FI67625B - Foerfarande foer eliminering av maetningsfel vid fotometeranalys - Google Patents

Description

67625

MENETELMÄ MITTAUSVIRHEIDEN ELIMINOIMISEKSI FOTOMETRIANALYYSISSA - FÖRFARANDE FÖR ELIMINERlNG AV MÄTNINGSFEL VID FOTOMETERANALYS

5 Keksinnön kohteena on menetelmä lämpötilan, ilmanpaineen ja/tai häiritsevän ainekomponentin tai vastaavan parametrin vaikutuksen eliminoimiseksi fotometrianalyysissa, jossa aikaansaadaan ns. pimeä signaali, jolloin lähetetyn säteilyn pääsy detektoitavaksi on estetty, referenssillä signaali yhtä tai useampaa mitattavaa ainekomponenttia varten, johon referenssisignaaliin kyseinen mitattava ainekomponentti ei vaikuta, sekä kutakin mitattavaa ainekomponenttia varten mittaussignaali, joka edustaa mitattavan ainekomponentin määrää.

15

Tunnetuissa fotometriperiaatteella toimivissa analyysi-laitteissa käytetään yleisesti vertailevaa mittausperiaatetta, ts. muodostetaan yleensä samalla detektorilla referenssisignaali, johon mitattava komponentti ei 20 vaikuta, ja mittaussignaali, joka on riippuvainen mitattavasta aineesta. Nämä signaalit muodostetaan yleensä joko käyttämällä kahta eri tietä kulkevaa valonsädettä, joista toisen tiellä on mitattavasta aineesta puhdistettu kammio (referenssi) ja toisen tiellä 25 mitattavaa ainetta sisältävä näytekammio (mittaus), tai toisaalta kahta eri optista suodinta, joista toinen päästää lävitseen aallonpituutta, jota mitattava aine ei absorboi (referenssi), ja toinen taas aallonpituutta, jolle mitattava aine aiheuttaa huomattavan absorption 30 (mittaus). Lisäksi aikaansaadaan piraeäsignaali, jolloin mittaukseen käytetyn säteilyn pääsy detektorille on kokonaan estetty. Yleensä näissä laitteissa on automaattinen vahvistuksensäätöpiiri, joka säätää referenssisignaalin samansuuruiseksi kuin laitteessa 35 muodostettu kiinteä vertailujännite.

Yleisenä ongelmana fotometrianalysaattoreissa on se, että eri aineet vaikuttavat mittaustulokseen samalla aallon- 2 67625 pituudella. Tämä johtuu kahdesta eri seikasta: ensinnäkin tällaisten aineiden absorptiospektrit ovat osittain päällekkäiset, joten ne absorboivat samoja aallonpituuksia, ja toiseksi aineet vaikuttavat toistensa 5 absorptio-ominaisuuksiin (ns. collision broadening).

Ensinmainitun häiriöefektin kompensoimiseksi on esitetty menetelmä esim. US-patentissa no. 3790797. Jälkimmäisessä tapauksessa kuitenkin on kyseessä ilmiö, joka vaikuttaa laitteen herkkyyteen mitattavalle aineelle, joten sen 10 kompensointi mainitussa patentissa esitetyllä tavalla vaatisi kalliita ja monimutkaisia piiriratkaisuja kuten kertojapiirejä.

Myös ympäristön lämpötilan muutokset aiheuttavat 15 muutoksia laitteen herkkyyteen. Tämä on mahdollista eliminoida stabiloimalla mittausyksikön lämpötila. Tähän vaaditaan kuitenkin suuri lämmitysteho, ja koska lämpötila on vakioitava korkeimman ympäristölämpötilan yläpuolelle, joudutaan käyttämään kalliita jäähdytettyjä 20 infrapunadetektoreja. Toinen tapa on kompensoida lämpö-ryömintä kytkemällä lämpötilasta riippuva vastus vahvistimen takaisinkytkentäpiiriin. Tämä tapa on helposti toteutettavissa kun analysoidaan yhtä ainetta. Sen sijaan useamman aineen analysaattoreissa vaaditaan 25 oma lämpötilanmittausvastus kutakin ainetta varten. Koska nämä vastukset on asennettava mekaanisesti mittausyksikön yhteyteen, tulee myös johdotus moninkertaiseksi. Lisäksi yhdellä elektronisella kytkennällä voidaan kompensoida yleensä vain yhdensuuntaista ryömintää, joten mikäli 30 laitteissa esiintyvän ryöminnän suunta vaihtelee, virityksestä tulee hankala ja aikaavievä.

Kolmas ongelmia aiheuttava tekijä on mitattavan kaasun paine, joka muuttaa lukemia siten, että tietty paineen 35 muutos aiheuttaa tyypillisesti 1,5...1,8 -kertaisen suhteellisen muutoksen laitteen antosignaaliin. Paine-kompensoinnin suorittaminen tunnetulla tavalla lähtö-signaalille vaatii kalliiden ja hankalien kertojapiirien 3 67625 käyttöä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jonka avulla lämpötilan, ilmanpaineen ja/tai häiritsevän aine-5 komponentin tai jonkin vastaavan mittausta häiritsevän parametrin vaikutus voidaan eliminoida fotometri-analyysissa tunnettuja tapoja olennaisesti yksinkertaisemmalla ja edullisemmalla tavalla ja joka erityisen hyvin soveltuu myös useamman ainekomponentin, 10 varsinkin hengitys- ja anestesiakaasujen, fotometri-analyysiin. Mainituissa hengitys- ja anestesiakaasu-mittaussovellutuksissa on nimittäin ongelmana saada laitteisto käyttökuntoon mahdollisimman pian, niin että mittaukset ovat periaatteessa heti suoritettavissa 15 riittävällä tarkkuudella, jolloin edellä mainitut stabilointiongelmat tulevat selvemmin esiin. Toisaalta esimerkiksi CC>2-kaasu ja N2O eli ilokaasu vaikuttavat toistensa absorptioon, joten mainitunlaisissa sovellutuksissa tällainen mitattavien aineiden 20 keskinäinen vaikutus on tarpeen korjata.

Keksintö on tunnettu siitä, että kun jokin edellä tarkoitettu parametri muuttuu, aikaansaadaan muutosta vastaava ohjaussignaali, jonka avulla referenssisignaa-25 Iin ja pimeän signaalin erotusta korjataan siten, että korjaus vastaa tunnettua tai kokemusperäisesti määritettyä mainitun parametrin muutoksen mittaussignaalin ja referenssisignaalin erotukseen aiheuttamaa virhettä. Käytännössä tämä voi tapahtua esimerkiksi aikaansaamalla 30 lämpötilaan, ilmanpaineeseen ja/tai häiritsevän aine-komponentin pitoisuuteen tms· tekijään verrannollinen tasajännitesignaali, joka sopivasti vaimennettuna ja mahdollisesti invertoituna summataan signaalien vahvistukaensäätöpiirin vertailujännitteeseen 35 referenssisignaalin ja pimeä- eli nollasignaalin välisen erotuksen muuttamiseksi tarpeen mukaan. Keksinnön avulla voidaan esimerkiksi lämpötilakorapensointi suorittaa yhdellä termistorilla mielivaltaiselle määrälle eri 67625 4 ainekomponenttien mittauksia, joten säätö saadaan mahdollisimman yksinkertaiseksi. Kaikki kompensoinnit voidaan suorittaa suoraan peruskytkennässä vähäisin komponenttilisäyksin ja lisäksi voidaan käyttää 5 kustannuksiltaan edullisia standardikomponentteja, koska summaus on kertomista huomattavasti yksinkertaisempi toimenpide analogiatekniikalla.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten 10 oheiseen piirustukseen, jonka ainoa kuvio esittää kaaviona erästä ratkaisua keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi.

Kuvion 1 mukaisesti infrapunalamppu 1 lähettää säteilyä 15 kammioihin 2, joista toinen sisältää mitattavaa kaasua, johon kuuluu mitattavat komponentit ja X9, ja toinen on referenssikammio, josta mainitut kaasukomponentit ja X2 on poistettu. Pyörivä säteilynkatkojakiekko 3 sisältää erilaiset suotimet komponenteille X·^ ja X2 20 siten, että komponentin Xi suodin päästää läpi säteilyn aallonpituutta, joka absorboi huomattavasti komponenttia Xj_, mutta mahdollisimman vähän komponenttia X2, ja komponentin X? suodin vastaavasti päästää läpi säteilyn aallonpituutta, joka absorboi huomattavasti komponenttia 25 X2, mutta mahdollisimman huonosti komponenttia .

Katkojakiekko 3 on järjestetty päästämään säteilyä vuoronperään eri kammioiden 2 ja eri suotimien läpi detektorille 4 siten, että detektorilta saadaan pimeä-30 tai nollatasoa edustava signaali, jolloin kiekko 3 ei päästä säteilyä läpi, referenssisignaali, komponentin X^ mittaussignaali ja komponentin X2 mittaussignaali. Ohjaussignaalin 5 avulla synkronointipiiriin 6 syötetään tieto katkojakiekon 3 asennosta ja siis siitä, mitä 35 signaalia detektori 4 kulloinkin havaitsee ja syöttää eteenpäin. Kumpaakin komponenttia X^ ja X2 varten on oma mittari Mj^ ja ja näitä varten oma synkroni-ilmaisin-piiri ja S2, joiden toimintaa synkronointipiiri 6 5 67625 tahdistaa ja ohjaa siten, että ne ilmaisevat oikeaa komponenttia koskevat mittaus- ja referenssisignaalit. Katkojakiekon 3 suodinjärjestelystä riippuu, aikaan-saadaanko komponenteille X·^ ja X2 oma referenssisignaali. 5 Näin tapahtuu silloin, kun referenssikammion kautta kulkenut säteily ohjataan myös komponenttien X^ ja X2 suotimien läpi.

Analysaattoriin kuuluvat myös välineet T, joilla aikaan-saadaan lämpötilaan verrannollinen tasajännitesignaali, ja välineet P, joilla aikaansaadaan vastaavasti ilmanpaineeseen verrannollinen tasajännitesignaali. Nämä syötetään summauspiireihin 7, joiden antamilla ohjaussignaaleilla 8 kompensoidaan mainittujen parametrien 1 5 muutosten mittaussignaaleihm aiheuttamaa virhettä korjaamalla referenssisignaalin ja pimeäsignaalin erotusta ja muuttamalla signaalinvahvistinten 9 aikaansaamaa vahvistusta.

20 .

Siltä varalta, että mitattavat komponentit X^ 3a X2 vaikuttavat toistensa absorptio-ominaisuuksiin, synkroni- ilmaisinten ja S2 ulostulo 10 on kytketty myös mainittuihin summauspiireihin 7, niin että mainittu vaikutus tulee myös kompensoitua lämpötilan ja ilman- 25 ......

paineen Iisaksi.

Keksintöä voidaan luonnollisesti soveltaa myös muunlaisissa analysaattorijärjestelyissä ilman katkojakiekkoa ja käyttämällä eri detektoreja eri komponeteille. Myös 30 . .

mitattavia komponentteja voi olla useampia kuin kaksi tai yhtähyvin yksi ainoa. Keksintö ei siis millään tavoin ole rajoitettu esitettyyn sovellusmuotoon vaan useita muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

35

Claims (4)

6 67625

1. Menetelmä lämpötilan, ilmanpaineen ja/tai häiritsevän ainekomponentin tai vastaavan parametrin vaikutuksen eli-5 minoimiseksi fotometrianalyysissä, jossa aikaansaadaan ns. pimeä signaali, jolloin lähetetyn säteilyn pääsy de-tektoitavaksi on estetty, referenssisignaali yhtä tai useampaa mitattavaa ainekomponenttia varten, johon refe-renssisignaaliin kyseinen mitattava ainekomponentti ei 10 vaikuta sekä kutakin mitattavaa ainekomponenttia varten mittaus-signaali, joka edustaa mitattavan ainekomponentin määrää, tunnettu siitä, että kun jokin edellä tarkoitettu parametri muuttuu, aikaansaadaan muutosta vastaava ohjaussignaali, jonka avulla referenssisignaa- 15 iin ja pimeän signaalin erotusta korjataan siten, että korjaus vastaa tunnettua tai kokemusperäisesti määritettyä mainitun parametrin muutoksen mittaussignaalin ja referenssisignaalin erotukseen aiheuttamaa virhettä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että mainitut perussignaalit vahvistetaan, ja että mainittu parametrin muutokseen verrannollinen ohjaussignaali summataan mainittujen signaalien vahvistamista ohjaavaan kiinteään perusjännitteeseen. 25

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksi mitattavista ainekom-ponenteista on hiilidioksidi.

4. Jonkin yllä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattaviin ai-nekomponentteihin kuuluvat ^0 ja/tai yksi tai useampia anestesiakaasuja.