NO322169B1 - Fremgangsmate og apparat for a bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrom - Google Patents
Fremgangsmate og apparat for a bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrom Download PDFInfo
- Publication number
- NO322169B1 NO322169B1 NO19960832A NO960832A NO322169B1 NO 322169 B1 NO322169 B1 NO 322169B1 NO 19960832 A NO19960832 A NO 19960832A NO 960832 A NO960832 A NO 960832A NO 322169 B1 NO322169 B1 NO 322169B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- fluid
- wavelength
- measurement
- light intensity
- sets
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 70
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 33
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 23
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 12
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000008241 heterogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- -1 polycyclic aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 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
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
-
- 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
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
Denne oppfinnelse gjelder generelt en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme konsentrasjonen av en fluidkomponent som kan kalles et første fluid og som foreligger finfordelt i et andre fluid. Generelt kaller man et system hvor et første fluid er finfordelt i et andre fluid et dispersjonssystem, idet det første fluid foreligger i dispersjon (i dispergert fase) ved at det i finfordelt form vandrer omkring i det andre fluid (som kalles dispersjonsmediet).
Som kjent innen teknikken kan dispersjonssystemer inndeles på følgende måte: I avhengighet av diameteren av de dispergerte partikler kan systemet være en oppløsning (en homogen blanding hvor det ikke foregår noen avsetning og hvor oppløste partikler er i molekylær eller ionisk tilstand), et kolloidalt system (en midlere blandingstype hvor partikler er i suspensjon i tilnærmet oppløst fase og er små nok til at avsetningen kan neglisjeres, men likevel stor nok til å gjøre blandingen grumset og uklar), eller en suspensjon (en klart heterogen blanding hvor de innesluttede partikler umiddelbart utfelles etter blandingen med en oppløsningsfase).
Særlig gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme konsentrasjonen av et forurensende stoff i en fiuidstrøm, idet stoffet foreligger dispergert.
Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen deteksjon og måling av konsentrasjonen av dispergerte hydrokarbonbestanddeler (olje) og/eller partikkelmateriale i en vannstrøm.
Den kontinuerlige driftsmåling av olje i vann ved måling av konsentrasjonen av oljen er stadig viktigere for å kunne møte fremtidens kvalitetsstandarder for utslipp.
En lang rekke instrumenter er kjent for å måle oljeinnholdet i vannstrømmer, og slike instrumenter er installert for å overvåke Vannuttak. Slike instrumenter viser seg imidlertid noe problematiske når de brukes for forskjellige forurensede vannutslipp og kan ikke skille mellom oljeinnholdet som har interesse og tilstedeværelsen av andre materialer.
Betraktninger over påvirkningen av omgivelsene fra industrielle aktiviteter, idet disse påvirkninger ofte bringes i fokus av publikum og reguleres i lovverket, har ført til en ny evaulering av håndteringen av avfall og spillvann.
I historisk tid har brukt vann blitt ført tilbake til omgivelsene etter behandling, enten ved å føre vannet tilbake til overflatevann eller ved å pumpe det ned i egnede vannbehandlingsanlegg eller tilbake i selve produksjonsanlegget. Strenge kvalitetsnormer foreligger i de fleste land, og disse kan gjelde maksimale oljekonsentrasjoner på 5 mg/l for tilbakeføring til friskvannsystemer, til oljeinnhold på 40 mg/l for vann som føres tilbake til fri sjø etc. De aktuelle tendenser vil nok føre til at disse grenseverdier reduseres, og nye grenser på 30 mg/l er også foreslått for tilbakeføringen til sjøvann. Dette vil kreve driftsmåling av utslippsvannstrømmene og nærmere/forbedret kontroll av vannbehand-lingsanleggene, hvis de nye standarder skal kunne tilfredsstilles.
Fastlagte og anbefalte målemetoder avviker betydelig fra hverandre rent globalt sett. Hovedprinsippene er imidlertid måleteknikk som bygger på infrarødt lys i bølgelengde-området 3,2-3,5 um. Slik måling krever uttak fra vannstrømmen, laboratorieuttak av den olje som måtte være i vannet, ved at oljen løses opp i et passende løsningsmiddel, og deretter måling av oljekonsentrasjonen. I kjente instrumenter som bygger på dette prinsipp for å bestemme oljekonsentrasjonen i vann må vannet skilles fra oljen, og dette gjøres gjerne ved hjelp av halogenløsningsmidler, hvoretter infrarødlysanalyse (IR-analyse) kan utføres for lys med for eksempel bølgelengde 3,5 um.
De brukte måter har vært tidkrevende og dessuten ganske unøyaktige i praksis. Endringer i internasjonale konvensjoner vil også forby bruken av løsningsmidler. En rekke kommersielle driftsmonitorer er tilgjengelige, basert på et større spektrum av deteksjons-prinsipper (for synlig lysspredning, IR-absorpsjon og liknende. Ingen av disse instrumenter har imidlertid vist seg fullgode for bruk i anvendelser innen oljeindustrien.
Den nærmest liggende kjente teknikk synes å være representert ved patentskriftet WO Al 85/04478, men her skal også FR 2 685 775 og DE 36 33 916 nevnes som bak-grunnsmateriale. Det skal bemerkes at WO-patentskriftet beskriver målinger av olje i vann ved hjelp av en referanseprøve, men denne måling bygger bare på absorpsjon i bølgelengdeområdet 3,4-3,5 um, og oppfinnelsens teknikk anses derfor verken foreslått eller beskrevet.
Videre beskriver FR-A-2 685 775 en måte å finne innholdet av polysykliske aromatiske forbindelser i en hydrokarbonblanding ved å bruke spektralfotometrisk analyse i det infrarøde lysområde mellom 0,8 og 2,6 nm bølgelengde, og DE-A-36 33 916 beskriver en måte å bestemme konsentrasjon på ved å bruke lysabsorpsjon i bølgelengdeområdet mellom infrarødt lys og ultrafiolett lys. Oppfinnelsens teknikk som bygger på kombinasjon av spredning og absorpsjon er imidlertid ikke tatt med.
Det er på denne basis et mål med oppfinnelsen å komme frem til en fremgangsmåte og et apparat slik det er angitt innledningsvis, nemlig for måling av konsentrasjonen av en dispergert komponent i en fluidstrørn, for eksempel i form av en forurensning av fluidet, og basert på kortbølgemåling slik at man far en presis deteksjon og tilhørende måling av (lave) konsentrasjoner av hydrokarbon og/eller andre forurensende materialer i en fluidstrørn, idet målingen kan utføres kontinuerlig og uavhengig av et anleggs øvrige drift.
I patentkravene er oppfinnelsens egentlige essens angitt, og det vises spesielt til kravene 1 og 9, for hhv. en fremgangsmåte for å bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrørn og omfattende følgende trinn: a) sending av en lysstråle i et bestemt bølgelengdeområde til en fluidprøve som skal analyseres ved at man lar prøven strømme gjennom en målecelle,
b) valg av forskjellige bølgelengder i bølgelengdeområdet,
c) måling av prøvelysintensiteter (imix,n) mens fluidprøven passerer målecellen, og samling av måleresultatene i flere prøvefluidmålesett, hvert med flere prøvelys-intensitetsverdier ved de enkelte valgte bølgelengder, d) måling av referanselysintensiteter (i^) mens et referansefluid passerer målecellen, og samling av måleresultatene i flere referansefluidmålesett, og e) utledning ut fra de data som dermed oppnås, av informasjon om konsentrasjonen av komponenter i dispersjon i fluidstrømmen, kjennetegnet ved at samlingen av referanselysintensitetene (ix>0 til referansefluidmålesett også omfatter bruk av flere av de målte verdier ved de enkelte valgte bølgelengder, og at trinn e) videre omfatter: beregning av en normalisert lysintensitetsforskjell (dj^n) for hvert av prøvefluid-målesettene ved å trekke verdien av referanselysintensiteten (ix>0 ved den tilhørende bølgelengde fira og deretter dividere med samme verdi, i samsvar med formelen tilpasning av de beregnede forskjeller (d^n) slik at de danner en lineær kombinasjon med et bestemt antall relative spektralresponser, under hensyn til hvordan denne forskjell endrer seg proporsjonalt med bølgelengden når det gjelder bestemte virkninger relatert til disse målte lysintensitetsforskjeller, og i den hensikt å komme frem til sett med proporsjonalhetskonstanter som gir en indikasjon av nettopp den aktuelle relative spektralrespons, og multiplikasjon av settenes proporsjonalitetskonstanter for å komme frem til absoluttverdier av den søkte komponentkonsentrasjon, og et apparat for å bestemme konsentrasjonen av en komponent som er til stede i dispergert form i en fluidstrørn, omfattende: midler for å sende ut en lysstråle i et bestemt bølgelengdeområde, til/gjennom en fluidprøve som skal analyseres, idet prøven bringes til å strømme gjennom en målecelle,
midler for å velge forskjellige bølgelengder i det gitte bølgelengdeområde,
midler for å måle prøvelysintensiteter (i^n) eller referanselysintensiteter (iXix) mens prøvefluidet hhv. et referansefluid passerer målecellen,
midler for å samle måleresultatene for lysintensitet i flere prøvefluidmålesett med flere intensitetsverdier ved de enkelte bølgelengder hhv. i flere referansefluidmålesett, og
midler for å utlede, ut fra de data som dermed oppnås, informasjon om konsentrasjonen av komponenter i dispersjon i fluidstrømmen, hvilket apparat særmerker seg ved at midlene for å samle måleresultatene for lysintensitet i flere målesett også omfatter samling av referanselysintensitetene (iX)0 i referansefluidmålesett med flere intensitetsverdier ved de enkelte valgte bølgelengder, og at midlene for å utlede informasjon videre omfatter:
midler for beregning av en normalisert lysintensitetsforskjell (d^n) for hvert av prøvefluidmålesettene ved å trekke verdien av referanselysintensiteten (ix^ ved den tilhørende bølgelengde fra og deretter dividere med samme verdi, i samsvar med formelen
midler for tilpasning av de beregnede forskjeller (dx,n) slik at de danner en lineær kombinasjon med et bestemt antall relative spektralresponser, under hensyn til hvordan denne forskjell endrer seg proporsjonalt med bølgelengden når det gjelder bestemte virkninger relatert til disse målte lysintensitetsforskjeller, og i den hensikt å komme frem til sett med proporsjonalitetskonstanter som gir en indikasjon av nettopp den aktuelle relative spektralrespons, og
midler for multiplikasjon av settenes proporsjonalitetskonstanter for å komme frem til absoluttverdier av den søkte komponentkonsentrasjon.
Fortrinnsvis ligger det valgte bølgelengdeområde i det nærinfrarøde lysområde med bølgelengder 1,0-2,5 um.
Oppfinnelsen bygger på anvendelsen av et optisk prinsipp med kortbølget stråling ved flere bølgelengder, sammenlikning av forskjellig behandlede fluidprøver, og statistiske måter som kan brukes til å detektere og analysere mindre spektralforskjeller mellom de prøver man har og som skyldes tilstedeværelsen av forurensende materiale ved forskjellig konsentrasjon. Prinsippet bygger på kombinasjon av lysspredning og -absorpsjon knyttet til det forurensende eller dispergerte materiales brytningsindeks og størrelsesfordeling.
Videre kombinerer oppfinnelsen prinsippene med lysspredning (følsom overfor komponenter i suspensjon) og lysabsorpsjon (følsom overfor oppløste komponenter).
Fortrinnsvis kan synlig lys (0,4-1 pm) samtidig sendes ut parallelt med varme-strålingen i det nærinfrarøde område, og minst én bølgelengde velges i dette område for synlig lys.
Særlig bygger oppfinnelsen på et differensialmåleprinsipp hvor to separate målinger utføres for forskjellig prøveforhold, hvoretter man kan sammenlikne og finne forskjellene.
Oppfinnelsen skal nå beskrives i nærmere detalj ut fra utførelseseksempler som også er vist på de tilhørende tegninger, hvor fig. 1 skjematisk viser prinsippet for en allerede kjent måleoppstilling for å finne oljeinnholdet i vann, mens fig. 2 skjematisk viser prinsippet for oppfinnelsens konsentrasjonsbestemmelsesapparat.
Det vises til fig. 1 for gjennomgåelse av den kjente teknikk, idet figuren viser et blokkskjema over en olje/vann-analysator, hvor den første blokk illustrerer en oljeholdig vannprøve 1. Oljer omfatter vanligvis hydrokarboner og er ikke vannløselige. Hydro-karbonene omfatter CH-kjeder, hver med forskjellig energiabsorpsjonsområder i bølgelengdespekteret innenfor 3,4-3,5 um hvor infrarødt lys absorberes.
Det er forståelig at når man måler absorpsjonen av infrarødt lys i en oljeprøve mellom 3,4 og 3,5 um bølgelengde vil absorpsjonen være knyttet til hvor mye olje det er i prøven. Siden imidlertid vann også absorberer energi i IR-båndet mellom 3,4 og 3,5 um vil det i praksis være umulig å bestemme meget små oljekonsentrasjoner i en vannprøve, og av denne grunn bør først oljen skilles ut fra vannet for å kunne måles.
Halogenløsningsmidler som er egnet for dette formål er derfor anvendt, og fig. 1 viser en ledning 2 med et slikt løsningsmiddel ført inn for å skille oljen fra vannet før den påfølgende analyse i en IR-analysator 3.
Halogenløsningsmidler brukes av følgende grunner:
a) de er i praksis uløselige i vann,
b) de har større spesifikk vekt enn vannet,
c) de løser lett opp alle flyktige eller ikke-flyktige organiske bestanddeler, og
d) de absorberer ikke energi i det infrarøde område mellom 2 og 4,5 um.
Etter viderebehandling i et prosessortrinn 4 føres resultatene til visning i et
presentasjonstrinn 5, slik at man kan lese ut oljekonsentrasjonen direkte. Dette er altså prinsippet for den kjente teknikk.
Fig. 2 viser prinsippet for oppfinnelsen, og her bruker man intet løsningsmiddel og i stedet et bestemt antall bølgelengder i det optiske område, nærmere bestemt det nærinfrarøde område (1,0-2,5 jun).
Lys sendes ut fra en passende lyskilde 1' via et første optisk system 2' og til en prøve som i praksis kan være i en målecelle 3'. Deteksjonen finner sted i et egnet andre optisk system 4<1> ved hjelp av en detektor 5' som på hensiktsmessig måte er koplet via en forsterker 6' og en A/D-omvandler 7 til en datamaskin 8' for digitalsignalbehandling. Et sett målte lysintensiteter tilveiebringes og videreprosesseres i et prosesstrinn som til slutt gir måleresultater for konsentrasjonen av den undersøkte komponent (forurensningen) i fluidet.
Prøven i målecellen 3' koples på en eller annen passende måte til en strømvelger 9' som på sin side er koplet til hensiktsmessige filtre 10', 11'. A indikerer et innløp for fluidblanding, mens B indikerer et tilsvarende utløp, idet det med fluidblanding menes fluidet med komponenten i dispersjon.
I det første optiske system X utføres bølgelengdevalget fortrinnsvis ved hjelp av smalbånds interferensfiltre som kan være anordnet på en dreieskive (i form av et filternjul) slik at det blir lysstråleoppdeling og hvor sekvensmessig bølgelengdemåling kan utføres i målecellen 3' med fluidprøven, under like forhold. Slike sekvensmålinger kan utføres med relativt høy takt (for eksempel 500 pr. minutt), og det er også mulig å bruke flere separate lyskilder hver, med forskjellig bølgelengde på lyset, i stedet for et filternjul. Referanse- og prøvefluidet kontrolleres og føres gjennom målecellen 3' (som for eksempel kan være 0,6 mm bred eller tykk) via elektrisk styrte ventiler og slik at fluid kontinuerlig strømmer gjennom cellen og sikrer temperaturstabilitet og representative vannforhold.
Det komplette apparat (ikke vist i detalj for å gjøre illustrasjonen enklere) omfatter en detektorsammenstilling, en lyskilde, en lysdeler/et filter/en prøvecelle, vannregulerings-ventiler og en detektor/forsterker for infrarødt lys. Referansefluidstrømmen frembringes av den fluidblanding med bestanddelen i dispersjon og ved hjelp av en egnet filtersam-menstilling for å frembringe en fluidstrørn som ikke inneholder olje eller en annen forurensende bestanddel i dispersjon. Forskjellige filtre som er egnet for formålet kan brukes, hvilket vil fremgå for den fagorienterte. For eksempel kan man bruke filter hvis porestørrelse < 0,001 um for å skille ut oppløste forurensninger, mens man ved andre bestanddeler som foreligger i dispersjon kan bruke et filter hvis porestørrelse ligger i området 0,001-1 um.
Ved overvåking av olje i vann kan fortrinnsvis både konsentrasjonen av de oppløste hydrokarbonkomponenter og andre komponenter i dispersjon måles i en sekvens av to differensialmålinger hvor forskjellen bare går ut på valget av filter, slik at man får skilt en referansevannstrøm fra en blandingsvannstrøm. Konsentrasjonen av oppløste stoffer kan bestemmes ved å sammenlikne blandingsvannstrømmen med en ren vannstrøm som frembringes ved å føre det forurensede vann gjennom et egnet filter, slik det er nevnt ovenfor, for eksempel med porestørrelse 0,001-1 um og som filtrerer ut alle øvrige dispergerte komponenter, men ikke de oppløste. Deretter kan innholdet av oppløste komponenter bestemmes ved å sammenlikne den dispersjonsfrie vannstrøm med en helt vannstrøm som altså ikke verken har oppløste eller dispergerte komponenter og som frembringes ved å føre det forurensede vann gjennom et annet egnet filter (med porestørrelse for eksempel < 0,001 um). I det følgende skal den generelle differensialrfemgangsmåte gjennomgås. Skal man overvåke innholdet av olje i vann får man hydrokarbonkonsentrasjonen i et apparat for undersøkelse av dette, etter en sekvens med signal-behandlingstrinn for de målte lysintensiteter, idet denne sekvens bruker verdier som fremkommer som resultatet fra to målinger. Disse grunnmåletrinn og den etterfølgende signalbehandling skal også gjennomgås her.
I det første måletrinn måles lysintensitetene im i løpet av flere omløp (for eksempel 100) av et filternjul, mens prøvevann bringes til å strømme gjennom målecellen. For hvert omløp av filterhjulet utføres et målesett for intensitetene imx, bestående av flere målte lysintensiteter. ved forskjellige bølgelengder X (tilsvarende antall filtre, for eksempel 8 i filterhjulet). I dette eksempel har man utført 100 målinger for å frembringe 100 målesett W,n> og med n = 1-100, hvilket til sammen gir 800 måleverdier. Det store antall målinger gir statistisk underlag for å få god nøyaktighet av målingene med instrumentet. Fra de 100 målesett kan man for eksempel fjerne de 10 som har størst avvik fra den gjennomsnittlige lysintensitet, og man blir sittende igjen med 90 prøvevannmålesett for den videre signalbehandling.
I det andre måletrinn kan man også i løpet av for eksempel 100 omløp av filterhjulet måle lysintensitetene via referansevannet som man lar strømme gjennom prøvecellen. Etter at også disse måleresultater reduseres med de ekstreme 10 % får man nitti referansevannmålesett, og fra disse sett beregnes for hver bølgelengde X den gjennomsnittlige lysintensitet, slik at man får referanselysintensiteten i^ ved 8 bølgelengder.
Etter dette beregnes de normaliserte lysintensitetsforskjeller dx,„ for hver av de 90 vannprøvemålesett, ved å trekke fra og deretter dividere med referanselysintensiteten for den tilhørende bølgelengde, slik uttrykket viser:
Forskjellige effekter står ansvarlige for de målte lysintensitetsforskjeller, og de som særlig skal komme i betraktning her er temperaturforskjellen mellom prøvevannet og referansevannet, oljekonsentrasjonen i prøvevannet og partikkelkonsentrasjonen i samme. Nå er det slik at man kalibreringseksperimenter kjenner hvordan den normaliserte lysintensitet for disse virkninger ved hver bølgelengde endres proporsjonalt med andre bølgelengder, og denne proporsjonalitet for en bestemt virkning eller effekt k kalles den relative spektralrespons Yk,x. Av denne grunn kan man bygget på det samme måleprinsipp tilordne virkninger fra meget forskjellige fysiske opprinnelser.
I det neste trinn ved digitalsignalbehandlingen tilpasses den normaliserte lysintensitetsforskjell for hvert målesett for de tilhørende bølgelengder (for eksempel 8 bølgelengder) ved å anvende tre proporsjonalitetskonstanter Fk for å danne en lineær kombinasjon av de tre relative spektralresponser, gitt ved likningen: Tilpasningen utføres slik at kvadratet av restforskjellen rx mellom de målte lysintensiteter og den lineære kombinasjon av de relative spektralresponser blir redusert, (minstekvadrattil-pasning), og i dette eksempel vil man altså ha nitti minstekvadrattilpasninger, hvilket gir nitti sett med tre proporsjonalitetskonstanter som gir indikasjon for hver av parametrene tempera-turforskjell, hydrokarbonkonsentrasjon og partikkelkonsentrasjon. For å komme frem til absoluttverdier Pk for temperaturforskjellen, hydrokarbonkonsentrasjonen og partikkelkonsentrasjonen multipliseres proporsjonalitetskonstantene som fremkommer fra tilpas-ningstrinnet med kalibreringsfaktorer Ck ifølge formelen
Disse kalibreringsfaktorer bestemmes (dvs. eksperimentelt ved å bruke en forhåndsbestemt blanding med olje i vann og som frembringes ved en presis oljeinjeksjon i vannet), og i eksemplet har man i alt nitti verdier for temperaturforskjellen, oljekonsentrasjonen og partikkelkonsentrasjon som resultat. Endelig kan man fra disse verdier bestemme den gjennomsnittlige olje- og partikkelkonsentrasjon med de tilhørende standardawikstall.
Det er åpenbart at referansevannets behandlingssystem kan velges slik at det også blir . mulig å måle og beregne konsentrasjonen av både oppløst og dispergert komponentinnhold, og dette vil føre til at man trenger to referansevannsystemer som begge tilordnes de beregningsteknikker som er skissert ovenfor, for å komme frem til de ønskede konsentrasjoner og registrere tilstedeværelsen av materialene ut fra måleresultatene. Videre fremgår at enhver optisk bølgelengde og et hvert antall bølgelengder som er egnet for formålet kan brukes i det forhåndsbestemte bølgelengdeområde.
Fortrinnsvis er antallet bølgelengder som brukes fire til ti, og særlig kan antallet være åtte, f.eks. 1,3 / 1,43 / 1,5 / 1,6 / 1,73 / 2,16 / 2,23 og 2,29 um. Det har vist seg at målingene ved de forskjellige bølgelengder kan gi forskjellig virkning:
X. 1,43 um, særlig følsomhet overfor temperatur
' X 1,30 tim, X - 2,29 um, kombinasjonen av disse bølgelengder gir særlig følsomhet
overfor olje i dispersjon
X = 2,23 um, særlig følsomhet for totalt oppløste hydrokarboner
% 2,16 um, særlig følsomhet for oppløste alifatiske hydrokarboner, og X = 2,29 um, særlig følsomhet for oppløste aromatiske hydrokarboner.
Videre fremgår at et vilkårlig antall omløp av filterhjulet og et vilkårlig antall relative spektralresponser kan anvendes, idet oppfinnelsens måleprinsipp ligger til grunn for å bestemme et stort antall kvalitetsparametre for en utløpsstrøm, for eksempel en saltkonsentrasjon, alkoholer og organiske syrer og tilsvarende forurensende stoffer.
Videre vil det være innlysende for fagpersonell at oppfinnelsen ikke vil være begrenset til overvåking av olje i vann, men også kan brukes for måling av et stort antall fluider og de tilhørende anvendelser, for eksempel oppløste hydrokarboner og andre materialer i vann, finfordelte materialer i enten vandig elter hydrokarbonholdig oppløsning, kjemisk kvalitetsanalyse og liknende.
Forskjellige modifikasjoner av oppfinnelsen vil også være naturlige, basert på beskrivelsen ovenfor, men slike modifikasjoner må likevel holde seg innenfor rammen av de patentkrav som her er satt opp.
Claims (15)
1, Fremgangsmåte for å bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrørn og omfattende følgende trinn: a) sending av en lysstråle i et bestemt bølgelengdeområde til en fluidprøve som skal analyseres ved at man lar prøven strømme gjennom en målecelle, b) valg av forskjellige bølgelengder i bølgelengdeområdet, c) måling av prøvelysintensiteter (im,x,n) mens fluidprøven passerer målecellen, og samling av måleresultatene i flere prøvefluidmålesett, hvert med flere prøvelys-intensitetsverdier ved de enkelte valgte bølgelengder, d) måling av referanselysintensiteter (ix>x) mens et referansefluid passerer målecellen, og samling av måleresultatene i flere referansefluidmålesett, og e) utledning ut fra de data som dermed oppnås, av informasjon om konsentrasjonen av komponenter i dispersjon i fluidstrømmen, karakterisert ved at samlingen av referanselysintensitetene (iXjx) til referansefluidmålesett også omfatter bruk av flere av de målte verdier ved de enkelte valgte bølgelengder, og at trinn e) videre omfatter: beregning av en normalisert lysintensitetsforskjell (d^n) for hvert av prøvefluid-målesettene ved å trekke verdien av referanselysintensiteten (ix>x) ved den tilhørende bølgelengde fira og deretter dividere med samme verdi, i samsvar med formelen tilpasning av de beregnede forskjeller (dx,„) slik at de danner en lineær kombinasjon med et bestemt antall relative spektralresponser, under hensyn til hvordan denne forskjell endrer seg proporsjonalt med bølgelengden når det gjelder bestemte virkninger relatert til disse målte lysintensitetsforskjeller, og i den hensikt å komme frem til sett med proporsjonalitetskonstanter som gir en indikasjon av nettopp den aktuelle relative spektralrespons, og multiplikasjon av settenes proporsjonalitetskonstanter for å komme frem til absoluttverdier av den søkte komponentkonsentrasjon.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at referanselysintensiteten (i^x) for hver enkelt valgt bølgelengde finnes ved at man ut fra lysintensitetsverdiene i referansefluidmålesettene beregner gjennomsnittet av disse verdier for hver av bølgelengdene.
3. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-2, karakterisert ved at antall bølgelengder er 4-10, særlig 8.
4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved utførelse av minst 100 målesett.
5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at fluidet er vann og at komponenten er en forurensning så som olje og/eller partikler.
6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at de relative spektralresponser er temperaturforskjeller, olje- og partikkelkonsentrasjon.
7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at det forhåndsbestemte bølgelengdeområde er i det nærinfrarøde område (bølgelengde 1,0-2,5 um).
8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at synlig lys (bølgelengde 0,4-1 um) stråles ut samtidig i trinn a), og at minst én bølgelengde av det synlige lys velges i trinn b).
9. Apparat for å bestemme konsentrasjonen av en komponent som er til stede i dispergert form i en fluidstrørn, omfattende: midler for å sende ut en lysstråle i et bestemt bølgelengdeområde, til/gjennom en fluidprøve som skal analyseres, idet prøven bringes til å strømme gjennom en målecelle, midler for å velge forskjellige bølgelengder i det gitte bølgelengdeområde, midler for å måle prøvelysintensiteter (yu) e^er referanselysintensiteter (i,^ mens prøvefluidet hhv. et referansefluid passerer målecellen, midler for å samle måleresultatene for lysintensitet i flere prøvefluidmålesett med flere intensitetsverdier ved de enkelte bølgelengder hhv. i flere referansefluidmålesett, og midler for å utlede, ut fra de data som dermed oppnås, informasjon om konsentrasjonen av komponenter i dispersjon i fluidstrømmen, karakterisert ved at midlene for å samle måleresultatene for lysintensitet i flere målesett også omfatter samling av referanselysintensitetene i referansefluidmålesett med flere intensitetsverdier ved de enkelte valgte bølgelengder, og at midlene for å utlede informasjon videre omfatter: midler for beregning av en normalisert lysintensitetsforskjell (dx,n) for hvert av prøvefluidmålesettene ved å trekke verdien av referanselysintensiteten (ix,x) ved den tilhørende bølgelengde fra og deretter dividere med samme verdi, i samsvar med formelen midler for tilpasning av de beregnede forskjeller (dx,„) slik at de danner en lineær kombinasjon med et bestemt antall relative spektralresponser, under hensyn til hvordan denne forskjell endrer seg proporsjonalt med bølgelengden når det gjelder bestemte virkninger relatert til disse målte lysintensitetsforskjeller, og i den hensikt å komme frem til sett med proporsjonalitetskonstanter som gir en indikasjon av nettopp den aktuelle relative spektralrespons, og midler for multiplikasjon av settenes proporsjonalitetskonstanter for å komme frem til absoluttverdier av den søkte komponentkonsentrasjon.
10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at bølgelengdevalget utføres ved hjelp av et smalbånds interferensfiltere som er anordnet på et filternjul i form av en dreibar skivesammenstilling.
11. Apparat ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved midler for å utlede referanselysintensiteten (i^x) for hver enkelt valgt bølgelengde ut fra lysintensitetsverdiene i referansefluidmålesettene, ved å beregne gjennomsnittet av disse verdier for hver av bølgelengdene.
12. Apparat ifølge ett av kravene 9-11, karakterisert ved at det valgte bølgelengdeområde Ugger i det nærinfrarøde lysområde (bølgelengde 1,0-2,5 um).
13. Apparat ifølge krav 12, karakterisert ved midler for å sende ut synlig lys (bølgelengde 0,4-1 um) samtidig med utstrålingen av lys i det nærinfrarøde område, og midler for å velge minst én bølgelengde i det synlige lysområde.
14. Apparat ifølge ett av kravene 9-13, karakterisert ved at fluidet er vann og at komponenten er en forurensende komponent så som olje og/eller partikler.
15. Apparat ifølge krav 9 eller 14, karakterisert ved at de relative spektralresponser er temperaturforskjellen, oljekonsentrasjonen og partikkelkonsentrasjonen.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP93306972 | 1993-09-03 | ||
PCT/EP1994/002956 WO1995006873A1 (en) | 1993-09-03 | 1994-09-01 | A method and apparatus for determining the concentration of a component present in a fluid stream in dispersed form |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO960832L NO960832L (no) | 1996-02-29 |
NO960832D0 NO960832D0 (no) | 1996-02-29 |
NO322169B1 true NO322169B1 (no) | 2006-08-21 |
Family
ID=8214525
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO19960832A NO322169B1 (no) | 1993-09-03 | 1996-02-29 | Fremgangsmate og apparat for a bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrom |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0716741B1 (no) |
JP (1) | JPH09502265A (no) |
AU (1) | AU682892B2 (no) |
DE (1) | DE69407300T2 (no) |
DK (1) | DK0716741T3 (no) |
FI (1) | FI116000B (no) |
NO (1) | NO322169B1 (no) |
WO (1) | WO1995006873A1 (no) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5770156A (en) * | 1996-06-04 | 1998-06-23 | In Usa, Inc. | Gas detection and measurement system |
US6486474B1 (en) * | 1999-08-13 | 2002-11-26 | Regents Of The University Of Minnesota | Infrared spectrometer for the measurement of isotopic ratios |
KR100786240B1 (ko) * | 2006-09-15 | 2007-12-17 | 이진식 | 적외선 분광장치를 이용한 오염된 유기용제의 자동분류장치 및 그 방법 |
ES2581934T3 (es) * | 2009-12-10 | 2016-09-08 | The Procter & Gamble Company | Método para medir la capacidad de eliminación de suciedad de un producto limpiador |
JP2011237304A (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-24 | Nippon Soken Inc | 燃料性状測定装置、燃料性状測定装置の製造方法、車両 |
EP3788364B1 (en) * | 2018-05-04 | 2023-01-11 | ABB Schweiz AG | Measurement of hydrocarbon contamination in water |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI75675C (fi) * | 1984-03-23 | 1988-07-11 | Saehkoeliikkeiden Oy | Foerfarande foer bestaemning av kolvaetehalter i vaetskor innehaollande dessa. |
DE3633916A1 (de) * | 1986-10-04 | 1988-04-14 | Kernforschungsz Karlsruhe | Verfahren zur selektiven messung der konzentrationen von ir- bis uv-strahlung absorbierenden gasfoermigen und/oder fluessigen substanzen in gasen und/oder fluessigkeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
DE3733573A1 (de) * | 1987-10-03 | 1989-04-20 | Leybold Ag | Vorrichtung zum messen des fremdstoffanteils in stroemenden fluessigkeiten |
AU4511389A (en) * | 1988-10-07 | 1990-05-01 | Andros Analyzers Incorporated | Anesthetic agent identification analyzer and contamination detector |
JP2657324B2 (ja) * | 1989-04-19 | 1997-09-24 | 大塚製薬株式会社 | ヘテロ環を有するフェニルカルボン酸誘導体 |
FR2685775B1 (fr) * | 1991-12-27 | 1994-03-18 | Bp France | Procede de determination des teneurs en polycycliques aromatiques a partir d'un melange d'hydrocarbures par analyse spectrophotometrique proche infrarouge des constituants du melange. |
US5282931A (en) * | 1992-07-08 | 1994-02-01 | Pulp And Paper Research Institute Of Canada | Determination and control of effective alkali in kraft liquors by IR spectroscopy |
-
1994
- 1994-09-01 JP JP7507962A patent/JPH09502265A/ja not_active Withdrawn
- 1994-09-01 AU AU76941/94A patent/AU682892B2/en not_active Ceased
- 1994-09-01 DK DK94927562T patent/DK0716741T3/da active
- 1994-09-01 EP EP94927562A patent/EP0716741B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-09-01 WO PCT/EP1994/002956 patent/WO1995006873A1/en active IP Right Grant
- 1994-09-01 DE DE69407300T patent/DE69407300T2/de not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-02-29 NO NO19960832A patent/NO322169B1/no not_active IP Right Cessation
- 1996-02-29 FI FI960955A patent/FI116000B/fi not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69407300T2 (de) | 1998-05-20 |
AU7694194A (en) | 1995-03-22 |
AU682892B2 (en) | 1997-10-23 |
EP0716741A1 (en) | 1996-06-19 |
DK0716741T3 (da) | 1998-01-12 |
JPH09502265A (ja) | 1997-03-04 |
FI960955A0 (fi) | 1996-02-29 |
EP0716741B1 (en) | 1997-12-10 |
WO1995006873A1 (en) | 1995-03-09 |
DE69407300D1 (de) | 1998-01-22 |
NO960832L (no) | 1996-02-29 |
FI960955A (fi) | 1996-02-29 |
FI116000B (fi) | 2005-08-31 |
NO960832D0 (no) | 1996-02-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5489977A (en) | Photomeric means for monitoring solids and fluorescent material in waste water using a falling stream water sampler | |
EP2976620B1 (en) | System for and method of combined libs and ir absorption spectroscopy investigations | |
US6525325B1 (en) | System for quantifying the hydrocarbon content of aqueous media | |
US5400137A (en) | Photometric means for monitoring solids and fluorescent material in waste water using a stabilized pool water sampler | |
EP0818674A2 (en) | Spectroscopic method | |
US20040011965A1 (en) | Method and apparatus for detecting chemical contamination | |
US8102518B2 (en) | Zero angle photon spectrophotometer for monitoring of water systems | |
US20090046287A1 (en) | Zero angle photo spectrophotometer for monitoring of water systems | |
IES980925A2 (en) | Photometric analysis of water suspensions | |
CN100561188C (zh) | 定量测定试样中组分的方法及分光计 | |
CN101876629A (zh) | 用于确定血样溶血的方法和装置 | |
NO322169B1 (no) | Fremgangsmate og apparat for a bestemme konsentrasjonen av en komponent i dispersjon i en fluidstrom | |
Ruiz et al. | A multivariate calibration approach for determination of petroleum hydrocarbons in water by means of IR spectroscopy | |
US11293858B2 (en) | Methods of distinguishing hemp from marijuana | |
US20230102813A1 (en) | Open-loop/closed-loop process control on the basis of a spectroscopic determination of undetermined substance concentrations | |
Peng et al. | Development of laser fluorometer system for CDOM measurements | |
WO2007113727A2 (en) | A portable food and/or beverage analyzer and a method of analyzing a food and/or beverage in the field | |
RU2212029C1 (ru) | Способ анализа жидкой биологической среды в процессе мониторинга | |
CA2170774C (en) | A method and apparatus for determining the concentration of a component present in a fluid stream in dispersed form | |
JP2010071982A (ja) | レーザー誘起蛍光強度の減衰率比較によるアスベスト識別法 | |
Shi et al. | STUDY ON GENETIC ALGORITHMS‐BASED NIR WAVELENGTH SELECTION FOR DETERMINATION OF SOLUBLE SOLIDS CONTENT IN FUJI APPLES | |
RU2752308C1 (ru) | Способ контроля кондиционности жидких нефтепродуктов | |
CA2740828A1 (en) | Determination of the salt concentration of an aqueous solution | |
JP2010071981A (ja) | 単位面積あたりのレーザー誘起蛍光量を指標とするアスベスト識別法 | |
Walsham et al. | Determination of chlorophyll in seawater |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |