DE2724731C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J5/00—Details relating to vessels or to leading-in conductors common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J5/02—Vessels; Containers; Shields associated therewith; Vacuum locks
- H01J5/16—Optical or photographic arrangements structurally combined with the vessel
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der
Strahlungsabsorption durch Ozon für eine
UV-Strahlungsquelle, mit einem eingeschlossenes Gas
enthaltenden Filter, das im Emissionsstrahlengang der
UV-Strahlungsquelle angeordnet ist, um die
hochenergetischen UV-Strahlen mit Wellenlängen unterhalb
von näherungsweise 200 nm zu absorbieren und dadurch im
wesentlichen die Bildung von Ozon in dem
Emissionsstrahlengang hinter dem Filter zu verhindern.
Neben der Verwendung auf vielen anderen Anwendungsgebieten
ist die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung
insbesondere für den Einsatz bei Spektrophotometern
geeignet. Viele biologische, physiologische oder chemische
Effekte werden analysiert, indem Licht durch Lösungen,
Suspensionen oder andere flüssige Proben geführt und seine
Reflexions- oder Transmissions-Eigenschaften festgestellt
werden. Solche Spektrophotometer enthalten eine
Hochenergiequelle, die beispielsweise eine Deuterium-
oder Xenon-Bogenlampe sein kann, die Licht über einen
Wellenlängenbereich von näherungsweise 190-360 Nanometer
(nm) erzeugt.
Es ist bekannt, daß Sauerstoff die Emission von
ultravioletten (UV) Strahlen im Wellenlängenbereich unter
näherungsweise 200 nm absorbiert. Diese Absorption bewirkt
eine Zustandsänderung zu Ozon, so daß am Fenster einer
UV-Quelle, die sich in einer luftgefüllten Umgebung
befindet, Ozon erzeugt wird. Ozon absorbiert bei
Wellenlängen von ungefähr 254 nm und ungefähr 600 nm. Die
Erzeugung von Ozon im Strahlengang eines
Spektrophotometers ändert jedoch den Energiedurchsatz des
Gerätes, der normalerweise ein sehr verrauschter Prozeß
ist. Diese Geräte arbeiten sehr exakt und sind deshalb
sehr empfindlich, so daß jede Änderung des
Energiedurchsatzes einen wesentlichen Faktor für die
Gesamtleistung des Gerätes darstellt. Darüberhinaus
erlassen verschiedene Regierungsbehörden Richtlinien bzw.
Regulierungen für die Ozonemission, die erfüllt werden
müssen.
Eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art ist aus der
US-Patentschrift 39 49 258 bekannt, der an sich die
Aufgabe zugrundeliegt, eine UV-Lichtquelle anzugeben,
bei der die hochenergetischen UV-Lichtstrahlen, d. h.
solche unter 200 nm, bereits herausgefiltert sind, so daß
das aus der UV-Lichtquelle austretende Licht selbst kein
Ozon mehr erzeugt. Der Grundgedanke bei dieser bekannten
Anordnung besteht darin, daß in dem Strahlengang des durch
die UV-Lampe erzeugten UV-Lichtes eine Gasfilterstrecke
angeordnet wird, in der die hochenergetische ultraviolette
Strahlung absorbiert wird. Dies geschieht insbesondere
dadurch, daß dem Filter gar Sauerstoff zugesetzt wird, der
insbesondere UV-Strahlung im Bereich von 180 bis 200 nm
absorbiert, wobei er in Ozon umgewandelt wird. Gemäß dem
besonderen Aufbau werden die Metallaußenwandteile mit
Kühlrippen versehen, an denen sich das durch die
absorbierte Strahlung erhitzte Gas abkühlen kann und über
die die gesamte Wärme abgestrahlt wird. Durch die Erhitzung
des Gases im Lichtstrahlengang einerseits und durch die
Abkühlung des Gases an den Außenwänden über die Kühlrippen
wird im Inneren des Gasfilterraumes ein erhebliche
Gaskonvention erzeugt. Durch diese Gaskonvention wird
bewirkt, daß fortwährend aus dem Sauerstoff im
Strahlengang Ozon gebildet wird, der auf dem
Gaskonvektionsweg zum Teil wieder zerfällt. Diese
ständigen Neubildungen von Ozon im Strahlengang führt
jedoch zu einer dauernden Änderung des Energiedurchsatzes,
d. h. zu Schwankungen der Lichtintensität, die sich gerade
bei sehr empfindlich arbeitenden Geräten, wie
Spektrophotometern, äußerst unangenehm durch ein
verstärktes Rauschen bemerkbar machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine UV-Lichtquelle anzugeben, bei der ebenfalls
die Erzeugung von Ozon außerhalb der UV-Lichtquelle
weitgehend verhindert wird, bei der jedoch der
Energiedurchsatz eine verbesserte Gleichmäßigkeit
aufweist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der
eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Gasraum des Filters über eine Gasdrosselöffnung mit
der Atmosphäre in Verbindung steht.
Es ist verblüffend, daß diese Maßnahme ausreicht, um die
erwünschte Wirkung zu erzielen. Wie sich jedoch
herausgestellt hat, wird im Gleichgewichtszustand, d. h.
sobald der Dauerbetriebszustand der UV-Lichtquelle
erreicht ist, in dem Strahlendurchgangsbereich ein
stabiler Gleichgewichtszustand zwischen Sauerstoff und
Ozon erreicht. Dadurch wird der Lichtenergiedurchsatz
erheblich vergleichmäßigt.
Gemäß der Erfindung wird also ein ventiliertes, also mit
einer Entlüftungsöffnung versehenes eingeschlossenes Gas
oder luftenthaltendes Filter verwandt, das im
Emissionsstrahlengang der Ultraviolettquelle angeordnet
ist, um die hochenergetischen Ultraviolettstrahlen mit
Wellenlängen unter näherungsweise 200 nm zu absorbieren,
wodurch die Bildung von Ozon im Emissionsstrahlengang nach
dem oder, in Strömungsrichtung gesehen, hinter dem Filter
im wesentlichen verhindert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Umhüllung
im wesentlichen rund um eine Ultraviolettlampe und im
Abstand zu ihr angeordnet, wobei die Lampe ein
Transmissionsfenster, also ein licht durchlässiges Fenster,
und die Umhüllung ein zweites Transmissionsfenster
aufweisen, das im wesentlichen mit dem ersten Fenster
ausgerichtet ist.
Der Raum zwischen der Lampe und der Umhüllung enthält ein
eingeschlossenes Gas, beispielsweise Luft. Die
zur Umgebungsatmosphäre hin offenen Entlüftungsöffnung der
Umhüllung dient dazu, in dem Raum einen stabilen
Gleichgewichtszustand für Luft und Ozon
aufrechtzuerhalten, so daß sich ein stabiler
Energiedurchsatz ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
näher erläutert, deren einzige Figur einen senkrechten
Mittelschnitt durch eine Einrichtung zur Steuerung des
Absorptionsvermögens von Ozon zeigt, die gemäß dem Grund
konzept der vorliegenden Erfindung aufgebaut und an einer
UV-Lampe angebracht ist.
In der Figur ist eine Quelle für hochenergetische UV-
Strahlen dargestellt, bei der es sich um eine herkömmliche
Deuterium-Bogenlampe 10 handelt, die Licht in einem
Wellenlängenbereich von näherungsweise 165 bis 360 nm
emittiert. Die Energie für die Lampe wird durch einen
Stecker 12 an ihrer Basis 14 zugeführt, der bei 16 ange
deutete, von der Lampe abgegebene Lichtstrahl tritt durch
ein Fenster 18, das an dem Ende eines vorstehenden Be
reiches 20 angeordnet ist, der zu diesem Zweck vorgesehen
wird. Eine Umhüllung bzw. ein Außenmantel 22 ist an
der Basis 14 angebracht, wie bei 24 angedeutet ist; diese
Umhüllung 22 umgibt die Lampe 10 im wesentlichen voll
ständig oder schließt sie ein, ist jedoch andererseits
im Abstand von ihr angeordnet. Diese Umhüllung kann aus
jedem geeigneten, gasenthaltenden bzw. gasdichten Material
hergestellt werden. Nach einer bevorzugten Ausfüh
rungsform liegt der Abstand 25 zwischen der Lampe 10 und
der Umhüllung 22 im Bereich von 1,0 bis ungefähr 3,0 mm;
wie in der Figur dargestellt ist, ist dieser Abstand über
die gesamte Fläche der Lampe, also um die ganze Lampe
herum im wesentlichen konstant. Die Umhüllung 22 weist
einen vorstehenden Bereich 36 auf, der einen ähnlichen
Umriß bzw. eine ähnliche Form wie der vorstehende Bereich
20 der Lampe hat; der vorstehende Bereich 26 trägt
an seinem Ende ein zweites Fenster 28, wobei die beiden
Fenster so miteinander ausgerichtet angeordnet sind, daß
der Lichtstrahl 16 durch die beiden Fenster austreten
kann. Die beiden Fenster sind aus einem geeigneten,
für UV-Licht durchlässigen Material hergestellt, wie
beispielsweise aus Quarz- bzw. Kieselglas. Darüberhinaus
ist die Umhüllung 22 mit
einer Gasdrosselöffnung oder Ablaß- bzw. Entlüftungsöffnung 30
versehen, die zu ihrer Basis hin angeordnet ist; diese
Öffnung 30 bildet eine kleine Leckstelle zur Umgebungs
atmosphäre. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
liegt der Durchmesser der Ablaßöffnung in der Größen
ordnung von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,50 mm.
Wie man in der Figur erkennen kann, ist die Umhüllung
22 im Abstand von der Lampe 10 angeordnet, so daß zwischen
ihnen eine Zwischenkammer 32 ausgebildet wird.
Diese Zwischenkammer ist mit einer
eingeschlossenen Luftmenge gefüllt, die im Emissions
strahlengang des UV-Lichtes von der Lichtquelle eine
Filterwirkung erzeugt. Wenn beim Betrieb die Lampe ein
geschaltet wird, absorbiert der Sauerstoff in der Zwi
schenkammer die hochenergetischen UV-Strahlen unterhalb
einer Wellenlänge von ungefähr 200 nm. Wenn sich das
Gas in dieser Kammer erwärmt, während es durch die Ablaß
öffnung in ihrem Boden nach außen austritt, erreichen
die thermischen Bedingungen in dieser Kammer bald einen
stabilen Gleichgewichtszustand von Luft und Ozon. Wenn
dieser Gleichgewichtszustand erreicht ist, wird anschließend
der Energiedurchsatz von der Lampe stabil. Als Folge
hiervon treten außerhalb des zweiten Fensters praktisch
keine hochenergetischen UV-Strahlen auf, so daß kein
Ozon in dem restlichen Teil des Strahlenganges des In
strumentes erzeugt wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird also eine verbesserte
Einrichtung zur Steuerung des Absorptionsvermögens
von Ozon geschaffen, mit der sich praktisch jede Änderung
des Absorptionsvermögens im Strahlengang des Instrumentes
vermeiden läßt, so daß die physikalischen
und chemischen Effekte verringert werden, die durch
die Anwesenheit von Ozon verursacht werden.
Claims (7)
1. Einrichtung zur Steuerung der Strahlungsabsorption
durch Ozon für eine UV-Strahlungsquelle, mit einem
eingeschlossenes Gas enthaltenden Filter, das im
Emissionsstrahlengang der UV-Strahlungsquelle angeordnet
ist, um die hochenergetischen UV-Strahlen mit Wellenlängen
unterhalb von näherungsweise 200 nm zu absorbieren und
dadurch im wesentlichen die Bildung von Ozon in dem
Emissionsstrahlengang hinter dem Filter zu verhindern,
dadurch gekennzeichnet, daß der Gasraum
(32) des Filters über eine Gasdrosselöffnung (30) mit der
Atmosphäre in Verbindung steht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Filter in
Form einer Umhüllung (22) im wesentlichen rund um die
UV-Strahlungsquelle und im Abstand zu dieser angeordnet
ist, daß die UV-Strahlungsquelle ein erstes
Transmissionsfenster (18) und die Umhüllung ein zweites
Transmissionsfenster (28) aufweisen, die im wesentlichen
aufeinander ausgerichtet sind, daß der Raum (32) zwischen
der Strahlungsquelle (10) und der Umhüllung (22) das
eingeschlossene Gas enthält, und daß in der Umhüllung die
Gasdrosselöffnung (30) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Umhüllung (22) einen Abstand von der
UV-Strahlungsquelle (10) hat, der in der Größenordnung
von ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,0 mm liegt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasdrosselöffnung (30) im Boden der Umhüllung
(22) angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gasdrosselöffnung (30) einen Durchmesser hat, der
im Bereich von ungefähr 0,25 mm bis ungefähr 0,50 mm
liegt.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das eingeschlossene Gas Luft ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die UV-Strahlungsquelle eine Deuterium-Bogenlampe ist.
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