 túlfolyócsövön a csatornába ürül. Ez után zárjuk a 30 háromutú szelepet, és várunk 10-20 másodpercig, hogy a 29 mintamérő edényből az esetleges levegőbuborékok a 32 túlfolyócső felé eltávozzanak. Ez után a 31 háromutú szelepen elzárjuk a d-f utat, és kinyitjuk az e-f utat, majd a 30 háromutú szelepen nyitjuk a g-j utat, amire a 29 mintamérő edény tartalma a 26 kifolyócsövön a 18 keverő-ülepítő egységbe kerül, miközben a távozó folyadék helyére a 29 mintamérő edénybe a 33 levegőztetőcsövön levegő jut be. A 29 mintamérő edény térfogatának egészszámú többszöröse a fentebbi műveletsor megfelelő számú megismétlésével adagolható be.Since the loading point of the sampling tube 25, i.e. its connection to the main line 16, is higher than the highest point of the overflow pipe 32, the flow processes are carried out on the principle of transport vessels. As a first step in sampling, the sample measuring vessel 29 is cleaned of any residues from the preceding sample. This is done by opening the d-f path on the three-way valve 31 and the h-g path on the three-way valve 30, thereby washing the sample vessel 29 from bottom to top. The wash water is discharged into the drain via the overflow pipe 32. Then close the three-way valve 30 and wait for 10-20 seconds for any air bubbles to escape from the sample vessel 29 to the overflow pipe 32. Thereafter, the df in the three-way valve 31 is closed and the path ef is opened, and the gj in the three-way valve 30 is opened, whereupon the contents of the sample vessel 29 pass into the mixer-settling unit 18 through the outlet 26. Air is introduced into the sample measuring vessel 29 through the aeration tube 33. An integer multiple of the volume of the sample vessel 29 may be administered by repeating the above procedure in the appropriate number.

A 7. ábra szerinti 19 oldószer-beadagoló egység működése a következő:The operation of the solvent dispenser unit 19 of Figure 7 is as follows:

A 35 háromutú szelepen zárjuk a k-n utat, és nyitjuk a k-m utat, amire a 27 oldószerleeresztő csövön keresztül a 34 oldószermérő edény a magasabban elhelyezett 20 oldószertartályból feltöltődik. Eközben a 34 oldószermérő edényben lévő levegő a 36 kapilláris csövönThe three-way valve 35 closes the k-n path and opens the k-m path, whereupon the solvent measuring vessel 34 is filled through the solvent drain tube 27 from the higher solvent tank 20. Meanwhile, the air in the solvent measuring vessel 34 is in the capillary tube 36

HU 215 686 Β távozik. Ez utóbbi felső vége magasabbra nyúlik fel, mint a 20 oldószertartály lehetséges legmagasabb folyadékszintje, ezért túlcsordulni nem tud. Feltöltés után a 35 háromutú szelepen zárjuk a k-m utat, és nyitjuk a k-n utat, amire a 34 oldószermérő edény tartalma a 28 kifolyócsövön a 18 keverő-ülepítő egységbe leürül. A 34 oldószermérő edény térfogatának egészszámú többszöröse a fenti műveletek megfelelő ismétlésével adagolható be.HU 215 686 Β leaves. The upper end of the latter extends higher than the highest possible liquid level of the solvent reservoir 20 and therefore cannot overflow. After filling, the k-m passage is closed on the three-way valve 35 and the k-n passage is opened, whereupon the contents of the solvent measuring vessel 34 are discharged into the mixer settler 18 through the outlet 28. An integer multiple of the volume of the solvent measuring vessel 34 may be administered by appropriate repetition of the above operations.

Bár szakember számára kézenfekvő és közismert, mégis szükséges itt megjegyezni, hogy az 5., 6. és 7. ábrákon feltüntetett 21, 30, 31 és 35 háromutú szelepek bármelyikét ekvivalens módon helyettesíteni lehet közönséges kétutú, nyitható-zárható szelepekből felépített műkapcsolással, így például 3 db kétutú szelep „csillag” vagy „háromszög” típusú összekapcsolásával.Although obvious and well-known to those skilled in the art, it is to be noted that any of the three-way valves 21, 30, 31 and 35 shown in Figures 5, 6 and 7 may be replaced in an equivalent manner by a conventional two-way valve actuator Connecting 3 two-way valves in "star" or "triangle" type.

Az 5., 6. és 7. ábrákkal kapcsolatban a fentebb ismertetett műveletsorozatoknál a szelepek nyitását, zárását, átkapcsolását közvetlen manuális működtetéssel is végre lehet hajtani, de sokkal előnyösebb, ha a 23 leengedőszelep, valamint a 21, 30, 31 és 35 háromutú szelepek villamos működtetésűek, és ezek működtetését villamos feszültségek ki-be kapcsolásával végezzük el, de még jobb, ha ezeket, valamint a 40 keverőmotort, továbbá az 1 fotométert önműködően vezéreljük erre alkalmas elektronikus vezérlőegység vagy számítógép segítségével. Ilyen típusú vezérlési feladat megvalósítása önmagában ismert módszerekkel lehetséges. Ezek leírása megtalálható az automatizálással kapcsolatos szakirodalomban, így például Dr. Csáki Frigyes-Bars Ruth: „Automatika” című könyvében (Tankönyvkiadó, Bp., 1972.), sőt kifejezetten ilyen típusú vezérlésekhez alkalmas vezérlőegységek készen is beszerezhetők, például az amerikai Vici Valco Instruments Co. Inc. cégtől.5, 6, and 7, the valves can be opened, closed, or switched by direct manual operation in the above described sequences, but it is more preferred that the drain valve 23 and the three-way valves 21, 30, 31 and 35 They are electrically operated and are actuated by switching on and off electrical voltages, but preferably they and the agitator 40 and the photometer 1 are automatically controlled by a suitable electronic control unit or computer. This type of control task is accomplished by methods known per se. These are described in the literature on automation, for example in Dr. Ruth Csáki's Ruth: "Automation" (Textbook Publisher, Bp., 1972), and even control units specifically designed for this type of control are available, such as Vici Valco Instruments Co. Inc.

Ami a 23 leengedőszelep, valamint a 21, 30, 31 és 35 háromutú szelepek villamos működtetését illeti, ilyen célra alkalmas, elektromágnessel működtethető két-, három- és többutú miniatűr szelepek a nemzetközi kereskedelmi forgalomban nagy választékban beszerezhetők. Közismert gyártó cégként megemlíthető például az amerikai Bio-Chem-Valve Corp. vállalat.With regard to the electric actuation of the drain valve 23 and the three-way valves 21, 30, 31 and 35, suitable electromagnetically operated two-, three- and multi-way miniature valves for this purpose are commercially available in large quantities. A well-known manufacturer is, for example, the American company Bio-Chem-Valve Corp.

A találmány szerinti fotométer, számítógépes mérőelrendezés és analitikai műszer legfontosabb előnyei, hogy szerkezetük egyszerű, meghibásodásra fokozottan érzékeny építőelemeket nem tartalmaznak, működésük megfelelő automatizálással önműködővé tehető, klímaálló terepi kivitelben is egyszerűen megvalósíthatók, és viszonylag alacsony költségráfordítással, megbízhatóan kielégítik az idézett DIN szabványban előírt méréstechnikai követelményeket.The main advantages of the photometer, computerized measuring arrangement and analytical instrument according to the invention are the fact that their structure does not contain simple, highly fault-sensitive building blocks, their operation can be automated automatically with proper automation, it is climate-resistant in field design and reliably satisfies requirements.

Claims

1. An infrared photometer for optical measurements mainly for determining the hydrocarbon content of water, in which a light scattering, cuvette and light filter system is provided in the light path between the light source and the light sensor, the output of which is an optical output of the light filter filter system. comprising a bandpass filter (7) and a tilt filter (9) pivotally mounted about an axis perpendicular to the axis of the optical path.

A photometer according to claim 1, characterized in that the tilting filter (9) is attached to the shaft of an electrically controlled servo motor (15) by means of a filter clamp (8).

A photometer according to claim 2, characterized in that the servomotor (15) is a stepper motor.

Photometer according to Claim 2 or 3, characterized in that, in the optical light path, the section of the filter clamp (8) perpendicularly extends 90 degrees from the edge of the tilting filter (9) and has a maximum width of the tilting filter (9). is at least ^ = times its width.

5. A photometer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the light path connecting the light source (2) and the light sensor (11), before and after the cuvette (6), a lens (4, 10) made of quartz glass, a first lens (4) and and an additional band filter (5) is disposed between the cuvette (6).

6. A photometer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the light-emitting diverter (3) is a drum with openings on its periphery, one end of which is open and the other end is fixed to the axis of the motor (12) arranged in the light source (2) so that it extends from its open end into the drum-shaped light chopper (3).

7. A photometer according to claim 6, characterized in that the inner surface of the light cutter (3) is mirrored, the number of apertures on its mantle is odd and the light source (2) is eccentric to the axis of rotation of the light cutter (3).

A measuring arrangement having an optical measuring unit according to claims 1-7. A photometer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the photometer (1) is connected to a computer (13) having data input and data display and / or data recording and / or data transmission means such that the output of the light sensor (11) in the photometer the digital converter (37) being connected to one of the inputs of the computer (13), and the servo motor (15) being connected to the computer (13) via the motor control unit (38).

9. An analytical instrument having an optical measuring unit as defined in claims 1-7. A photometer according to claims 1 to 4 or a measuring arrangement according to claim 8, characterized in that the cuvette (6) is designed to be flow-through and is connected to the lower drain valve (23) to the sampler (17) from above, the solvent drain tube (27) of a solvent container (20) being connected from above to the solvent supply unit (19), the drain tube (26, 28) of the sample unit (17) and the solvent supply unit (19) being from above connected, the mixing settler assembly (18) having a mixing paddle (39) having an axis to the axis of the mixing motor (40) located above the mixing settler assembly (18)

EN 215 686 Β, the outlet connection of the mixing settler (18) is connected to the upper connection (a) of the three-way valve (21), to the lateral connection (3) of the three-way valve (21) to the lower connection (22). and the upper opening of the cuvette (6) is engaged.

Analytical instrument according to Claim 9, characterized in that the sampling unit (17) has a sample measuring vessel (29) and the upper end (g) of a three-way valve (30) is connected to its lower end, the three-way valve (30). the other two connections (h, j) being connected to the sampling pipe (25) and the outlet (26) on the one hand and the connections (d, e, f) of another three-way valve (31) to the overflow pipe (32), respectively. , are connected to an aeration tube (33) and to the upper end of the sample measuring vessel (29).

Analytical instrument according to claim 9 or 10, characterized in that the solvent supply unit (19) comprises a solvent measuring vessel (34) and a capillary tube (36) is connected to its upper end,

5, which extends higher than the maximum liquid level of the solvent reservoir (20), there is a three-way valve (35) under the solvent measuring vessel (34) and its pipe connections (k, m, n) to the bottom of the solvent measuring vessel (34) The solvent 10 is connected to the drain pipe (27) and the drain pipe (28).

12. An analytical instrument according to claim 11, characterized in that the drain valve (23) and each three-way valve (21, 30,

15, 35) is adapted to be electrically actuated.