CN102460116B - 无透光管的分光计 - Google Patents

Abstract

本发明创造了一种用于测量流体样本(2；2’)中至少一个分析物浓度的分光计(1；1′)，所述分光计(1；1′)具有光源(3；3′)以产生光束(4；4’)、具有光传感器(5；5′)以接收所述光束(4；4’)、以及具有在所述光束(4；4’)的光束路径中的测量长度(6；6′)，所述流体样本(2；2′)可放置在所述测量长度(6；6′)中，所述测量长度(6；6′)是以可改变的形式提供。

Description

无透光管的分光计

技术领域

本发明涉及无透光管的分光计。

背景技术

用于测量流体样本中至少一种分析物浓度的分光计是普遍已知的。分光计所基于的测量方法取决于已知的物理现象，即当光束穿过流体时会减弱(消失)。减弱与光束必须穿过的流体中分析物的浓度以及测量长度成比例。此种物体关系由朗伯-比尔消光定律描述。

已知的分光计(例如在公开说明书DE 28 38 498 C2中所描述的分光计)涉及了比较大尺寸且在实验室中固定位置操作的装置。为了使用已知的分光计测量流体样本中分析物的浓度，必须先将所述流体样本放入透光管中，然后将所述透光管配置在相应的分光计中。

使用上述的方法，已显示了商业可得透光管界定固定的测量长度的缺点，所述固定的测量长度是由透光管的平面平行侧面测定。然而，如果需要较大的测量长度，例如在流体样本中的分析物浓度非常低的情况中，必须使用相应不同尺寸的透光管。这是相对费力的。此外，通过手指的触摸，透光管容易变脏，或容易意外地掉落并碎裂。

发明内容

因此本发明的目的是提供改进的分光计，特别是，所述分光计避免了上述透光管的费力处理。

此目的通过根据权利要求1所述的无透光管的分光计来达成。

因此，提供了一种用于测量流体样本中至少一分析物浓度的无透光管的分光计，且所述无透光管的分光计具有下述：用以产生光束的光源、用以接收所述光束的光传感器以及在所述光束的光束路径中的测量长度，所述流体样本可放置在所述测量长度中，所述测量长度以可改变的形式提供。

本发明基于的构想是完全不使用透光管来实行，且同时提供可改变的测量长度。

因此，省略了透光管的费力处理，同时使测量流体样本中非常高与非常低浓度的分析物成为可能。

从属权利要求给出了有利的版本以及本发明的进一步发展。

在这里应了解“流体”为液体、气体或它们的混合物。优选地，流体也可具有固体部分。

优选地，“光”在这里不仅只意指可见光，也意指例如红外线、UV或X光辐射。

根据本发明，根据分光计的优选的进一步发展，提供了光源以及光检测器，从而它们可彼此相对移动，以改变测量长度。以此方式，可轻易地改变测量长度。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，界定了光源或光传感器之间的测量长度以及配置在光束路径中的光学波导，提供了所述光源以及所述光学波导及/或所述光传感器以及所述光学波导，从而它们可彼此相对移动，以改变测量长度。以此方式，也可轻易地改变测量长度。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，光学波导延伸入套筒中，在所述光学波导的一面以及所述套筒的末端片之间形成测量长度，且所述测量长度可通过所述套筒以及所述光学波导彼此相对移动而改变。因此，所述测量长度可通过将所述光学波导进一步推入所述套筒中而改变，所述套筒相对于分光计处理部分维持不动，将在下面更详细地描述，或通过将所述套筒进一步推至所提供的所述光学波导上，使得所述套筒相对于上述处理部分是不动的。“面”意指光束进入或浮现的光学波导末端。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，套筒具有至少一个开口，所述至少一个开口使得将流体样本放置在测量长度中变得可能。以此方式，所述流体样本可容易地被放置在所述测量长度中。这也使得将分光计提供为浸没式分光计容易地变得可能。“浸没式分光计”意指为了从流体取得流体样本，所述分光计的区段浸没在所述流体中，以及以此方式自所述流体取得流体样本。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，沿着光束路径，在套筒中提供了彼此相距一段距离的两个开口。以此方式，在提供了大测量长度的例子中，可相对快地将相当大的流体样本放置在测量长度中。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，光学波导被永久地附接至分光计的处理部分，及/或所述套筒在所述处理部分的容纳区域中的区段中延伸并被提供，使得所述套筒可在所述容纳区域内移动。以此方式，所述分光计可在其处理部分上容易地以一手握住，操作者能够以另一只手相对于所述光学波导来移动所述套筒，因此改变测量长度。应指出的是，此套筒相对于光学波导的移动以及移动相对于彼此的光源与光检测器的能力可依阶段(例如利用适当的把手)或以连续可调整的形式提供。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，套筒的末端片具有透镜及/或光传感器。优选地，所述透镜相对于光学波导面而限定了测量长度。同样优选地，所述透镜接收来自所述光学波导面的光，并将其聚焦于所述光传感器上。此意指从所述光学波导的观点，所述光传感器被配置在所述透镜后面。所述光传感器优选地为光电二极管的形式。光电二极管利用光电效应而将光转换成电流。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，光源在光学波导的另一面上的光束中耦合。因此，优选地将所述光源配置在处理部分中。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，光学波导为压克力棒、模克隆(Macrolon)棒、玻璃棒或玻璃纤维电缆的形式。这种玻璃纤维电缆是容易获得的，且，例如在处理部分内玻璃纤维电缆可在不是直线的路径上被引导至光源，玻璃纤维电缆也很突出。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，提供了第一以及第二光源，从而可根据选择而以第一或第二波长/波长范围来产生光束。所述第一以及第二波长彼此不同。这同样适用于波长范围。然而，所述波长范围可重叠。取决于将被测量浓度的流体样本或分析物，需要不同波长或不同波长范围以进行适当测量可为必要条件。例如，无论产生光束的是第一或第二光源，都可由使用者手动地设定。或者，所述设定可利用分光计的控制器来自动化。特别是，取决于所选择的分析模式，可做出第一或第二光源之间的选择，其将在下述更详细地解释。当然，也可提供多于两个光源。优选地，一个或更多的光源发出几乎单色的光，具有250-5000nm波长范围。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，一个或更多的光源为LED的形式，特别是激光二极管。激光二极管是产生激光辐射的LED。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，提供了控制器。在第一步骤中，其控制了一个或更多的光源以及光传感器，以测定流体样本的特性，在第二步骤中，取决于所述特性，其选择了多个分析模式中的一个分析模式，所述多个分析模式储存于所述分光计的存储器中，以及在第三步骤中，取决于所选择的分析模式，其控制了所述一个或更多的光源以及所述光传感器。于此，分析模式包含用于以一种识别、可重复且可比较的方式来测定所述流体样本中分析物浓度的一个或更多的指示。例如，这些指示可定义校准或将使用的光束的波长。“特性”意指，特别是，所述流体或所述流体中分析物特有的吸收光谱；这也被称为“光谱指纹”。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，其为可携式形式。此意指所述分光计的尺寸是使得尺寸让携带以及手动处理所述分光计变得可能，以及所述分光计不必要连接至桌子，例如实验桌或另一个支撑物。

根据本发明，根据分光计另一个优选的进一步发展，其为主电源独立的形式。此意指所述分光计不必要连接至主电源，但具有整合于所述分光计中的能量来源。整合于所述分光计中的能量来源可为非可充电的或可充电的电池。

此外，提供了根据本发明的分光计用于测定在容器中的流体(下面所谓的第一流体)体积的用途。

在这里应了解“容器”为任何种类的贮藏器，用于容纳规定体积的流体。因此，用语“容器”在这里包括任何种类的容器、池塘边界等等。

为了此目的，首先将具有已知体积以及已知浓度分析物的第二流体放入容器中，然后与第一流体混合。

然后使用分光计测量第一以及第二流体的混合物中的分析物浓度。

分光计接着基于混合物中分析物的浓度来测定第一流体的体积。为了此目的，将第二流体先前已知的体积以及所述第二流体中已知的分析物浓度提供至所述分光计。也可使用所述分光计来测定所述第二流体中分析物的浓度。

此外，提供了用于测定流体样本中分析物浓度的可携式无透光管浸没式分光光度计，具有

a)配置在共同的光轴上的光源以及光检测器，所述光源由多个二极管组成，所述多个二极管发出不同波长的光(LED数组)，且所述多个二极管大体上平行于所述光轴而配置，

b)控制器/分析仪，基于由所述光检测器提供的测量值来测定所述流体样本中的分析物浓度，

c)所述光源以及所述光检测器配置在足够抗变形以及抗弯曲的支撑系统上或所述支撑系统中，并在它们之间界定了无透光管测量长度，所述无透光管测量长度通过将所述分光光度计浸没在将测量的流体样本中而自动地填满，以及所述光源及/或所述光检测器在光束路径中可相对于彼此移动，以及

d)提供所述可携式分光光度计主电源独立电源以及用于显示测量结果的数字显示器。

“流体”是液体以及气体的上位用语。

用于光源以及光检测器的支撑系统可以是例如足够抗变形以及抗弯曲塑料材料的栏杆或杆子。适合的塑料材料可通过简单的测试来确定。相同原理适用于所述支撑系统的适合尺寸。清楚的是，所述支撑系统的材料特性以及尺寸彼此影响。例如，如果材料具有高度抗弯曲性，由此材料制成的支撑栏杆可以较细。所述支撑系统也可以是例如管子或销钉的形式。然后，所述光源以及光检测器可以例如配置在所述管子或销钉的内侧。

优选地，光源的LED以200至1000nm的波长范围(例如250-750nm或900nm)来发出几乎单色的光。在测量气体的例子中，测量波长也可在1000至5000nm的范围中。原则上，可实施针对特定测量问题有用或想要的所有测量波长。可涉及多个不同的LED，例如为LED数组的形式，其发光波长范围不同，但也可部分重叠。所述波长范围取决于将要测定的分析物。具有适合波长范围以及适合尺寸的LED或LED数组为商业可得的。由于光谱光度计浸没在用于测量的流体样本中，所述光源(例如LED或LED数组)处于外罩中，所述外罩被密封以预防所述流体的穿过，抵抗所述流体并具有适合的尺寸。

作为光检测器，使用了例如光电二极管。具有适合敏感度、光谱带宽以及适合尺寸的光电二极管为商业可得的。由于所述光谱光度计浸没在用于测量的流体样本中，所述光检测器在外罩中，所述外罩被密封以预防所述流体的穿过，抵抗所述流体并具有适合的尺寸。

在光源以及光检测器之间的光束路径中，有一个或更多的光学组件将发射器的光有效率地引导至所述光检测器上。可将这些实施为光学透镜或透镜的配置、或作为光学镜、或反射镜以及透镜的组合。

为了增加发射器发出的光的光谱纯度，在发射器以及光检测器之间的光束路径中可有窄带宽光学滤波器。

优选地，将屏幕配置在光源以及光检测器之间的光束路径中，以过滤掉散射或反射光。所述屏幕可整合于所述光检测器的防流体外罩中。在最简单的例子中，这涉及了有孔的屏幕，在所述范例中，来自所述光源的入射光落下通过窗口，所述窗口对于所选择波长的光是可穿透的，例如UV可穿透的石英玻璃或塑料的窗口。如果需要或想要的话，也可提供所述光源这种屏幕。

光检测器连接至仿真-数字转换器，所述转换器数字化所接收的仿真测量数据，并因此将其变成可电子处理的形式。可编程微处理器负责控制光谱光度计(例如控制LED)、所述仿真-数字转换器以及数字显示器、校准以及分析测量结果，例如以指定的测量波长从所测量的消光来测定分析物浓度，及/或以一个或更多的定义测量波长、已知的十进制莫耳消光系数以及流体样本的已知层厚度而从所测量的消光来测定分析物浓度。可将测量值转变成适合的单位，并通过所述数字显示器而以字母与数字显示。适合的仿真-数字转换器、数字显示器以及可编程微处理器或微控制器为商业可得的，且不需要进一步的说明。

因为光谱光度计小的尺寸以及主电源独立的电源(例如经由电池)，光谱光度计尤其适合用于外部的用途，即在实验室之外。与自动分析关联的使用简易性(通过流体样本中的浸没而测量)使其尤其适合非专业的使用者，例如在第三世界的国家中调查废水或监控游泳池的水。

所述光谱光度计的优势是光源以及光检测器可在0.5-5cm的范围中在光束路径中彼此相对移动，使得可设定0.5cm至5cm的层厚度。例如，所述光源以及所述光检测器可在支撑系统上的栏杆上彼此相对移动。或者，所述支撑系统本身为可延伸的或可伸缩的，例如使用在适当距离具有阻挡物的弹簧机制。在管状或销钉形支撑系统的例子中，可使用适合的螺纹，所述螺纹根据想要的层厚度旋进或旋出。原则上，这里没有特别的限制，前提是，所设定的距离以及因此所述层厚度可足够精确地设定并维持。所述精确设定的距离可以例如使用正常着色的溶液，通过测量其消光，并使用朗伯-比尔定律而将其与其已知的消光与浓度比较来测定。

因此，不同于已知装置的例子，可设定容易可变的(例如相对大的)层厚度，这在测量非常低浓度的例子中可能是想要的。另一方面，在非常高测量浓度的例子中，可容易地设定较小的层厚度。在已知装置的例子中，将必须携带具有不同层厚度的多个透光管，以预备用于在外部使用中的所有可能性。当然，既然原则上没有事物在物理上违反这个，也可设定低于0.5cm或大于5cm的层厚度。在这里重要的只有商业可得的透光管被做出尺寸的范围。

当然，也可稀释过于浓缩的样本，而非减少层厚度。同样地，在太低浓度的例子中，穿过流体样本的光束路径也可通过反射镜系统而延伸。

可携式分光光度计适合用于测量非常广变化的流体。流体样本可以是例如气体、液体(例如也可为体液，例如血清)或它们的混合物(例如雾或烟)。测量值测定类型在某种程度下使得测量混浊的流体样本(即，流体中稀薄的固体)变得可能，例如混浊的样本水、间隙水、填埋水、废水、土壤样本的悬浮液以及肥料。优选地，使用可携式分光光度计来测定经溶解的水成分材料的浓度。水样本可来自例如水族馆、花园池塘或游泳池。关于水的来源没有限制。

可使用可携式分光光度计测定的水成分材料范例为氧、臭氧、氯(游离氯、所有的氯)、氮化合物(所有的氮)、钾、铁、锌、重金属、铵、三聚氰酸、氰化物、尿素、碳酸盐(水的硬度)、过氧化氢、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐或磷酸盐。特别是，使用所述可携式分光光度计，也可测定水样本的pH值。为了此目的，将其与例如单一成分的指示剂(例如酚红)混合，或与两种成分混合的指示剂(例如溴百里酚蓝/百里酚蓝)混合，然后测光地进行测量。所述装置自动辨识所使用的指示剂。

当然，也可使用可携式分光光度计进行浊度测量。

可携式分光光度计也可用于农业以及林业，用于检查土壤中的养分。

可携式分光光度计也适合用于测量气体样本，例如用于测定一氧化碳、二氧化碳、水或酒精或空气中灰尘的浓度。

用于测光地进行测定许多水中分析物的适合规则(例如关于获得、准备以及处理样本、标准品、检测试剂、适合的测量波长等等)在例如“DeutscheEinheitsverfahren(DEV)zur Wasseruntersuchung(德国用于水调查的统一程序)”中，其对于本领域的技术人员是熟悉的。

可携式分光光度计的进一步优势是其与商业可得的快速测试或测光地进行测试的兼容性。对于几乎任何分析物(例如氯)的快速测试可得自例如Fluka或Merck公司。在测量与这种快速测试一起提供用于校准的标准品时，所述可携式分光光度计在相应编程数据库的帮助下自动检测将使用的测量方法(例如适合的测量波长)，所述数据库包含例如作为光谱“指纹”的特征吸收光谱。所选择的测量方法显示在所述可携式分光光度计的数字显示器。然而，当然也可能手动地选择将使用的测量方法。在所述数据库中也考虑了取决于制造商的特定标准品变化，如果需要的话并将其校正。

可携式分光光度计的一个具体实施例大体上由下列组件构成：

-为LED数组形式的光源(例如OP291A、HLMP-CM36、L-7113UVC、L-53SRC-DV的类型)，所述LED数组的每个LED可被分别地控制。为了限制电流，在每个例子中安装了串联电阻。

-具有分析电路而为光电二极管形式的光检测器(例如FH229的类型)。所述光电二极管以使得所述光电二极管产生的输出电流Iphoto转变成与所述电流成线性比例的电压Uphoto＝Iphoto*10000*V/A的方式连接至运算放大器(例如MCP 6001-E/OT的类型)。因此获得的电压与落在所述光电二极管上的光强度成正比。将所述电压Uphoto施加至18-比特delta sigma仿真-数字转换器(例如MCP 3421A0T-E/OT的类型)的输入，并由所述仿真-数字转换器将所述电压Uphoto转换成数字信号。所述仿真-数字转换器也具有可通过软件从1倍调整成8倍的内部放大。如果需要，可用此方式调整测量范围。

-负责控制所述LED以及所述仿真-数字转换器的微处理器或微控制器(例如PIC18F1220的类型)控制所述测量的进程以及以清楚的文字在显示器上输出所述测量值，并转换成适合的单位。

-显示器，在所述显示器上可以字母数字输出所述测量值。

-升压变压器(例如XC9119D10AMR的类型)，其将稳定的5V电压供应至测量操作中的电子设备。如果所述装置在待机中，使用CR2032钮扣电池的不稳定电池电压(大约3V，类型只作为范例)以供应所述处理器。为了节省电流，在待机时，所有的外围设备(光电二极管、仿真-数字转换器以及显示器)的电源被切断。

在一个具体实施例中，机械结构类似销钉，前面的较大部分由显示器占去。一些按钮使得设定将被测量的参数以及起始测量变得可能。

测量池是外罩的一部分。因为无透光管的操作，可省略可携式分光光度计的校准，因为相较于已知的装置，不会使用会改变的透光管。

用于吸光度测量的LED数组以及光电二极管在测量池的两个表面上，所述两个表面彼此平行，使得辐射直接穿过测量体积，且透射光落在所述光电二极管上。为了遮蔽掉环境光以及来自LED并在所述测量池内反射的光，提供了简单的屏幕。

测量

假定在溶液中将要调查的离子浓度C(离子)。

在第一步骤中，通过添加检测试剂，从离子形成彩色错合物。在此例中，将过量的检测试剂放入溶液中，使得提供将要检测的所有离子完全转变成所述彩色错合物。在所述反应中

离子+检测试剂-＞彩色错合物+检测试剂

反应平衡是在右手侧。

所形成色素的量因此与所述离子的浓度线性相关：

C(色素)＝A*C(离子)

形成的色素显示了特征吸收带从红外线范围延伸至紫外光范围，所述特征吸收带是根据所使用的检测试剂。不需要在最大吸光度中测量(所谓的lambda最大测量)。通过以适合选择的LED的光所辐射的样本，可测量所述色素的吸光度，且通过朗伯-比尔定律，可计算色素浓度以及因此也可计算离子浓度。

下面：

I0是由光电二极管接收的LED强度，没有彩色错合物

I是由光电二极管接收的LED强度，具有彩色错合物

a表示光电二极管如何敏感地对LED的光反应

b表示色素的特定吸收作用

(a以及b为波长依赖的)

朗伯-比尔定律

I/I0＝-exp(-b*C(色素))

表示透射光的减少，作为离子浓度的函数。

如果透射率

T＝I/I0

是已知的，所述离子浓度C(离子)可从其减去：

C(离子)＝C(色素)/A＝-1/(A*b)*ln(T)

光电二极管接收的亮度由两种成分构成：来自LED、经由测量池辐射的光，以及来自环境横向辐射的光。仿真-数字转换器转换的光电压因此如下作用：

U_photo＝a*(I(环境)+I(LED))

其中a是比例系数，其取决于LED的敏感度、光学结构以及光电流的电放大。

通过以LED关闭时的暗处测量

U_photo_dark＝a*I(环境)

以及在LED打开时通过从光电压减去它，除了系数a之外，可测定所述LED的表观亮度：

U_photo-U_photo_dark＝a*I(LED)

＝＞I(LED)*a＝U_photo-U_photo_dark

为了测定透射率，此测量必须执行两次：一次使用将调查的样本，所述样本还没放入检测试剂，以及一次使用与试剂混合的样本。

没有试剂的I(LED)*a获得值称为I0，以及有试剂者称为I。

在计算透射率T＝I/I0时，剔除系数a。

总结：

应指出的是，常数a不只表示光电二极管对于所使用波长的敏感度，也表示由样本混浊度造成来自LED以及环境的光的减少。通过测量第一测量中没有色素的LED的表观亮度，此系数可被完全消除，使得甚至可测量略为混浊的样本。

测定样本中包含的色素类型

由于在分光计中建立了不同颜色的LED，在数个点取样色素的吸收光谱是可能的。因此获得的点光谱对于每个色素具有特性，且通过将其与储存在数据库中的光谱进行比较，可以推演出存在的色素，因此也可推演出将要检测的离子。因此省略了手动输入要检测哪个离子。

附图说明

基于具体实施例以及参照图式的附图，下面更详细地解释了本发明。

图1示意性地示出了根据本发明一个具体实施例的分光计；

图2以平面图示出了根据本发明另一个具体实施例的分光计，部分透视地示出了套筒；

图3示出了来自图2的视图，也部分透视地示出了处理部分；以及

图4示出了来自图3的侧视图。

具体实施方式

在图式中，除非另外指出，相同的附图标记表示相同的或功能性等价的组件。

图1示意性示出了根据本发明一个具体实施例的分光计，分光计1。

分光计1是用于测量流体样本2中至少一个分析物浓度的无透光管的分光计。

分光计1具有光源3以产生光束4。

分光计1也具有光传感器5以接收光束4。

分光计1也具有在光束4的光束路径中的测量长度6。将流体样本2放置在所述测量长度6中，基于所述测量长度6测定所放置的流体样本2的体积。换言之，所述测量长度6指定了所述流体样本2的层厚度，所述光束4必须穿过所述流体样本2以从所述光源3到达所述光传感器5。

测量长度6以可改变的形式提供，以改变流体样本2的体积，所述流体样本2可为或放置在所述测量长度6中。以此方式，可测定即使是所述流体样本2中非常低或非常高浓度的分析物。例如，在涉及分析物在所述流体样本中只以非常低浓度存在的例子中，提供了相对大的测量长度6。

通过改变测量长度6，例如，流体样本2的初始体积2a可通过额外的体积2b而变大。所述体积2a以及2b示于图1中，在顶部以及底部由虚线限定，以及在左边以及右边由连续的线限定，以及垂直的虚线将两个体积2a以及2b彼此分离。

测量长度6现在可以各种方式改变：

根据本具体实施例，提供了配置在光束4的光束路径中的光学波导7。在所述光学波导7以及光传感器5之间界定了测量长度6。因此所述测量长度6可通过光传感器5相对于所述光学波导7移动，或通过光学波导7相对于所述光传感器5移动而改变。

或者，也可理解的是，在光传感器5以及光源3之间直接界定出测量长度6，即，省去了光学波导7。然后通过光传感器5相对于所述光源3移动或光源3相对于所述光传感器5移动来改变所述测量长度6。

上述的移动意指沿着光束4的光束路径移动。

同样地，也可交换根据图1具体实施例的光传感器5以及光源3，意指在所述光源3以及光学波导7之间定义了测量长度6。

所描述的分光计1因此完全不具有导论中所描述的透光管，即，特别是不需要透光管测量分析物的浓度。因此其为无透光管的分光计1。

下面，关于图2-4描述了分光计1’，与图1相关的说明相应地适用于所述分光计1’。

无透光管的分光计1’用以测量流体样本2’中至少一个分析物的浓度。在图2中，示出所述流体样本2’在顶部以及底部由虚线限定，以及每一侧由两条连续的线限定。

流体样本2’可为气体、液体或它们的混合物。所述流体样本2也可包括某种固体部分，例如灰尘。

分析物优选地为成分材料，所述成分材料优选地溶解于水中。这种成分材料的范例为氧、臭氧、氯(游离氯、所有的氯)、氮化合物(所有的氮)、镁、钙、铜、钾、铁、锌、重金属、铵、三聚氰酸、氰化物、尿素、碳酸盐(水的硬度)、过氧化氢、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐或磷酸盐。然而，所述流体样本2′可同样好地为气体，特别是空气。利用分光计1’，可测量例如一氧化碳、二氧化碳、水含量、酒精、浊度、空气中灰尘的浓度。例如，所述流体样本2′也可为土壤样本或肥料。也可能使用所述分光计1′测量流体样本2′中的pH值。

取决于流体样本2′及/或分析物，可能需要先将过量的指示剂放入所述流体样本2′或流体20′中。例如，为了测定pH值，可将所述流体样本2′或所述流体20′与酚红混合。

分光计1’具有多个光源3’，见图3。所述光源3’优选地为LED，更优选地为激光LED。将所述光源3’设置为用以发出具有优选为250-750nm波长的几乎单色的光。优选地，将每个光源3’设置成用以发出不同波长或不同波长范围的光。例如，可将一个光源3’设置成用以发出具有介于610与750nm之间波长的光，以及可将另一个光源3’设置成用以发出具有介于590与610nm之间波长的光。所述光源3’的选择可取决于流体样本2’及/或将测量的分析物浓度，且如下面更详细描述的，也可自动选择所述光源3’。

一个或更多的光源3’产生光束4’，其在图3中由点虚线指出。所述多个光源3′可以接近半圆形配置，且更优选地形成数组。

分光计1’也具有光传感器5’以接收光束4’。所述光传感器5’将入射光束4’转换成电信号。所述电信号取决于所述光束4’的入射发光功率及/或波长。所述光传感器5优选地为光电二极管。

分光计1也为在光束4’的光束路径中具有测量长度6’的形式。可将流体样本2’放置在所述测量长度6’中，如上面关于图1所说明的，可放置的流体样本2’的体积基于所述测量长度6’来测定。

提供了测量长度6’，使得可改变所述测量长度6’，以改变可放置在所述测量长度6’中的流体样本2’的体积。为了此目的，例如，分光计1为下述形式：

在光束4’的光束路径中，配置了为压克力棒、模克隆棒、玻璃棒或玻璃纤维电缆形式的光学波导7’。

光学波导7’具有第一区段12’，所述第一区段12’永久地容纳于为外罩形式的处理部分13’中。光学波导7’也具有第二区段14’，所述第二区段14’延伸出所述处理部分13’而进入套筒15’中。

套筒15’具有大体上为环状的横截面。所述套筒15′的环状横截面的内部直径大体上相应于光学波导7’的圆形横截面的外部直径。

优选地，提供套筒15’多个长孔19’。如图4所示，两个长孔19’可彼此相对。同样地，例如，沿着光束4’的光束路径彼此相对的两对这种长孔19’可沿着套筒15’彼此相距一段距离而提供。不管所述套筒15’的位置相对于处理部分13’及/或光学波导7’，其中一个长孔19’总是连接至测量长度6’，意指流体样本2’可取自流体20’，例如大量的水。根据本具体实施例，这种样本可通过浸没所述长孔19’且因此也将具有末端片22’的套筒15’浸没于流体20’中而简单地取得。

套筒15’具有第一区段16’，所述套筒15’以所述第一区段16’延伸入处理部分13’中。容纳所述区段16’，使得所述区段16’可在处理部分13’的容纳空间21’中沿着光束4’的光束路径移动。例如，可为区段16’提供外部螺纹，所述外部螺纹与处理部分13’中的相应内部螺纹啮合。或者，可为所述区段16’在外侧提供扣件，所述扣件与处理部分13’中相应的计数器扣件啮合，因此使所述套筒15’相对于所述处理部分13’一步接一步的移动变得可能。

套筒15’的第二区段17’从处理部分13’向外延伸且因此围绕光学波导7’的第二区段14’。所述套筒15’的第三区段18’连接至所述套筒15’的第二区段17’，并在其周围限定了流体样本2’。接着末端片22’连接至所述第三区段18’。所述末端片22’形成套筒15’环状横截面的防流体密封。

测量长度6’因此被限定在末端片22’以及光学波导7’的面23’之间。流体样本2’的体积沿着光束4’的光束路径由所述末端片22’以及所述面23’限定，以及，如所提及的，在其周围由套筒15’的第三区段18’限定。

末端片22’具有光传感器5’以及优选地具有透镜24’，所述透镜24’将入射光束4’集中在所述光传感器5’上。

通过将套筒15’移入或移出处理部分13’的容纳区域21′，设定了测量长度6’，且针对用于测量分析物浓度的要求可容易地调整所述测量长度6’。这里也可想象的是，例如利用适当的伺服电动机，以自动的方式将所述套筒移入以及移出所述处理部分13’。

所述光束4’耦合在光学波导7’的另一面25’。也可提供装置26’以根据选择将一个或另一个光源3’连接至光学波导7’，从而携带光。

见图4，分光计1’也具有控制光源3’的控制器27’。所述控制器27’也控制例如光传感器5’，以校正所述光传感器5’。所述光传感器5’也可将其产生的电信号提供至所述控制器27’，以由所述控制器27来分析。

分光计1也设计有显示器28’，用于显示例如所测量的分析物浓度。针对使用者可利用以操作控制器27’的选单，选单的选择也可显示于所述显示器28’上。

除了开/关按钮32’之外，分光计1’可进一步具有控制33’，利用控制33’，控制显示器28’的选单以及相应的选择变得可能。

分光计1’也可具有存储器34’，所述存储器34’例如是整合至控制器27’中。在所述存储器34’中，可储存各种分析模式。例如，想要测定特定分析物(例如氧)浓度的使用者可使用显示器28’的选单选择来选择储存在所述存储器34’中的相应分析模式。取决于所选择的分析模式，所述控制器27’接着适当地控制光源3’以及光传感器5’，并执行适当的分析，所述分析接着显示于所述显示器28’上。

此外或替代地，可进行下面描述的分析，以自动的方式选择了适合的分析模式：在第一步骤中，控制器27’控制多个光源3’以及光传感器5’，以测定流体样本2’的特性。所述特性是例如流体样本2’的特定吸收光谱。在第二步骤中，取决于所述特性，所述控制器27’从存储器34’中储存的多个分析模式中选择一个分析模式。例如，可将所测定的特性与储存于所述存储器34’中的特性相比较，如果有适当的协议，选择与储存的特性相关联的分析模式。然后，在第三步骤中，取决于所选择的分析模式来控制所述光源3’以及所述光传感器5’，并执行来自所述光传感器5′的信号的适当分析。

通过使用上述方法步骤，分光计1因此可自动地测定涉及了哪种类型的流体样本2’，例如肥料，然后为流体样本2’选择适合的分析模式，其后测量所述流体样本的相关分析物浓度，并将其显示在显示器28’上。特别是，从多个光源3’之间选择用以测定流体样本2’中特定分析物浓度的特定光源3’可取决于所述分析模式而完成。

优选地，特别是控制器27’、显示器28’、控制32’、33’以及存储器34’被整合在处理部分13’并容纳，使得它们受到保护而避免环境的影响，特别是液体以及灰尘。

处理部分13’也具有供应能量至电组件3′、5′、27′、28′、33′以及34′的能量来源35’，例如为可充电电池的形式。

此外，分光计1′可具有数据接口，例如USB连接或RS-232连接，以外部地控制所述分光计1′及/或其电组件、及/或以供应它们能量。

结果是分光计1’的结构使得容易手动地运送以及处理分光计1’变得可能。所述分光计1’因此也独立于主电源。当然，同样可想到的是从主电源供应器供应能量至所述分光计1’。所述分光计1′也以不动的形式提供，例如用于测量管线中的混浊度。所述分光计1′也可用作实验室中用于自动滴定状态的信号发射机。

在分光计1’的一个版本中，其可设计具有下述电子组件：

-为LED数组形式的多个光源3′(例如TSAL5300、MARL：100041、HLMP-Y801、TLSH180P的类型)，其中可分别控制每个LED；为了限制电流，在每个例子中安装了串联电阻；

-具有分析电路、为光电二极管形式的光传感器5′(例如OP950的类型)；所述光电二极管连接至运算放大器(例如OP07的类型)，以这种方式使得所述光电二极管产生的输出电流Iphoto被转换成与所述电流成线性比例的电压Uphoto∝Iphoto；因此获得的电压与落在所述光电二极管上的光强度成正比；将所述电压Uphoto施加至仿真-数字转换器(例如AD7450的类型)的输入，并通过所述仿真-数字转换器将所述电压Uphoto转换成数字信号；

-为微处理器或微控制器(例如MC9S08QG8CDTE的类型)形式的控制器27′，其负责控制LED3′以及仿真-数字转换器、控制测量的进程、以及在为屏幕形式的显示器28′上以清楚的文字输出测量值并将其转换成适合的单位；

-显示器，在所述显示器上可以字母数字输出所述测量值；及/或

-升压变压器(例如NCP1400A的类型)，其将稳定的5V电压供应至测量操作中的电子设备；如果所述分光计1处于待机中，使用CR2032钮扣电池(约3V，类型只作为范例)的不稳定电池电压供应所述处理器；为了节省电流，在待机时，所有的外围设备(光电二极管、仿真-数字转换器以及显示器)是切断电源的。

分光计1、1′可用以测定容器中流体的体积。具体而言，池塘体积的测定可采用下述形式：

首先，测量一公升水的体积。将一茶匙含有钙离子的的化合物放入所述水中。接下来，使用分光计1、1′，测定所述一公升水中钙离子的浓度；这在下面称为第一浓度。

然后将所述公升的水放入池塘中，并等待一段时间，直到钙离子已分布至所述池塘中。

接下来，使用所述分光计1、1′，测定所述池塘中钙离子的浓度；这在下面称为第二浓度。

接下来，开始所述分光计1、1′的定义分析模式；基于所述第一以及第二浓度以及所述一公升水的体积，其测定了所述池塘的体积。

因此，特别是，池塘拥有者可轻易测定他们池塘的体积。

虽然本发明在这里已基于优选的具体实施例描述，不应限制于所述优选具体实施例，但可以许多方式修饰。

下面，呈现了本发明进一步的具体实施例：

1.用于测定流体样本中分析物浓度的可携式无透光管的浸没式分光光度计，具有

a)配置在共同的光轴上的光源以及光检测器，所述光源由多个二极管或激光二极管组成，所述多个二极管发出不同波长的光(LED数组)，且所述多个二极管大体上平行于所述光轴而配置，

b)控制器/分析仪，基于由所述光检测器提供的测量值来测定所述流体样本中的分析物浓度，

c)所述光源以及所述光检测器配置在足够抗变形以及抗弯曲的支撑系统上或所述支撑系统中，并在它们之间界定了无透光管测量长度，所述无透光管测量长度通过将所述分光光度计浸没在将测量的流体样本中而自动地填满，以及所述光源及/或所述光检测器在光束路径中可相对于彼此移动，以及

d)提供所述可携式分光光度计主电源独立电源以及用于显示测量结果的数字显示器。

2.根据具体实施例1所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述LED发出波长250-750nm的几乎单色的光。

3.根据具体实施例1或具体实施例2所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述光检测器是光电二极管。

4.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，将屏幕配置在光源以及光检测器之间的所述光束路径中，以过滤掉散射的或反射的光。

5.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述光检测器连接至仿真-数字转换器。

6.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述控制器/分析仪是基于可编程微处理器。

7.根据具体实施例6所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述微处理器负责控制所述LED、所述仿真-数字转换器以及所述数字显示器。

8.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述数字显示器以字母数字显示所述测量值，并将所述测量值转换成适合的单位。

9.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述光源以及所述光检测器可在0.5-5cm的范围中在所述光束路径中彼此相对移动。

10.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，所述主电源独立的电源供应器是电池。

11.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计，其特征在于，将测量的流体样本是气体、液体或它们的混合物。

12.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计的用途，用以测定溶解的水成分材料的浓度。

13.根据具体实施例12所述的用途，所述溶解的水成分材料选自氧、臭氧、氯(游离氯、所有的氯)、氮化合物(所有的氮)、镁、钙、铜、钾、铁、锌、重金属、铵、三聚氰酸、氰化物、尿素、碳酸盐(水的硬度)、过氧化氢、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐或磷酸盐。

14.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计的用途，用于检测农业以及林业中土壤中的养分。

15.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计的用途，用于测定一氧化碳、二氧化碳、水成分、酒精、空气中浊度与灰尘、土壤样本与肥料中悬浮液中成分材料的浓度。

16.根据前述具体实施例任一所述的可携式分光光度计的用途，用以测定也在不动的技术变化具体实施例中溶解的水成分材料的浓度。

这里描述对于可携式分光光度计的进一步发展以及具体实施例相应地适用于所描述的无透光管的分光计，且反之亦然。

组件符号

1，1’    分光计

2，2’    流体样本

2a        体积

2b        体积

3         光源

3，3’    光源

4，4’    光束

5，5’    光传感器

6，6’    测量长度

7，7’    光学波导

12’      第一区段

13’      处理部分

14’      第二区段

15’      套筒

16’      第一区段

17’      第二区段

18’      第三区段

19’      长孔

20’      流体

21’      容纳区域

22’     末端片

23’     面

24’     透镜

25’     面

26’     装置

27’     控制器

28’     显示器

32’     开/关按钮

33’     控制

34’     存储器

35’     能量来源

Claims (15)

1.一种用于测量流体样本(2;2’)中至少一分析物浓度的无透光管的分光计(1;1')，

具有光源(3;3')以产生光束(4;4’)，

具有光传感器(5;5')以接收所述光束(4;4’)，以及

在所述光束(4;4’)的光束路径中的测量长度(6;6')，所述流体样本(2;2')可放置在所述测量长度(6;6')中，

所述测量长度(6;6')以可改变的形式提供，

其特征在于

提供所述光源(3;3')以及所述光传感器(5;5')，使得它们可相对于彼此而移动，以改变所述测量长度(6;6’)。

2.根据权利要求1所述的分光计，

其特征在于

提供了第一光源(3')以及至少一第二光源(3')，使得可根据选择而以第一或至少第二波长或波长范围产生所述光束(4')。

3.根据权利要求1所述的分光计，

其特征在于

所述光源(3;3')为LED的形式。

4.根据权利要求1所述的分光计，

其特征在于所述光源(3;3')为激光二极管。

5.根据权利要求1所述的分光计，

其特征在于

提供了控制器(27')，以及所述控制器，在第一步骤中，控制所述光源(3;3')以及所述光传感器(5')，以测定所述流体样本(2')的特征，在第二步骤中，取决于所述特征，选择多个分析模式的其中一个，所述多个分析模式储存于所述分光计(1')中的存储器(34')中，以及在第三步骤中，取决于所选择的分析模式，控制所述光源(3;3')以及所述光传感器(5)。

6.根据权利要求1所述的分光计，

其特征在于

所述分光计为可携式及/或主电源独立的形式。

7.一种用于测量流体样本(2;2’)中至少一分析物浓度的无透光管的分光计(1;1')，

具有光源(3;3')以产生光束光束(4;4’),

具有光传感器(5;5')以接收所述光束(4;4’)，以及

在所述光束(4;4’)的光束路径中具有测量长度(6;6')，所述流体样本(2;2')可放置在所述测量长度(6;6')中，

所述测量长度(6;6')以可改变的形式提供，其特征在于

定义了在所述光源(3;3')或所述光传感器(5;5')以及配置在所述光束路径的光学波导(7;7')之间的所述测量长度(6;6')，提供所述光源(3;3')以及所述光学波导(7;7')及/或所述光传感器(5;5')以及所述光学波导(7;7')，使得它们可相对于彼此移动，以改变所述测量长度(6;6’)。

8.根据权利要求7所述的分光计，

其特征在于

所述光学波导(7')延伸入套筒(15')中，所述测量长度(6')形成在所述光学波导(7')的一面(23')以及末端片(22')之间，所述末端片(22')密封所述套筒(15')，以及所述测量长度(6')可通过移动相对于彼此的所述套筒(15')以及所述光学波导(7')而改变。

9.根据权利要求8所述的分光计，

其特征在于

所述套筒(15')具有至少一开口(19')，所述开口(19')使得在所述测量长度(6')中放置所述流体样本(2')变得可能。

10.根据权利要求9所述的分光计，

其特征在于

在所述套筒(15')中沿着所述光束路径提供两个开口(19')，所述两个开口(19')彼此具有一段距离。

11.根据权利要求8至10任一所述的分光计，

其特征在于

所述光学波导(7')永久地附接至所述分光计(1')的处理部分，及/或所述套筒(15')在所述处理部分(13')中容纳区域(21')中的区段中延伸，并提供所述套筒(15')，使得所述套筒(15')可在所述容纳区域(21’)内移动。

12.根据权利要求8所述的分光计，

其特征在于

所述套筒(15')的所述末端片(23')，所述末端片(23')密封所述套筒(5')，具有透镜(24')及/或所述光传感器(5’)。

13.根据权利要求7所述的分光计，

其特征在于

所述光源(3')在所述光学波导(4’)的另一面(25')上在所述光束(4')中耦合。

14.根据权利要求7所述的分光计，

其特征在于

所述光学波导(7')为压克力棒、模克隆棒、玻璃棒或玻璃纤维电缆的形式。

15.一种用于测定容器中流体体积的分光计的用途，所述分光计为无透光管的分光计(1;1')，用于测量流体样本(2;2’)中至少一分析物的浓度，

具有光源(3;3')以产生光束(4;4’)，

具有光传感器(5;5')以接收所述光束(4;4’)，以及

在所述光束(4;4’)的光束路径中具有测量长度(6;6')，所述流体样本(2;2')可放置在所述测量长度(6;6')中，

所述测量长度(6;6')是以可改变的形式提供，

其特征在于

提供所述光源(3;3')以及所述光传感器(5;5')，使得它们可相对于彼此而移动，以改变所述测量长度(6;6’)。

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