AT523541B1 - Messzelle zur Absorptionsspektroskopie von Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Es wird eine Messzelle zur Absorptionsspektroskopie von Flüssigkeiten mit einem eine Probenkammer (7) aufweisenden Probenträger (1) und einem Messadapter (2), der einen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eines Adapterrahmens (3) verlaufenden optischen Pfad aufweist beschrieben. Um eine Messzelle der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, dass trotz einfacher Reinigung und Handhabung ein äußerst kleines Probenvolumen exakt und reproduzierbar gemessen werden kann, wird vorgeschlagen, dass der ausziehbar in eine den optischen Pfad kreuzende Probenträgeraufnahme (4) des Messadapters (2) einführbare Probenträger (1) aus zwei voneinander getrennten Trägerelementen (5, 6) besteht, von denen ausschließlich ein Trägerelement (5) je Probenkammer (7) ein Sackloch (8) zur Probenaufnahme aufweist, dessen Durchmesser weniger als 5 mm und dessen Sacklochtiefe weniger als 0,5 mm beträgt.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Messzelle zur Absorptionsspektroskopie von Flüssigkeiten mit einem eine Probenkammer aufweisenden Probenträger und einem Messadapter, der einen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eines Adapterrahmens verlaufenden optischen Pfad aufweist.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Messzellen zur Absorptionsspektroskopie bekannt, die es aufgrund ihrer Bauweise erlauben, das für das Absorptionsspektroskop benötigte Probenvolumen zu reduzieren. Diese Reduktion wird dadurch erzielt, dass die Probe möglichst nur im Strahlengang des Absorptionsspektroskops positioniert wird und nicht die gesamte Küvette mit der Probe befüllt wird. Die EP2257783B1 beschreibt hierfür einen Probenträger mit zwei Trägerelementen, die über ein Scharnier miteinander verbunden sind. Die beiden Trägerelemente weisen je eine Messfläche auf, die zusammen mit einem Abstandsring eine Probenkammer für das Probenvolumen begrenzen. Die Trägerelemente sind so durchbrochen, dass der Strahlengang eines Absorbtionsspektroskops durch die Probenkammer verläuft. Um die Probenkammer zusammenzufügen, werden die Trägerelemente zusammengeklappt und durch gegenpolig angeordnete Magnetpaare verriegelt. Der Probenträger wird anschließend in einer Probenträgeraufnahme eines Messadapters gelagert, der in seinen Dimensionen an die Küvettenaufnahme des Absorptionsspektroskops angepasst ist, um zu garantieren, dass sich die Probenkammer mit der Probe im Strahlengang des Absorptionsspektroskops befindet.

[0003] Der Stand der Technik weist allerdings mehrere Nachteile auf, beispielsweise verhindert der komplexe Aufbau des Messadapters eine zuverlässige und rasche Reinigung, was die Probenpräparation unter hohen Reinheitsbedingungen erschwert. Einerseits erschwert der komplexe Aufbau eine mechanische Reinigung, andererseits kann eine chemische Reinigung die zum Teil empfindlichen Komponenten und deren Verbindungsstellen beschädigen. Da sich die Magneten der Magnetpaare bei abnehmender Distanz der Trägerelemente immer stärker anziehen, ist es darüber hinaus sehr schwer, ein unkontrolliertes Schließen der Trägerelemente zu verhindern. Gemeinsam mit der erforderlichen Klappbewegung wird somit das Präparieren sehr kleiner Probenvolumina erschwert.

[0004] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Messzelle zur Absorptionsspektroskopie zu konstruieren, bei der trotz einfacher Reinigung und Handhabung ein äußerst kleines Probenvolumen exakt und reproduzierbar gemessen werden kann.

[0005] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der ausziehbar in eine den optischen Pfad kreuzende Probenträgeraufnahme des Messadapters einführbare Probenträger aus zwei voneinander getrennten Trägerelementen besteht, von denen ausschließlich ein Trägerelement je Probenkammer ein Sackloch zur Probenaufnahme aufweist, dessen Durchmesser weniger als 5 mm und dessen Sacklochtiefe weniger als 0,5 mm beträgt. Die Ausführung des Probenträgers aus ausschließlich zwei Trägerelementen ist zwar aufwändiger zu fertigen, ermöglicht allerdings eine einfachere Reinigung. So können aggressivere Reinigungsmittel und -methoden, wie beispielsweise Säure, verwendet werden. Um eine Probenkammer zu bilden, werden beide Trägerelemente aufeinandergelegt, sodass jede Probenkammer genau ein Sackloch umfasst und vom gegenüberliegenden Trägerelement begrenzt wird. Dadurch ist es nicht notwendig, die beiden Trägerelemente nach dem Einfüllen der Probe in das Sackloch exakt deckungsgleich aufeinander zu platzieren, um die Probenkammer im optischen Pfad des Absorptionsspektroskops auszurichten. Da die Trägerelemente voneinander getrennt ausgeführt sind, können sie ohne gesonderte Verbindungselemente aufeinander platziert werden, wodurch ein kontrolliertes, erschütterungsfreies Platzieren der Trägerelemente, beispielsweise durch laterales Übereinanderschieben, ermöglicht wird. Anschließend wird der Probenträger in die Probenträgeraufnahme des Messadapters eingeführt, wobei der Messadapter so ausgestaltet ist, dass er mit eingeführtem Probenträger in den Küvettenschacht des verwendeten Absorptionsspektroskops eingesetzt werden kann. Dadurch kann die Probe trotz ihres geringen Volumens mittels herkömmlicher Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Um eine effizientere Probenpräparation zu ermöglichen,

können auch mehrere Probenkammern je Probenträger vorgesehen sein. Beispielsweise können an gegenüberliegenden Endabschnitten des Probenträgers Probenkammern vorgesehen sein, sodass die Proben abwechselnd durch gegensinniges Einführen in den Messadapter rasch hintereinander untersucht werden können.

[0006] Etwaige Kratzer oder Vertiefungen in optisch transparenten Bauteilen können den Strahlengang eines Absorptionsspektrometers negativ beeinflussen. Um im Falle eines gebohrten Sackloches eine hohe Qualität des Messergebnisses zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Oberflächen der Trägerelemente im Bereich der Probenkammer und insbesondere die im optischen Strahlengang liegenden Oberflächen des Sackloches nach dem Standard MIL-PRF13830B einen Scratch-Dig Wert von 60-30 oder kleiner aufweisen. Der Standard MIL-PRF13830B bestimmt die maximale Helligkeit und Anzahl vorhandener Kratzer sowie maximalen Durchmesser und Anzahl der Vertiefungen einer optischen Oberfläche. Demzufolge darf die Summe der Längen aller Kratzer mit einem maximalen, im Standard definierten, Helligkeitswert nicht höher sein, als ein Viertel des Durchmessers der Optik. Zusätzlich darf der Durchmesser der größten Vertiefung maximal ein Hundertstel des Dig-Wertes betragen, sowie deren Anzahl nicht höher sein, als ein Zwanzigstel des Durchmessers in Millimetern. Der geringe Durchmesser des Sackloches erlaubt diesem Standard zufolge keine Vertiefungen in den Oberflächen des Sackloches. Dadurch ist die Fertigung sehr aufwendig, allerdings ist ein so hergestelltes Sackloch durch seine Dimensionierung und Anordnung im Trägerelement im Betrieb wesentlich weniger anfällig für Verschleißerscheinungen, die durch mechanisches Reinigen entstehen. Dadurch, dass das Sackloch von einem Trägerelement gebildet wird, also einstückig ausgeführt ist, wird die Reinigung insgesamt sogar erleichtert. Einerseits können sich aufgrund der Einstückigkeit und der hohen Verarbeitungsgüte der Bohrung weniger Verunreinigungen in den schwer zugänglichen Stellen, wie beispielsweise Kratzern oder Vertiefungen, festsetzen und andererseits können aggressivere Reinigungsmittel, die eventuelle Verbindungsstellen zweier Bauteile angreifen würden, bedenkenlos verwendet werden.

[0007] Die Befüllung der Probenkammer kann bei gleich hoher Messpräzision und Reproduzierbarkeit vereinfacht werden, indem die Trägerelemente des in den Messadapter eingesetzten Probenträgers unmittelbar aufeinander aufliegen, sodass die Sacklöcher mit dem gegenüberliegenden Trägerelement abgeschlossene Probenkammern ausbilden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Probenkammer wird das Messergebnis selbst dann nicht verfälscht, wenn das Sackloch mit mehr als dem benötigten Volumen befüllt wird. Dies erweist sich insbesondere bei der Verwendung üblicher Handpipetten als vorteilhaft, da diese keine Volumina unter 1 Mikroliter transferieren können. Zufolge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung können diese Pipetten allerdings dennoch verwendet werden. Bei zu großen Pipettiervolumina wird nämlich beim Zusammenfügen die überschüssige Flüssigkeit zwischen den Trägerelementen verteilt, wobei die auftretende Adhäsionskraft zu verbesserter Haftung der Trägerelemente aneinander führt. Dadurch ist kein weiteres Befestigungsmittel erforderlich, um die beiden Trägerelemente miteinander zu verbinden. Darüber hinaus sinkt die erforderliche Präzision beim Befüllen des Sackloches, wodurch der Aufwand zur Probenpräparation sinkt. Zusätzlich wird durch die abgeschlossene Probenkammer die Diffusion von Umgebungsluft in die Probe stark unterdrückt, wodurch beispielsweise Sauer- oder Wasserstoffsensitive Proben zwar unter einer Schutzatmosphäre in die Probenkammer eingebracht, allerdings unter Umgebungsluft gemessen werden können, wodurch der Messaufbau erheblich vereinfacht wird.

[0008] Um Kalibrierungsschritte zu vermeiden und die Messgenauigkeit zu erhöhen, kann der Adapterrahmen eine im optischen Pfad der Probenträgeraufnahme vorgelagerte und eine nachgelagerte Blende umfassen, wobei der kleinste Öffnungsdurchmesser der vorgelagerten Blende jenen der nachgelagerten Blende übersteigt. Dadurch kann die Messzelle in der Küvettenaufnahme des Absorptionsspektroskops gelagert werden, ohne das der Strahlengang auf die Geometrie der Messzelle adaptiert werden muss. Weist der emittierte Strahl des Absorptionsspektroskops beispielsweise einen größeren Durchmesser auf als die vorgelagerte Blende, wird der Strahl durch die vorgelagerte Blende kollimiert.

[0009] Um während des Messvorgangs mögliche Reflexionen von der Bohrungswand zu unter-

drücken, kann der Durchmesser des Sacklochs den der nachgelagerten Blende übersteigen. Dadurch wird verhindert, dass an den Wänden des Sacklochs gestreutes Licht aus der nachgelagerten Blende austritt und auf den Detektor trifft, wodurch sich genaue und gut reproduzierbare Messbedingungen herstellen lassen.

[0010] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0011] Fig. 1 die beiden Trägerelemente des Probenträgers und den Messadapter in perspektivischer Ansicht,

[0012] Fig. 2 den Messadapter der Fig. 1 mit in die Probenträgeraufnahme eingesetztem Probenträger und

[0013] Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-III der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

[0014] Eine erfindungsgemäße Messzelle weist einen Probenträger 1 auf, der in einem Messadapter 2 gelagert werden kann. Der Messadapter 2 weist einen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Adapterrahmens 3 verlaufenden optischen Pfad und eine Probenträgeraufnahme 4 auf. Der Probenträger wird aus zwei separaten Trägerelementen 5, 6 gebildet. Werden diese Trägerelemente 5, 6 aufeinandergelegt, bildet sich dabei wenigstens eine befüllbare Probenkammer 7, die von genau einem Sackloch 8 eines Trägerelementes 5 und dem direkt auf dem Trägerelement 5 aufliegenden Trägerelement 6 begrenzt wird.

[0015] Der aus den beiden Trägerelementen 5, 6 bestehende Probenträger 1 kann zur Absorptionsspektroskopie in die Probenträgeraufnahme 4 des Messadapters 2 eingeführt werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Damit können auch sehr kleine Probenvolumina mit herkömmlichen Absorptionsspektroskopen untersucht werden, weil der Messadapter 2 eine Anpassung an die Küvettenaufnahme des Absorptionsspektroskops erlaubt.

[0016] Wie in der Fig. 3 ersichtlich ist, liegen bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messzelle die beiden in den Messadapter 2 eingeführten Trägerelemente 5, 6 unmittelbar aufeinander auf. Wird also beispielsweise mehr Probenvolumen in das Sackloch 8 eingefüllt als die Probenkammer fassen kann, verteilt sich das überschüssige Probenvolumen zwischen den Trägerelementen 5, 6 und verstärkt die adhäsive Verbindung zwischen beiden Trägerelementen 5, 6 und das Sackloch 8 bildet mit dem aufliegenden Trägerelement 6 eine geschlossene Probenkammer.

[0017] Die aufeinandergelegten Trägerelemente 5, 6, werden so in den Messadapter 2 eingeführt, dass das Sackloch 8 der Probenkammer 7 im Strahlengang des Absorptionsspektroskops liegt. Die zwei gegenüberliegenden Seiten des Adapterrahmens 3 weisen eine der Probenkammer 7 im optischen Pfad vorgelagerte Blende 9 und eine nachgelagerte Blende 10 auf. Der kleinste OÖffnungsdurchmesser der vorgelagerten Blende 9 übersteigt dabei jenen der nachgelagerten Blende 10, wodurch der emittierte Strahl des Absorptionsspektroskops von der vorgelagerten Blende 9 kollimiert wird und die nachgelagerte Blende 10 durch den geringeren Durchmesser gestreutes Licht herausfiltert bevor dieses den Detektor des Absorptionsspektroskops trifft. Die Qualität der Messergebnisse kann dabei erhöht werden, wenn die Oberflächen der Trägerelemente, also beispielsweise der Sacklochboden 11, der dem Sacklochboden 11 gegenüberliegende Oberfläche 12 des Trägerelementes 6, und die Oberflächen 13, 14 der Trägerelemente 5, 6, im Bereich der Probenkammern 7 nach dem Standard MIL-PRF-13830B einen Scratch-Dig Wert von 60-30 oder kleiner aufweisen, da diese Oberflächen unmittelbar im optischen Pfad der Messzelle und im Strahlengang des Absorptionsspektroskops liegen. UÜbersteigt der Durchmesser des Sacklochs (8) auch den der nachgelagerten Blende (10), kann verhindert werden, dass an den Wänden der Probenkammer gestreutes Licht aus der nachgelagerten Blende austritt, was sich zusätzlich positiv auf die Qualität der Messergebnisse auswirkt.

Claims (5)

Patentansprüche

1. Messzelle zur Absorptionsspektroskopie von Flüssigkeiten mit einem eine Probenkammer (7) aufweisenden Probenträger (1) und einem Messadapter (2), der einen zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten eines Adapterrahmens (3) verlaufenden optischen Pfad aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der ausziehbar in eine den optischen Pfad kreuzende Probenträgeraufnahme (4) des Messadapters (2) einführbare Probenträger (1) aus zwei voneinander getrennten Trägerelementen (5, 6) besteht, von denen ausschließlich ein Trägerelement (5) je Probenkammer (7) ein Sackloch (8) zur Probenaufnahme aufweist, dessen Durchmesser weniger als 5 mm und dessen Sacklochtiefe weniger als 0,5 mm beträgt.

2. Messzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen (11, 12, 13, 14) der Trägerelemente (5, 6) im Bereich der Probenkammern (7) nach dem Standard MILPRF-13830B einen Scratch-Dig Wert von 60-30 oder kleiner aufweist.

3. Messzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (5, 6) des in den Messadapter (2) eingesetzten Probenträgers (1) unmittelbar aufeinander aufliegen, sodass die Sacklöcher (8) mit dem gegenüberliegenden Trägerelement (6) abgeschlossene Probenkammern (7) ausbilden.

4. Messzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapterrahmen (3) eine im optischen Pfad der Probenträgeraufnahme (4) vorgelagerte (9) und eine nachgelagerte (10) Blende umfasst, wobei der kleinste OÖffnungsdurchmesser der vorgelagerten Blende (9) jenen der nachgelagerten Blende (10) übersteigt.

5. Messzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Sacklochs (8) den der nachgelagerten Blende (10) übersteigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen