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Abb. 2 zeigt das Schema eines nach diesem Prinzip arbeitenden Meßgeräts.
Abbildung 2
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Schema eines einfachen nichtdispersiven Infrarotspektrometers. Weitere Erläuterungen im Text.
1 Lampen, die ein Kontinuum im Infraroten emittieren
2 mit dem zu analysierenden Gas gefüllte Meßküvetten
3’ mit einem der isotopenreinen Gase gefüllter Strahlungsempfänger
3’’ mit dem anderen isotopenreinen Gas gefüllter Strahlungsempfänger
4 (als Kondensator ausgebildetes) Membranmanometer
5 Signalerfassung
6 rotierendes Flügelrad („Chopper“)
----- Strahlengang
Die von den beiden Infrarotlampen 1 gleicher, konstanter Strahlungsleistung emittierte weiße
Infrarotstrahlung durchstrahlt das in den beiden Meßküvetten befindliche Meßgas und fällt
dann, in den für das Meßgas charakteristischen Spektralbereichen mehr oder weniger geschwächt,
auf die mit jeweils einem der beiden isotopenreinen Gase gefüllten Strahlungsempfänger
3’ und 3’’. Jeder der beiden Empfänger absorbiert in den Spektralbereichen, die
für das in ihm enthaltene Isotop charakteristisch sind, und erfährt dabei eine Erwärmung, die
der Intensität dieser Strahlung an seinem Eintrittsfenster proportional ist. Diese Intensität
wiederum hängt nicht nur von der Leistung der Infrarotlampen, sondern naturgemäß auch von
der Schwächung der Strahlung in den jeweiligen Meßküvetten und damit von der Konzentration
bzw. dem Partialdruck der jeweiligen Komponente in der Meßküvette ab. Nach dem Gesetz
von Gay–Lussac erfahren die Gase in den Empfängern 3’ und 3’’ eine der Temperaturerhöhung
proportionale Druckerhöhung. Das Membranmanometer 4, dessen Membran eine
Platte eines Kondensators bildet, zeigt die Differenz der sich in den Strahlungsempfängern 3’
und 3’’ einstellenden Drücke an, die von dem Verstärker 5 verstärkt und angezeigt wird. Das
rotierende Flügelrad 6 bewirkt eine periodische Unterbrechung des Strahlengangs, so daß die
Membran des Manometers schwingt und am Verstärker eine Wechselspannung ankommt, die
der Differenz der Konzentrationen der beiden Komponenten, in unserem Beispiel 12 CO2 und
13 CO2, im Meßgas proportional ist.
Während massenspektrometrisch arbeitende 13 C–Atemtestgeräte in der Regel nicht ohne
Preßluft oder Helium (als Trägergas für die gaschromatographische Trennung des Kohlendioxids
von den anderen Komponenten der Atemluft) bzw. flüssigen Stickstoff oder Trockeneis
(zur Abtrennung des Kohlendioxids durch Kondensation) auskommen, bedürfen auf dem
Prinzip der nichtdispersven Infrarotspektroskopie beruhende 13 C–Atemtestgeräte keiner
Hilfsgase und keines Kühlmittels. Die Messung des 13 C/ 12 C–Verhältnisses im ausgeatmeten
Kohlendioxid gelingt vielmehr direkt in der Atemluft.
10
4
3´
3´´
5