DE19652513A1 - Küvette, Transferoptik und Spektroskopievorrichtung für die Absorptionsspektroskopie von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Küvette für die Absorptionsspektroskopie von Gasen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine zugehörige optische Vorrichtung, die sogenannte Transferoptik, zum Leiten eines angebotenen Meßlichts zu der Küvette und von der Küvette zu einem Detektorsystem und eine Spektroskopievorrichtung, welche eine derartige Küvette mit Transferoptik, eine Lichtquelle für das Meßlicht und ein Detektorsystem enthält und betrifft ferner deren Verwendung.

Unter dem Begriff "Gase" sind hier sowohl einzelne, reine Gase und/oder Dämpfe als auch Mischungen zu verstehen, die aus einzelnen, reinen Gasen und/oder Dämpfen bestehen. Mit der Bezeichnung "Dämpfe" sind hier gasförmige, kondensierbare Substanzen gemeint, die nur aus einer einzigen Phase bestehen. Diese einzelnen, reinen Gase und/oder Dämpfe werden im folgenden auch als "Komponenten" des Gases bezeichnet.

Bei der Absorptionsspektroskopie von Gasen wird der Strahl eines Meßlichts durch eine Küvette geleitet, die das zu analysierende Gas enthält. Das Gas durchströmt dabei in der Regel die Küvette. Nach seinem Austritt aus der Küvette wird das Meßlicht zu einem Detektorsystem geleitet, welches den durch Absorption bei verschiedenen Wellenlängen hervorgerufenen Intensitätsverlust des Meßlichts detektiert. Für eine relativ geringe Absorbanz, das bedeutet ein relativ geringes Absorptionsvermögen und damit einen relativ geringen Intensitätsverlust des Meßlichts beim Durchdringen des Gases, ist eine relativ große Absorptionsweglänge erforderlich, damit überhaupt ein detektierbares Meßsignal entsteht. Unter dem Begriff "Absorptionsweglänge" soll im folgenden die Summe der Längen aller optischen Wegstrecken verstanden werden, die ein die Küvette durchlaufender Lichtstrahl in dem zu vermessenden Gas zurücklegt.

Eine relativ große Absorptionsweglänge kann beispielsweise mit der bekannten Anordnung nach White (J. Opt. Soc. Amer. 32 (1942), 285) erreicht werden. Diese Anordnung legt den Strahlengang durch eine Küvette so fest, daß der Lichtstrahl zwischen einem Feldspiegel und zwei Objektspiegeln an den beiden Enden der Küvette hin- und herreflektiert wird. Durch Verstellen mindestens eines Objektspiegels läßt sich die Anzahl der Reflexionen ändern, so daß die Absorptionsweglänge in Inkrementen von der Größe der vierfachen optischen Basislänge der optischen Anordnung variabel ist.

Die richtige Wahl der Absorptionsweglänge ist insbesondere für die quantitative Bestimmung der Komponenten eines Gasgemisches wesentlich, da einerseits bei zu kleiner Absorptionsweglänge kein sinnvoll analysierbares Meßsignal detektiert werden kann und andererseits die Absorptionsweglänge so groß sein kann, daß eine Totalabsorption auftritt. Der Grad der Absorption ist nämlich unter anderem von der Konzentration des absorbierenden Gases abhängig, so daß für verschiedene Konzentrationsbereiche verschiedene Absorptionsweglängen verwendet werden müssen.

Bei den bekannten Küvetten treten Probleme auf, wenn in einem zu analysierenden Gas Komponenten mit stark unterschiedlicher Konzentration und/oder stark unterschiedlicher Absorbanz vorhanden sind. Wird die Absorptionsweglänge so gewählt, daß auch kleine Konzentrationen und/oder Absorbanzen erfaßt werden, tritt in Teilen des Spektrums oft eine Totalabsorption aufgrund der Komponenten mit einer großen Konzentration und/oder Absorbanz auf, so daß in diesen Bereichen eine sinnvolle Messung nicht möglich ist. Wird umgekehrt die Absorptionsweglänge so gewählt, daß die Komponenten mit einer hohen Konzentration und/oder Absorbanz analysiert werden können, sind die Signale von Komponenten mit kleinen Konzentrationen oder Absorbanzen zu gering, um noch vom Detektorsystem erfaßt zu werden. Derartige Gase konnten daher bislang nur durch mehrere, getrennte Messungen zufriedenstellend analysiert werden, wobei dann meistens zwischen einzelnen Messungen die Küvette ausgewechselt werden mußte. Diese Probleme treten sowohl bei einer quantitativen Messung als auch bei einer qualitativen Messung auf, wobei insbesondere für eine sinnvolle quantitative Messung ein hinreichend gutes Meßsignal Voraussetzung ist.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Küvette für die Absorptionsspektroskopie von Gasen zu schaffen, welche eine relativ einfache qualitative und quantitative Bestimmung von Gasen, insbesondere von Gasen mit Komponenten stark unterschiedlicher Konzentrationen und/oder Absorbanzen, ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Transferoptik und eine entsprechende Spektroskopievorrichtung zu schaffen sowie deren Verwendung vorzusehen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Küvette gemäß Anspruch 1, eine Transferoptik nach Anspruch 8 und eine Spektroskopievorrichtung nach Anspruch 19 sowie eine Verwendung gemäß Anspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Küvette gemäß der Erfindung ist mit einer ersten optischen Einrichtung zum Führen von Meßlicht durch die Küvette, welche einen ersten Strahlengang durch die Küvette festlegt und einer zweiten optischen Einrichtung, welche einen zweiten Strahlengang durch die Küvette festlegt, versehen, wobei die erste Absorptionsweglänge für Strahlen des Meßlichts, die entsprechend dem ersten Strahlengang durch die Küvette laufen, größer ist als die zweite Absorptionsweglänge für Strahlen des Meßlichts, die entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette laufen. Unter den Begriffen "erster Strahlengang" und "zweiter Strahlengang" sind hier zwei prinzipielle, voneinander zunächst unabhängige Strahlengänge durch die Küvette gemeint. Dadurch, daß mit nur einer Küvette die Absorption gleichzeitig bei einer relativ geringen Absorptionsweglänge und bei einer relativ großen Absorptionsweglänge gemessen werden kann, können Komponenten eines Gases mit relativ stark unterschiedlichen Absorbanzen und/oder Konzentrationen erfaßt werden, ohne die Küvette auszutauschen.

Die Küvette wird vorzugsweise vom zu messenden Gas durchströmt. Es ist ferner vorgesehen, daß die Einrichtungen zum Durchströmen des Gases ein Evakuieren oder Spülen in beliebiger Reihenfolge zur Konditionierung der Küvette, beispielsweise mit einem Inertgas, gestatten.

Die Absorptionsweglängen des ersten und zweiten Strahlengangs werden so festgelegt, daß sie sich mindestens um einen Faktor 4, typischerweise mindestens um einen Faktor 10, unterscheiden. Es ist möglich, die beiden Absorptionsweglängen zum Beispiel so zu wählen, daß im zweiten Strahlengang kein Absorptionssignal und eine meßbare Absorption im ersten Strahlengang auftritt.

Die optische Anordnung, welche den ersten Strahlengang durch die Küvette festlegt, entspricht vorzugsweise prinzipiell der optischen Anordnung nach White. Diese Anordnung findet ihre konkrete, optimierte Verwirklichung beispielsweise bei einer Küvette aus Quarz mit einem quasi-ovalen Querschnitt der Dr. Bastian GmbH FWT. Vorzugsweise können das erste Lichteinlaßfenster und das erste Lichtauslaßfenster an dem Flansch angeordnet sein, der den Feldspiegel der Anordnung nach White aufnimmt. Als Werkstoff für diese Küvettenfenster kann beispielsweise KBr verwendet werden. Eine gasdichte Anordnung der Küvettenfenster an der Küvette kann beispielsweise durch spezielle Flanschen und elastisches Dichtungsmaterial erfolgen. Um mehr als nur zwei Konzentrationsbereiche und/oder Absorbanzbereiche abzudecken, kann die erfindungsgemäße Küvette auch mehr als zwei unterschiedliche Strahlengänge für das hindurchtretende Licht aufweisen, indem die Absorbtionsweglänge im ersten Strahlengang selbst für dieselbe Probe des Gases inkremental, typisch über mindestens eine Größenordnung hinweg, immer wieder neu eingestellt wird. Dies kann bei der Anordnung nach White durch Bewegen von mindestens einem der Objektspiegel erfolgen. Die Einstellung erfolgt vorteilhaft von außen.

Die optische Anordnung, welche den zweiten Strahlengang durch die Küvette festlegt, besteht im einfachsten Fall aus einem zweiten Lichteinlaßfenster und einem zweiten Lichtauslaßfenster für das Meßlicht, welche aus einem Werkstoff mit entsprechenden optischen Eigenschaften bestehen. Als Werkstoff kann beispielsweise KBr verwendet werden und diese Küvettenfenster können ebenfalls mit Hilfe von Spezialflanschen und elastischem Dichtungsmaterial gasdicht an der Küvette angeordnet sein.

Das zweite Lichteinlaßfenster und das zweite Lichtauslaßfenster sind in der Küvette bevorzugt in etwa gegenüberliegend so angeordnet, daß die zweite Absorptionsweglänge in etwa der Länge des Küvettendurchmessers entspricht, wobei diese Küvettenfenster an dem Flansch angeordnet sind, der den Feldspiegel der Anordnung nach White aufnimmt. Bei dem zweiten Strahlengang in der Küvette verläuft das Meßlicht, wenn der Eintritt des Strahls des Meßlichts durch das erste Lichteinlaßfenster von unten erfolgt, vorzugsweise oberhalb des Feldspiegels der Anordnung nach White.

Der von dem zweiten Lichteinlaßfenster in die Küvette laufende Strahl des Meßlichts kann gemäß der Erfindung auch auf einen Spiegel, beispielsweise einen Planparallelspiegel, auftreffen, welcher den Lichtstrahl in das Gas zurückreflektiert, so daß die Absorptionsweglänge des zweiten Strahlengangs verdoppelt wird. Der Planparallelspiegel kann dem zweiten Lichteinlaßfenster gegenüberliegend in oder an der Wand, vorzugsweise anstelle des zweiten Lichtauslaßfensters, oder bevorzugt außerhalb der Küvette, angeordnet sein. Im letzteren Fall ist es vorteilhaft, wenn der Planparallelspiegel zwischen mindestens zwei Positionen beweglich ist, wobei in einer Position der Lichtstrahl zur Verdopplung der zweiten Absorptionsweglänge in das Gas zurückreflektiert und in der anderen Position von der Küvette weggeführt wird, um anschließend einem Detektorsystem zugeführt zu werden. In dem hier behandelten Fall ist das zweite Lichteinlaßfenster und ggf. auch das zweite Lichtauslaßfenster bevorzugt vergrößert, da durch diese(s) Fenster die Strahlen des Meßlichts in die Küvette eintreten und die Küvette dadurch auch wieder verlassen.

Die Küvette weist vorteilhaft eine längliche Form auf. Dabei ist die Richtung der Strahlen des Meßlichts bei dem ersten Strahlengang im wesentlichen parallel und bei dem zweiten Strahlengang im wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung der Küvette. Die Küvette weist vorzugsweise einen quasi-ovalen Küvettenquerschnitt auf. Das hat den Vorteil, daß das Verhältnis zwischen Volumen der Küvette und der Größe der optischen Basislänge günstiger ist als bei einem kreisrunden Querschnitt. Die Küvette besteht vorzugsweise aus Quarzglas oder innenvergoldetem Edelstahl als Werkstoff.

Nach der Erfindung kann die Küvette vorteilhaft thermostatisiert werden, ohne die Funktion des Gesamtsystems zu beeinträchtigen. Zum Beispiel kann eine elektrisch betriebene und regelbare Heizung von außen an der Küvette angeordnet werden. Die Heizung kann vorzugsweise aus drei Teilen bestehen, gemäß den drei Konstruktionsbereichen der Küvette, dem Korpus und den beiden, den Korpus abschließenden Endflanschen.

Die erfindungsgemäße Transferoptik dient zur Ein- bzw. Auskopplung des Meßlichts in die Küvette und von der Küvette in das Detektorsystem. Unter dem Begriff "Detektorsystem" sind hier alle Anordnungen und Einrichtungen zu verstehen, mit denen das aus der Küvette kommende Meßlicht aufgenommen, weitergeleitet und/oder verarbeitet wird. Das Detektorsystem kann ein oder mehrere einzelne Detektoren enthalten. Die Transferoptik wird vorteilhaft insbesondere dafür verwendet, Meßlicht aus einem beliebigen, kommerziell erhältlichen Spektrometer ein- bzw. auszukoppeln. Durch eine besondere Ausgestaltung der Transferoptik ist es möglich, den ersten Strahlengang und den zweiten Strahlengang durch die Küvette entweder wahlweise oder gleichzeitig zu realisieren. Das geschieht bevorzugt mittels eines zwischen mindestens zwei Positionen beweglichen Spiegels bzw. durch Verwendung eines Strahlteilers. Die Transferoptik kann ferner über dasselbe Küvettenfenster Meßlicht gemäß dem zweiten Strahlengang ein- und auskoppeln, wenn dieser gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet ist, daß über das Küvettenfenster eingestrahltes Meßlicht von einem Spiegel zu demselben Fenster zurückreflektiert wird.

Vorzugsweise kann man das Meßlicht in den beiden Strahlengängen bei Bedarf modifizieren. Es wird zum Beispiel in einem der die Transferoptik passierenden Strahlengänge, vor oder nach der Küvette, ein entsprechend gewähltes Bandpaßfilter, zum Beispiel Bandpaßfilter mit festem oder durchstimmbaren Wellenlängebereich, eingesetzt. Dadurch können Bereiche von Totalabsorption in diesem Strahlengang eliminiert werden. Diese Methode ist sinngemäß auch für beide Strahlengänge gleichzeitig und vorteilhaft anwendbar. Der entsprechende Einsatz mindestens je eines geeigneten Polarisationsfilters beim zweiten Strahlengang vor und nach der Küvette erlaubt, insbesondere bei der Verwendung eines Strahlteilers, eine Unterscheidung der Absorptionsvorgänge zwischen dem zweiten Strahlengang und dem ersten Strahlengang des Meßlichts.

Die erfindungsgemäße Spektroskopievorrichtung besteht im einfachsten Fall aus der erfindungsgemäßen Küvette mit einer Transferoptik, mindestens einer Meßlichtquelle und einem Detektorsystem mit einem oder mehreren Detektoren. Vorzugsweise kann als Meßlichtquelle und als Detektorsystem ein kommerziell erhältliches Absorptionsspektrometer verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung wird bevorzugt für den ultravioletten bis sichtbaren Spektralbereich (UV bis VIS) und besonders bevorzugt im gesamten Infrarotbereich (NIR, MIR, FIR) eingesetzt. Mit zwei einzelnen Detektoren eines Detektorsystems bzw. zwei Detektorsystemen können während eines Meßvorgangs auch Komponenten mit stark unterschiedlichen Konzentrationen und/oder Absorbanzen gemessen werden, denn die Messung der Absorption des Gases durch die Küvette kann so für eine geringe und eine relativ große optische Wegstrecke gleichzeitig erfolgen. Wird nur ein einzelner Detektor bzw. Detektorsystem verwendet, wird das Gas typisch durch seriell durchgeführte Messungen analysiert. Dazu wird die Absorption des Gases in der Küvette nacheinander, beispielsweise zuerst für den zweiten Strahlengang und danach - nach Umstellung von optischen Bauteilen der Transferoptik für den ersten Strahlengang gemessen, ohne dabei an der Küvette selbst etwas zu verändern. Gegebenenfalls kann auch ein Summenspektrum gemessen werden, wobei sich die beiden Spektren durch gleichzeitige Abbildung der Strahlen des Meßsignals aus dem ersten und zweiten Strahlengang in der Küvette auf den Detektor bzw. das Detektorsystem überlagern. Durch eine anschließende Bearbeitung des aufgenommenen Summenspektrums, zum Beispiel durch ein geeignetes Computerprogramm, können auch im Summenspektrum versteckte analytische Informationen gewonnen werden.

Die vorangehend beschriebenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an der folgenden detaillierten Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spektroskopievorrichtung und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spektroskopievorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Spektroskopievorrichtung mit der erfindungsgemäßen Küvette 1. Die Lichtquelle 2 in Fig. 1 kann zum Beispiel das modulierte IR-Licht aus einem FTIR-Spektrometer sein. Der Detektor 3 ist dann dessen gegebenenfalls ausgelagerter IR-Detektor. Die Küvette 1 besteht im wesentlichen aus einem Profilrohr 4 quasiovalen Querschnitts mit einem seitlichen Gaseinlaßstutzen 5 in der Mitte des Rohres 4 und aus zwei das Profilrohr 4 gasdicht abschließenden Flanschen 6, 7 mit je einem Gasauslaßstutzen 8, 9. Durch die sich im unteren Flansch 7 befindlichen Küvettenfenster 10 und 11 wird das Meßlicht in die Küvette 1 so ein- und ausgekoppelt, daß dadurch ein typischer Strahlengang nach White zwischen den Spiegeln 12, 13 (Objektspiegel) und 14 (Feldspiegel) festgelegt wird. Die Anzahl der Reflexionen im Strahlengang und damit die Absorptionsweglänge ist durch mechanisches Verstellen eines der Objektspiegel 12, 13, z. B. durch eine Mikrometerschraube, inkrementell variabel. Insoweit entspricht die Küvette 1 der Anordnung nach White. Im Unterschied dazu sind an den Seiten der Küvette 1 im unteren Flansch 7 das Lichteinlaßfenster 15 und das Lichtauslaßfenster 16 vorgesehen, welche auf einer geraden Linie quer zur Längsrichtung der Küvette 1 liegen. Die beiden Fenster 15 und 16 legen einen zweiten, unveränderlichen Strahlengang durch die Küvette 1 mit geringer Absorptionsweglänge fest, den bereits oben besprochenen ersten Strahlengang, die sogenannte Kurzweg-Strecke, wogegen die Absorptionsstrecke zwischen den Fenstern 10 und 11 den zweiten Strahlengang, die sogenannte Langweg-Strecke, darstellt.

Die Ein- bzw. Auskopplung des Meßlichts von der Lichtquelle 2 in die Küvette 1 und in den Detektor 3 geschieht durch die Transferoptik 17. Der Spiegel 18 in der Transferoptik 17 ist in Richtung des Pfeils A beweglich. Je nach der Stellung dieses Spiegels (inner- bzw. außerhalb des von der Lichtquelle kommenden Strahlengangs) wird das Meßlicht entsprechend der Kurz- oder der Langweg-Strecke mittels der Spiegel 19, 20 und 21 bzw. 22, 23, 24 und 25, 26, 27 in der Transferoptik 17 durch die Küvette 1 zum Detektor 3 geleitet. Die entsprechend gewählten optischen Parameter der Spiegel 22, 23 und 24, bzw. 25, 26 und 27 gewährleisten gleichzeitig die Anpassung der Öffnungsverhältnisse der Küvette 1 an die des z. B. FTIR-Spek­ trometers bzw. des Detektors 3. Zwischen dem beweglichen Spiegel 18 und dem Spiegel 22 kann z. B. ein der jeweiligen analytischen Meßaufgabe entsprechend gewähltes Bandpaßfilter 28 eingesetzt werden. Für gewisse Anwendungen kann es sinnvoll sein, das Bandpaßfilter 28 in der Kurzweg-Strecke, zwischen dem Spiegel 19 und dem Lichteinlaßfenster 15 einzusetzen oder sogar in beiden prinzipiellen Strahlengängen (vgl. oben).

Zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Gasen kann die in Fig. 1 gezeigte Anordnung auf verschiedene Weisen betrieben werden.

Zum einen arbeitet man seriell, d. h., das aus dem Spektrometer kommende Licht wird durch Änderung der Position des Spiegels 18 abwechselnd entlang der Kurz- bzw. Langweg-Strecke geleitet. Dementsprechend empfängt der Detektor 3 Lichtsignale, welche jeweils der Absorption des Gases entlang nur einem der beiden prinzipiellen Strahlengänge entspricht.

Alternativ kann der Spiegel 18 in "Kurzstrecke"-Position mit einem geeigneten Strahlteiler ersetzt werden. Dank dem Strahlteiler durchläuft das Meßlicht in diesem Falle beide Meßstrecken gleichzeitig, und der Detektor 3 empfängt summarische, aus den beiden prinzipiellen Strahlengängen stammende Lichtsignale. Entsprechend dieser parallelen Arbeitsweise erhält man ein aus zwei Teilspektren zusammengesetztes Gesamtspektrum. Insbesondere bei dieser Arbeitsweise kann die Anwendung eines 28 oder mehrerer Bandpaßfilter sinnvoll sein, indem durch Ausblendung von Spektralbereichen, in denen ohne solche Filter Totalabsorption aufträte, die Messung der Absorption in der jeweils anderen prinzipiellen Meßstrecke möglich ist. In Fällen, wo keine Totalabsorption auftritt, kann man durch geeignete, softwaremäßige Subtraktion von Gesamtspektren, die ohne und mit Bandpaßfilter aufgenommen worden sind, auch komplizierte gasanalytische Aufgaben effektiv lösen. Eine weitere Effektivitätssteigerung kann man dadurch erreichen, daß das(die) verwendete(n) Bandpaßfilter durchstimmbar ist (sind).

Fig. 2 zeigt das Beispiel einer zweiten Ausführungsform, einer Variante der erfindungsgemäßen Küvette 1 mit Transferoptik. Dabei sind gleiche, unveränderte Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in Fig. 1, und werden nicht mehr näher erläutert. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß anstelle des Lichtauslaßfensters 16 in der ersten Ausführungsform hier ein Spiegel 29 vorgesehen ist. Außerdem ist der Spiegel 19 in dieser Variante so eingerichtet, daß das vom Spektrometer kommende Meßlicht schräg auf das Lichteinlaßfenster 15 einfällt. Dementsprechend verläßt der vom Spiegel 29 zurückreflektierte Strahl die Küvette 1 durch dasselbe Lichteinlaßfenster 15, und zwar zum einfallenden Licht so versetzt, daß er über die Spiegel 30 und 31 auf dem Detektor 3 abgebildet wird.

Der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zugrunde liegende Strahlengang der sogenannten Kurzweg-Strecke kann auch durch eine Kombination der beiden, hier ausführlich beschriebenen Ausführungsformen verwirklicht werden. In diesem Fall wird das Lichtauslaßfenster 16 belassen und der Spiegel 20 gegen einen mindestens zwischen zwei Positionen beweglichen Spiegel ausgetauscht (vgl. Fig. 1). Ist dieser Spiegel in etwa senkrechter Position, wird die sogenannte Kurzweg- Strecke bei verdoppelter Absorptionsweglänge realisiert, gemäß Fig. 2. Befindet sich der Spiegel 20 in der schrägen Position unter etwa 45°, wird die Kurzweg-Strecke nur beim einfachen Durchgang verwirklicht. Das bedeutet, daß in dieser Ausführungsform außer den Spiegeln 30 und 31 auch der Spiegel 21 in der Transferoptik 17 vorhanden sein muß.

Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich im Sinne einer kompakten Bauweise weiterentwickeln, indem die in Fig. 1 und 2 dargestellte Spiegeloptik mitsamt des Detektors 3 teilweise oder ganz in die Küvette 1 integriert wird, und dieselben Küvettenfenster mehr als eine Funktion erfüllen. Im Extremfall weist die erfindungsgemäße Küvette nur ein ein einziges Fenster auf, wobei die Strahlaufteilung auf kurze und lange Absorptionsstrecke im inneren der Küvette erfolgt.

Claims (21)

1. Küvette (1) für die Absorptionsspektroskopie von Gasen mit einer ersten optischen Einrichtung (10, 11, 12, 13, 14) zum Führen von Meßlicht durch die Küvette (1), welche einen ersten Strahlengang durch die Küvette (1) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Küvette (1) eine zweite optische Einrichtung (15, 16) zum Führen von Meßlicht durch die Küvette (1) zugeordnet ist, welche einen zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) festlegt, wobei die erste Absorptionsweglänge für Strahlen des Meßlichts, die entsprechend dem ersten Strahlengang durch die Küvette (1) laufen, größer ist als die zweite Absorptionsweglänge für Strahlen des Meßlichts, die entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) laufen.

2. Küvette (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Küvette (1) eine Einrichtung (5, 8, 9) zum Durchleiten von Gasen durch die Küvette (1) zugeordnet ist und daß der erste und zweite Strahlengang des Meßlichts den Strömungsweg des Gases in der Küvette (1) durchsetzt.

3. Küvette (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der ersten Absorptionsweglänge zur zweiten Absorptionsweglänge mindestens zehn zu eins beträgt.

4. Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten optischen Einrichtung (15, 16) ein Spiegel zugeordnet ist, welcher die Strahlen des Meßlichts, die durch das Gas hindurchgetreten sind, in das Gas zurückreflektiert und dadurch die zweite Absorptionsweglänge in etwa verdoppelt.

5. Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Absorptionsweglänge inkremental veränderbar ist.

6. Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (1) eine längliche, rotationssymmetrische Form aufweist und die Richtung der Strahlen des Meßlichts bei dem ersten Strahlengang im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Küvette (1) und bei dem zweiten Strahlengang im wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung der Küvette (1) sind.

7. Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Küvette (1) eine Thermostatisierung zugeordnet ist.

8. Transferoptik (17) zum Leiten des Meßlichts von einer Lichtquelle (2) zu der Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und von der Küvette (1) zu einem Detektorsystem (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Transferoptik (17) Einrichtungen aufweist, welche Strahlen des Meßlichts entsprechend dem ersten Strahlengang und entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) hindurchtreten lassen.

9. Transferoptik (17) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlen des Meßlichts für den ersten Strahlengang durch Spiegel (22, 23, 24) zur Küvette (1) geführt und durch Spiegel (25, 26, 27) von der Küvette (1) zum Detektorsystem (3) geführt werden und daß Strahlen des Meßlichts für den zweiten Strahlengang durch Spiegel (18, 19) zur Küvette (1) geführt und durch Spiegel (20, 21) von der Küvette (1) zum Detektorsystem (3) geführt werden.

10. Transferoptik (17) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlen des Meßlichts für den zweiten Strahlengang gemäß Anspruch 4, die aus der Küvette (1) austreten, durch Spiegel (30, 31) zum Detektorsystem (3) geführt werden.

11. Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferoptik (17) mindestens ein Bandpaßfilter (28) zugeordnet ist, durch welchen Strahlen des Meßlichts geleitet werden, die entsprechend dem ersten oder zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) laufen.

12. Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferoptik (17) zumindest eine optische Einrichtung (18) zugeordnet ist, welche Strahlen des Meßlichts alternativ entsprechend dem ersten oder dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) hindurchtreten läßt.

13. Transferoptik (17) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung einen zwischen mindestens zwei Positionen beweglichen Spiegel (18) aufweist, welcher in einer ersten Position die ankommenden Strahlen des Meßlichts entsprechend dem ersten Strahlengang durch die Küvette (1) laufen läßt und in einer zweiten Position die ankommenden Strahlen des Meßlichts entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) laufen läßt.

14. Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transferoptik (17) zumindest eine optische Einrichtung (18) zugeordnet ist, welche Strahlen des Meßlichts teilweise entsprechend dem ersten Strahlengang und teilweise entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) hindurchtreten läßt.

15. Transferoptik nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als optische Einrichtung ein spezieller Spiegel in fester Position oder ein Strahlteiler verwendet wird, mit dessen Hilfe die Strahlen des Meßlichts den ersten und zweiten Strahlengang gleichzeitig durchlaufen können.

16. Transferoptik (17) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Strahlengang vor und nach der Küvette (1) jeweils mindestens ein Polarisationsfilter mit reproduzierbar variabler Polarisationsrichtung angeordnet ist.

17. Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die Transferoptik (17) dafür eingerichtet ist, die entsprechend dem ersten Strahlengang durch die Küvette (1) laufende Strahlen des Meßlichts und die entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette (1) laufenden Strahlen des Meßlichts zu demselben Detektorsystem (3) oder Detektor zu leiten.

18. Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß sie dafür eingerichtet ist, die entsprechend dem ersten Strahlengang durch die Küvette (1) laufenden Strahlen des Meßlichts zu einem ersten Detektorsystem oder Detektor und die entsprechend dem zweiten Strahlengang durch die Küvette laufenden Strahlen des Meßlichts zu einem zweiten Detektorsystem (3) oder Detektor zu leiten.

19. Spektroskopievorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einer Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 18, mindestens einer Lichtquelle (2) für das Meßlicht und mindestens einem Detektorsystem (3) mit mindestens einem Detektor besteht.

20. Verwendung einer Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einer Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 18 und einer Spektroskopievorrichtung zur Messung eines Absorptionsspektrums im ultravioletten bis sichtbaren Spektralbereich.

21. Verwendung einer Küvette (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, einer Transferoptik (17) nach einem der Ansprüche 8 bis 18 und einer Spektroskopievorrichtung zur Messung eines Absorptionsspektrums im gesamten Infrarotbereich.