DE69413331T2 - Verbessertes gerät und verfahren zur optischen messung der eigenschaften einer substanz - Google Patents

Verbessertes gerät und verfahren zur optischen messung der eigenschaften einer substanz

Info

Publication number
DE69413331T2
DE69413331T2 DE69413331T DE69413331T DE69413331T2 DE 69413331 T2 DE69413331 T2 DE 69413331T2 DE 69413331 T DE69413331 T DE 69413331T DE 69413331 T DE69413331 T DE 69413331T DE 69413331 T2 DE69413331 T2 DE 69413331T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
light
filters
optical
branch
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69413331T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69413331D1 (de
Inventor
Robert F-78750 Mareil-Marly Delignieres
Christian F-78160 Marly-Le-Roi Durand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of DE69413331D1 publication Critical patent/DE69413331D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69413331T2 publication Critical patent/DE69413331T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/30—Measuring the intensity of spectral lines directly on the spectrum itself
    • G01J3/36—Investigating two or more bands of a spectrum by separate detectors
    • 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
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1213—Filters in general, e.g. dichroic, band
    • 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
    • G01N2021/1748—Comparative step being essential in the method
    • G01N2021/1751—Constructive features therefore, e.g. using two measurement cells
    • 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
    • G01N2021/3129—Determining multicomponents by multiwavelength light
    • G01N2021/3137—Determining multicomponents by multiwavelength light with selection of wavelengths after the sample
    • 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
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3166—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using separate detectors and filters
    • 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
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3181—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using LEDs
    • 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
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/80—Indicating pH value

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum optischen Messen der Charakteristiken einer Substanz, beispielsweise ihres Absorptionskoeffizienten, und hat auch ein Verfahren zu ihrem Einsatz zum Gegenstand.
  • In der französischen Patentanmeldung FR-A-2689636 ist eine Vorrichtung zum Messen des wahren optischen Absorptionskoeffizienten einer in einer Zelle enthaltenen Substanz beschrieben. Durch Mittel der optischen Umschaltung schickt man Licht, das aus einer Lichtquelle wie einer Halogenlampe stammt, deren Frequenzspektrum bekannt ist, nacheinander auf drei optische Filter von jeweils genau definierter Wellenlänge. Das erste entspricht dem isosbestischen Punkt der Farbsubstanz, wo der Absorptionskoeffizient der basischen Fraktion der Substanz gleich dem ihrer sauren Frequenz und damit unabhängig vom Wert des pH ist. Das zweite befindet sich in einem Teil des Spektrums, wo die Substanz am meisten mit auf die Veränderungen des zu messenden Parameters reagiert. Das dritte ist in einem Teil des Spektrums vorhanden, wo der Absorptionskoeffizient der Substanz im wesentlichen keinerlei Veränderung erfährt. Man richtet das aus jedem der Filter austretende Licht derart, daß es alternativ die die zu analysierende Substanz enthaltende Zelle sowie einen optischen Parallelzweig durchquert, der beispielsweise ein neutrales optisches Filter, eine optische Abzweigfaser (Bypass) oder auch eine Bezugszelle etc. einschließt. Die Stärke der nacheinander austretenden Lichtstrahlen wird gemessen, und die verschiedenen Messungen werden durch eine Steuer- und Rechnungsanordnung verarbeitet, welche optische Charakteristiken der Substanz wie den wahren Absorptionskoeffizienten bestimmt, die unabhängig von möglichen Fluktuationen der Lichtquelle sind.
  • Das verwendete Verfahren liefert genaue und zuverlässige Ergebnisse, die Vorrichtung jedoch, die für seine Durchführung verwendet wird, ist relativ aufwendig aufgrund der Tatsache, daß sie mehrere optische Umschalter umfaßt, deren Einheitskosten relativ hoch liegen.
  • Gegenstand der Vorrichtung nach der Erfindung ist es auch, optische Charakteristiken einer reagierenden, in einer transparenten Zelle enthaltenen Substanz zu messen, beispielsweise ihren wahren Absorptionskoeffizienten, die Realisierung ist jedoch einfacher und weniger aufwendig. Sie umfaßt wenigstens eine Lichtquelle, einen ersten optischen Zweig und einen zweiten optischen Zweig, der selektiv den Durchgang des Lichtes durch die Zelle und außerhalb von ihr ermöglicht, sowie ein optisches System zur Bildung der Strahlen, welche den ersten Zweig oder den zweiten optischen Zweig durchsetzt haben, sowie ein selektives optisches Filter aus einer Anordnung von drei selektiven Filtern, die um eine erste Wellenlänge entsprechend dem isosbestischen Punkt der reagierenden Substanz zentriert sind, das zweite über eine Wellenlänge in einem Teil des Spektrums des Lichtes, wo die Substanz die empfindlichste ist, und das dritte in einem anderen Teil des Spektrums, wo die Substanz am wenigsten empfindlich ist, Mittel zum Messen der Stärke des Lichts, welche das optische System durchsetzt hat, eine Steueranordnung sowie Auswahlmittel, die durch diese Steueranordnung geregelt wurden, sowie einen Block zur elektrischen Versorgung.
  • Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Selektionsmittel gebildet werden durch zwei optische Verschlußglieder, die jeweils im ersten Zweig und zweiten Zweig angeordnet sind, sowie Mittel zur elektrischen Umschaltung.
  • Die Steueranordnung umfaßt beispielsweise einen Steuerprozessor, eine Erfassungseinheit der Meßsignale für die Lichtstärke und eine Interface-Anordnung zum Regeln dieser Selektionsmittel.
  • Nach einer ersten Ausführungsform umfaßt sie eine einzige Lichtquelle, welche die beiden Zweige beleuchtet, und das optische System umfaßt Ableitungsmittel, um zu drei Filtern die Lichtstrahlen zu richten, die den ersten oder den zweiten Zweig durchsetzt haben, die Meßmittel umfassen drei Detektoren zum Messen des Lichtes, das die drei Filter durchsetzt hat, und die Mittel zur elektrischen Umschaltung umfassen Elemente, um intermittierend diese Detektoren mit dieser Steueranordnung zu verbinden, und einen Umschalter, um die Lampe mit dem Block der elektrischen Versorgung intermittierend zu verbinden.
  • Nach einer anderen Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung drei Lichtquellen, das optische System umfaßt Abzweigungsmittel, um das Licht aus diesen Quellen jeweils durch diese drei selektiven Filter zu leiten, und Teilermittel, um das gefilterte Licht dem ersten und zweiten Zweig zuzuführen, wobei die Meßmittel einen einzigen Detektor umfassen, um das aus einem der beiden Zweige hervorgehende Licht zu messen, und die Mittel zur elektrischen Umschaltung umfassen Elemente zur selektiven Versorgung einer der drei Quellen.
  • Der zweite optische Zweig umfaßt beispielsweise eine optische Faser, die gegebenenfalls einem neutralen Filter zugeordnet ist, oder eine Zelle identisch der ersten, die eine neutrale Substanz enthält.
  • Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich nach einer ersten Ausführungsform dadurch aus, daß es die selbsttätige Durchführung von Meßzyklen unter der Regelung der Steueranordnung umfaßt, die jeweils aufweisen:
  • - einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das die Zelle nacheinander durch die drei Filter durchsetzt hat, leitet und man die ermittelten Werte der aus den drei Filtern stammenden Leuchtstärken gewinnt;
  • - ein Meßschritt, bei dem man das Licht, das den zweiten Zweig durchsetzt hat, nacheinander durch drei Filter leitet und ebenfalls die ermittelten Werte der aus den drei Filtern stammenden Leuchtstärken gewinnt; und
  • - man Charakteristiken der reagierenden Substanz durch eine Kombination der gemessenen Stärkenwerte für jeden Detektor jeweils während der beiden vorhergehenden Stufen bestimmt.
  • Nach einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung kann jeder Meßzyklus auch umfassen:
  • - einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das nacheinander die Filter durchsetzt hat, zur die reagierende Substanz enthaltenden Zelle leitet und die durch den Detektor ermittelten Werte gewinnt;
  • - einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das nacheinander die drei Filter durchsetzt hat, zum Bezugsmedium leitet und man auch die durch den Detektor ermittelten Werte gewinnt; und
  • - man die Charakteristiken der reagierenden Substanz durch eine Kombination der durch den Detektor gemessenen Stärkewerte, die aus der gleichen Lampe stammen, bestimmt.
  • Unabhängig von der verwendeten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung nur zwei optische Verschlußglieder, die Aufeinanderfolge der Meßvorgänge der vergleichenden Messung, die zur Erfassung der Messungen notwendig sind, werden durch elektrische, leicht zu bewerkstelligende Umschaltungen geregelt. Kosten und Verläßlichkeit der Vorrichtung werden also in erheblicher Weise vermindert.
  • Um noch die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, kann die Vorrichtung auch Meßmittel für die Umgebungstemperatur und die Speisespannung jeder Lampe umfassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung sowie des Verfahrens zu seinem Einsatz ergeben sich besser beim Lesen der nachstehenden Beschreibung zweier Ausführungsformen, die nur beispielsweise beschrieben sind, und zwar mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen:
  • - Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung mit einer einzigen selektiven Filterquelle, die mit austretendem Licht arbeitet, zeigt;
  • - Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit selektiver Beleuchtung der Zelle durch drei unterschiedliche Bündel zeigt;
  • - Fig. 3 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms zur Verwirklichung der Ausführungsform der Fig. 1 zeigt;
  • - Fig. 4 den Schritt der Erfassung der Messungen im Ablaufdiagramm der Fig. 3 zeigt;
  • - Fig. 5 ein Beispiel eines Ablaufdiagramms zur Verwirklichung der Ausführungsform der Fig. 2 zeigt; und
  • - Fig. 6 detailliert für jede Lampe die ausgeführten Operationen zeigt.
  • Zunächst sei in Erinnerung gerufen, daß der pH-Wert einer Lösung sich berechnet nach:
  • pH = pKi + log x/(1-x) (1),
  • wo pKi eine Konstante und x die basische Fraktion der Substanz ist. Dieser Parameter x ist mit dem Absorptionskoeffizienten A der Substanz verbunden über die Beziehung
  • x = A/(c.l.ε) (2),
  • wo c die Konzentration darstellt, 1 die Länge des optischen, von den Strahlen durchlaufenen Wegs und ε der Extinktionskoeffizient der Zelle ist. Der Absorptionskoeffizient läßt sich ausdrücken als Funktion der Stärke des einfallenden Lichtes 11 auf die Zelle und der Stärke Ie bei Austritt, und zwar durch die Beziehung:
  • Die Werte des Absorptionskoeffizienten A sind erheblichen Schwankungen ausgesetzt, wenn man sich allein mit der Messung von Ie aufgrund der Tatsache der Instabilität der Lampe befaßt. Man weiß tatsächlich, daß die Charakteristiken einer solchen Quelle über die Zeit variieren. Die Farbtemperatur beispielsweise kann wegen unterschiedlicher Gründe, zurückzu führen auf die Lampe selbst, variieren: allmähliche Verdampfung des Fadens, Altern des Mantels etc., sowie auf die Instabilität der elektrischen Versorgung. Hieraus folgt eine beachtliche Modifikation der Form des Frequenzspektrums der Quelle. Man sieht beispielsweise, daß die Farbtemperatur der Quelle über die Zeit um mehr als 10% abnehmen kann, was sich umsetzt durch erhebliche Veränderungen der Verhältnisse der den verschiedenen Filtern zugeführten Lichtstärken, und hat somit falsche Messungen zur Folge.
  • Wegen ihres Aufbaus und ihrer Verwirklichungsform ermöglicht es die Vorrichtung nach der Erfindung gerade, von den Variationen der Charakteristiken ihrer Quelle über die Zeit abzusehen.
  • Nach der ersten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung eine Lichtquelle 1, beispielsweise eine Halogenlampe mit Wolframfaden. Das aus der Quelle 1 ausgetretene Licht wird durch einen optischen Teiler 2 in zwei Lichtbündel unterteilt, die vermittels optischer Fasern 11, 12 beispielsweise geführt werden, das erste zu einem optischen Hauptzweig mit einer Quelle 3, die eine reagierende Substanz enthält, deren Farbänderungen man messen kann, gefolgt von einem ersten optischen Verschlußglied 01(4), die zweite zu einem optischen Parallelzweig zur Bildung eines Bündels, das außerhalb der Quelle 3 vorbeigeht. Dieser Parallelzweig umfaßt beispielsweise ein neutrales Filter 5, dessen Durchlaßvermögen im wesentlichen gleich dem mittleren Durchlaßvermögen der Zelle 3 gewählt ist, gefolgt von einem zweiten optischen Zweig 02(6). Die Ausgänge der beiden Umschalter 4, 6 sind mit einem optischen Knoten 7 verbunden.
  • Das aus dem optischen Knoten 7 ausgetretene Lichtbündel, das selektiv aus dem einen oder anderen Zweig stammt, wird ebenfalls durch einen optischen Separator 8 in drei Bündel unterteilt, die durch drei optische Fasern 13, 14, 15 jeweils zu drei Farbfiltern F1, F2, F3 geführt werden. Diese drei Filter lassen jeweils die Wellenlängen 494 nm (L1), 600 nm (L2) und 730 nm (L3) beispielsweise passieren. Das erste, L1, entspricht dem sogenannten isosbestischen Punkt der Farbsubstanz, wo der Absorptionskoeffizient der basischen Fraktion der Substanz gleich seiner sauren Fraktion und damit unabhängig vom Wert des pH ist. Das zweite, L2, ist dasjenige, für das die gefärbte Substanz am meisten auf die Veränderungen des zu messenden Parameters reagiert. Das dritte, L3, entspricht einer Wellenlänge, für die der Absorptionskoeffizient der eingefärbten Substanz keine Veränderung erfährt. Jedes der drei Filter F1, F2, F3 wird beispielsweise durch ein neutrales Filter verdoppelt, dessen Transmissionskoeffizient derart gewählt ist, daß die in den drei Zweigen 13, 14, 15 durchgehenden Leuchtstärken ausgeglichen werden. Nachdem das Licht jeweils die drei gefärbten Filter F1, F2, F3 passiert hat, wird es an drei photoelektrische Detektoren D1, D2, D3 gegeben. Die Signale, die diese liefern, werden an drei Eingänge eines Multiplexers M gelegt.
  • Die Leitung der Vorrichtung wird sichergestellt durch eine Steueranordnung 9, die einen Steuerprozessor 10, eine Erfassungseinheit 11, die mit dem Ausgang des Multiplexers M verbunden ist, und eine Interface-Anordnung 12 für die Steuerung der optischen Verschlußglieder 4, 6 und des Multiplexers M umfaßt. Die Vorrichtung umfaßt noch einen Block zur elektrischen Versorgung 13, beispielsweise einen elektrischen Akkumulator im Fall eines autonomen Betriebs der Vorrichtung, wobei dieser Block mit der Lampe 1 über einen Unterbrecher 11 verbunden ist, der ebenfalls von der Interface-Anordnung 12 gesteuert ist. Bevorzugt umfaßt die Vorrichtung auch eine thermische Sonde 14, die benachbart den Elementen der Vorrichtung angeordnet ist, um die Umgebungstemperatur zu messen, wobei diese Sonde mit einem Eingang des Multiplexers M verbunden ist, sowie ein Voltmeter zum Messen der durch den Versorgungsblock 13 gelieferten Spannung.
  • Ohne Schwierigkeiten kann man in jedem der Zweige 11, 12 das Verschlußglied 01 oder 02 und das zugeordnete Element 3 oder 5 austauschen.
  • Das anzuwendende Meßverfahren ermöglicht eine Abkehr von möglichen Schwankungen der Lichtstärke der Quelle, indem jeder Wert des Absorptionsgrades ausgehend von den von ein und dem gleichen Detektor gemachten Messungen bestimmt wird.
  • Wie die Ablaufdiagramme der Fig. 3 und 4 angeben, umfaßt jeder Meßzyklus zunächst eine Zündung der Lampe 1 durch Schließen des Unterbrechers 14, gefolgt von einer Serie von 8, 12 oder 16 Messungen, sogenannten "Offset"-Messungen, wo man bei geschlossenen Verschlußtüren 01, 02 dann in Folge die Signale der Störung mißt, welche die Detektoren D1, D2, D3 beeinflussen, durch eine sequentielle Steuerung des Multiplexers M, wobei diese Signale durch die Erfassungsanordnung 11 gewonnen und digitalisiert werden. Sind einmal die Störsignale gemessen, so geht man weiter, indem man das Verschlußglied 01 auf eine Folge von Messungen des Lichtes öffnet, das die Zelle 3 auf dem Hauptzweig 11 durchsetzt hat und anschließend durch die Filter F1, F2, F3 filtriert wurde. Durch Öffnen des Verschlußgliedes 02 und entsprechend einer analogen Sequenz geht man dann zur Erfassung von Messungen des einfallenden, aus der Quelle stammenden Lichtes, das das neutrale Filter 5 des Parallelzweigs 12 durchsetzt hat, vor, das dann anschließend durch die Filter F1 bis F3 gegangen ist. Um die vorhergehenden Messungen zu vervollständigen, geht man vorzugsweise zu einer Erfassung der durch das Voltmeter 14 gemessenen Temperatur sowie der elektrischen, an die Lampe 1 gelegten Spannung, gemessen durch das Element 15, über.
  • Ausgehend von Leuchtstärken des über den Hauptzweig, der die Zelle 3 enthält, und über den das neutrale Filter 5 enthaltenden Parallelzweig gehenden Lichtes berechnet man die Absorptionskoeffizienten A1, A2 und A3 entsprechend den drei Wellenlängen der Farbfilter F1 bis F3. Durch Anwendung der Beziehung (2) kann man zeigen, daß man den Wert der basischen Fraktion x der untersuchten Substanz erhält durch die folgende Beziehung:
  • x = k.(A2 - A3)/(A1- A3)
  • wo k eine Konstante ist, und daß aufgrund des eingesetzten Vergleichsverfahrens man völlig frei von jeder Verschlechterung der Charakteristiken der Lampe 1 über den Verlauf der Zeit ist. Der Prozessor 12 kann hieraus beispielsweise den pH- Wert der analysierten Substanz ableiten.
  • Bevorzugt berücksichtigt man die Temperatur und die effektive, an die Lampe 1 gelegte Spannung, derart, daß die Fehler minimiert werden. Man stellt nämlich fest, daß die Meßfehler hinsichtlich der Temperatur von 200C bis 600C in der Größenordnung von 4% liegen. Um diese Veränderungen zu kompensieren, ist der Prozessor 12 so ausgelegt, daß er an die Messungen eine Korrektur als Funktion der Veränderung der Temperatur legt, beispielsweise eine lineare Korrektur.
  • Wenn man noch mehr Meßfehler minimieren will, kann man auch Veränderungen der elektrischen Spannung berücksichtigen (die im Falle einer autonomen Versorgung auf die Entladung des Akkumulators zurückzuführen sind), was zur Folge hat, daß die Leuchtstärke der Lampe 1 variiert werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Veränderungen der Temperatur und der elektrischen Spannung kann man genaue Messungen bis zu 1%o erhalten.
  • Die vorhergehende Ausführungsform ist zweckmäßig, wenn die Zelle einen Farbstoff enthält, der nicht in merklicher Weise dahingehend beeinflußt wird, direkt von der Lampe 1 beleuchtet zu werden und so die Gesamtheit des Lichtspektrums aufzunehmen.
  • Im entgegengesetzten Fall bevorzugt man, die Ausführungsform der Fig. 2 zu benutzen. Hier sind der Hauptzweig 11, gebildet durch die Zelle 3 und das optische Verschlußglied 4, und der Parallelzweig, der beispielsweise ein neutrales Filter ent hält, mit einem optischen Teiler 16 verbunden, der mit einem optischen Wählermittel S mit drei Zweigen I'3, I'4, I'5 verbunden ist. Jeder hiervon umfaßt eine Lampe L1, L2 bzw. L3 analog der Lampe 1 (Fig. 1), die mit dem elektrischen Versorgungsblock 13 jeweils über drei Unterbrecher 12, 13, 14 verbunden sind, die durch den Schnittstellenkreis 12 gesteuert werden. Das Licht dieser drei Lampen wird jeweils durch die drei vorhergehenden Farbfilter F1, F2, F3 gefiltert. Das durch diese drei Filter gefilterte Licht wird über einen optischen Knoten 17 zum Eingang des optischen Separators 16 geleitet. Das aus den zwei Zweigen 11, 12 stammende Licht wird an einen einzigen photoelektrischen Detektor D gelegt. Eine Temperatursonde 14 ist ebenfalls mit dem Eingang der Erfassungseinheit 11 vermittels eines Unterbrechers 15 verbunden, der durch die Schnittstellenanordnung 12 gesteuert wird. Darüber hinaus ist ein Voltmeter 15, das die elektrische, an die Lampe L1 bis L3 gelegte Spannung mißt, zwischen diese und den Versorgungsblock 13 zwischengeschaltet, das Signal des Voltmeters wird an die Erfassungseinheit 11 vermittels eines Unterbrechers 16 gelegt.
  • Mit dieser Ausführungsform umfaßt jeder Meßzyklus (Fig. 5, 6) drei identische Folgen, die nacheinander die Lampen L1, L2 und L3 in Gang setzen. Jede der sukzessiven Folgen umfaßt das Zünden der entsprechenden Lampe, L1 für die erste beispielsweise, und, bei geschlossenen Verschlußgliedern 01 und 02, erhält man das durch den einzigen photoelektrischen Detektor D gelieferte Signal in Abwesenheit von Licht (Offset-Spannung). In einem ersten Zeitintervall des Öffnens des Verschlußgliedes 01 realisiert man mehrere Folgemessungen des Signals des Detektors D. Der vorhergehende Vorgang wird durch die Lampen L2 und L3 nacheinander reproduziert. Jede Folge endet mit einer Erfassung der elektrischen, durch das Voltmeter 15 gemessenen Spannung. Nach den vorhergehenden drei Folgen beendet man jeden Zyklus durch eine Erfassung der durch den Meßwertgeber 14 gemessenen Umgebungstemperatur. Wie vorher, kombiniert man die Messungen der Leuchtstärke, um die Werte des Absorptionskoeffizienten A1 bis A3 zu erhalten und hieraus beispielsweise den pH-Wert der in der Zelle 3 enthaltenen Lösung abzuleiten.
  • Die verschiedenen Zweige oder optischen Wege, die es ermöglichen, das Licht durch die Zelle 3, das neutrale Filter 5 und die Farbfilter zu leiten, können gebildet werden durch optische Fasern, sie können aber genausogut durch optische übliche Konvergenz- oder Divergenzmittel erhalten werden (sogenannte "Luft"-Optik).
  • Der Rahmen der Erfindung wird nicht verlassen, wenn man das verwendete neutrale Filter zur Bildung des Bezugsmediums ersetzt durch eine Zelle analog zur Zelle 3, die jedoch eine neutrale Substanz enthält, die derart gewählt ist, daß der Absorptionskoeffizient dieser Parallelzelle gleich dem mittleren Absorptionskoeffizienten der Hauptzelle wird.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur optischen Messung der Veränderungen einer reagierenden in einer transparenten Zelle (3) enthaltenen Substanz, umfassend: wenigstens eine Lichtquelle (1); einen ersten optischen Zweig und einen zweiten optischen Zweig, die parallel geschaltet sind und selektiv den Durchgang des durch die Zelle (3) und außerhalb dieser einfallenden Lichtes ermöglichen; ein optisches System zur Bildung der Strahlen, die den ersten oder den zweiten optischen Zweig durchsetzt haben, sowie ein selektives optisches Filter (F1, F2, F3) darunter eine Anordnung von drei zentrierten selektiven Filtern, das erste über eine erste Wellenlänge entsprechend dem isosbestischen Punkt der reagierenden Substanz, das zweite über eine Wellenlänge in einem Teil des Lichtspektrums, wo die Substanz am empfindlichsten ist, und das dritte in einem anderen Teil des Spektrums, wo die Substanz am wenigstens empfindlich ist; Meßmittel (D, D1-D3) für die Stärke des Lichtes, das das optische System durchsetzt hat; eine Steueranordnung (9); Selektionsmittel, die durch diese Steueranordnung geregelt sind und ein Block zur elektrischen Versorgung (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Selektionsmittel aus zwei optischen Verschlußgliedern (01, 02), die jeweils im ersten Zweig und dem zweiten Zweig angeordnet sind, sowie Mitteln zur elektrischen Umschaltung (M, I2-I4) gebildet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung (9) einen Steuerprozessor (10), eine Erfassungseinheit (11) für Meßsignale für die Leuchtdichte und eine Schnittstellenanordnung (12) zum Regeln dieser Selektionsmittel umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine einzige Lichtquelle (1) umfaßt, welche die zwei Zweige beleuchtet, und daß das optische System Abzweigungsmittel (7, 8) umfaßt, um zu den drei Filtern die Lichtstrahlen zu leiten, welche den ersten oder den zweiten Zweig durchsetzt haben, wobei die Meßmittel drei Detektoren (D1, D2, D3) umfassen, um das Licht zu messen, das durch die drei Filter gegangen ist, und daß die Mittel zur elektrischen Umschaltung Elemente (M) umfassen, um intermitierend diese Detektoren mit dieser Steueranordnung zu verbinden, und einen Umschalter (I1) um die Lampe mit dem Block zur elektrischen Versorgung intermitierend zu verbinden.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie drei Lichtquellen (L1, L2, L3) umfaßt, das optische System Abzweigungsmittel (I'3, I'4, I S), um das Licht aus diesen Quellen jeweils durch diese drei selektiven Filter zu leiten und Teilermittel (16, 17) umfaßt, um das gefilterte Licht dem ersten und zweiten Zweig zuzuführen, wobei die Meßmittel einen einzigen Detektor (D) umfassen, um das aus einem der beiden Zweige hervorgehende Licht zu messen, und die Mittel zur elektrischen Umschaltung Elemente (I1- I3) zur selektiven Versorgung einer der drei Lichtquellen umfassen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (14) zum Messen der Umgebungstemperatur umfaßt, die mit der Steueranordnung über die Mittel zur elektrischen Umschaltung (M, I5) verbunden sein können.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (15) zum Messen der elektrischen Versorgungsspannung jeder Lampe umfaßt, die mit der Steueranordnung über die Mittel (I1-I4) zur elektrischen Umschaltung verbunden sein können.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite optische Zweig ein neutrales Filter (5) umfaßt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zweite optische Zweig eine weitere Zelle umfaßt, die im wesentlichen identisch zur Zelle ist und eine neutrale Substanz enthält.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erste Zweig und dieser zweite Zweig je wenigstens ein optisches Filter umfaßt.
10. Verfahren zum Einsatz der Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die selbsttätige Durchführung von Meßzyklen unter der Regelung der Steueranordnung umfaßt, von denen jeder aufweist:
- einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das die Zelle nacheinander durchsetzt hat, durch die drei Filter leitet, und bei dem man die ermittelten Werte der aus den drei Filtern stammenden Leuchtstärken erfaßt;
- einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das den zweiten optischen Zweig nacheinander durchsetzt hat, durch die drei Filter leitet, und man ebenfalls die ermittelten Werte der aus den drei Filtern stammenden Leuchtstärken erfaßt; und
- man Charakteristiken der reagierenden Substanz durch eine Kombination der Stärkenwerte bestimmt, die durch jeden Detektor, jeweils während der beiden vorhergehenden Schritte gemessen wurden.
11. Verfahren zum Einsatz der Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es die selbsttätige Durchführung von Meßzyklen unter der Regelung der Steueranordnung umfaßt, die jeweils aufweisen:
- einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das nacheinander die drei Filter durchsetzt hat, zur Zelle leitet, welche die reagierende Substanz enthält, und man die durch den Detektor (D) ermittelten Werte erfaßt;
- einen Meßschritt, bei dem man das Licht, das nacheinander die drei Filter durchsetzt hat, zum zweiten optischen Zweig leitet, und man auch die durch den Detektor (D) ermittelten Werte erfaßt; und
- man Charakteristiken der reagierenden Substanz durch eine Kombination der durch den Detektor gemessenen und aus der gleichen Lampe stammenden Stärkenwerte bestimmt.
DE69413331T 1993-02-09 1994-01-31 Verbessertes gerät und verfahren zur optischen messung der eigenschaften einer substanz Expired - Fee Related DE69413331T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9301513A FR2701318B1 (fr) 1993-02-09 1993-02-09 Dispositif perfectionné et méthode pour mesurer optiquement des caractéristiques d'une substance.
PCT/FR1994/000120 WO1994018543A1 (fr) 1993-02-09 1994-01-31 Dispositif perfectionne et methode pour mesurer optiquement des caracteristiques d'une substance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69413331D1 DE69413331D1 (de) 1998-10-22
DE69413331T2 true DE69413331T2 (de) 1999-02-11

Family

ID=9443941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69413331T Expired - Fee Related DE69413331T2 (de) 1993-02-09 1994-01-31 Verbessertes gerät und verfahren zur optischen messung der eigenschaften einer substanz

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5680220A (de)
EP (1) EP0635127B1 (de)
JP (1) JPH08501394A (de)
CA (1) CA2117789A1 (de)
DE (1) DE69413331T2 (de)
FR (1) FR2701318B1 (de)
WO (1) WO1994018543A1 (de)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2738064B1 (fr) * 1995-08-21 1997-11-07 Inst Francais Du Petrole Dispositif perfectionne et methode pour mesurer optiquement des caracteristiques d'une substance
FR2738065B1 (fr) * 1995-08-21 1997-11-07 Inst Francais Du Petrole Dispositif perfectionne et methode pour mesurer optiquement des caracteristiques d'une substance
US5818575A (en) * 1997-04-30 1998-10-06 Svg Lithography Systems, Inc. Lamp stablity diagnostic system
US6093292A (en) * 1997-06-17 2000-07-25 Shimadzu Corporation Electrolyte producing apparatus with monitoring device
JPH11319834A (ja) * 1997-06-17 1999-11-24 Shimadzu Corp 電解水製造装置
US6271920B1 (en) 1997-12-19 2001-08-07 Chromatics Color Sciences International, Inc. Methods and apparatus for color calibration and verification
JP2000121440A (ja) * 1998-10-15 2000-04-28 Keyence Corp 色識別装置
US6155489A (en) * 1998-11-10 2000-12-05 Ncr Corporation Item checkout device including a bar code data collector and a produce data collector
US6332573B1 (en) 1998-11-10 2001-12-25 Ncr Corporation Produce data collector and produce recognition system
US6431446B1 (en) 1999-07-28 2002-08-13 Ncr Corporation Produce recognition system and method
US6601767B1 (en) * 2000-08-16 2003-08-05 Ncr Corporation Ambient light sensing apparatus and method for a produce data collector
CN1257405C (zh) 2001-01-26 2006-05-24 比奥卡尔技术公司 多通道生物分离***中的光学检测
US6836362B2 (en) 2001-05-14 2004-12-28 General Electric Company Method for the rapid determination of the optical quality of combinatorial libraries
US6870165B2 (en) * 2001-10-19 2005-03-22 Biocal Technology, Inc. Multi-color multiplexed analysis in a bio-separation system
FR2834402B1 (fr) * 2002-01-03 2005-03-11 Cit Alcatel Dispositif de commutation optique et procede de commande de ce dispositif
US7132644B2 (en) * 2003-10-02 2006-11-07 Mazet Gmbh Photo sensor for standardized color measurement
WO2006014688A2 (en) * 2004-07-20 2006-02-09 Neptec Optical Solutions. Inc. Optical monitoring system with molecular filters
JP2008507730A (ja) * 2004-07-20 2008-03-13 ネプテック・オプティカル・ソリューションズ・インコーポレイテッド 回転光学スイッチ
WO2006020292A2 (en) * 2004-07-20 2006-02-23 Prescient Medical, Inc. Systems and methods for medical interventional optical monitoring with molecular filters
US7351245B2 (en) * 2004-09-21 2008-04-01 Bernice Joy Rozinsky Apparatus and method for dislodging object from throat
FR2876791B1 (fr) * 2004-10-19 2007-02-16 Micro Module Sarl Multimetre electro-optique
US7639361B2 (en) * 2007-05-14 2009-12-29 Watkins Manufacturing Corporation Apparatus for measuring chemical levels using pH shift
US7671994B2 (en) * 2007-05-14 2010-03-02 Watkins Manufacturing Corporation Method for measuring chemical levels using pH shift
US10746653B2 (en) * 2011-04-26 2020-08-18 Ecolab Usa Inc. Fluid property determination based on partial least squares analysis
US11692932B2 (en) 2020-12-12 2023-07-04 Blue Sky Measurements, Inc. Methane monitoring and detection apparatus and methods

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3292484A (en) * 1961-12-21 1966-12-20 Rca Corp Apparatus for monitoring spectral characteristics of substances
DE2114064C3 (de) * 1971-03-23 1974-11-28 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Fotometer zum Bestimmen des Sauerstoffgehaltes von Blut
DE2122655A1 (de) * 1971-05-07 1972-11-30 Max Planck Gesellschaft Absorptionsoptische Einrichtung zum Bestimmen der Konzentration eines Bestandteils einer Substanzmischung
US3999864A (en) * 1975-11-17 1976-12-28 International Business Machines Corporation Gloss measuring instrument
US4125329A (en) * 1976-09-07 1978-11-14 Sterndent Corporation Tristimulus colorimeter
US4367041A (en) * 1980-08-25 1983-01-04 Micromeritics Instrument Corporation Chromatograph detection system
US4381894A (en) * 1980-11-06 1983-05-03 Inficon Leybold-Heraeus, Inc. Deposition monitor and control system
IT1172646B (it) * 1983-09-21 1987-06-18 M S Sistemi Automatici Srl Apparato per rilevare la colorazione di corpi piani in movimento ed atto ad elaborare dei segnali elettrici che variano in funzione della qualita del colore dei detti corpi apparato particolarmente adatto per automatizzare la scelta delle mattonelle di ceramica all'atto della produzione
DE69103714T2 (de) * 1990-10-01 1995-04-20 Eastman Kodak Co Spektralphotometer mit Mitteln zur gleichzeitigen Modulierung, Umschaltung und Wellenlängenauswahl einer Lichtquelle.
US5386295A (en) * 1990-10-01 1995-01-31 Eastman Kodak Company Postacquired spectrophotometers
US5387977A (en) * 1991-09-04 1995-02-07 X-Rite, Incorporated Multiangular color measuring apparatus
EP0533333A3 (en) * 1991-09-19 1993-07-28 Texaco Development Corporation Optical photometry system

Also Published As

Publication number Publication date
WO1994018543A1 (fr) 1994-08-18
DE69413331D1 (de) 1998-10-22
JPH08501394A (ja) 1996-02-13
CA2117789A1 (fr) 1994-08-18
EP0635127A1 (de) 1995-01-25
FR2701318A1 (fr) 1994-08-12
US5680220A (en) 1997-10-21
EP0635127B1 (de) 1998-09-16
FR2701318B1 (fr) 1995-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69413331T2 (de) Verbessertes gerät und verfahren zur optischen messung der eigenschaften einer substanz
DE2727976C3 (de) Vorrichtung zur Messung der Konzentration mindestens einer Komponente eines Gasgemisches und Verfahren zum Eichen derselben
DE2642170C2 (de) Spektrophotometer
EP0174496B1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Strahlungswellenlänge und der wellenlängenkorrigierten Strahlungsleistung monochromatischer Lichtquellen, sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE3608122A1 (de) Messvorrichtung zur analyse der abgaszusammensetzung von brennkraftmaschinen und verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung
DE3020729C2 (de) Verfahren zum Erfassen der Positionen von Proben auf einem Träger
DE68921249T2 (de) Mikroskop-Spektralgerät.
DE3937141A1 (de) Nichtdispersiver infrarot-gasanalysator zur gleichzeitigen messung der konzentration mehrerer komponenten einer gasprobe
DE4330460A1 (de) Vorrichtung zur Untersuchung von Gewebe mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen
DE2817333A1 (de) Photometrische vorrichtung
DE4441023C2 (de) Gasanalysator nach dem Kreuzmodulations-Modus
DE3886308T2 (de) Spektralphotometer.
DE3541165C2 (de)
WO1999061894A1 (de) Vorrichtung zur detektion von substanzen in fluider phase
DE3106441C2 (de) Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Elementen durch Zeeman-Atomabsorptionsspektrometrie und Zeeman-Atomabsorptionsspektrometer
DE4111187C2 (de) Verfahren zur Messung des optischen Absorptionsvermögens von Proben unter Eliminierung des Anzeigefehlers hinsichtlich gas-physikalischer Eigenschaften und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP0670485B1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Extinktion oder Transmission und Photometer
EP0902272A2 (de) Atomabsorptionsspektrometer
DE4240301A1 (de)
DE3007453A1 (de) Spektralphotometer fuer die doppelwellenlaengen-spektrophometrie
DE102018204744A1 (de) Chemische Analysevorrichtung zur Messung der Ionenkonzentration eines Elektrolyten und Verfahren zu ihrem Betrieb
EP3130912B1 (de) Verfahren zur bestimmung der konzentration einer gaskomponente und spektrometer dafür
WO1995003736A1 (de) Vorrichtung zum bestimmen der konzentration von stoffen im blut
EP0538664B1 (de) Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der durch physikalische bzw. chemische Effekte hervorgerufenen optischen Spektralverschiebung
DE19922277A1 (de) Pyrometersystem

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8328 Change in the person/name/address of the agent

Representative=s name: VONNEMANN, KLOIBER & KOLLEGEN, 80796 MUENCHEN

8339 Ceased/non-payment of the annual fee