DE2320252B2

DE2320252B2 - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung eines gasförmigen Bestandteils

Info

Publication number: DE2320252B2
Application number: DE2320252A
Authority: DE
Inventors: Andre Jean Chatenay-Malabry Girard; Jean Paul Palaiseau Laurent
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1972-04-21
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1974-10-24
Also published as: GB1426592A; NL7305541A; IT986069B; DE2320252A1; BE798555A; CH569971A5; FR2181203A5; DE2320252C3; US3849005A; NL154004B

Description

1Π. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mengen des zu bestimmenden Bestandteils se gewählt sind, daß das Ausgangssignal Null ist, wenn der Gehalt des Gemisches an diesem Bestandteil Null ist.

Die Erfindung betrifft die quantitative Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemisches unter Ausnutzung der Absorption oder Emission einer charakteristischen Strahlung durch den Bestandteil dieses Gemisches, d. h. einer Strahlung mit der Frequenz der Absorptions- oder Emissionslinien. Der Ausdruck »gasförmig« ist weit auszulegen und bezeichnet sowohl einte Dampf als auch ein eigentliches Gas.

Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen zur Analyse eines gasfö'-^igin Gemische — oder zur quantise iativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemischs — bekannt, welche die spezifischen Emissions- oder Absorptionseigenschafien eines jeden Gases benutzen, insbesondere in dem Infrarot. es sind msbcsunusi^ Assly^tsrss bekannt, b« wJ-SS chen ein Infrarotlichtbündel, welches von einem Gemisch kommt, von welchem ein Bestandteil (der natürlich ein Absorptionsband im Infrarot besitzt) quantitativ bestimmt werden soll, abwechselnd durch ein diesen Bestandteil enthaltendes Gefäß und durch ein anderes Gefäß, das mit einem Gas gefüllt ist, welches kein Absorptionsbaad in dem Wellenlängenbereich des das Bündel bildenden Lichts besitzt, auf einen Detektor gerichtet wird. Dieses System ist für die Analyse gut geeifpaei, wenn das Gemisch die einzige 6§ auf die Gefäße gerichtete Strahlenquelle bildet Dies ist bei der Messung des Gehalts der vom Raum aus gesehenen Atmosphäre an KohlensSuregas der Fall. Wenn dagegen zu der Emission des Gases die einer

Strahlenquelle mit einem kontinuierlichen Spektrum iünzutrifi, erzeugt diese ein Signal, mid die Deutung der von den» Detektor gelieferten Ergebnisse ist schwierig.

Es sind ferner Detektoren bekannt, bei welchen mac ein von einer geeigneten Strahlenquelle kommendes Lichtbündel nacheinander durch das Geiffiseh, welches den quantitativ zu bestimmenden gasförmigen Bestandteil enthalten kann, und hierauf

sung der Änderungen des Ausgangssignals des Detektors.

Diese Ausbildung ermöglicht die Benutzung eines für seine hohe Empfindlichkeit gewählten Detektors, da er ja keine absolute Selektivität mehr zu haben braucht Man kann insbesondere massenmäßige, auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlte Detektoren wählen, weiche Kristalle (z. B. Kadmiumteiiurid) oder Bolometer benutzen. Der Detektor sowie das ihm zu-

Iieht durch das Gemisch ~—:hicki wird, genügend kräftig Ist, was sieht de* Fill ist, wenn als Lichtquelle die Eigenemission dt Hintergrundes Verwendung d ih

durch zwei pneumatische Detektoren in Differential- io geordnete Filter mit einer geeigneten Bandbreite wird schaltung schickt, welche verschiedene Massen des zu in einen Kryostat gebracht und durch eis verflüssigbeStimmenden Bestandteils auf c^a Weg des Bündels tes Gas (Stickstoff oder sogar Helium) auf kryrogene b'iingen. Die pneumatischen iJetet—treu, die bei Temperatur gekühlt Man gelangt so zu Empfind-Raumtemperatur arbeiten müssen, haU-i eine geringe Henkelten, welche das Hundertfache der der pneuma-Efflpfindlichkeit Infolgedessen ir di«~_s Vorrichtung 15 tischen Detektoren betragen.

praktisch nur benutzbar «frsa die I ichtquelle, deren Der Teil des Bündels, welcher durch einen Gehalt

Null des zu bestimmenden Bestandteils des Gemisches geht, kann unmittelbar zu dem Detektor geleitet wer-

_o den, vorzugsweise wird e- jedoch durch ein Gefäß

Sadet, vor dem sich das Gemisch befindet. ao geleitet, welches wie die ere*e **nd die zweite Kammer

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver- bildende Gefäße ausgebildet ist, um die Störabsorpfahren und eine Vorrichtung zur qualitativen Be- tionen auf allen Wegen gleich zu machen. AUe Gestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Ge- fäße sind dann zweckmäßig auf den gleichen Gesamtrnischs zu schaffen, welche besser als die bekannten druck gefüllt und werden auf der gleichen Tempera-Systeme den Erfordernissen der Praxis entsprechen, 35 tür gehaltea. Im allgemeinen ist es ferner zweckinsbesondere durch ihre gesteigerte Empfindlichkeit, mäßig, daß das Bündel in jedem Gefäß die gliche die im besonderen ihre Benutzung ohne künstliche Strecke durchläuft.
Lichtquelle ermöglicht Die Erfindung ist insbesondere auf die Bestimmung

Hierfür ist das eründungsgemätte Verfahren zur der atmosphärischen Konzentrationen an verschiequaatitativen Bestimmung eines Bestandteils eines 30 denen Verseuchungsmitteln anwendbar, welche eine gasförmigen Gemisches unter Ausnutzung der Ab- Absorptionslinie im Infrarot bes^;tzen. Die Messung sorption oder Emission einer charakteristischen Strah- kann dann ohne Entnahme und an sehr großen atmolasg durch den Bestandteil dieses Gemisches dadurch sphärischen Dicken vorgenommen werden. Weder gekennzeichnet, daß ein Strahlenbündel, welches von der Stickstoff noch der Sauerstoff haben nämlich eine dem Gemisch kommt und dessen spektrale Zusam- 35 merkliche Absorption im Infrarot. Der Wasserdampf mensetzung wenigstens eine charakteristische Linie besitzt zwar ein sehr ausgedehntes Absoiptionsspekdieses Bestandteils enthält, abwechselnd einerseits
durch ί-lne erste bestimmte Menge des zu bestimmenden Bestandteils und andererseits zum Teil durch eine

/weite bestimmte Menge des zu bestimmenden Be- 40 unve<i»rannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxyde, sSandteils, welche größer als die erste ist, und der SO₂) ist es im allgemeinen zweckmäßig, der Vorrich-Rest durch eine Menge eines nicht absorbierenden,
den zu bestimmenden Bestandteil nicht enthaltenden
Gases geleitet wird, daß aus dem Ausgangsbündel

ein charakteristischer Bereich des spektralen Absorp- 45 zylindrisches Ausgangsbünde] kleineren Durchmesticnsodei Emissionsbandes des zu bestimmenden ^sers liefert, welches eine konstante Energiedichte hat, Bestandteils herausgefiltert, und daß Intensitäts- wenn das Eingangsbündel eine konstante Energie-Schwankungen des herausgefilterten Bereichs nach- dichte hat. D^:e Lichtquelle kann die Eigenemission gewiesen werden. " von Körpern bei der Umgebungstemperatur oder eine

Die e:nV:ungsgemäße Vorrichtung zur Ausübung 5° künstliche Lichtquelle, z. B. ein Scheinwerfer, sein, des obiger Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge-

erste Kammer, welche eine bestimmte erste Menge des zu bestimmenden Bestandteils enthäji, eine zweite Kammer, welche eine zweite bestimmte Menge des zu bestimmenden Bestandteils enthalt, die größer als die erste Menge ist, upd eine dritte Kammer, weiche eine

trum, das jedoch auf gewisse Zonen beschränkt ist

In dem Fall der Messung des Gehalts der Atmosphäre über einer Stadt an Verseuchungsmitteln (wie

tung einen Lichtkonzentrator zuzuordnen, welcher z. B. durch ein Teleskop gebildet wird, welcher, ausgehend von einem zylindrischen Eingangsbündel, ein

genstand der Unteransprüche.

Menge eines nicht absorbierenden Gases enthält, '"du^'cli ,Mittel, welche ein von diesem Gemisch körninendes Strahlenbündel abwechselnd einerseits durch die erste Kammer, andererseits teilweise durch die ;räeite.Kammer und den Rest durch die dritte Kammer scMcIiec, durch ein Filter, welctes in die ÄusgaägsDÜndei der Kammern eingeschaltet ist und nur einen eharaktöristisrcheii Bruchteil des spektralen Absorptions- oder Emissioasbandes des zu bestimmendenBesiaridtwf durchläßt, durch einen Detektor, 'Welcher so angeordnet ist, daß er das von dem Filter -⁴^-*"*----- Bündel empfängt, und Mittel zur Mes-

UlC ClUIIUUIIg 13t IUU»1I»CUCUU UUVCI IJK

auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausfühningsform dei Vorrichtung, wobei der optische Teil im Schnitt durch eine durch seine Achse gehende Ebene dargestellt ist;

."Fig.2 ist eine von liuks geseheEe Ansicht der Gefäßanordnung und des Modulators der Vorrichtung der F ^!g. 1;

Fig. 3 ist eine Ansicht auf das Ende des Gefäßes einer Vorrichtung einer ersten Ausführüflgsabwandlang;

F i g. 4 ist eine Ansicht des Endes des Gefäßes und des Modulators einer Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsabwandlung.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung ent-

s §

hält einen zylindrischen Block 1·, in welchem par- iichkeü gewählt werden kann. Dem empfindlichen allel zu der Achse vier ebenfalls zylindrische, Gefäße Organ ist eia Filter 31 vorgeschaltet, dessen EaM-bÜdende Durchlässe in gleichen Winkekbständen aus- breite einem Bruchteil eines Emissions- oder. Abeprpgearbeitet sind. Zwei einander gegenüberliegende Ge- tionübandes des zu bestirnmendea Bestandteils 'tatfäße 11 und 32 stehen durch, in dem mittleren Teil S spricht und auf die kräftigen linien dieses Bandes des Blocks ausgebohrte Querkanäle 13 miteinander zentriert ist. Man kann insbesondere einen bochempin yerbindung. Diese beiden Gefäße bilden die Kam- nndlichen.' Detektor, benutzen! < B.' eilten Kristall mer zur Aufnahme eines nicht s^sorbisresäets Gases, öder eiae Bolometer, welches av ^ Jne kryogene Teiawelches jedoch einen ersten Anteil des zu bestimmen- peratur durch ein verflüssigtes Gas abgekühlt wird, den Bestandteils enthält Von den beiden zwischen io welches in einer das empfindliche Organ 33 und das den vorhergehenden Gefäßen liegenden Gefäßen Filter 31 umgebenden Kammer umläuft Diese Kam-(F i g. Z) dient das eine, 14, zur Aufnahme eines ab- xner ist dann mit einem nicht frcquenzselektiven Einsorbisreaden Gemiscbs unte» dem gleichen Druck wie gangsfenster 32 versehen.

das die Gefäße 11 und 12 erfüllende, welches jedoch Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung, welche zur

einen höheren Gehalt an dem zu bestimmenden Be- 15 Feststellung des Gehalts der Atmosphäre ac einem standteil hat Schließlich enthält das letzte Gefäß 15 verseuchenden Gas über beträchtliche Dicken benur das nicht absorbierende Gas unter dem gleichen stimmt ist, enthält vorne ein optisches Konzenuifcr-Druck wie die vorhergehenden Gefäße. system, dessen Vorhandensein in zahlreichen Fällen

An den Endflächen des zylindrischen Blocks 10 nicht erforderlich ist, insbesondere wenn das zu anasind dicht Fenster 17 und 18 befestigt, z. B. durch as> Iysisrende Gemisch in Form einer Entnahme verfüg- j Ankleben. Die Fenster können auch durch lösbare bar ist Der m Fig. 1 der Klarheit wegen in einem ! Teile befestigt werden, z. B. Schrauben. Diese letztere erheblich kleineren Maßstab als der Block It dar-Lösung bietet jedoch den Nachteil, daß eine Dichtung gestellte optische Konzentrator wird durch eine TeIeum die Mündung eines jeden Durchlasses herum vor- skcpoptik gebildet. Der Primärspiegel 33 des Teiegeseben werden muß, um die Dichtigkeit herzustellen. 35 skopi konzentriert das einfallende Bündel auf einen Diese Dichtungen sind sperrig und zwingen dazu, Sekundänpiegel 34, welcher ein paralleles Bunds! I einen größeren Raum zwischen den Behältern übrig- auf den Modulator 2§ richtet Diese Anordnung er- ; zulassen, was die Empfindlichkeit der Messung ver- möglicht, eine konstante Eaergjedichte beizubebalringert, da der durch den Block zwischen zwei auf- ten, wenn das Eingangsbündel seinerseits eine koneinanderfolgenden Gefäßen angehaltene Teil des ein- 30 Staate Dichte hat, was Notwendig ist, damit die Vorfallenden Bündels nicht mehr ausgenutzt wird. Ver- richtung eine befriedigende Angabe liefert schließbare Anschlüsse der bei Ii in Fig. 1 dar- Vor der Beschreibung der elektronischen Behänd-

gestellten Art ermöglichen die Füllung oder Entlee- lung des von dem Detektor 29 gelieferten Signals soll rung der Gefäße. zunächst kurz das Arbeitsprinzip der Vorrichtung be-

Ein Modulator sorgt dafür, daß das auf einen auf 35 schrieben werden.

den Block IS folgenden Detektor 19 übertragene Während des Arbeitens bringt die Modulator-

Bündel abwechselnd von den Gefäßen 11 und 12 und scheibe 2t nacheinander ihre Ausschnitte vor die Geden Gefäßen 14 und 15 kommt Bei der in Fig. 1 fäße 11 und 12 und vor die Gsfäße 14 und 15. In- und 2 dargestellten Ausführuagsform liegt dieser Mo- folgedessen empfängt der Detektor abwechselnd zwei i dulato«· vor den Gefäßen auf dem Weg des licht- 40 LichtSüsse, deren Amplituden A₁ und A_t bis auf den bündils. In gewiss α Fällen kann er auch umnittel- gleichen konstanten Faktor durch folgende Fonnein ; bir hinter den Gefäßen angeordnet sein. gegeben werden: j

Der datgestellte Modulator wird durch eine

Scheibe 2t gebildet, welche auf einem an dem Block _Λ __ r_r ,.. ,„ \ t f..\ λ η\

It in der Achse desselben befestigten Stift 21 dreh- 45 *^l~ J ^{LW τ (}"^ι)'^{2r (β}*> '^dv' ^(l)

bar ist Die Scheibe 2t besitzt zwei diametral gegen- ''

überliegende Ausschnitte 22 mit je einer Winkel- . _ ?

erstreckung von 90° und einer genügenden radialen ^At~ J ^LW'U«i/·(* + r{u^)-dv. (2)

Länije, um ein gesamtes Gefäß fredzülegeSj wenn er '*

vor diesem vorbeigeht Die Scheibe 2t wird durch 5° In diesen beiden Formehl sind V₁ und v₂ die Grenzeinen Motor 24 in Umdrehung versetzt, dessen Aus- frequenzen der Bandbreite des Filters 31; gangswelle einen Riemen 25 antreibt, welcher über L (v) ist die Lumineszenz der Strahlenquelle;

den eine Riemenscheibe bildenden Umfang der U₁ ist der Gehalt des zu bestimmenden Bestandteils

Scheibe 2t läuft in dem Gemisch (welcher wenigstens eine Linie zwi- Die in Fig. 1 dargestellte Scheibe weist in ihrem 55 sehen V₁ und v₂besitzt);

oberen Teil ein Loch 26 auf, welches ein Synchroni- U₂ und u, sind die Werte des Gehalts an dem zu be-

siersignal liefern soll. Bei jedem Durchgang des Lochs stimmenden Bestandteil der Gefäße 11-12 einerseits TA zwischen einer Lichtquelle 27 und einem emp- und 14 andererseits (oder, was auf das Gleiche hinfindlichen Organ 2t liefert das letztere einen elek- ausläuft, der Teügehalte des Bestandteils, da die Getrischen Impuls, welcher bei der Detektion des Nutz- «0 fäße alle das gleiche Volumen haben); signals in der weiter unten erläuterten Weise aus- t (M₁), τ («-) und t (u_a) sind die H₁ bzw. W₁ bzw. u„ genutzt wird. entsprechenden Übertragungsfaktoren, welche durch

Das aus des Gefäßen austretende Lichtbündcl wird den Wert der gleichen Funktion τ für die Werte U₁ auf den Detektor 19 durch ein optisches System ge- bzw. U₂ bzw. U_x gebildet werden, schickt, welches schematisch in Form einer einfachen 65 Das von dem Empfänger gelieferte Signal besitzt Linse 29 dargestellt ist Der Detektor enthält ein emp- eine Amplitudenmodulation A, welche gleich 'A₁-A₂ findliches Organ 30, welches nicht frequenzselektiv fet (welche durch die Formeln I und 2 gegeben sind), zu sein braucht und somit fur seine hohe Empfind- d. h.

'■* («ι)' (?f («*) r- I - It(B₈)) * dν.

(3)
/^; Diese Forme! lsi gültig, wenn die Gefäße 14 und 15

dem eiafallei&eh'Bündel dergleichen
&E»chflitt^f'bieten."' Man würde 'eine' etiyas ai__„. " Formel erhalten',' [worin 1 'dnrch einen Koeffizienten a eriemist uadV(«^'mit 'einem Faktor (2-fix) behaftet fet, wenn der Gesamtquerschnkt, durch' welchen ^rdas Bündel in den Gefäßpaarec tntt, der gleiche ist, aber die Verteilung verschieden ist}

Wenn u, = 0, gilt T(^₁) = 1, wenn kein anderer Bestandteil des Gemisches eine Aissorptionslinie zwischen v, und v_t hat.

Durch eine zweckmäßige Wahl von u» und u_t kann man den entsprechenden Wert von A zn Null machen. Wenn τ (U₁) von ν unabhängig wäre, würde die Ausgangsgröße bei einer Änderung von B₁ Null bleiben. Da aber χ (μ) nicht nur eine abnehmende Funktion von u, sondern auch eine Funktion von ■■ ist, er- «cheint eine Modulation, wenn U₁ nicht mehr Null ist. Die Theorie zeigt, was die Erfahrung bestätigt, daß sich A mit u, für kleine Werte von u_t praktisch proportional ändert.

Diese Amplitude der Modulation des Ausgangssignals des Detektors 19 wird durch eine Elektronik bestimmt, welche einen Verstärker 34 mit einer mit der durch die Modulatorscheibe 7M festgelegten Frequenz zu vereinbarenden Bandbreite und einen Synchrondetektor 35 aufweist, welcher ein Bezugssigna! von dem lichtempfindlichen Organ 28 empfängt. Das Ausgangssignal des Detektors 35 kann angezeigt oder einer z. B. mit einem Papierstreifen versehenen Registriervorrichtung 36 geliefert werden.

Wenn eine größte Empfindlichkeit gewünscht wird, wird zweckmäßig für u. ein so hoher Wert gewählt, wie dies mit anderen Erfordernissen verträglich ist. Zum Beispiel kann im Falle von Dampf nicht der der Sättigungsdampfspannung entsprechende Teildruck überschritten werden. Der Gesamtdruck in den Gefäßen (im Falle der Benutzung zur Messung der Konzentration eines Verseuchungsstoffs in der Atmosphäre) muß der Atmosphärendruck sein. Nach Wahl des Wertes von u₃ wird der entsprechende Wert von U₂ durch Versuche bestimmt, gegebenenfalls nach einer ersten theoretischen Annäherung. Ferner wird in diesem Fall zweckmäßig ein Filter mit möglichst großer Bandbreite benutzt, weiche jedoch mit der Ausscheidung der Linien etwaiger anderer Bestandteile der zu überwachenden Probe verträglich bleibt

So ermöglicht z.B. eine Vorrichtung der obigen Art, durch Infrarotabsorption in einer Atmosphäre von mehreren Kilometern Dicke Gehalte an Stickstoßoxyden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder SO₂ in der Größenordnung von einigen ppb mit hochempfindlichen Detektoren (Bolometer auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs) zu messen. Die Messung kann so vorgenommen werden, daß an der gleichen Stelle ein Scheinwerfer und die Vorrichtung und an einer anderen mehrere Kilometer entfernten Stelle ein einfaches reflektierendes Trieder großer Abmessungen aufgestellt werden. In diesem Fall wird man dazu geführt, einen Gehalt der Gefäße an Verseuchungsstoff (d. h. einen Teiidruck an Verseuchungsstoff) zu benutzen, welcher erheblich größer als der festzustellende ist, 7. B. 100- oder lOOOmal größer.

Als weiteres Beispiel sei angegeben, daß eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der in der hohen Atmosphäre vorhandenen Kohlenv/asserstoSe ausgeführt wurde.* Diese' Vorrichtung ist dazu bestimmt, von' einem Ballon oder eisern Flugzeug ge-

s tragen zu weiden und die Analyse durch "Äßvfsierung der Sonne, wenn diese tief über dem'Hcrizont steht, vorzunehmen. Dieses Bestimmungsverfähre'n bietet ,den Vorteil, den Einfluß*der mit hohem Gehalt in Niedriger Höhe vorhandenen Verseuchungsstoffe aus-

to abscheiden ynd die Empfindlichkeit infolge der'sehr erheblichen Dicke der untersuchten Atmosphärenschxht zu erhöhen. Die Lichtquelle wird dann durch die .'krane selbst gebildet, welche etwa eine Strahlung des schwarzen Körpers bei 5500° K. ha*. Wenn das zu be·.timmende Gas Methan CH. ist, dessen Konzentration in einer Höhe von großenordnungsmäßig 20 km itwa 1 ppm beträgt, wird ein Gefiiß 14 benutzt, ii· welchem der Teildruck gröSenordaungsmäßig der Atmosphärendruck auf Bodenhöhe ist, %o-

ao bei gleichzeitig Gefäße V und 12 benutzt werden, in welchen der Teildruck des Methans größenordnungsmäßig ein Drittel des vorhergehenden Drucks beträgt. Für die unter streifendem Einfall durchdrungenem Atmosphärenschichten ist eine GefäSlänge von 8 cm

ausreichend. Das Filter 31 ist zusammengesetzt Es wird durch die Nebeneinanderlagerung einer Platte aus Indiumantimonid und eineT Platte aus Flußspat gebildet. Das so hergestellte Filter besitzt eine Bandbreite, welche angenähert das Band des Methans

3a zwischen 7 und 8,5 Mikron überdeckt. Das in den Gefäßen 11, 12 und 15 benutzte Verdünnungsgas muß nur der Bedingung genügen, keine kräftigen Linien zu haben, weiche die des zu bestimmender. Bestandteils beeinflussen können, und die Linien dieses Bestandteils nicht in übertriebener Weise zu verbreitern. Die ausgeführte Vorrichtung benutzt Argon, welches im Handel mit sehr geringen Verunreinigungen erhältlich ist. Es kann auch ebensogut 'rockener Stickstoff hoher Reinheit benutzt werden.

In anderen Fällen führt das Vorhandensein in dem zu analysierenden Gemisch eines Störbcstandteils mit einem Absorptionsband, welches teilweise das des zu bestimmenden Bestandteils überdeckt ,and gegebenenfalls eine Absorpticnslinie hat, welche eine Flanke einer Absorptionslinie des zu bestimmenden Bestandteils erreicht) dazu, nicht mehr eine größte Empfindlichkeit, sondern eine größte Selektivität oder ein größtes Auflösungsvermögen zu suchen. Hierfür w^d man dazu geführt, den Wert von u, (und entsp.e-

so chend den Wert von U₉) zu verringern, um ein Signal i^ull beizubehalten, wenn U₁ — 0. Hierzu ist zu bemerken, daß die vollständige Erklärung der Zunahme der Empfindlichkeit bei einer Vergrößerung u₃, und umgekehrt, der Zunahme der Selektivität auf Kosten einer Herabsetzung der Empfindlichkeit bei einer Verringerung von U₃ streng nur auf der Basis von verwickelten Rechnungen geliefert werden kann, in weiche das Profil der Linie bei verschiedenen Teildrücken eingeht Immerhin kann eine intuitive Erklärung gegeben werden. Wenn das Lichtbündel nur durch eine geringe Menge des zu bestimmenden Gases tritt, erfolgt die Absorption im wesentlichen im Zentrum der Linie, woraus sich eine hohe Wellenlängenselektivität ergibt. Wenn dagegen die Menge

zunimmt, erfolgt die Absorption auf einer breiten Zone. Anders ausgedrückt, die Linie verbreitert sich der Wellenlänge nach.
Praktisch werden Versuche gemacht Man stellt

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vor den Apparat ein Gefäß, welches auf den Weg des eine einzige, die Gefäße 11 und 12 der Vorrichtung Bündels eine Menge Störgas bringt, welche der ent- der Fig. 1 ersetzende Abteilung 39 von zwei' Abspricht, welche man anzutreffen erwartet, und man teilungen 14 b und IS b trennt, welche durch eins zu verringert stetig K₃ (und entsprechend U₂), bis man der Wand 3S b senkrechte halbe Wand 37 b getrennt eben größten Kontrast erhält Die anfängliche ^₈J₁I ₅ werden. Der Modulator Mb wird dann.durch eine von a_s durch Probieren kann auf der Basis von theo- sich um eine in der Ebene der Wand 38 b liegende retischfn Erwägungen erfolgen, obwohl diese häufig Achse 21 h drehende Scheibe gebildet. Diese Atiseine verwickelte Simulierung an einem Rechengerät bildung bestet den Nachteil eines Platzbedaris in'Jder erfordern, insbesondere wenn mehrere Linien in die Querrichtung, weicher erheblich größer als der, der Messung eingehen. io vorhergehenden Ausführung ist.

Summarisch kann man sagen, daß das zu errei- Der Modulator kann durch andere Mittel als eise chende Ergebnis darin besteht, dem von dem Stör· rotierende Scheibe gebildet werden, z. B. durch eine bestandteil herrührenden Signal für einen Bruchteil schwingende Lamelle. Die Gefäße können von dea der Bandbreite des Filters ein Vorzeichen zu geben, dargestellten Formen verschiedene Formen haben. Es welches dem des Signals für einen anderen Teil der 15 ist möglich, die Messung mit einer von einer Infrarotgleicheu Blindbreite entgegengesetzt ist, so daß ein strahlung verschiedenen Strahlung vorzunehmen. Inswenigstens teilweiser Ausgleich (infolge des zufälli- besondere kann im Ultraviolett gearbeitet werden, fen Charakters der Änderung längs der Bandbreite) z. B. zur Messung eines Gehalts an SO₂ in einer enterhalten wird, während der Wert von K₃ so gewählt nommenen Luftprobe mit einer natürlichen oder wird, daß das Signal für den zu bestimmenden gas- ao künstlichen Lichtquelle. Wenn man die Festlegung förmigen Bestandteil in der Gesamtheit der Band- der Kenngrößen der Vorrichtung in Kauf nimmt, breite hinzutritt Man gibt dann dem benutzten Filter kann man Gefäße verschiedener Länge benutzen, 31 eise Bandbreite, welcher erheblich größer als die welche jedoch alle das gleiche Bezugsgeiaisch snt-Breite fet Linie des Bestandteils bleibt, aber in einem halten. Das zu analysierende Gemisch kann in einem mh. einer genügenden Empfindlichkeit verträglichen as Gefäß enthalten sein und durch eine entnommene Maße herabgesetzt ist Praktisch wird man schließlich Probe gebildet werden. Jede der obigen Kammern dazu geführt, sin Interferenzfilter zu benutzen, wel- kann durch mehrere Gefäße gebildet werden, welche ches im allgemeinen 150 bis 300 Schichten aufweist. gleiche oder verschiedene Massen des zu bestimmen-

Fig. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsabwand- den Bestandteils enthalten, wobei natürlich der Mo-

lungen der Vorrichtung. Der in Fig. 3 dargestellte 30 dulator entsprechend ausgebildet wird.

Block lie unterscheidet sich von dem der Fig. 1 Obwohl diese Lösung im allgemeinen nur ein be-

und 2 dadurch, daß die vier Gefäße 11a, 12 a, 14 a schränktes Interesse bietet, kann man schließlich bei

und 15 a durch einfache radiale Wände 37 und 3S Benutzung von zwei Sätzen von vier Gefäßen, wobei

getrennt sind. Eic derartiger Block kann leicht durch jeder Satz für einen verschiedenen zu bestimmenden

Formung in einer Form hergestellt werden. Der Mo- 35 Bestandteil bestimmt ist, zwei Bestandteile gleich-

dulator kann eine Scheibe sein, welche der in Fi g. 1 zeitig bestimmen,

dargestellten Scheibe 20 sehr ähnlich ist. Diese Lösung ist jedoch im allgemeinen nicht vor-

Eei der Ausführungsform der Fig. 4 weist der teilhafter als die Verweisung von zwei getrennten Block 10 b eke Durchmesserwand 38 b auf, welche Vorrichtungen. Hierzu 2 Blstt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verführen zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemisches unter Ausnutzung der Absorption oder Emission eiser chsrakisnsüssbeü Strahlung durch den Bettandteil dieses Gemisches, d a d u r c h g e fc s η η zeichnet, daß ein Strahlenbündel, welches von dem Gemisch kommt, und dessen spektrale Zusammensetzung wenigstens eine charakteristische Linie des Bestandteils enthält, abwechselnd einerseits durch eine erste bestimmte Menge des zu bestimmenden Bestandteils und andererseits zum Teil durch eine zweite bestimmte Menge des zu bestimmenden Bestandteils, welche größer als die erste ist, und der Rest durch eine Menge eines ■icht absorbierenden, den zu bestimmenden Bestandteil nif ^vt enthaltenden Gases geleitet wird, daß aus dem Ausgangsbündel ein charakteristischer Bereich des spektralen Absorptions- oder Emissionsbandes des zu bestimmenden Bestandteils herausgefiltert und daß Intensitätsschwankungen des herausgenlterten Bereichs nachgewiesen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel zur Hälfte durch die zweite Menge und zur Hälfte durch die Menge des nicht ι ^sortierenden Gases geführt wird.

3. Verfahren «ach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daS <*ie ersten und zweiten Mengen so gewählt werden, daß die Intensitätsschwankungen Null sind, wer a das untersuchte gasförmige Gemisch diesen Bestandteil nicht enthält

4. Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung eines Bestandteils eines gasförmigen Gemisches unter Ausnutzung der Absorption oder der Emission einer charakteristischen Strahlung durch den Bestandteil dieses Gemisches, gekennzeichnet durch eine erste Kammer (Ii, 12), welche eine bestimmte erste Menge des zs bestimmenden Bestandteils enthält, eine zweite Kammer (14), welche eine zweite bestimmte Menge des zu bestimmenden Bestandteils enthält, welche größer als die erste Menge ist, und eine dritte Kammer (I⁴O, weiche eine Menge eines nicht absorbierenden Gases enthält, durch Mittel (W), welche ds voa dem Gemisch kommendes Strahlenbündel abwechselnd einerseits durch die erste Kammer (11, 12), andererseits teilweise durch die zweite Kamser (14) iH Hen Rest durch die dritte Kammer (15) leiten, durch ein Filter (51), welches in die Ausgangsbüodel der Kammern eingeschaltet ist und nur einen charakteristischen Bruchteil des spektralen Absorptions- oder Emissionsbandes

η des zu bestimmenden Bestandteils durchläßt, durch einen Detektor (If), welcher das von dem Filter übertragene Bündel empfängt, und Mittel (34, 3S) zur Messung der Änderungen des Atssgangssigaals des Detektors.
P S. Vorrichtung nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (Ii, 11) äureh zwei in Verbindung stehende Gefäße gebildet ist, derea jedes dem Bündel einen bestimmten Burchfritlsqiiefsciimit bietet, während die zweite und dritte Kammer (14 bz^. Ii) durch Ge-

fäße gleicher Länge und gleichen Querschnitts wie die vorhergehenden gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer durch ein Gefäß gebildet ist und daß das die erste Kammer bildende Gefäß einen doppelt so großen Querschnitt wie jede der beiden anderen Kammern aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekessseiehset, daß der Detektor (19) und das Filter (31) auf eine fcryogene Temperatur abgekühlt sited.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gefäß (11, 12, 14, IS) ein Gas enthält, welches in der Bandbreite des Filters keine Absorption besitzt und daß der Teildruck des nachzuweisenden Bestandteils la dem zweiten Gefäß (14) größer als sein Teildruck in dem ersien GefäS (11, 12) ist.

9. vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch eine den Mitteln (2©) vorgeschaltete optische Konzentriervorrichtung, z.B. ein Teleskop (33), weiche, ausgehend von einem zylindrischen Eingangsbiindel, ein zylindrisches Ausgangsöündsl kleineren Durchmessers liefert, welches eine konstante Energiedichte hat, wenn das Eingangsbündel eine konstante Energiedichte hat.