WO1991010895A1 - Process and device for determining the concentration of isotopes - Google Patents

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WO1991010895A1 PCT/EP1991/000031 EP9100031W WO9110895A1 WO 1991010895 A1 WO1991010895 A1 WO 1991010895A1 EP 9100031 W EP9100031 W EP 9100031W WO 9110895 A1 WO9110895 A1 WO 9110895A1
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Horst Preier
Hanno Wachernig
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Mütek Gmbh
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Abstract

To determine the concentration of isotopes in a sample by radiation absorption spectrometry, the damping of a radiation generated by a laser diode, whose wavelength can be varied by means of adjusting parameters, is determined as it passes through the sample. The concentration is derived from the ratio of the dampings of the absorption lines of the isotopes. The wavelength of the radiation is adjusted on a weak absorption line of the most concentrated isotope in the sample at which slight damping occurs. The intensity of the radiation at this wavelength after it passes through the sample is measured and stored. The radiation is then adjusted on a strong absorption line of the least concentrated isotope in the sample at which greater damping occurs. The intensity of the radiation at this wavelength after passing through the sample is measured and stored. The concentrations of the isotopes are derived from the ratios of the intensities.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Konzentra¬ tionsbestimmung von Isotopen Method and device for determining the concentration of isotopes
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Konzentrationsbestimmun von Isotopen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 13.The invention relates to a method for determining the concentration of isotopes according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out the method according to the preamble of claim 13.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der US 46 84 805 bekannt. Hierbei wird ein Laser verwendet, dessen Aus¬ gangsstrahlung über einen Strahlteiler in zwei Strahlengänge auf geteilt wird. Der eine Strahlengang verläuft durch eine Meßküvet te mit der darin enthaltenen Probe, der andere läuft durch eine zweite eßküvette, die ebenfalls mit der Probe gefüllt ist. Über Detektoren werden die Strahlungsintensitäten in den beiden Strah lengängen nach Durchlaufen der Probe gemessen. Die Strahlung wir l hierbei nacheinander so abgestimmt, daß zunächst die Absorp¬ tionslinie des häufigeren Isotops und danach die Absorptions linie des selteneren Isotops "getroffen" wird. Durch eine, d einen Detektor nachgeschaltete Verzögerungseinrichtung und 5 eine dem anderen Detektor zugeordnete Ausblendschaltung wird erreicht, daß beide, den Absorptionen entsprechenden Signale gleichzeitig einem Differenzverstärker zuführbar sind. Durch mechanisches Verlängern oder Verkürzen der einen Meßküvette kann erreicht werden, daß beide Detektoren im wesentlichen dA method of the type mentioned is known from US 46 84 805. A laser is used here, the output radiation of which is divided into two beam paths by a beam splitter. One beam path runs through a measuring cuvette with the sample contained therein, the other runs through a second dining cuvette, which is also filled with the sample. After passing through the sample, the radiation intensities in the two beam paths are measured using detectors. The radiation we l in this case coordinated in such a way that first the absorption line of the more common isotope and then the absorption line of the less common isotope is "hit". A delay device connected downstream of a detector and a blanking circuit assigned to the other detector ensure that both signals corresponding to the absorptions can be fed to a differential amplifier at the same time. By mechanically lengthening or shortening the one measuring cell, it can be achieved that both detectors are essentially d
10 selbe Strahlungsintensität aufnehmen bzw. anzeigen. Durch ei Messung der Längenänderung können somit Konzentrationsverhäl nisse bzw. Änderungen in den Konzentrationsverhältnissen er¬ faßt werden. Insbesondere dreht es sich hierbei um die Analy von Atemluft. Das bekannte Verfahren setzt somit eine aufwen10 record or display the same radiation intensity. By measuring the change in length, concentration ratios or changes in the concentration ratios can thus be detected. In particular, this is about the analysis of breathing air. The known method thus exposes one
^5 dige Mechanik voraus. Darüberhinaus bzw. durch diese Voraus¬ setzung werden die Meßempfindlichkeit bzw. Meßgenauigkeit ve schlechtert.^ 5 digits mechanics ahead. In addition or as a result of this prerequisite, the measuring sensitivity or measuring accuracy ve deteriorated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vor- 20 richtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil¬ den, daß eine zuverlässige und genaue Konzentrationsbestimmu in einfacher Weise erzielt wird.The invention is based on the object of further developing methods and devices of the type mentioned at the outset in such a way that a reliable and precise determination of the concentration is achieved in a simple manner.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Kennzeichen 25 des Anspruches 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Kennzei¬ chen des Anspruches 13 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved procedurally by the features specified in the characterizing part 25 of claim 1 and in terms of the device by the features specified in the characterizing part of claim 13.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, daß einerseits nur eine einzige Probe (in einer einzigen MeßküveAn essential point of the invention is therefore that on the one hand only a single sample (in a single measuring curve
30 te) mittels eines einzigen Strahlengangs untersucht wird, an dererseits aber die Frequenzabstimmung derart erfolgt, daß d Absorptionslinien ähnlich stark sind bzw. die Strahlungsab¬ sorption bei den entsprechenden Wellenlängen im wesentlichen gleich groß ist. Vorzugsweise werden als Absorptionslinien30 te) is examined by means of a single beam path, but on the other hand the frequency is tuned in such a way that d absorption lines are of similar strength or the radiation absorption at the corresponding wavelengths is essentially the same. Preferably used as absorption lines
35 solche gewählt, deren Absorptionen in einem Verhältnis zwi¬ schen 0,5 und 1,5 zueinander liegen. Dadurc ist gewährlei¬ stet, daß der Detektor in einem günseigen Arbeitsbereich be¬ trieben und die Ausgangssignale des Detektors in ein und der selben Schaltung ohne Umschaltung einer Verstärkung oder der gleichen verarbeitet werden können.35 selected those whose absorptions are in a ratio between 0.5 and 1.5 to each other. This guarantees that the detector is operated in a cheap working area and that the output signals of the detector are in one and the other same circuit can be processed without switching a gain or the same.
Die Genauigkeit wird dann besonders hoch, wenn die Absorptio linien in ihrer gesamten Breite durch sukzessive Verschiebun -Scannen- der Wellenlänge der Strahlung abgetastet werden. D resultierenden Intensitäten, werden festgestellt, so daß man dann lediglich deren Minimalwerte weiterverwenden kann, welc einer maximalen Absorption entsprechen. Die Intensitäten der Strahlung neben den Absorptionslinien werden als Korrekturwe festgestellt, gespeichert und der weiteren Berechnung zugrun gelegt.The accuracy becomes particularly high when the entire width of the absorption lines is scanned by successively shifting the wavelength of the radiation. The resulting intensities are determined so that only their minimum values can then be used, which correspond to a maximum absorption. The intensities of the radiation next to the absorption lines are determined as a correction, stored and used for further calculation.
Um den Datenverarbeitungsaufwand bzw. die Speicherkapazität Einrichtung zu minimieren und die Arbeitsgeschwindigkeit zu höhen, ist es von Vorteil, wenn man die Wellenlänge in diskr ten Schritten verschiebt und hierbei die Schrittbreite währe der Abtastung der Absorptionslinien geringer wählt als in de übrigen Bereichen. Dadurch kann die maximale Absorption sehr genau festgestellt werden, ohne dabei unnötig viele Abtast¬ schritte für die Bestimmung des Untergrunds zu benötigen.In order to minimize the data processing effort or the storage capacity device and to increase the working speed, it is advantageous if the wavelength is shifted in discrete steps and the step width chosen during the scanning of the absorption lines is smaller than in the other areas. As a result, the maximum absorption can be determined very precisely, without unnecessarily requiring many scanning steps for the determination of the background.
Da die Wellenlänge der Strahlung nicht von vornherein vorgeg ben ist, sondern von verschiedenen Parametern (Temperatur, Strom) abhängt, wird bei einer besonders bevorzugten Ausfüh¬ rungsform der Erfindung eine Vielzahl von Absorptionslinien im Bereich um mindestens eine der interessierenden Absorptio linien als Muster gespeichert. Man verändert nun die Wellen¬ länge der Strahlung über diesen Bereich und stellt das Muste der Strahlungsintensität nach Durchgang durch die Probe fest. Über einen Vergleich des gespeicherten Musters mit dem festg stellten Muster kann nun eine exakte Kalibrierung durchgeführ werden. Wichtig ist hierbei, daß es sich bei dem "Muster" um einen relativen Absorptionsverlauf handelt, also über die Ab solutwerte der Absorption zunächst nichts bekannt sein muß.Since the wavelength of the radiation is not predetermined from the outset, but depends on various parameters (temperature, current), a particularly preferred embodiment of the invention stores a multiplicity of absorption lines in the area around at least one of the absorption lines of interest as a pattern. The wavelength of the radiation is now changed over this range and the pattern of the radiation intensity is determined after passage through the sample. A precise calibration can now be carried out by comparing the stored pattern with the determined pattern. It is important here that the "pattern" is a relative absorption curve, that is to say nothing initially needs to be known about the absolute values of the absorption.
Durch Anwendung der an sich bekannten Verfahren zur Musterer kennung, z.B. einer Kreuzkorrelation zwischen dem gespeicher¬ ten und dem festgestellten Muster, ist somit in exakter und dennoch relativ einfacher Weise eine Kalibrierung möglich. I besondere kann in.einem Erkennungsschritt die Wellenlänge de Strahlung so lange verstellt werden, bis eine Übereinstimmun der festgestellten Amplitudenverhaltnisse der Absorptionslin zueinander mit den Amplitudenverhältnissen der gespeicherten Amplitudenverhältnisse besteht, um daraus die zu messenden sorptionslinien zu bestimmen bzw. die entsprechenden Einstel parameter (Temperatur, Strom) für die Strahlungsquelle festz legen.By using the known methods for pattern recognition, for example a cross correlation between the stored and the determined pattern, it is therefore more precise and nevertheless calibration is possible in a relatively simple manner. In particular, the wavelength of the radiation can be adjusted in one detection step until the determined amplitude ratios of the absorption line correspond to one another with the amplitude ratios of the stored amplitude ratios, in order to determine the sorption lines to be measured or the corresponding setting parameters (temperature, Current) for the radiation source.
Vorzugsweise unterwirft man die Strahlung nach Durchgang du die Probe einer Bandfilterung (direkt vor Auftreffen auf de Detektor), deren Durchlaßbandbreite die beiden Absorptionsl nien möglichst eng umfaßt, ohne sie jedoch in ihrer Höhe zu verändern. Dadurch werden Störeinflüsse, die zu Rauschen fü ren, verringert.After passing through the sample, the radiation is preferably subjected to a band filtering (directly before hitting the detector), the transmission bandwidth of which encompasses the two absorption lines as closely as possible, but without changing their height. This reduces interference that leads to noise.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird (g gebenenfalls zusätzlich) eine Kalibrierung der Einstellpara ter (Temperatur, Strom) für die Strahlungsquelle in Überein stimmung mit der Bandfilterung durchgeführt. Insbesondere h delt es sich hierbei um eine "Grob-Abstimmung", da verfügba Bandfilter (Monochromatoren, Etalons) gemessen an der Breit von Absorptionslinien sehr breitbandig sind.In a preferred embodiment of the invention, a calibration of the setting parameters (temperature, current) for the radiation source in accordance with the band filtering is carried out (if necessary additionally). In particular, this is a "coarse adjustment", since available band filters (monochromators, etalons) are very broadband measured based on the width of absorption lines.
Bei der Bestimmung des Isotopenverhältnisses von 12C02 zu 13C02, z.B. bei der Atemgasanalyse, ist es von Vorteil, wen mmaann ddii<e Absorptionslinien von 2295,796 cm und 2295,846 cm wählt.When determining the isotope ratio from 12C02 to 13C02, e.g. for breathing gas analysis, it is advantageous if mmaann ddii <e choose absorption lines of 2295.796 cm and 2295.846 cm.
Weitere bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung ergeben aus den Unteransprüchen.Further preferred embodiments of the invention result from the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeis les näher erläutert, zu dessen Verdeutlichung die beiliegen ' Abbildungen dienen. Hierbei zeigenThe invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment, for the clarification of which the enclosed illustrations serve. Show here
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfin düng, undFig. 1 is a block diagram of an embodiment of the inven fertilizer, and
Fig. 2 den Intensitätsverlauf des Detektorsignals in Abhän keit von der Wellenzahl nach Durchgang durch eine PrFig. 2 shows the intensity curve of the detector signal as a function of the wave number after passing through a Pr
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zuThe embodiment of the invention shown in FIG
Bestimmung der Konzentration bzw. des Konzentrationsverhält ses von Isotopen ist für die Untersuchung von gasförmigen P ben gedacht. Hierbei ist ein Probenentnahmesystem 1 vorgese an welches Probebeutel 2 anschließbar sind, die mit dem zu tersuchenden Gas gefüllt werden. Bei dem Gas in den Probebe teln 2 kann es sich beispielsweise um Atemgas eines Patient handeln. Die Probebeutel 2 sind auf Stutzen aufgeschoben, d über Magnetventile 3, 4 mit einer Hauptleitung 5 verbunden sind. Die Hauptleitung 5 des Probenentnahmesystems ist zum einen mit einer Evakuierungsleitung 6 verbunden, die (gegeb nenfalls unter Zwischenschaltung eines Reservoirbehälters) ein Pumpenmagnetventil 7 an eine Vakuumpumpe 8 angeschlosse ist. Zum anderen ist die Hauptleitung 5 über ein Meßmagnetv til 12 mit einer Meßleitung 11 verbunden. Die Meßleitung 11 mündet in eine Meßküvette 14.Determination of the concentration or concentration ratio of isotopes is intended for the investigation of gaseous p ben. Here, a sampling system 1 is provided to which sample bags 2 can be connected, which are filled with the gas to be tested. The gas in the sample 2 can be, for example, a patient's breathing gas. The sample bags 2 are pushed onto the nozzle, d are connected to a main line 5 via solenoid valves 3, 4. The main line 5 of the sampling system is connected on the one hand to an evacuation line 6, which (where appropriate with the interposition of a reservoir container) a pump solenoid valve 7 is connected to a vacuum pump 8. On the other hand, the main line 5 is connected via a measuring magnet valve 12 to a measuring line 11. The measuring line 11 opens into a measuring cell 14.
Wenn die Magnetventile 3 und 4 geschlossen und das Pumpenma netventil 7 sowie das Magnetventil 12 geöffnet sind, kann m Hilfe der Vakuumpumpe 8 in der Meßküvette 14 ein Vakuum er- zeugt werden. Wenn ein gewünschter Enddruck erreicht ist (vWhen the solenoid valves 3 and 4 are closed and the Pumpenma netventil 7 and the solenoid valve 12 are open, a vacuum can be generated with the help of the vacuum pump 8 in the measuring cell 14. When a desired final pressure is reached (v
-2 zugsweise kleiner als 10 Torr), wird das Pumpenmagnetvent-2 preferably less than 10 Torr), the pump solenoid valve
7 geschlossen. Durch Öffnen des Magnetventils 3 kann der In des zugeordneten Probenbeutels 2 in die Meßküvette 14 einge bracht werden. Die Volumenverhältnisse sowie der mit der Va kuumpumpe 8 erzeugte Unterdruck sind dabei so gewählt, daß sich im Inneren der Meßküvette 14 ein Druck von etwa 1 bis 10 Torr einstellt. Nach dem Durchführen einer Messung wird Meßküvette 14 mit Hilfe der Vakuumpumpe 8 leergepumpt, so d durch Öffnen des Magnetventils 4 der Inhalt des zweiten Pro beuteis 2 in die Meßküvette 14 eingebracht werden kann.7 closed. By opening the solenoid valve 3 in the assigned sample bag 2 can be introduced into the measuring cell 14. The volume ratios and the vacuum generated with the vacuum pump 8 are selected so that a pressure of approximately 1 to 10 Torr is established in the interior of the measuring cell 14. After carrying out a measurement, the measuring cell 14 is pumped empty with the help of the vacuum pump 8, so that the contents of the second pro bag 2 can be introduced into the measuring cell 14 by opening the solenoid valve 4.
Ein Problem stellt die Probenaufgabe insofern dar, als die küvette einen "Memory-Effekt" aufweist, also Proben-Molekül der Küvetten-Innenwand haften bleiben. Besonders problematis ist dieser Memory-Effekt insofern, als der Memory-Effekt für unterschiedliche Isotope verschieden stark ist. So z.B. blei H2018 stärker an den meisten Materialien hängen als H2016. B einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind darum E richtungen vorgesehen, um die Meßküvette 14 aufzuheizen und/ oder zu spülen. Bei einer weiteren, in den Abbildungen nicht gesondert gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist ein Ma gazin von Küvetten 14 vorgesehen, die nacheinander zur Unter suchung von Proben mit der Meßleitung 11 verbindbar sind.The sample application presents a problem insofar as the cuvette has a "memory effect", ie sample molecule stick to the inside of the cuvette. This memory effect is particularly problematic in that the memory effect is different for different isotopes. For example, lead H2018 is more attached to most materials than H2016. In a preferred embodiment of the invention, E directions are provided to heat and / or rinse the measuring cell 14. In a further embodiment of the invention, not shown separately in the figures, a magazine of cuvettes 14 is provided which can be connected to the measuring line 11 one after the other for the examination of samples.
Die Meßküvette 14 befindet sich in einem Strahlengang 15 zwi schen einer Strahlungsquelle 16 und einem im Infrarotbereich empfindlichen breitbandigen Detektor 17. Unmittelbar vor dem Detektor 17 ist ein schmalbandiges Strahlungsfilter 18 vorge sehen, dessen Filterdurchlaßbereich durch die in der Fig. 2 dargestellten vorderen und hinteren Flanken 9 und 10 angedeu tet ist.The measuring cuvette 14 is located in a beam path 15 between a radiation source 16 and a broadband detector 17 which is sensitive in the infrared range. Immediately in front of the detector 17 is a narrowband radiation filter 18, the filter passband of which is shown by the front and rear edges shown in FIG. 2 9 and 10 is indicated.
Die Meßküvette 14, die Strahlungsquelle 16 und das Strahlung filter 18 sind vorzugsweise in einer Kammer untergebracht, u sicherzustellen, daß sich zwischen der Meßküvette 14, der Strahlungsquelle 16 und dem Strahlungsfilter 18 keine stören den Gase befinden. Diese (in der Zeichnung nicht dargestellt Kammer kann mit einem nicht-störenden Gas gefüllt oder evaku iert sein.The measuring cell 14, the radiation source 16 and the radiation filter 18 are preferably housed in a chamber, u to ensure that there are no interfering gases between the measuring cell 14, the radiation source 16 and the radiation filter 18. This chamber (not shown in the drawing) can be filled with a non-interfering gas or evacuated.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Intensität des am Ausgang 19 d Detektors 17 auftretenden Detektorsignals, wenn die Strahlu quelle 16 über einen Frequenzbereich durchgestimmt wird, de den Filterdurchlaßbereich einschließt. Hierbei ist die Meßk vette 14 mit Atemgas bei einem Druck von etwa 1 bis 10 Torr gefüllt. Der Intensitätsverlauf ist über die Frequenz bzw. Wellenzahl der Strahlung aufgetragen. Diese Auftragungsweis entspricht wiederum der Zeit, wenn die Strahlungsquelle per disch über einen vorgegebenen Frequenzbereich durchgestimmt wird. Wie man in Fig. 2 erkennt, umfaßt der Filterdurchlaßbereich einen Frequenzbereich, in welchem zwei Absorptionslinien auf treten. Die in Fig. 2 linke erste Absorptionslinie 21 ist ei Wellenzahl von 2295,769 cm zugeordnet. Sie rührt von einer schwachen Absorptionslinie des häufigeren Isotops 12C02 her.Fig. 2 shows the course of the intensity of the detector signal occurring at the output 19 d detector 17 when the Strahlu source 16 is tuned over a frequency range, which includes the filter pass band. Here, the Meßk vette 14 is filled with breathing gas at a pressure of about 1 to 10 torr. The intensity curve is plotted against the frequency or wave number of the radiation. This mode of application in turn corresponds to the time when the radiation source is tuned perically over a predetermined frequency range. As can be seen in Fig. 2, the filter pass band comprises a frequency range in which two absorption lines occur. The first absorption line 21 on the left in FIG. 2 is assigned to a wave number of 2295.769 cm. It comes from a weak absorption line of the more common isotope 12C02.
Die in Fig. 2 dargestellte rechts hiervon liegende zweite Ab sorptionslinie 22 ist einer Wellenzahl von 2295,846 cm" zu¬ geordnet und rührt von einer starken Absorptionslinie des se teneren Isotops 13C02 her. Der gegenüber der ersten Absorp¬ tionslinie 21 in Fig. 2 etwas geringere Intensitätsabfall rührt daher, daß die größere Linienstärke durch eine kleiner Konzentration kompensiert oder (je nach den Konzentrationsve hältnissen) überkompensiert wird.The second absorption line 22 shown on the right of this in FIG. 2 is assigned to a wave number of 2295.846 cm " and comes from a strong absorption line of the secondary isotope 13C02. The one opposite the first absorption line 21 in FIG. 2 somewhat lower decrease in intensity stems from the fact that the greater line thickness is compensated for by a smaller concentration or (depending on the concentration ratios) overcompensated.
Aus dem anhand der Fig. 2 ersichtlichen Verlauf der Intensit des Detektorsignals des Detektors 17 ist ersichtlich, daß zu Erfassung des Konzentrationsverhältnisses von 12C02 zu 13C02 ein Filterdurchlaßbereich vorgesehen ist, der über den Berei hinausgeht, der durch die beiden Wellenzahlen bestimmt ist. Wesentlich ist hierbei, daß dieser Filterdurchlaßbereich an einer Stelle liegt, an der das häufigere Isotop 12C02 eine schwache Linie und das seltenere Isotop 13C02 eine starke Li nie aufweist. Weitere Linien dieser Gase oder anderer in der Atemluft vorkommender Gase sind in dem Filterdurchlaßbereich nicht vorhanden. Statt der angegebenen Absorptionslinien kön nen auch andere Absorptionslinien verwendet werden, welche d eben erwähnten Eigenschaften haben, also starke Absorptionsl nien des selteneren und schwache Absorptionslinien des häufi ren Isotops darstellen. Es kommt hierbei nicht auf die Reihe folge der Absorptionslinien, sondern lediglich darauf an, daß sie möglichst eng benachbart sind. Wenn zwischen ihnen keine weiteren Absorptionslinien liegen, so läßt sich das erfin¬ dungsgemäße Verfahren besonders leicht durchführen bzw. kann die Messung besonders schnell erfolgen.It can be seen from the course of the intensity of the detector signal of the detector 17, which can be seen in FIG. 2, that a filter passband is provided for detecting the concentration ratio from 12C02 to 13C02, which extends beyond the range which is determined by the two wave numbers. It is important here that this filter pass band is at a point where the more common isotope 12C02 never has a weak line and the rarer isotope 13C02 never has a strong Li. No further lines of these gases or other gases occurring in the breathing air are present in the filter pass area. Instead of the specified absorption lines, other absorption lines can also be used, which have the properties just mentioned, that is to say strong absorption lines of the rarer and weak absorption lines of the more frequent isotope. It does not depend on the order of the absorption lines, but only on the fact that they are as close as possible. If there are no further absorption lines between them, the method according to the invention can be carried out particularly easily or the measurement can be carried out particularly quickly.
Der anhand der Fig. 2 gezeigte Filterdurchlaßbereich des schmalbandigen Filters 18 legt auch den Frequenz- oder Wellen längenbereich fest, in welchem die Strahlungsquelle 16 Stra lung abgeben soll. Das Filter 18 kann als Monochromator ode Etalon gegebenenfalls zusammen mit einem Interferenzfilter ausgebildet sein und dient neben der Selektion der zwei aus wählten Absorptionslinien 21 und 22 zur Unterdrückung von H tergrundstrahlung in den Detektor 17. Dadurch ist ein konst ter Detektor-Arbeitspunkt gewährleistet. Lasermoden, die au halb dieses Durchlaßbereiches liegen, erreichen den Detekto nicht. Die dem Detektor 17 und der als Laser ausgebildeten Strahlungsquelle 16 zugeordnete Optik ist in Fig. 1 aus Grü den der Vereinfachung nicht dargestellt.The filter passband shown in FIG. 2 of the narrow-band filter 18 also defines the frequency or waves length range in which the radiation source 16 should emit radiation. The filter 18 can optionally be designed as a monochromator or etalon together with an interference filter and, in addition to the selection of the two selected absorption lines 21 and 22, serves to suppress background radiation into the detector 17. This ensures a constant detector operating point. Laser modes, which are half of this pass band, do not reach the detector. The optics associated with the detector 17 and the radiation source 16 designed as a laser is not shown in FIG. 1 for reasons of simplification.
Bei der Auswahl der Absorptionslinien 21 und 22 wurde berüc sichtigt, daß sich die Linienstärke der ersten Absorptionsl nie 21 zur Linienstärke der zweiten Absorptionslinie 22 umg kehrt verhält, wie das natürliche Isotopenverhältnis zwisch den Isotopen 12C02 zu 13C02. Dieses Verhältnis beträgt etwa 100 : 1. Demgemäß ist das Verhältnis der Linienstärken 1 : Auf diese Weise wird erreicht, daß die erste Absorptionslin 21 und die zweite Absorptionslinie 22 im Intensitätsverlauf des Detektorsignals am Ausgang 19 des Detektors 17 etwa gle groß sind, so daß sich Veränderungen gegenüber dem natürli¬ chen Isotopenverhältnis besonders leicht und ohne Übersteue rungsprobleme erfassen lassen.When selecting the absorption lines 21 and 22, it was taken into account that the line thickness of the first absorption line 21 never reversed to the line thickness of the second absorption line 22, like the natural isotope ratio between the isotopes 12C02 to 13C02. This ratio is approximately 100: 1. Accordingly, the ratio of the line widths is 1: In this way it is achieved that the first absorption line 21 and the second absorption line 22 are approximately the same in the intensity profile of the detector signal at the output 19 of the detector 17, so that Changes in relation to the natural isotope ratio can be recorded particularly easily and without oversteering problems.
Der Ausgang 19 des Detektors 17 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 24 verbunden, dessen Ausgang am Eingang einer Signalverarbeitungseinrichtung 25 angeschlossen ist. Die Si nalverarbeitungseinrichtung 25 erfaßt die Meßwerte für die Berechnung des Isotopenverhältnisses, bereitet die erfaßten Daten auf und speichert sie in einem Speicher 23.The output 19 of the detector 17 is connected to the input of an amplifier 24, the output of which is connected to the input of a signal processing device 25. The signal processing device 25 detects the measured values for the calculation of the isotope ratio, prepares the detected data and stores them in a memory 23.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 25 übt weiterhin eine St erungsfunktion aus. Hierzu ist sie mit Ausgängen über Leitu gen 27 mit der Vakuumpumpe 8 und den Magnetventilen 3, 4, 5 und 7 verbunden. Auf diese Weise ist eine automatische Steu erung der Probenentnahme möglich. Weiterhin ist die Signalverarbeitungseinrichtung 25 über ei Ausgang 33 mit einem Eingang 35 eines Temperaturreglers 29 bunden, der mit seinem Ausgang eine Kühleinrichtung 28 anst ert, die beispielsweise als thermoelektrischer Kühlkörper a gebildet ist. Die Temperatur der Kühleinrichtung 28 wird üb einen Temperaturfühler 30 abgetastet, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 31 auf den Eingang 32 der Signalverarbei¬ tungseinrichtung 25 geführt werden. Über diese Anordnung is somit eine Regelung der Temperatur der Kühleinrichtung 28 möglich. Selbstverständlich kann diese auch in einer andere Art und Weise ausgeführt sein.The signal processing device 25 continues to perform a fault function. For this purpose, it is connected to outputs via lines 27 with the vacuum pump 8 and the solenoid valves 3, 4, 5 and 7. In this way, automatic control of the sampling is possible. Furthermore, the signal processing device 25 is connected via an output 33 to an input 35 of a temperature controller 29, which outputs a cooling device 28, which is formed, for example, as a thermoelectric heat sink a. The temperature of the cooling device 28 is sensed by a temperature sensor 30, the output signal of which is led via a line 31 to the input 32 of the signal processing device 25. A regulation of the temperature of the cooling device 28 is thus possible via this arrangement. Of course, this can also be carried out in a different way.
Auf der Kühleinrichtung 28 ist die Strahlungsquelle 16 in w meleitender Verbindung angebracht. Die Strahlungsquelle 16 bei dieser Ausführungsform als PbTe DH-Laser ausgebildet, d sen Temperatur je nach der gewünschten Wellenlänge der Aus¬ gangsstrahlung zwischen 20 K und 120 K bei Dauer-Betrieb des Lasers und bis hinauf bis zu 300 K im gepulsten Betrieb gehalten wird. Selbstverständlich kann die Regelung der Tem peratur auch über einen gesonderten Regelkreis durchgeführt werden, so daß dann aus der Signalverarbeitungseinrichtung 25 lediglich der Soll-Wert für die Temperatur an den Regler 29 zu übermitteln ist.The radiation source 16 is mounted on the cooling device 28 in a conductive connection. In this embodiment, the radiation source 16 is designed as a PbTe DH laser, the temperature of which, depending on the desired wavelength of the output radiation, is maintained between 20 K and 120 K during continuous operation of the laser and up to 300 K in pulsed operation. Of course, the regulation of the temperature can also be carried out via a separate control circuit, so that then only the setpoint value for the temperature is to be transmitted to the controller 29 from the signal processing device 25.
Die Strahlungsquelle 16 ist über eine Leitung 41 mit einerThe radiation source 16 is connected to a via a line 41
Stromsteuerungseinrichtung 40 verbunden. Die Stromsteuerung einrichtung 40 weist zwei Eingänge auf, die über Leitungen 38 und 39 mit der Signalverarbeitungseinrichtung 25 verbund sind. Über den einen Eingang ist ein konstanter Grundstrom, über den anderen Eingang ein überlagerter periodischer Modu lationsstrom einstellbar, welche (zusammen) der Strahlungs¬ quelle 16 zugeführt werden. Die Stärke des Grundstroms lieg zwischen 300 mA und 2 A, die Amplitude des Modulationsstrom um 20 mA. Das Verhältnis von Modulationsstrom zu Grundstrom wird etwa zu 1/10 gewählt. Zur Vorgabe, desjenigen Bereiches, in welchem die Strahlungsquelle arbeitet, können zum einen der Grundstrom, zum anderen die Temperatur eingestellt werde Der während der eigentlichen Messung beim Scannen zu über- streichende Bereich wird über den Modulationsstrom eingest Die Modulationsfrequenz beträgt einige Hertz.Power control device 40 connected. The current control device 40 has two inputs which are connected to the signal processing device 25 via lines 38 and 39. A constant base current can be set via one input, and a superimposed periodic modulation current can be set via the other input, which are fed (together) to the radiation source 16. The strength of the basic current is between 300 mA and 2 A, the amplitude of the modulation current is around 20 mA. The ratio of modulation current to base current is chosen to be approximately 1/10. To specify the area in which the radiation source works, on the one hand the basic current and on the other hand the temperature can be set, which is to be transferred during the actual measurement during scanning. range is entered via the modulation current The modulation frequency is a few Hertz.
Die Konzentrationsbestimmung erfolgt durch genaues Ausmess der Absorptionsmaxima und der zugehörigen Basispunkte (Unt grund), die z.B. durch eine Polynomannäherung der Intensit ten der nicht absorbierten Strahlung im Bereich der Absorp tionslinien gewonnen wird. Der Modulationsstrom kann auch selbst mit einer Modulationsfrequenz von einigen Kilohertz (zusätzlich) moduliert sein, um den Einsatz der Derivativ¬ spektroskopie zu gestatten, bei der die erste Ableitung fü die Zeitpunktsbestimmung oder Frequenzbestimmung und die zweite Ableitung für die Konzentrationsbestimmung und dami die Bestimmung des Konzentrationsquotienten benötigt wird.The concentration is determined by precisely measuring the absorption maxima and the associated base points (background), which e.g. is obtained by a polynomial approximation of the intensities of the non-absorbed radiation in the region of the absorption lines. The modulation current can also itself be modulated with a modulation frequency of a few kilohertz (in addition) in order to permit the use of derivative spectroscopy, in which the first derivative for determining the time or frequency and the second derivative for determining the concentration and then determining the concentration quotient is needed.
Vorzugsweise geschieht die Abtastung der Ausgangssignale a dem Detektor 17 derart, daß im Bereich des Absorptionsmaxi mums jeweils mit einer höheren Abtastrate abgetastet wird als im Bereich des Hintergrunds.Preferably, the sampling of the output signals a occurs to the detector 17 in such a way that in the area of the absorption maxi mum is sampled at a higher sampling rate than in the area of the background.
Beim Durchstimmen der Strahlungsfrequenz ergibt sich am De tektor 17 eine Signalfolge, die den zwei Absorptionslinien 21 und 22 in der in Fig. 2 dargestellten Weise zuzuordnen ist. Als Abszisse ist in dieser Abbildung die Wellenzahl bzw. die Zahl nach Beginn des Modulationsminimums aufgetra gen. Hierbei wird ein monotoner Zusammenhang zwischen Zeit und Frequenz bzw. Wellenzahl angenommen. Am Ausgang .19 des Detektors 17 steht nur dann ein Ausgangssignal an, wenn di Strahlung innerhalb des Filterdurchlaßbereiches des Filter zwischen dessen Flanken 9 und 10 liegt.When tuning the radiation frequency, a signal sequence results at the detector 17, which is assigned to the two absorption lines 21 and 22 in the manner shown in FIG. 2. The abscissa in this figure shows the wave number or the number after the start of the modulation minimum. Here, a monotonic relationship between time and frequency or wave number is assumed. An output signal is present at the output .19 of the detector 17 only when the radiation lies within the filter passband of the filter between its edges 9 and 10.
Die den Absorptionslinien 21 und 22 zugeordneten Detektors nale werden in der Signalverarbeitungseinrichtung 25 zur B stimmung des Isotopenverhältnisses weiterverarbeitet. Aus Betrag des Intensitätsabfalls der Strahlung kann bei bekan ten'Absorptionskoeffizienten aus dem Beer-Lambert'sehen Ge setz die Molekülkonzentration für beide Isotopen berechnet werden, wenn die Länge der Meßküvette 14 bekannt ist. Da d
Figure imgf000013_0001
The detector lines assigned to the absorption lines 21 and 22 are further processed in the signal processing device 25 to determine the isotope ratio. From amount of the intensity drop of the radiation, the molecule concentration, 'absorption coefficient can at bekan th from the Beer-Lambert'sehen Ge translated are calculated for both isotopes when the length of the measuring cell is known fourteenth Since d
Figure imgf000013_0001
1 Vorrichtung ein Speicher vorgesehen, in welchem die Betrieb ten der Strahlungsquelle 16 speicherbar sind. Beim Einschal der Vorrichtung wird (nach Füllung der Meßküvette 14 mit Pr gas) die Strahlungsquelle 16 zunächst auf die Temperatur ei1 device, a memory is provided in which the operations of the radiation source 16 can be stored. When the device is shuttered (after filling the measuring cell 14 with Pr gas) the radiation source 16 is initially at the temperature egg
5 stellt, die beim letzten Betrieb der Vorrichtung zu befried genden Resultaten führte. Nach Erreichen dieser Temperatur die Stromversorgung für die Strahlungsquelle ebenfalls auf beim letzten Betrieb gespeicherten Wert gebracht.5 represents, which led to satisfactory results when the device was last operated. After reaching this temperature, the power supply for the radiation source is also brought to the value stored during the last operation.
0 Wenn am Detektor nun nach dem Einschalten keine Laserstrahl erscheint, wird zunächst die Temperatur des Kühlkörpers 18 der Strahlungsquelle um einen fest eingestellten Betrag, z. um 10 K mit Hilfe der Signalverarbeitungseinrichtung 25 abg senkt. Während des Abkühlens wird das am Ausgang 19 des Det 5 tors 17 auftretende Detektorsignal beobachtet.0 If no laser beam now appears on the detector after switching on, the temperature of the heat sink 18 of the radiation source is first increased by a fixed amount, eg. lowered by 10 K using the signal processing device 25. During cooling, the detector signal occurring at the output 19 of the detector 5 is observed.
Sobald ein Detektorsignal erscheint, wird die entsprechende Ist-Temperatur über den Temperaturfühler 30, die Leitung 31 den Temperaturmeßeingang 32 in der Signalverarbeitungseinri 0 tung 25 registriert und als Soll-Temperatur für den Tempera regelvorgang festgehalten. Erscheint beim Abkühlen kein Aus gangssignal am Detektor 17, so wird die Strahlungsquelle 16 ausgehend von der eingangs genannten letzten Temperatur er¬ wärmt. Auch hierbei wird beobachtet, ob am Ausgang 19 des DAs soon as a detector signal appears, the corresponding actual temperature is registered via the temperature sensor 30, the line 31, the temperature measurement input 32 in the signal processing device 25 and recorded as the target temperature for the temperature control process. If no output signal appears on the detector 17 during cooling, the radiation source 16 is heated starting from the last temperature mentioned at the beginning. Here too it is observed whether at the outlet 19 of the D
25 tektors 17 ein Signal erscheint.25 tectors 17 a signal appears.
Selbstverständlich läßt sich dieser Vorgang der " emperatur tastung" mehrmals wiederholen, bis ein Temperaturbereich un tersucht wurde, innerhalb dessen erfahrungsgemäß ein korrek 30 Ergebnis erzielbar sein muß. Kann im gesamten so überprüfteOf course, this process of "temperature sensing" can be repeated several times until a temperature range has been investigated, within which experience has shown that a correct result must be achieved. Can be checked as a whole
Temperaturbereich keine Strahlung am Detektor 17 festgestel werden, so liegt ein Service-Fall vor, der über eine entspr chende Anzeigeeinrichtung angezeigt wird.If there is no radiation at the temperature range at the detector 17, there is a service case which is displayed on a corresponding display device.
35. Wenn am Ausgang 19 des Detektors 17 eine Strahlung registri wird, die somit innerhalb des Durchlaßbereiches des Filters liegt, so wird geprüft, ob die zwei Absorptionslinien 21 un ebenfalls erfaßt werden. Hierzu wird die Temperatur der Str
Figure imgf000015_0001
35. If a radiation is registered at the output 19 of the detector 17 and is thus within the pass band of the filter, it is checked whether the two absorption lines 21 are also detected. For this the temperature of the street
Figure imgf000015_0001
chend dem oben beschriebenen Verfahren an gasförmigen Wass molekülen statt.according to the method described above instead of gaseous water molecules.
Bezu szeichenliste:Related list:
34 - Temperatursteuerlei- tung34 - Temperature control line
38,38,
39 - Stromsteuerleitungen39 - Power control lines
40 - Stromsteuerungseinrich40 - Power control device
41 - Stromleitung41 - Power line
42 - Datenausgang42 - Data output
43 - Ausgabeeinheit43 - output unit
Figure imgf000016_0001
gang
Figure imgf000016_0001
gear

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Isotopen in ei Probe mittels Strahlungsabsorptionsspektrometrie, wobei die Dämpfung einer von einer Laserdiode erzeugten Strahlung, der Wellenlänge über Einstellparameter (Temperatur, Strom) verän derbar ist, beim Durchgang durch die Probe festgestellt und dem Verhältnis der Dämpfungen bei Absorptionslinien der Isot pen die Konzentration hergeleitet werden, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte:1. A method for determining the concentration of isotopes in an egg by means of radiation absorption spectrometry, wherein the attenuation of radiation generated by a laser diode, the wavelength can be changed via setting parameters (temperature, current), as it passes through the sample, and the ratio of the attenuations in absorption lines of the Isot pen the concentration can be derived, characterized by the following steps:
- die Wellenlänge der Strahlung wird auf eine zu messende sc che Absorptionslinie des häufigeren Isotops der Probe eing stellt, bei welcher eine geringe Dämpfung erfolgt;- The wavelength of the radiation is set on a sc che absorption line to be measured of the more common isotope of the sample, in which there is a slight attenuation;
- die Intensität der Strahlung bei dieser Wellenlänge nach D gang durch die Probe wird gemessen und gespeichert; - The intensity of the radiation at this wavelength after D gang through the sample is measured and stored;
- die Strahlung wird auf eine zu messende starke Absorptions¬ linie des selteneren Isotops der Probe eingestellt, bei wel¬ cher eine größere Dämpfung erfolgt;the radiation is adjusted to a strong absorption line of the rarer isotope of the sample to be measured, at which a greater attenuation takes place;
- die Intensität der Strahlung bei dieser Wellenlänge nach Durchgang durch die Probe wird gemessen und gespeichert;- The intensity of the radiation at this wavelength after passing through the sample is measured and stored;
- aus den Intensitätsverhältnissen werden die Konzentrationen der Isotopen hergeleitet.- The concentrations of the isotopes are derived from the intensity ratios.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß als Absorptionslinien solche gewählt werden, deren Absorp tionen in einem Verhältnis zwischen 0,5 und 1,5 zueinander liegen.2. The method according to claim 1, characterized in that the absorption lines selected are those whose absorptions are in a ratio between 0.5 and 1.5 to one another.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Absorptionslinien in ihrer gesamten Breite durch suk¬ zessive Verschiebung (scannen) der Wellenlänge der Strahlung abgetastet, die resultierenden Intensitäten festgestellt und lediglich deren Minimalwerte (maximale Absorption) weiterver¬ wendet werden.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the entire width of the absorption lines is scanned by successive shifting (scanning) of the wavelength of the radiation, the resulting intensities are determined and only their minimum values (maximum absorption) are used further.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wellenlänge der Strahlung sukzessiv verschoben und di Intensitäten der Strahlung neben den Absorptionslinien als fü den Untergrund bezeichnende Korrekturwerte festgestellt und g speichert werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wavelength of the radiation is shifted successively and the intensities of the radiation are determined in addition to the absorption lines as correction values indicative of the background and are stored.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Wellenlänge in diskreten Schritten verschiebt und die Schrittbreite über die Breite der Absorptionslinien gerin ger als in den übrigen Bereichen einstellt.5. The method according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the wavelength is shifted in discrete steps and the step width across the width of the absorption lines is set lower than in the other areas.
6. Verfahren nach Anspruch 5-, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Intensität der Strahlung bei einer Absorptionslinien- breite von über eine Gesamtbreite von im wesentlichen 4^11 betrachtet wird.6. The method according to claim 5-, characterized in that the intensity of the radiation at an absorption line width of over a total width of essentially 4 ^ 11 is considered.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Vielzahl von Absorptionslinien im Bereich um mi destens eine der interessierenden (schwachen oder starken) A sorptionslinien (des häufigeren bzw. selteneren Isotops) als Muster speichert ("Atlas"), die Wellenlänge der Strahlung übe diesen Bereich verändert, das Muster der Intensität der Strah lung nach Durchgang durch die Probe feststellt und eine Kali¬ brierung der Einstellparameter (Temperatur, Strom) anhand eines Vergleichs des gespeicherten mit dem festgestellten Mu¬ ster durchführt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that storing a plurality of absorption lines in the area around mi least one of the (weak or strong) A sorption lines of interest (of the more frequent or less common isotope) as a pattern ("Atlas"), the wavelength of the radiation changes over this range, the pattern of the intensity of the radiation after passing through the sample is determined and the setting parameters (temperature, current) are calibrated on the basis of a comparison of the stored pattern with the determined pattern.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man den Vergleich über eine Kreuzkorrelation zwischen ge¬ speichertem und festgestelltem Muster durchführt.8. The method according to claim 7, characterized in that the comparison is carried out via a cross-correlation between the stored and determined pattern.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man in einem Erkennungsschritt die Wellenlänge der Strah¬ lung so lange verstellt, bis eine Übereinstimmung der festge- stellten Amplitudenverhältnisse der Absorptionslinien zueinan der mit den Amplitudenverhältnissen der gespeicherten Absorp¬ tionslinien besteht und dann die zu messenden Absorptionsli¬ nien bestimmt.9. The method according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the wavelength of the radiation is adjusted in a detection step until there is a match between the determined amplitude ratios of the absorption lines and the amplitude ratios of the stored absorption lines and then determined the absorption lines to be measured.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man die Strahlung nach Durchgang durch die Probe einer Bandfilterung unterwirft, deren Durchlaßband die beiden Ab¬ sorptionslinien eng umfaßt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the radiation after passing through the sample is subjected to a band filtering whose pass band closely embraces the two absorption lines.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man eine Kalibrierung der Einstellparameter in Ubereinsti mung mit der Bandfilterung durchführt.11. The method according to claim 10, characterized in that a calibration of the setting parameters in Ubereinsti with the band filtering.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß man bei der Bestimmung des Isotopenverhältnisses von 12 zu 13C02 insbesondere zur Atemgasanalyse die Wellenlänge au ddiiee AAbbssorptionslinien mit 2295,796 cm und 2295,846 cm e stellt.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that when determining the isotope ratio of 12 to 13C02, in particular for respiratory gas analysis, the wavelength is set to absorption lines with 2295.796 cm and 2295.846 cm e.
13. Vorrichtung zur Konzentrationsbestimmung von Isotopen i einer Probe mittels Strahlungsabsorptionsspektrometrie, mit einer Laserdiode (16), deren Strahlungswellenlänge einstell bar ist, mit einer steuerbaren Kühleinrichtung (28) zum Küh der Laserdiode (16), mit einer steuerbaren Stromsteuereinri tung (40) zum Zuführen von Strom zur Laserdiode (16), mit e Detektoreinrichtung (17) zum Umwandeln einer Strahlung aus Laserdiode (16) nach Durchlaufen der Probe, mit einer Signa verarbeitungseinrichtung (25), die mit der Stromsteuerungse richtung (40) und der Detektoreinrichtung (17) verbunden is dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Signalverarbeitungseinrichtung (25) Speichereinrich tungen (23) umfaßt und derart ausgebildet ist, daß die Wel¬ lenlänge der Strahlung auf eine zu messende schwache Absorp tionslinie des häufigeren Isotops in der Probe einstellbar ist, bei welcher eine geringere Dämpfung erfolgt, daß die I tensität der Strahlung bei dieser Wellenlänge nach Durchgan durch die Probe meßbar und abspeicherbar ist, daß die Strah lung auf eine zu messende starke Absorptionslinie des selte ren Isotops der Probe einstellbar ist, bei welcher eine grö re Dämpfung erfolgt, daß die Intensität der Strahlung bei d ser Wellenlänge nach Durchgang durch die Probe meßbar und s cherbar ist, und daß aus den Intensitätsverhältnissen die K zentrationen der Isotope herleitbar sind.13. Device for determining the concentration of isotopes i of a sample by means of radiation absorption spectrometry, with a laser diode (16) whose radiation wavelength is adjustable, with a controllable cooling device (28) for cooling the laser diode (16), with a controllable current control device (40) Supply of current to the laser diode (16), with e detector device (17) for converting radiation from the laser diode (16) after passing through the sample, with a signal processing device (25) connected to the current control device (40) and the detector device (17 ) is characterized in that the signal processing device (25) includes memory devices (23) and is designed such that the wavelength of the radiation can be set to a weak absorption line to be measured of the more common isotope in the sample, at which a lower one Attenuation occurs after the intensity of the radiation at this wavelength Throughout the sample is measurable and storable that the radiation can be adjusted to a strong absorption line of the rare isotope of the sample to be measured, in which a greater attenuation takes place that the intensity of the radiation at this wavelength after passage through the sample is measurable and safe, and that the K concentrations of the isotopes can be derived from the intensity ratios.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t durch ein schmalbandiges Filter (18), insbesondere einen Monochro tor oder ein Etalon, das im wesentlichen unmittelbar vor de Detektoreinrichtung (17) angeordnet ist.14. The apparatus according to claim 13, characterized by a narrow-band filter (18), in particular a monochrome gate or an etalon, which is substantially immediately before de Detector device (17) is arranged.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Laserdiode (16) eine Doppelheterostruktur-Laserdiode, insbesondere eine Bleitelluriddiode ist.15. Device according to one of claims 13 or 14, characterized in that the laser diode (16) is a double heterostructure laser diode, in particular a lead telluride diode.
16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zur Atemgasanalyse. 16. Use of a device according to one of claims 13 to 15 for breathing gas analysis.
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