Küvette für ein Photometer oder ein Spektrometer Die Erfindung bezieht sich auf eine Küvette für ein Photometer bzw. ein Spektrometer zur Messung der Konzentration einer chemischen Substanz in einer Meßlösung. Bei der Meßlösung kann es sich um eine wässrige Lösung oder um eine Suspension handeln. Prinzipiell kann die Erfindung zur Detektion jeder beliebigen gelösten Substanz verwendet werden, die sich über ein photometrisches Meßverfahren nachweisen läßt. Naßchemisch lassen sich z. B. die folgenden Substanzen bestimmen : Aluminium, Ammonium, Calcium, Chlor, Chrom, Eisen, Hydrazin, Mangan, Nitrat, Nitrit, Phosphat, Silikat und Sulfid. Ebenso läßt sich die Härte einer wässrigen Lösung bestimmen. Die Arbeitsweise eines Photometers beruht auf dem Lambert-Beerschen Gesetz.

Bei bekannten photometrischen Meßvorrichtungen wird in Abhängigkeit von der zu messender Substanz entweder eine wellenlängenspezifische LED oder eine breitbandige Lichtquelle eingesetzt. Im Falle der breitbandigen Licht- quelle erfolgt die Selektion der benötigten Wellenlänge durch ein Interferenz- filter, das entweder nach der Lichtquelle oder vor der Detektoreinheit angeordnet ist. Bei der Detektoreinheit kann es sich um zumindest eine Photodiode, einen Phototransistor oder ein ähnliches photoelektrisches Bauelement handeln.

Relativ große Meßfehler treten auf, wenn sich in der Küvette während des Meßprozesses Luftbläschen in der Meßlösung ausbilden bzw. in der Meßlösung wandern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Küvette für eine photo- metrische oder spektrometrische Meßapparatur so auszugestalten, daß die Luftblasenbildung effektiv verhindert wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem ersten Endbereich der Küvette ein Zulauf vorgesehen ist, daß in einem zweiten Endbereich der Küvette ein Auslauf vorgesehen ist und daß der Innendurchmesser des Auslaufs größer ist als der Innendurchmesser des Einlaufs. Besonders vorteilhaft ist der

Einsatz der erfindungsgemäßen Küvette, wenn die Probennahme aus einer Druckleitung erfolgt. Hierbei tritt nämlich verstärkt der Effekt auf, daß die in der Meßlösung enthaltene Luft beim Strömen in die relativ großvolumige Küvette ausgast. Es hat sich herausgestellt, daß die Luftblasenbildung in der Küvette bereits dann effektiv vermieden wird, wenn der Innendurchmesser des Auslaufs näherungsweise doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser des Zulaufs.

Die nachfolgenden Ausgestaltungen beschreiben vorteilhafte und unter- schiedlichen Designs der Küvette. Gemäß einer ersten Ausgestaltung sind der Zulauf und der Auslauf in Verlängerung der Längsachse der Küvette angeordnet. Möglich ist es jedoch auch, den Zulauf und den Auslauf der Küvette im wesentlichen in einem rechten Winkel zur Längsachse der Küvette anzuordnen.

Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform, daß die Küvette in der Meß- position derart gegen die horizontale Ebene geneigt ist, daß ihr auslaufseitiger Teil höher liegt als ihr zulaufseitiger Teil. Durch die Schrägstellung der Küvette können die Luftbläschen bevorzugt in Richtung des Auslaufs abwandern und durch den Auslauf entweichen. Bevorzugt ist übrigens die Ebene, in der die Küvette angeordnet ist, um einen Winkel zwischen 5° bis 45° gegen die horizontale Ebene geneigt.

Als alternative Ausgestaltung zu der Schrägstellung der Längsachse der Küvette ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, daß der Zulauf in einem ersten vorgegebenen Winkel zur Längsachse der Küvette angeordnet ist und daß der Auslauf in einem zweiten vorgegebenen Winkel zur Längsachse der Küvette angeordnet ist. Möglich ist es natürlich in diesem Zusammenhang, daß der Winkel zwischen dem Zulauf und der Längsachse der Küvette und der Winkel zwischem dem Auslauf und der Längsachse der Küvette im wesentlichen gleich sind.

Eine günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Küvette sieht vor, daß im wesentlichen sich gegenüberliegende Flächen der Küvette für die von der Sendeeinheit abgestrahlte elektromagnetische Strahlung durchlässig sind.

Bei den gegenüberliegenden Flächen handelt es sich z. B. um die Stirnseiten oder die Seitenflächen einer röhrenförmig ausgebildeten Küvette. Bevorzugt sind die Sendeeinheit und die Empfangseinheit des Photometers bzw. des Spektrometers im Bereich der einander gegenüberliegenden Flächen bzw. im Bereich der Stirnseiten oder der Seitenflächen der Küvette angeordnet.

Besonders günstig ist es, wenn zumindest die Küvette mit dem Zulauf und dem Auslauf und ggf. mit der Sendeeinheit und der Detektoreinheit als integrale Meßeinheit ausgestaltet sind.

Als Sendeeinheit kann jede geeignete Quelle zum Einsatz kommen. Bevor- zugt handelt es sich bei der Sendeeinheit um eine mehrfarbige, beispiels- weise um eine zweifarbige Leuchtdiode. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß das Referenzlicht und das Meßlicht denselben Weg durch die Meßlösung nehmen können, wodurch sich die Meßgenauigkeit erhöhen läßt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht eine Blende vor, die zwischen der Sendeeinheit bzw. der Detektoreinheit und der für die elektromagnetische Strahlung durchlässigen Fläche bzw. Stirnseite oder Seitenfläche der Küvette angeordnet ist. Sollten sich trotz aller Vorsichts-maßnahmen in den Randbereichen der Küvette noch Luftbläschen befinden, so werden diese durch die Blende abgedeckt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt : Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 : eine erste vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 : eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 : eine erste Ausgestaltung der Küvette,

Fig. 4 : eine zweite Ausgestaltung der Küvette, Fig. 5 : eine dritte Ausgestaltung der Küvette und Fig. 6 : eine vierte Ausgestaltung der Küvette.

Fig. 1 zeigt eine erste vorteilhafte Ausführungsform eines Photometers 1. Bei der Sendeeinheit 2 handelt es sich um eine zweifarbige LED. Die zweifarbige LED dient sowohl zur Konzentrationsmessung als auch zur Referenz- messung. Da der Weg der Strahlung durch die Meßlösung 11, die zu Konzentrationsmeßzwecken und zu Referenzzwecken herangezogen wird, absolut identisch ist, lassen sich die bekannten Störgrößen wie eine Trübung der Meßlösung 11, eine Verschmutzung der Küvette 3 oder ein Alterung- effekt der Sendeeinheit 2 sehr effektiv kompensieren. Die zweifarbige LED wird über die Regel-/Auswerteeinheit 14 derart angesteuert, daß sie abwechselnd die elektromagnetische Strahlung in den beiden Wellenlängen- bereichen aussendet. Die Strahlung der zweifarbigen LED wird über die Linse 8 fokussiert. Der Einsatz einer Linse 8 zwecks Bündelung der Meß-und Referenzstrahlung ist immer dann empfehlenswert, wenn die optische Weglänge der Küvette 3 größer ist als 5 mm. Weiterhin ist zwischen der Linse 8 und der strahlungsdurchlässigen Stirnfläche 12 der Küvette 3 eine Blende 9 vorgesehen. Die Blende 9 dient der optischen Abschattung der Randbereiche der Küvette 3. Dies ist insofern wichtig, da sich in diesen Randbereichen besonders leicht und gern Luftbläschen anlagern, bzw. die Luftbläschen wandern in diesen Randbereichen bevorzugt vorbei.

Im dargestellten Fall sind die beiden gegenüberliegenden Stirnflächen 12,13 der Küvette 13 für die Meßstrahlung und die Referenzstrahlung durchlässig.

An einer Stirnfläche 12 ist die Sendeeinheit 2 positioniert, an der gegenüber- liegenden Stirnfläche 13 ist die Detektoreinheit 4 angeordnet. Die Detektor- einheit 4 bestimmt sowohl die Intensität der Meß-als auch die Intensität der Referenzstrahlung nach Durchgang durch die Meßlösung 11. Anhand der Intensitäts-Meßwerte ermittelt die Regel-/Auswerteeinheit 14 die Konzentration der zu messenden Substanz in der Meßlösung 11. Bevorzugt

handelt es sich bei der Detektoreinheit 4 um eine breitbandige Photodiode, die in der Lage ist, die elektromagnetische Strahlung in den unterschiedlichen Wellenlängen-bereichen zu detektieren. Besonders günstig ist es, wenn der Photodiode ein elektronischer Schaltkreis zugeordnet ist. Der elektronische Schaltkreis führt eine Logarithmierung durch, so daß am Ausgang des elektronischen Schaltkreises bzw. der Photodiode ein lineares Ausgangssignal ansteht.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung sind der Innendurchmesser des Zulaufs 6 und des Auslaufs 7 der Küvette 3 unterschiedlich dimensioniert. Der Innendurchmesser des Auslaufs 7 ist größer als der Innendurchmesser des Zulaufs 6. Hierdurch wird erreicht, daß Luftbläschen, die sich in der Meßlösung 11 befinden, leicht entweichen können. Dies ist insofern wichtig, als Luftbläschen in der Meßlösung 11 die Meßgenauigkeit erheblich beeinträchtigen können. Es hat sich gezeigt, daß das Entweichen der Luftbläschen bereits ausreichend sichergestellt ist, wenn der Innendurch- messer des Auslaufs 7 ca. doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser des Zulaufs 6.

Die Meßküvette 3 kann beispielsweise aus Glas oder aus Kunststoff gefertigt sein. Der Küvette 3 ist ein Heizelement 10 zugeordnet. Insbesondere dient das Heizelement 10 dazu, die Reaktionsgeschwindigkeit der Meßlösung 11 zu verringern.

Fig. 2 zeigt eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Bei dieser Ausführung sind zusätzliche Maßnahmen ergriffen worden, die die Bildung von Gasbläschen in der Meßlösung 11 verhindern bzw. das Entweichen von Gasbläschen aus der Meßlösung verbessern sollen.

Zumindest die Küvette 3 mit dem Zulauf 6 und Auslauf 7, der Sendeeinheit 2 und der Detektoreinheit 3 bilden eine Meßeinheit. Die Meßeinheit ist so angeordnet, daß der Auslauf 7 der Küvette 3 höher liegt als der Zulauf 7. Die Ebene 16, in der die Meßeinheit angeordnet ist, ist somit um einen Winkel a gegen die horizontale Ebene 15 geneigt. Hierdurch wird sichergestellt, daß der Innenraum der Küvette 3 stets vollständig mit Meßlösung 11 gefüllt ist.

In Fig. 3 ist übrigens eine Küvette 3 dargestellt, bei der der Zulauf 6 und der Auslauf 7 in Richtung der Längsachse 17 zu finden sind. Auch bei dieser Ausgestaltung der Küvette 3 hat der Auslauf 7 einen größeren Innendurch- messer als der Zulauf. Um die Blasenbildung in der Küvette 3 noch effektiver zu verhindern, kann auch hier in der Meßposition der Auslauf 7 höher liegen als der Zulauf 6.

Eine alternative Ausgestaltung zu der in Fig. 2 gezeigten Schrägstellung der Meßanordnung ist in den Figuren Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 zu sehen. Hier sind der Zulauf 6 und der Auslauf 7 in einem vorgegebenen Winkel zur Längs- achse 17 der Küvette 3 angeordnet. Entweder sind die Innendurchmesser von Zulauf 6 und Auslauf 7 unterschiedlich dimensioniert (Fig. 5, Fig. 7), oder die Innendurchmesser von Zulauf 6 und Auslauf 7 haben die gleichen Abmessungen (Fig. 5). Ebenso kann die Winkelanordnung von Zulauf 6 und Auslauf 7 unterschiedlich (Fig. 4, Fig. 5) oder gleich (Fig. 6) sein.

Bezugszeichenliste 1 Photometer 2 Sendeeinheit 3 Küvette 4 Empfangseinheit 5 6 Zulauf 7 Auslauf 8 Linse 9 Blende 10 Heizeinheit 11 Meßlösung 12 Stirnseite 13 Stirnseite 1 4 Regel-/Auswerteeinheit 15 Horizontale Ebene 16 Ebene, in der die Meßeinheit angeordnet ist 17 Längsachse 18 Seitenfläche 19 Seitenfläche