DE2625431C2 - Photometer für die Gas- oder Flüssigkeitsanalyse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Photometer für die Gas- oder Flüssigkeitsanalyse, bei der η eine Meß- und Vergleichsstrahlung nahe benachbarter Frequenzbereiche periodisch aufeinanderfolgend die Meßprobe durchdringt, die Strahlung nach Durchtritt durch die Meßprobe auf einen Strahlungsempfänger gelangt und eine Auswertschaltung den Quotienten der beiden, dem Meß- und Vergleichsstrahl zugeordneten Empfängersignale als Maß für die Konzentration der in der Probe zu bestimmenden Stoffkomponente bildet. Meß- und Vergleichsstrahlung sind dabei spektral so ausgewählt, daß der Meßstrahl eine Absorption durch die Meßprobe erfährt, der Vergleichsstrahl dagegen nicht.

Beispielsweise ist in der deutschen Auslegeschrift 22 46 365 ein Photometer zur Bestimmung von Stickoxid beschrieben, bei dem für den Meßstrahl die Strahlung einer NO-Resonanzbande einer Hohlkathodenlampe dient. Diese Strahlung wird von der NO enthaltenden Meßprobe entsprechend dem NO-Anteil absorbiert. Als Vergleichsstrahlung ist eine von NO nicht absorbierte der NO-Resonanzbande benachbarte Wismutatomlinie aus einer Wismut-Hohlkathodenlampe vorgesehen. Mit Hilfe einer Modulatorscheibe werden Meß- und Vergleichsstrahl periodisch aufeinanderfolgend der Meßprobe zugeleitet. Eine photoelektrische Anordnung setzt die aus der Meßprobe austretenden Strahlungsanteile in elektrische Signale um, aus denen sich durch Quotientenbildung das Meßsignal für die Konzentration des NO in der Meßprobe ergibt.

In der Zusatzanmeldung DE-OS 24 07 133 ist noch vorgeschlagen, für die Vergleichsstrahlung, anstelle der Wismutatomlinie, Linien des Resonanzspektrums der NO-Hohlkathodenlampe auszuwählen, die von der Meßkomponente NO bei der Meßtemperatur nicht absorbiert werden. Dies kann durch entsprechende Filterunggeschehen.

Andere Photometer der hier in Rede stehenden Gattung arbeiten mit nicht selektiven Strahlungsquellen, wobei zum Ausblenden zweier Strahlungen unterschiedlicher Frequenz für den Meß- und Vergleichsstrahl eine Modulatorscheibe mit entsprechenden Filtereinsätzen vorgesehen ist

Der Meßvorgang kann durch eine Hintergrundabsorption beeinträchtigt werden, die z. B. durch ein Begleitgas in der Meßprobe verursacht wird, das seinerseits in den Frequenzbereichen des Meß- und Vergleichsstrahles eine von der Wellenlänge abhängige Absorption aufweist Diesen Einfluß auf die Funktion des Photometers bezeichnet man als Querempfindlichkeit Hängt die Absorption des störenden Begleitgases nicht von der Wellenlänge ab, so tritt durch die Quotientenbildung im Ausgang des Photometers kein Meßfehler auf. Derart günstige Umstände sind aber im allgemeinen nicht gegeben. Eine erhebliche Querempfindlichkeit und damit große Meßfehler infolge einer wellenlängenabhängigen Hintergrundabsorption treten insbesondere dann auf, wenn sehr geringe Konzentrationen zu messen sind.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei derartigen Photometern dafür zu sorgen, daß die Querempfindlichkeit weitgehend beseitigt wird. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß in dem gemeinsamen Strahlenweg des Meß- und Vergleichsstrahles ein Filter mit einer der wellenlängenabhängigen Hintergrundabsorption der Meßprobe reziproken Wellenlängenabhängigkeit seiner Transmission angeordnet ist Vorzugsweise ist als Filter ein Verlauf-Interferenzfilter vorgesehen. Um die Transmission eines derartigen Filters den gegebenen Verhältnissen bis zu einem gewissen Grade anpassen zu können, ist das Filter in Weiterbildung der Erfindung kippbar angeordnet In bestimmten Fällen kann das Filter auch eine gasgefüllte Küvette sein, mit einem Gas, das in dem maßgebenden Frequenzbereich entsprechende Absorptionseigenschaften aufweist.

Die Erfindung und der damit bewirkte meBtechnische Vorteil werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Photometers,

F i g. 2 und 3 graphische Darstellungen zur Erläuterung der V/irkungsweise der Erfindung, und

F i g. 4 in vergleichender Darstellung die bei Gasspurenmessung festgestellten Querempfindlichkeitswerte eines üblichen und eines erfindungsgemäßen Photometers.

Das Photometer der Fig. 1 weist eine nichtselektive Strahlungsquelle 1 auf, beispielsweise eine durch einen elektrischen Strom zum Glühen gebrachten Drahtwendel, die ein kontinuierliches Spektrum besitzt. Ein durch den Motor 2 angetriebenes Blendenrad 3 bringt periodisch aufeinanderfolgend die im Blendenrad angeordneten Filtereinsätze 4 und 5 in den Strahlengang des von der Strahlungsquelle 1 mit Reflektor 6 ausgesandten Strahlenbündels 7. Dadurch gelangt abwechselnd Strahlung zweier verschiedener, eng benachbarter Wellenlängenbereiche in die Meßküvette 8, die mit der Meßprobe beschickt ist. Die aus der Meßküvette austretenden Strahlenbündel werden in einem gemeinsamen Strahlenweg 9 zu einem Strahlungsempfänger 10 geleitet, an dessen Ausgang eine Signalverarbeitungseinheit 11 angeschlossen ist, die in bekannter Weise mit Hilfe eines von der Blendenradeinstellung abgeleiteten, über die Leitung 12 zugeführten Steuersignals, den Quotienten der beiden periodischen Empfängersignale, als Maß

für die Konzentration der in der Meßprobe zu bestimmenden Stoffkomponente bildet An dem Anzeigegerät 13 kann der Konzentrationswert abgelesen werden.

in den Strahlenweg ist zwischen Meßküvette und Strahlungsempfänger ein Filter 14 eingesetzt, dessen Transmission von der Wellenlänge abhängt Das Filter dient dazu, die durch eine wellenlängenabhängige Hintergrundabsorrnion einer Störkomponente in der Meßprobe verursachte Querempfindlichkeit des Photometers, die zu erheblichen Meßfehlern führen kann, mögliehst weitgehend zu beseitigen. Dazu ist dieses Ausgleichsfilter so ausgewählt daß seine wellenlängenabhängige Transmission im Wellenlängenbereich der Meß- und Vergleichsstrahlung reziprok zu derjenigen der Störkomponente ist Zwei Möglichkeiten sind in den F i g. 2a und 2b aufgezeigt Bei dem in der F i g. 2a dargestellten Fall geben die Geraden c = C\ bis c — C\ den Verlauf der Absorption A einer Störkomponente für verschiedene Konzentrationswerte c\... c» bei linearer Abhängigkeit von der Wellenlänge wieder. Die Kurven Im und Iv beziehen sich auf die Intensität der Meß- und Vergleichsstrahles in dem jeweiligen engen Spektralbereich nach Durchgang durch die Meßprobe. Die gestrichelte Gerade G zeigt den Transmissionsverlauf eines geeigneten Ausgleichsfilters, das imstande ist den Einfluß der Störkomponente auf das Meßergebnis weitgehend auszuschalten. Ist ein Absorptionsverlauf höherer Ordnung der Störkomponente für die Konzentration C\ ...Ct gemäß Fig. 2b vorhanden,so wird ein Ausgleichsfilter mit einem Transmissionsverlauf entsprechend der Kurve //vorgesehen. Grundsätzlich besteht noch die Möglichkeit durch Kippen des Ausgleichsfilters, das vorzugsweise ein Verlauf-Interferenzfilter ist eine Anpassung vorzunehmen, da die wellenlängenabhängige Transmission eines Interferenzverlauffilters durch Kippen geändert werden kann.

F i g. 4 basiert auf Messungen mit einer Photometeranordnung gemäß der DE-OS 24 07 133, die zur Bestimmung der NO-Konzentration in Verbrennungsluft herangezogen wurde. Anstelle des den Spektralbereich begrenzenden Monochromator wurde im Strahlengang ein Interferenzverlauffilter etwa gleicher Bandbreite verwendet. Die vor der Messung von festen Bestandteilen befreite Verbrennungsluft enthielt eine erhebliche Menge an SO2 als Störgas, dessen Ab sorptionsverhalten im meßwirksamen Spektralbereich des Photometers wellenlängenabhängig ist.

Die Querempfindlichkeit des Photometers, die als Meßfehler in Prozent angegeben ist, wird ohne Ausgleichsfilter durch die Kurve FX wiedergegeben, wobei ein Meßbe-eich des Photometers von 100 ppm NO zugrundegelegt ist. Mit Filter, das zur optimalen Wirkung noch gekippt wurde, sank die Querempfindlichkeit für SO2-Konzentrationen bis 1200 ppm auf Werte unter 1% entsprechend der Kurve F2.

Es ist ersichtlich, daß die Anordnung des Ausgleichsfilters im Strahlenweg dieses Photometers eine erhebliche Verbesserung der Meßeigenschaften bei Anwesenheit von störendem SO2 erbrachte. An sich kann bei diesem Photometer, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, der Monochromator, der sich auch durch ein entsprechendes Bandfilter ersetzen läßt, beibehalten und das Ausgleichsfilter an einer anderen Stelle in den Strahlenweg eingefügt werden.

Hierzu 2 Ehtt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Photometer für die Gas- oder Flüssigkeitsanalyse, bei dem von einer Strahlungsquelle abgeleitete Meß- und Vergleichsstrahlung nahe benachbarter Frequenzbereiche periodisch aufeinanderfolgend die Meßprobe durchdringt, die Strahlung nach Durchtritt durch die Meßprobe auf einen Strahlungsempfänger gelangt und eine Auswertschaltung den Quotienten der beiden, durch das Meß- und das Vergleichsstrahlenbündel erzeugten Empfängersignale als Maß für die Konzentration der in der Probe zu bestimmenden Stoffkomponente bildet, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen Strahlenweg des Meß- und Vergleichsstrahles ein Filter mit einer der wellenlängenabhängigen Hintergrundabsorption der Meßprobe reziproken Wellenlängenabhängigkeit seiner Transmission angeordnet ist

2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Verlauf-Interferenzfilter ist.

3. Photometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter kippbar angeordnet ist

4. Photometer nach Anspruch ;, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine gas- oder flüssigkeitsgefüllte Küvette ist