DE60125752T2

DE60125752T2 - Vorrichtung zur belichtung von material

Info

Publication number: DE60125752T2
Application number: DE60125752T
Authority: DE
Inventors: Austin Raritan McDONALD; Gerhard Watchung LIEPOLD
Original assignee: G A Apollo Ltd
Current assignee: G A Apollo Ltd
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: US20030155524A1; US6897452B2; IES20000339A2; EP1278598B1; AU2001255032A1; DE60125752D1; DK1278598T3; EP1278598A1; ATE350151T1; WO2001085335A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Bestrahlen von Material und insbesondere auf eine Einrichtung, die sichtbares Licht oder UV-Strahlung emittiert.
Gepulstes, weißes Licht und ultraviolettes Licht haben gut dokumentierte Eigenschaften als Sterilisierungsmedien. Sichtbares und UV-Licht werden häufig auf dem chemischen Gebiet verwendet, sowohl in der Industrie als auch Forschung, als eine Energiequelle, die beim Durchführen von photochemischen Reaktionen nützlich ist. Für solche Reaktionen jedoch, die ein bekanntes Verfahren verwenden, muss eine komplexe Einrichtung eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass der gesamte Reaktant die gleiche Licht-Belichtung erhält, und es ist schwierig, die Reaktion zu steuern, um die weitere durch Licht induzierte Reaktion von einem gewünschten Produkt zu einem unerwünschten Nebenprodukt zu begrenzen.
Die GB 695,541 offenbart ein Verfahren zum Behandeln von Produkten mit elektromagnetischer Energie. Bei einem gegebenen Beispiel wird ein Blutserum zu der Innenoberfläche eines sich schnell drehenden, vertikalen Zylinders geliefert. Das Serum tritt in den Zylinder an einem oberen Abschnitt ein und wird nach der Behandlung von einem unteren Abschnitt des Zylinders weggeleitet. Eine Zentrifugalkraft wird ausgeübt, so dass ein Film aus Serum gegen die Wände des Zylinders gehalten wird. An der Achse des Zylinders ist eine Quarz-Quecksilber-Dampflampe, die nach außen leuchtet, um das Serum zu bestrahlen, wenn es durch den Zylinder läuft.
Die CN 1 073 106 offenbart eine Einrichtung, die verwendet werden kann, um Blut mit ultraviolettem Licht zu bestrahlen. Das Licht wird durch eine Spiralquarzröhre geleitet und wird durch eine ultraviolette Röhrenlampe bestrahlt, die in der Mitte der Spiralquarzröhre untergebracht ist.
Die EP 0 198 212 offenbart ein Verfahren für die physiologisch und therapeutisch effektive Bestrahlung von venösem Blut. Das Dokument beschreibt eine Einrichtung, die ein Gehäuse aufweist, das einen Bestrahlungsemitter und ein Paar aus Reflektoren enthält. Ein PVC-Schlauch verläuft durch das Gehäuse und führt die Flüssigkeit, die bestrahlt werden soll.
Die US-A-3-894 236 offenbart eine Vorrichtung zum Bestrahlen von Fluiden, die ein Gehäuse aufweist, das eine längliche ultraviolette Lampe umgibt, wobei ein geschlossener, ringförmiger Raum zwischen dem Gehäuse und der Lampe angeordnet ist. Der geschlossene, ringförmige Raum liefert einen Durchgang, durch den Fluide laufen können, die bestrahlt werden sollen. Der relativ dünne, abgeflachte Durchgang umgibt die ultraviolette Lampe und umringt die Lampe oder erstreckt sich längs um die Lampe. Der Durchgang kann verschiedene separate Wege für die Sterilisierung unterschiedlicher Fluidströme liefern.
Keines der obigen Dokumente liefert ein zuverlässiges Mittel, durch das eine gesteuerte Dosis einer Strahlung zu einem Probenmaterial geliefert werden kann. Im Allgemeinen beziehen sich diese Dokumente auf eine Lichtquelle, die auswärts abstrahlt, um auf eine Probe aufzutreffen, mit dem Nachteil, dass eine Probe, die näher an der Quelle ist, eine höhere Dosis erhält als eine Probe, die weiter weg ist.
Die JP 10 151453 offenbart eine Ultraviolette-Strahlungs-Wasserbehandlungs-Einrichtung. Die Behandlungseinrichtung weist einen Zylinder mit einem Einlass und einem Auslass für das Wasser auf, das behandelt wird. Das Zylinderinnere weist eine Mehrzahl von länglichen UV-Lampen auf, die parallel um seinen Umfang platziert sind, wobei die Längs achse der Lampen in der Richtung des Flusses angeordnet sind. Effektiv scheinen die Lampen als ein Ring angeordnet zu sein, und ihre kombinierte Wirkung ist das Einwärtsbestrahlen, um Wasser zu sterilisieren, das durch diesen Ring fließt. Diese Einrichtung ist komplex.
Die JP 5 217 552 offenbart eine Ultraviolett-Strahlen-Strahlungsvorrichtung. Die Einrichtung weist eine Quecksilberentladungslampe auf, die mit einer U-förmigen Glühbirne versehen ist. Der Entladungsraum der Glühbirne ist eine fast rechteckige, flache Form. Die Verwendung von reflektierenden Körpern ermöglicht, dass dieses Instrument eine verbesserte, einheitliche, hoch dichte Ausgabe liefert. Diese Einrichtung ist jedoch nicht hohl und sie ist komplex.
Ebenfalls bekannt ist die Einrichtung RAYONET^TM „Merry go Round". RAYONET^TM, vertrieben von Southern New England Ultraviolet Co. Inc. in Branford, Connecticut, USA, ist verfügbar zum Ausführen photochemischer Reaktionen und weist eine zentrale UV-Lame auf, die von einem sich drehenden Karussell umgeben ist, zum Halten von Röhren, die einen Reaktanten enthalten. Das Karussell dreht sich relativ zu der Lampe so, dass alle Röhren eine gleichmäßige Lichtverteilung erhalten. Ferner ist eine Einrichtung zum Drehen der Röhren um ihre Längsachsen vorgesehen, um eine weitere Gleichmäßigkeit bei der Belichtung jeder Röhre mit UV-Strahlung sicherzustellen. Diese Einrichtung ist komplex.
Die U.S. 5,614,723 offenbart eine Einrichtung zum Behandeln von Fluiden unter Verwendung von ultravioletter Strahlung. Diese Einrichtung ist eine komplexe Einrichtung, die eine zylindrische Excimerlampe mit einem zentral positionierten Durchflussabschnitt für Fluide aufweist. Die Excimerlampe weist zwei Elektroden auf, wobei die erste an der Zylinderaußenabdeckung der Lampe angebracht ist und die zweite an einer Reihe von Prallflächen angebracht ist, die zentral innerhalb des Durchflussabschnitts positioniert sind.
Die U.S. 2,636,991 offenbart eine zylindrische Ultraviolettlampe, die von einem Fluidweg umgeben ist, der hohle Helixspulen aufweist. Der Eintritts- und Austritts-Punkt für das Fluid in den Fluidweg liegen außerhalb des Behandlungsbereichs der Lampe.
Die DE 3 913 519 offenbart ein Ultraviolett-Aushärt-System zum Schützen der Oberfläche einer optischen Faser. Das Aushärtsystem weist eine Ringlampe auf, in deren Mitte die optische Faser während des Aushärtprozesses platziert ist.
Die U.S. 1,079,503 offenbart eine Einrichtung zum Sterilisieren von Flüssigkeiten mit Hilfe einer ultravioletten Strahlung. Die Einrichtung weist eine bogenförmige, hohle Quecksilberdampflampe auf. Eine Röhre ist durch den hohlen Abschnitt platziert und an den Wänden der Lampe an ihren Eintritts- und Austritts-Punkten befestigt. Fluid kann durch die Röhre zur Behandlung durch die Lampe laufen.
Die DE 197 08 148 offenbart eine Vorrichtung für eine ultraviolette Bestrahlung von Flüssigkeiten und Gasen. Die Einrichtung weist eine Entladungslampe mit einem doppelwandigen, geschlossenen Ring auf, in dem die Gasmischung der Entladungslampe angeordnet ist. Flüssigkeiten oder Gase fließen durch die Mitte der Lampe, und die Funktionskomponenten der elektronischen Resonanzschaltung der Lampe, wie z. B. ein Kondensator und eine Hochfrequenzspule, sind außerhalb des Rings der Lampe angeordnet.
Die WO 00/23381 offenbart eine Vorrichtung zum Reinigen eines Fluids mit photonischen Pulsen. Diese Vorrichtung weist eine Helix-Bestrahlungslampe auf, die eine Kammer umgibt, durch die ein Fluid fließen kann. Eine zweite Bestrahlungslampe kann optional in der Kammer in dem Fluidweg platziert sein.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Probleme aus dem Stand der Technik, die oben beschrieben sind, und schafft eine einfachere Einrichtung zum Liefern einer gesteuerten Strahlungsdosierung, insbesondere von sichtbarem Licht oder UV-Strahlung, zu einem Probenmaterial, mit Hilfe der Anordnung, die in den beiliegenden Ansprüchen ausgeführt ist.
Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung eine Bestrahlungseinrichtung, die einen Lichtemitter für ultraviolettes Licht, Infrarotlicht oder gepulstes, hellweißes Licht in der Form einer einzigen linearen Lampe von ringförmiger Konstruktion mit einem zentral angeordneten, hohlen Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Behälter zum Enthalten eines durch Bestrahlung zu behandelnden Materials enthält, wobei der Behälter von dem hohlen Bereich der Lampe umgeben und herausnehmbar darin positioniert ist, wobei der Behälter einen Durchgang aufweist, durch den Material in einer definierten Bewegungsbahn fließen oder gepumpt werden und einer definierten Bestrahlungsintensität und Wellenlänge unterzogen werden kann, um eine vorhersagbare Belichtung des Materials zu erreichen. Bei einer bevorzugten Anordnung, die besonders geeignet zum Sterilisieren eines Mediums ist, ist der Emitter eine ultraviolette Lampe. Der Behälter weist vorteilhafterweise einen Durchgang auf, durch den Material fließen oder gepumpt werden kann. Die Einrichtung kann ferner eine Pumpeinrichtung zum Bewegen von Material durch den Durchgang zwecks Behandlung umfassen.
Gemäß der Erfindung ist die Lampe als eine längliche, hohle Röhre einer Ringkonstruktion gebildet. Interne Ausbildungen können innerhalb der Lampe vorgesehen sein, um ein Mittel zum Steuern der Position des Lichtbogens innerhalb der Lampe beim Versorgen der Lampe mit Energie zu liefern. Eine besonders bevorzugte Anordnung umfasst eine Lampe, die eine Mehrzahl von länglichen Segmenten aufweist, die nebeneinander angeordnet sind und angeordnet sind, dass ein Entla dungslichtbogen innerhalb jedes Segments gebildet werden kann. Die Lampe der Erfindung kann aufgebaut sein, um Licht jeglicher gewünschten Wellenlänge des Spektrums zu initiieren. Dies ist durch Mittel möglich, die in der Technik bekannt sind, die die Auswahl einer geeigneten Faser, Faserbeschichtung, Gastyp, Gasdruck usw, umfassen. Die gelieferte Strahlungsintensität kann ferner durch bekannte Mittel geändert werden, wie z. B. durch Variieren der Distanz zwischen der Lichtquelle und dem Ziel.
Wie hierin verwendet, soll sich der Ausdruck „Lampe" auf eine einzelne Glühbirne oder Lichtquelle oder einen Lichtemitter beziehen.
Verschiedene Materialien können in der Einrichtung der Erfindung behandelt werden und die Einrichtung kann vergrößert oder verkleinert werden, abhängig von dem Materialvolumen, das behandelt werden soll. Exemplarische Materialien, die behandelt werden können, umfassen Wasser bei Wasserreinigungsanwendungen, wässrige Flüssigkeiten und andere gasförmige und nicht-gasförmige Fluide, die Arzneimittel, Nahrungsmittel und Getränke umfassen, wo Sterilität erforderlich oder erwünscht ist, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Das Material kann stückweise oder in einem kontinuierlichen Prozess behandelt werden. Im Prinzip kann jedes Material, das fließen kann oder gepumpt werden kann, einer Behandlung in der Einrichtung der vorliegenden Erfindung in einem kontinuierlichen Prozess unterzogen werden.
Genauer gesagt schafft die Einrichtung ein effektives Mittel zum Behandeln biologischer Fluide oder Material, wie z. B. Blutserum oder anderen Blutprodukten, die wertvolle proteinische Materialien umfassen, die von einem Patienten benötigt werden, der dieser bedarf. Ein Beispiel eines solchen Materials weist Blutgerinnungsfaktoren auf, und viele andere biologisch wertvolle Materialien bieten sich dem Fachmann an. Es ist eine ständige Sorge für Patienten, die solche Produkte benötigen, die sie von Spendern erhal ten, dass deren Blut mit infektiösen Stoffen verunreinigt ist, wie z. B. Hepatitis, HIV oder andern Viren oder biologischen Kontaminanten. Die vorliegende Erfindung schafft eine neue und effektive Möglichkeit zum Vorbehandeln solcher Produkte, bevor dieselben einem Patienten verabreicht werden. Nukleinsäuren sind bekannterweise anfällig, durch UV-Licht und gepulstes Weißlicht beschädigt zu werden. In dem Fall von UV liegt die bekannte, optimale Abtötungsfrequenz bei ungefähr 260 nm, und wenn Licht dieser Wellenlänge für eine ausreichende Zeitdauer eingesetzt wird, kann ein vollständiges Abtöten von infektiösen Kontaminanten bzw. Fremdstoffen, wie z. B. Bakterien, Sporen, Parasiten und Viren, erreicht werden. Andererseits, da Proteine im Allgemeinen eine niedrige Lichtabsorption im ultravioletten Bereich aufweisen, werden sie durch die UV-Bestrahlungsbehandlung unbeeinflusst gelassen.
Das das Licht einwärts hin zu der Probe gerichtet ist, die sterilisiert werden soll, kann eine effektive Strahlungsdosierung zuverlässig auf die gesamte Probe gerichtet werden, um eine Sterilisierung zu erreichen.
Eine andere Anwendung der Einrichtung der Erfindung liegt im Gebiet von photochemischen Reaktionen, die durch die Photolyse chemischer Substanzen ausgeführt werden, entweder allein oder in Mischungen, mit oder ohne Vorhandensein eines Lösungsmittels und/oder eines Photosensibilisators. Solche Reaktionen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Photocycloadditionsreaktionen, photochemische Neuanordnungsprozesse und photochemische Spaltungsreaktionen. Es ist gegenwärtig eine Einschränkung solcher Reaktionen, dass es schwierig sein kann, sie zu steuern, um die gewünschten Produkte zu erhalten, mit minimaler Verschmutzung aus der nicht in Reaktion getretenen Startverbindung oder aus einem ungewollten Produkt, das aus einer weiteren Reaktion des gewünschten Primärprodukts hergeleitet wurde. Diese Effekte treten als Ergebnis einer ungleichmäßigen Belichtung mit Strahlung auf, da solche Reaktionen in Bündeln ausgeführt werden und daher häufig eine ungleichmäßige Belichtung des Reaktanten mit dem Licht erfolgt, da eine Probe weiter entfernt von der Quelle weniger Licht empfängt als eine Probe näher an der Quelle. Ferner kann das Verlängern der Belichtungszeit, um die Menge des Reaktanten zu erhöhen, der ausreichend Energie zu reagieren empfängt, eine nachteilige Wirkung derart haben, dass verursacht wird, dass das gewünschte Produkt weiter reagiert, und ein unerwünschtes Produkt bildet.
Da die Einrichtung der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle umfasst, die axial einwärts strahlt, um auf ein Material aufzutreffen, das in der Nähe dieser Achse vorliegt, kann das gesamte Material einer vorbestimmten, gewünschten Strahlungsdosis ausgesetzt werden. Zusätzlich dazu, da verursacht werden kann, dass sich das Material durch die Bestrahlungszone durch Gravitationsfluss oder Pumpen bewegt, ist es möglich, eine kontinuierliche Behandlung auszuführen, während die Behandlung durch Steuern der Verweilzeit jeglichen Abschnitts des Materials, das behandelt werden soll, oder der Reaktionsmischung, innerhalb der Bestrahlungszone, gesteuert wird. Somit kann eine Vorabuntersuchung ausgeführt werden, um die Dosis und Dauer der Belichtung zu bestimmen, die eine Gesamtsterilisierung erreicht oder den Ertrag oder das gewünschte Produkt optimiert, je nach Fall. Nachfolgend kann das Material in einer Chargen-Behandlung oder -Reaktion in der Einrichtung der Erfindung mit der vorbestimmten Geschwindigkeit bzw. Rate kontinuierlich durchgepumpt werden, um die gewünschte Sterilisierung oder den optimalen Ertrag des Produkts in dem Ausfluss aus der Bestrahlungszone zu erhalten.
Durch die Verwendung der Einrichtung gemäß der Erfindung wird ein zu behandelndes Fluid durch eine definierte Bewegungsbahn geleitet und einer definierten Strahlungsintensität-Arid-Wellenlänge unterzogen, um eine vorhersagbare Belichtung der gesamten Probe zu erreichen. Die Belichtungszeit kann einfach durch Ändern der Flussrate der Probe variiert werden. Vorteilhafterweise kann eine Pumpe, wie z. B. eine Peristaltikpumpe, verwendet werden, um die Flussrate zu steuern. Während kontinuierliche Prozesse sehr nützlich sind, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf solche Prozesse beschränkt ist, und dass Chargen-Behandlungen gleichermaßen mit der Einrichtung der Erfindung verwendet werden können.
Die Erfindung wird nun genauer Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, die verschiedene Ausführungsbeispiele einer Bestrahlungseinrichtung der Erfindung ausschließlich beispielhaft zeigen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Aufrissansicht im Teilquerschnitt, die ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
2a und 2b detailliertere Seiten- bzw. Draufsicht-Querschnittsansichten der Lampe aus 1;
3a und 3b eine Seiten-Querschnitts- bzw. Draufsicht-Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Lampe;
4a und 4b eine Seiten-Querschnitts- bzw. Draufsicht-Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lampe, und
4c eine Seitenquerschnittsansicht einer Variation der Lampe aus 4a;
5a und 5b eine Seitenquerschnitts- bzw. Draufsicht-Ansicht eines wiederum weiteren Ausführungsbeispiels einer Lampe und
5c ein Detail, das die Aufhängung der Faser zeigt;
6a und 6b eine Seitenquerschnitts- bzw. Draufsicht-Ansicht eines wiederum weiteren Ausführungsbeispiels einer Lampe;
7a und 7b eine Seitenquerschnitts- bzw. Teil-Querschnitts-Draufsicht eines wiederum weiteren Ausführungsbeispiels einer Lampe; und
8a und 8b eine Seitenquerschnitts- bzw. Draufsichts-Ansicht und
8c eine Detail, das die Aufhängung der Faser eines wiederum weiteren Ausführungsbeispiels einer Lampe zeigt.
Anfänglich Bezug nehmend auf 1 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Diese weist einen Reaktor 1 auf zum Bestrahlen einer Probe, die durch eine Versorgungsleitungsröhre 30 von dem Probenreservoir 31 in den Reaktor 1 geleitet wird. Nach der Bestrahlung wird die behandelte Probe weg von dem Reaktor 1 befördert, über eine Röhrenleitung 40, zu dem Probenreservoir 41. Beide Röhrenverbindungen 30 und 40 weisen ein Rückschlagventil 35 in der Leitung auf, um zu ermöglichen, dass eine Steuerung über das mögliche unbeabsichtigte Vermischen von unbehandelter und behandelter Probe erreicht wird. Die Einrichtung, die in 1 gezeigt ist, ist für eine Verwendung in einem kontinuierlichen Behandlungsprozess gedacht und folglich ist eine Pumpe 36 in der Versorgungsleitung 30 vorgesehen. Jegliche geeignete Pumpe kann verwendet werden, z. B. eine Peristaltikpumpe. Alternativ kann die Pumpe auf der anderen Seite des Reaktors in der Röhrenverbindung 40 platziert sein. In geeigneten Fällen kann die Probe zu der Oberseite des Reaktors geliefert werden, um unter Gravitationseinwirkung durch den Reaktor zu fallen.
Die Auswahl der Röhrenverbindung 30, 40 wird auf der Basis der Eigenschaft der Probe ausgeführt, die behandelt wird. Für biologische Anwendungen kann es häufig möglich sein, eine flexible Röhrenverbindung zu verwenden, wie z. B. eine Siliziumröhrenverbindung oder ähnliches. Andere Anwendungen können die Verwendung anderer Materialtypen erfordern. Zum Beispiel können einige chemische Prozesse von der Art sein, dass eine inerte Röhrenverbindung benötigt wird, wie z. B. glasartiges Material, das transparent für Licht der Frequenz von Interesse ist.
Der Reaktor 1 weist eine Strahlungsquelle auf, die in diesem Fall eine Ultraviolettlampe 2 ist, die als eine ringförmige Hülse gebildet ist, um ein Probengefäß 3 zu umgeben. Die Lampe 2, die im Querschnitt gezeigt ist, ist eine länglicher, hohler Zylinder, der einen axial angeordneten, hohlen Durchgang 20 in seiner Mitte aufweist, in den das Gefäß 3 einpasst, wobei die Anordnung derart ist, dass die Längsachsen der Lampe 2 und des Gefäßes 3 konzentrisch sind. Somit ist die Lampe 2 eigentlich eine ringförmige Hülse, die das Gefäß 3 umgibt. Axial radial auswärts von der Lampe 2 ist ein Reflektor 4 angeordnet, der zum Reflektieren von Licht dient, das durch die Lampe 2 axial einwärts emittiert wird. Abschließend ist das Gesamte durch eine Abschirmung 5 umgeben, die dazu dient, zu verhindern, dass Licht aus dem Reaktor 1 austritt, und ferner optional als eine Leitung zum Kühlen von Fluid aus einer oberen und unteren Kühlungskammer 6 dient. Die Kühlungskammern 6 können ferner Kühlfluid für eine Zirkulation zwischen der Lampe 2 und dem Gefäß 3 liefern, zum Steuern der Temperatur innerhalb des Reaktors 1, wodurch ein Überhitzen verhindert wird und jegliches aufgebaute, unerwünschte Ozon ausgespült wird. Eine Zirkulationsanordnung ist durch die Pfeile gezeigt. Das Kühlfluid ist ausgewählt, um Anforderungen zu erfüllen, und kann beispielsweise ein inertes Gas enthalten.
Jede Lampe erzeugt Strahlung einer spezifischen, gewünschten Wellenlänge. Das Gefäß 3 ist aus Quarz hergestellt, das transparent für UV-Licht ist. Wenn eine anderer Lampe als eine UV-Lampe benötigt wird, dann ist das Gefäß aus einem geeigneten Material hergestellt, das transparent für Licht der gewünschten Frequenz ist, die durch die verwendete Lampe erzeugt wird. Im Allgemeinen ist eine glasartige Röhrenverbindung für diesen Zweck geeignet.
Die Röhrenverbindung 30, 40 ist mit dem Gefäß 3 durch Drücken der flexiblen Röhrenverbindung über das Ende des Gefäßes 3 verbindbar. In dem Fall einer starren Röhrenverbindung wird eine entsprechende Kopplung verwendet, um die Teile aneinander zu befestigen.
Das Gefäß 3 ist angeordnet, um innerhalb des Hohlraums 20 der Lampe 2 durch Befestigungseinrichtungen getragen zu werden, die nicht gezeigt sind. Vorzugsweise ist das Gefäß 3 entfernbar innerhalb des Hohlraums der Lampe untergebracht und kann ohne Weiteres aus demselben zur Reinigung oder Wartung entnommen und konzentrisch wiederbefestigt werden.
In Verwendung ist die Probe, die behandelt werden soll, in dem Reservoir 31 platziert, und die Lampe 2 wird mit Energie versorgt. Sobald die Lampe 2 aufgewärmt ist, wird die Pumpe 36 aktiviert und die Ventile 35 werden geöffnet. Die Probe wird dann in der Richtung des Pfeils A durch die Röhrenverbindung 30 und in das Gefäß 3 gepumpt. Wenn die Säule der Fluidprobe durch das Gefäß 3 mit einer vorbestimmten Rate ansteigt, die ausgewählt ist, um die Dosierung der Strahlung zu steuern, die durch jeden Teil der Probe empfangen wird, tritt die Probe in die Bestrahlungszone ein, wo sie von der Lampe 2 umgeben ist. Wenn sie aus ihrer Basis in das Gefäß 3 läuft, tritt sie in den mittleren Abschnitt des Gefäßes 3 zwischen seinen Enden und den Enden der Lampe 2 ein, wobei dies der Bereich maximaler und konstanter Lampenentladung ist. Da die Verweilzeit inner halb dieses Teils des Gefäßes 3 durch die Bohrungsgröße des Gefäßes 3 und die Flussrate der Probe gesteuert wird, kann es ohne Weiteres sein, dass die Probe innerhalb des Bereichs des Gefäßes 3 für eine Zeit vorliegt, die ausreichend ist, um die gewünschte Dosierung zu erhalten.
Eine Kühlflüssigkeit oder ein inertes Gas wird konstant durch den Reaktor 1 geleitet, um den Reaktor bei einer gewünschten Temperatur zu halten.
Nach dem Leiten durch den Reaktor 1 wird die behandelte Probe über eine Röhrenverbindung 40, die einen Teströhre, ein sterilisierter Behälter oder jegliche andere geeignete Aufnahmeeinrichtung sein kann, zu dem Reservoir 41 weggeleitet.
In dem Fall einer biologischen Probe ist das Ziel des Leitens durch den Reaktor 1, die Probe zu sterilisieren. In dem Fall einer chemischen Reaktion ist es das Ziel, zu ermöglichen, dass eine photochemische Reaktion auftritt. In jedem Fall können Rückschlagventile 35 allein oder in Kombination verwendet werden, um eine Kreuz-Verschmutzung zu verhindern, die zwischen einer behandelten und einer unbehandelten Probe auftritt.
Während das Gefäß 3 oben als eine hohle Röhre zum Aufnehmen einer Flüssigkeitssäule beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, dass das Messelement der Bohrung ausgewählt sein kann, um für den beabsichtigten Zweck geeignet zu sein, und von einer Kapillarröhre zu einer großen Bohrung für industrielle, vorbereitende Anwendungen variieren kann. Andere Anpassungen sind ebenfalls möglich und z. B. muss das Gefäß nicht kreisförmig im Querschnitt sein, sondern kann andere Formen aufweisen. Es kann verwendet werden, um einen dünnen Probenfilm auf seiner Innenwand zu erzeugen, oder es kann mit zwei oder mehr internen Kanälen für denselben oder unterschiedliche Probenströme angeordnet sein.
Alternativ können das Gefäß 3 und der Reaktor 1 ohne Weiteres für eine Chargenbehandlung einer Probe angepasst sein, wobei in diesem Fall Röhrenleitungen 30, 40, Ventile 35, die Pumpe 36 und die Reservoire 31, 41 nicht erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Lampe 2 wird nun detaillierter Bezug nehmend auf 2a und 2b beschrieben. Die Lampe 2 ist eine ultraviolette Entladungslampe mit einem ringförmigen Querschnitt, wie in 2b gezeigt ist. Der hohle Bereich 20 der Lampe 2 nimmt das Probengefäß 3 axial innerhalb desselben auf. Die Lampe 2 weist Quarz-Innen- und -Außen-Wände 21, 22 auf. Sechs Fäden 23a–f, 24a–f sind an jedem Ende der Lampe vorgesehen, und das Ganze ist mit einem Quecksilberdampf gefüllt und abgedichtet. Wie in 2b gezeigt ist, die das Ende der Lampe zeigt, an dem die Fäden 24a–f angeordnet sind, sind die sechs Fäden bzw. Drähte 24a–f um das Innere des ringförmigen Raums zwischen der Innenwand 21 und der Außenwand 22 eingesetzt. Eine ähnliche Anordnung aus sechs Fäden 23a–f ist an dem gegenüberliegenden Ende der Lampenfäden vorgesehen. Beim Versorgen der Fäden mit Energie wird ein Lichtbogen zwischen jedem Fadenpaar (23a, 24a), (23b, 24b), (23c, 24c) etc. gebildet, wodurch eine Entladung des Quecksilberdampfs verursacht wird. Die genaue Frequenz der emittierten Energie kann durch Mittel ausgewählt werden, die Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt sind. Da die Position jedes Lichtbogens innerhalb der Lampe variieren könnte, ist die Lampe mit sechs Innenwänden 25 versehen, die um den Innenumfang der Lampe beabstandet sind und sich zwischen der Innen- und Außen-Wand 21, 22 und entlang der Länge der Lampe erstrecken, um das Innere der Lampe in sechs längliche Abschnitte zu teilen, wobei jeder Abschnitt ein Fadenpaar an jedem Ende aufweist. Sobald der Lichtbogen in einem der Abschnitte zwischen seinem Fadenpaar eingerichtet ist, bleibt er in diesem Abschnitt, so dass eine dauerhafte Ausgabe aus der Lampe geliefert wird. Wenn somit ein Lichtbogen in mehreren Abschnitten gleichzeitig eingerichtet ist, wirkt die Lampe als eine Reihe aus verbundenen Lampen, die alle auf dieselbe Weise emittieren. Die Anzahl von Abschnitten, die vorgesehen ist, ist nicht wesentlich und jegliche Anzahl zwischen drei und zwölf kann eingesetzt werden, wobei Vorbereitungen für eine noch höhere Anzahl im Gange sind.
Die Lampe 2 kann durch Herstellen der Innenwände 21 mit den Innenwänden 25 gebildet werden, die als Rippen gebildet sind, die sich axial auswärts von denselben erstrecken. Die Außenwand 22 ist als eine Hülse gebildet, um über die Innenwand 21 und die Wände 25 zu passen, so dass die freien Enden der Wände 25 eine enge Passung mit der Innenseite der Außenwand 22 bilden. Nachfolgend wird das Ganze miteinander abgedichtet, vorzugsweise auf eine solche Weise, dass so weit wie möglich jeder Abschnitt von jedem anderen Abschnitt isoliert ist.
3–8 zeigen alternative Ausführungsbeispiele von Lampen, die bei der Einrichtung gemäß der Erfindung verwendbar sind, die sich von der Lampe unterscheiden, die oben beschrieben ist, insofern, als keine Abschnitte innerhalb der Lampe vorgesehen sind, und insofern, als unterschiedliche Möglichkeiten zum Einbringen der Fäden in die Lampe verwendet werden. Bei diesen Ausführungsbeispielen weist jede Lampe nur ein Paar aus Fäden zum Erzeugen eines Lichtbogens zwischen denselben auf.
In 3 wird jeder Faden 323 und 324 einwärts und auswärts durch die Öffnungen 326, 327 an jedem Ende der Lampe geführt, und die Öffnungen, die koaxial mit der Längsachse der Lampe sind, sind auf gegenüberliegenden Seiten der Lampe angeordnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in 4 gezeigt ist, weist eine ähnliche Anordnung zu der aus 3 auf, mit dem Unterschied, dass die Öffnungen 426, 427 für Fäden 423, 424 senkrecht zu der Längsachse der Lampe sind. 4c zeigt eine Lampe, die im Hinblick auf alle Materialbe lange identisch zu der aus 4a und 4b ist, und sich nur in Details unabhängig vom Material unterscheiden. Die Lampe aus 4c wurde zum Testen der Einheitlichkeit der Lichtintensität verwendet, die entlang der Länge der Lampe erzeugt wird. Die Abmessungen der Lampe sind in 4c ausschließlich als ein spezifisches Beispiel gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die exakte Form, die Abmessungen und der Typ des Emitters variiert werden könnten, um mit den bestimmten Anforderungen eines Systems übereinzustimmen, das für einen bestimmten Zweck entworfen ist. Die bestimmte Lampe aus 4c wurde als eine Niedrigdruck-Quecksilberdampflampe entworfen, die bei 254 nm emittiert. Eine Testsonde zum Messen der Intensität des UV-Lichts in Milliwatt, das durch die Lampe erzeugt wird, wurde mit einem Durchmesser von 9,5 mm erzeugt. Die Sonde wurden in den 11,3-mm-Hohlraum der Lampe abgesenkt und Ablesungen wurden an sieben Punkte entlang der Lampe mit Beabstandungen von ungefähr 127 mm ausgeführt, wobei Punkt 4 die Längsmitte der Lampe ist und Punkt 1 und 7 in der Nähe der gegenüberliegenden Enden der Lampe sind.

Leistungseinstellungen: Lampenleistung ungefähr 184 V.

Lichtbogen: 8,8 cm

Wellenlänge: 254 nm
Ergebnisse:
Es wurde beobachtet, dass der Intensitätsabfall von Punkt 4 zu Punkt 7 ungefähr derselbe war, wie der Intensitätsabfall von Punkt 4 zu Punkt 1. Die durchschnittlichen Intensitätsablesungen betrugen ungefähr 18 mw bis 11 mw.
5 zeigt einen wiederum weitere Anordnung, bei der die Öffnungen 526a und b, 527a und b auswärts von der Längsachse der Lampe gewinkelt sind und die Fäden 523, 524 in einem im Wesentlichen hexagonalen Muster angeordnet sind, und von einem Aufhängungsdraht 525, 528 hängen. Der Faden 523 wird durch die Öffnung 527b auswärts und einwärts geleitet. Der Faden 524 wird durch die Öffnung 526a auswärts und einwärts gelassen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich zu 5, bei dem aber die Fäden 623, 624 als ein kurzer Faden angeordnet sind.
Das Ausführungsbeispiel aus 7 ähnelt dem aus 6, mit dem Unterschied, dass der Aufbau der Öffnungen etwas unterschiedlich ist.
Abschließend zeigt 8 eine andere Variation der Anordnung der Entwicklung der Fäden 823, 824 innerhalb der Lampe, die an Aufhängungsdrähten 825, 828 aufgehängt sind.
Bei den Ausführungsbeispielen von 3–8 können interne Prallflächen innerhalb der Lampe vorgesehen sein, um einen gewissen Grad an Steuerung über den Lichtbogen und eine Stabilisierung desselben zu erreichen. Der Dampf innerhalb der Lampe kann elektronisch oder magnetisch erregt werden, um eine einheitliche Ausgabe aus der Lampe zu erreichen. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele wird ein einzelner Lichtbogen innerhalb der Lampe erzeugt, wenn dieselbe mit Energie versorgt wird.
Während sich die spezifische Beschreibung oben auf eine UV-Lampe bezieht, ist es für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, dass andere Typen von Licht emittierenden Lampen hergestellt und auf ähnliche Weise verwendet werden können, abhängig von der erforderlichen Lichtwellenlänge.

Claims

Eine Bestrahlungseinrichtung (1), umfassend einen Lichtemitter (2) für ultraviolettes Licht, Infrarotlicht oder gepulstes hellweißes Licht in Form einer einzigen linearen Lampe von ringförmiger Konstruktion mit einem zentral angeordneten hohlen Bereich (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Behälter (3) zum Enthalten eines durch Bestrahlung zu behandelnden Materials enthält, wobei der Behälter von dem hohlen Bereich (20) der Lampe umgeben und herausnehmbar darin positioniert ist, wobei der Behälter einen Durchgang umfasst, durch den Material in einer definierten Bewegungsbahn fließen oder gepumpt werden und einer definierten Bestrahlungsintensität und Wellenlänge unterzogen werden kann, um eine vorhersagbare Belichtung des Materials zu erreichen.
Eine Einrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Lampe eine Entladungslampe ist.
Eine Einrichtung, wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die Lampe eine Vielzahl nebeneinander angeordneter länglicher Segmente (25) aufweist und Mittel zur Erzeugung eines Lichtbogens in einem oder mehreren Segmenten vorgesehen sind.
Eine Einrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, die Pumpmittel (36) zum Bewegen von Material durch den Durchgang zwecks Behandlung beinhaltet.
Eine Einrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, wobei der Lichtemitter ein Ultraviolettlicht ist.
Eine Einrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, die Kühlmittel (6) zur Steuerung der Temperatur des zu behandelnden Materials beinhaltet.
Eine Einrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, die einen reflektierenden Mantel (4) zum Zurückreflektieren des erzeugten Lichts zu dem Behälter beinhaltet.
Eine Einrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, die Abschirmmittel (5) zum Umgeben der Lampe beinhaltet, um zu verhindern, dass erzeugtes Licht von dort nach außen entweicht.
Eine Einrichtung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, die Mittel zur Verhinderung des Vermischens von behandeltem und unbehandeltem Material beinhaltet.
Ein Verfahren zum Sterilisieren einer biologischen oder nicht biologischen Probe oder zur Durchführung einer photochemischen Reaktion an einer Probe, das umfasst, dass die Probe Licht einer effektiven Wellenlänge unterzogen wird, in einer Einrichtung, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht ist.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 10, das einen Durchlaufbetrieb umfasst, wobei die Probe kontinuierlich durch die Einrichtung geführt wird, mit einer Rate, die effektiv ist, um die Probe zu sterilisieren oder es einem gewünschten Produkt gestattet, sich zu bilden.
Verwendung der Einrichtung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 beansprucht, zum Sterilisieren einer biologischen oder nicht biologischen Probe, zur Durch führung einer photochemischen Reaktion oder zur anderweitigen Bestrahlung eines Materials.