CN103063573B - 用于多角度光散射检测器的光圈系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量液体介质中的样品的光散射特性的装置，其中通过激光束在测量池中与在测量池中填充液体介质的方向垂直地、或者与液体介质在测量池内的流动方向垂直地照射含有样品的液体介质，所述装置包括激光器、圆筒形测量池、第一内光圈系统、第二外光圈系统和至少两个检测器，其中检测器设置在第二外光圈系统的外部，使得所述检测器在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光，其特征在于，第一内光圈系统和第二外光圈系统围绕测量池的轴线成环状且同心地形成并设置。此外，本发明涉及根据本发明的用于测量位于液体介质中的样品上散射的光的装置的用途，并且涉及利用根据本发明的装置的相应方法。

Description

用于多角度光散射检测器的光圈系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量液体介质中的样品的光散射特性的装置、该装置的用途以及一种用于测量位于液体介质内的样品上的散射光的方法。

背景技术

静态光散射的测量被用于表征分子或胶体物质(大小、质量、形状和结构)。这是一种绝对量化，其无需任何预先的校准或标准样品的采用。利用激光束照射样品，并且以不同的散射角测量散射光。

光散射的原理在自然界中是普遍存在的。因此，例如在日落时或当尘粒变得可见时，可以观测到该现象。光束照在强散射介质上并通过粒子的作用而从光束的几何限定路径发生偏转。光束的强度由此通过吸收和散射而被降低。散射是诸如偏转(deflection)、衍射和反射之类的不同物理现象的基础。

散射可以被细分成非弹性、准弹性和弹性散射，这通过它们的频移来区分。对于非弹性散射，会出现近似为10¹¹～10¹³Hz的频移。对于光还附加地与分子的平移和旋转量子相互作用的准弹性散射，会出现10～10⁶Hz的频移。对于弹性光散射(例如，静态光散射)，不存在波长的变化(也被称为相干散射辐射)。

光散射的基本原理可以通过非常小的、光学各向同性的气体分子来阐明。通过随激励光源出现的电磁波使分子的电子随激励光源的频率振动。继而，由此产生的振荡偶极子辐射相同频率的电磁辐射，所述辐射的强度取决于诱发偶极子的强度，即，分子的极化程度越高，偶极子就越强并且发出的辐射的强度就越大。

如果例如含有大量大分子的悬浮液之类的样品被激光束照射，那么每个大分子都会发出辐射。所发出辐射的强度总和与悬浮液中的大分子的浓度和分子的摩尔质量成比例。

此外，胶体中所包含的分子的大小可以根据散射光强度的角度依赖性来计算，这是因为在大分子的不同散射中心散射的光会干涉并产生依赖于角度的散射图案。位于测量池中的粒子的大小的平均值由此被分别确定。

现有技术描述了一种测量仪器，其测量胶质液体的散射特性并利用该散射特性来表征材料的特性。因此，例如，EP 0 182 618公开了一种装置，其借助测量池来测量静态光散射。测量池可以连接到层析结构，使得根据大小而分开的粒子流过测量池。为此目的，圆玻璃比色槽设有纵向钻孔，包含粒子的液体流穿过该钻孔被输送并被激光束照射。记录散射光的检测器围绕圆玻璃比色槽以不同的角度设置。该技术首次在US4,616,927和EP 0 182 618中被记述。其公开了以多个不同的角度测量散射光。所观测的散射区域通过光圈被限制到几纳升。

在EP 0 626 064中，描述了进一步的改进，其以2个角度进行测量，借助透镜和光圈系统采集以15度散射的光。

在US6,052,184中，散射光借助光纤来采集，然而光纤仅仅观测液体的非常小的区域。在该方案中垂直于入射光束来输送液体流。

WO2010/036736描述了同样垂直于入射光束来穿过测量池输送液体流的另一装置。借助支撑装置的延伸到测量池的钻孔中的适当的凸出部，来以精确装配的方式实现测量池的必要固定。

在WO2010/036736所描述的装置中，采用具有弯曲外侧的圆筒形比色皿状玻璃测量池，其由激光束水平照射，但是被液体竖直地流过。

为了确保在这种类型的测量池内形成具有层流流型的液体流，可以借助于适当的导引件把液体流分成三个单独的液体流，这三个液体流各自穿过三个径向设置的槽中的一个槽被输送到测量池。流入测量池的这种形式在例如WO98/52013中被公开。

然而，当采用WO2010/036736中所描述的玻璃测量池测量小于7°到超过164°的角度范围内的静态多角度光散射时，会出现下面的问题。

为了避免所获得的测量信号中的峰值变宽、并且为了在测量池内维持均质流，比色皿状测量池的内部钻孔的直径应该基本上被保持得尽可能小，并且因此比色皿状测量池的体积应该基本上被保持得尽可能小。然而，这会导致由激光束在测量池的玻璃与流过测量池并包含样品的液体之间的边界面上引起的漫反射(remission，非定向反射)被重新定位到靠近测量池内的各个样品的散射中心的位置。由于该原因，当利用具有小体积的测量池时，待记录的散射光信号会被所描述的漫反射干扰。由于激光位置有极小的波动，所以漫反射并不稳定并且在其到达检测器时会导致检测器信号中的振动、不稳定和过载(overdrive)。

基本上，为了测量样品的依赖于角度的散射光强度，以下两点是特别关键的：

1.只有来自最小可能角度范围的散射光才可以落入每个检测器。

2.由于测量池玻璃/(包含样品的)液体或测量池玻璃/空气的边界面上的漫反射而可能落入各个检测器的光必须被屏蔽。

先前，借助于装置内的围绕测量池的钻孔来实现为此目的所需的阻挡。其问题在于，这些钻孔内的光在各个壁上被反射，因此即使呈现缩减的形式也会落入各个单独的检测器中并使测量结果失真。由于钻孔一方面必须具有较小的直径，而另一方面又必须相对较长以便能够充分限制入射的散射光的角度范围，不可能利用吸光物质来均匀地涂布钻孔的内部。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在小于7°到超过164°的角度范围内测量静态多角度光散射的测量装置，其采用半透明测量池，该测量池填充有样品或者有样品流过该测量池，且该测量池被激光束沿着垂直于填充方向的方向或垂直于样品流动方向的方向照射，且该测量池不具有根据现有技术已知的装置在漫反射和来自非观测角度范围的散射光的破坏性影响这一方面所具有的缺点，且该测量池能够实现测量灵敏度的改进。

该目的能够由根据权利要求1所述的装置和根据权利要求10所述的方法来实现。

根据本发明，提供了一种用于测量液体介质中的样品的光散射特性的装置，其中，含有样品的液体介质在测量池中被激光束沿着与在测量池中填充液体介质的方向垂直的方向或者沿着与液体介质在测量池内的流动方向垂直的方向照射，所述装置包括激光器、圆筒形测量池、第一内光圈系统、第二外光圈系统、和至少两个检测器，其中检测器被设置在第二外光圈系统的外部使得所述检测器在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光，所述装置的特征在于，第一内光圈系统和第二外光圈系统围绕测量池的轴线成环状且同心地形成并设置。

在本发明的框架内，令人惊讶地发现，当检测以特定角度在样品上散射的光(散射光)时，包括以一个位于另一个后面的方式设置的两个光圈的系统适合于使由于漫反射和来自不被观测的角度范围的散射光而引起的破坏性影响最小化。来自非观测角度范围的散射光和漫反射(即，在测量池与流过测量池并包含样品的液体介质之间的边界面处发生偏转的光)可以在根据本发明的装置的双光圈系统中在所述光圈之间传播，而不再到达检测器。

特别地，借助于围绕测量池的轴线同心地设置的第一内光圈系统，首先限定出规定的散射体积，同时还选择待检测的特定角度范围。靠近检测器围绕第一内光圈系统同心地设置的第二外光圈系统于是确保只有已经穿过第一内光圈系统的特定角度范围的光落入相应的检测器，并且确保在测量池与流过测量池并包含样品的液体介质之间的边界面上发生偏转从而引起漫反射的光被阻挡。

相应地，根据本发明的装置包含双光圈系统，该双光圈系统包括均围绕测量池的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统和第二外光圈系统。

关于本发明，与第一内光圈系统和第二外光圈系统相关的术语“成环状”是指，每一个这样的术语描述了直圆筒体的横截区域的形状。

两个光圈系统各自具有以一个紧接着另一个的方式设置的多个光圈开口、并且优选地被一体地形成，其中两个光圈系统中的每个光圈系统的光圈开口的数量与根据本发明的装置中所采用的检测器的数量相应。光圈系统可以用塑料和金属制成，塑料诸如为：PEEK、PMMO、PA、等等；金属诸如为：铝，例如殷钢、不锈钢之类的不同钢(differentsteel)，钛，以及例如黄铜之类的非铁金属。

第一内光圈系统靠近测量池、围绕测量池的轴线同心地设置，并且位于距测量池0.1-1mm、优选为0.4-0.8mm、特别优选为0.4-0.6mm的区域内。第二外光圈系统靠近检测器、围绕第一内光圈系统同心地设置，并且位于距检测器1-60mm、优选为15-45mm、特别优选为32-36mm的区域内。第一内光圈系统与第二外光圈系统之间的距离为15-20mm、优选为16-17mm、特别优选为16.4-16.6mm。

在一个优选实施例中，第一内光圈系统与测量池之间的距离为0.4-0.6mm、优选为0.5mm，第二外光圈系统与检测器之间的距离为32-36mm、优选为34.2mm，并且第一内光圈系统与第二外光圈系统之间的距离为16.4-16.6mm、优选为16.5mm。

在一个实施例中，第一内光圈系统和第二外光圈系统都被形成为狭缝光圈(slot aperture)，其中两个光圈系统中的狭缝的数量与所采用的围绕第二外光圈系统设置的检测器的数量相应。此外，每个光圈系统都具有激光束的入口和出口。各个狭缝与成环状形成的光圈系统的环形平面垂直地(即，成90°的角度)设置，并且由此形成梳状光圈。

在替代实施例中，第一内光圈系统和第二外光圈系统中的光圈开口可以各自呈针孔光圈的形式，其中各个光圈孔可以呈矩形、正方形或圆形。

优选地，第一内光圈系统和第二外光圈系统均呈梳状狭缝光圈的形式。

根据本发明，测量池、第一内光圈系统和第二外光圈系统以及检测器位于一光轴上，使得各个检测器采集在样品上被散射并离开测量池的设定的不同角度范围的光。该方案使得仅仅特定角度范围的光可以落入相应的检测器，并且使得来自未被观测的角度范围的散射光和漫反射可以被阻挡。

特别地，测量池、第一内光圈系统和第二外光圈系统以及检测器被设置在一个平面(在下文中也被称为检测平面)中，使得测量池、两个光圈系统中的各个狭缝以及检测器位于一条线上、优选地位于一条直线上，并且使得各个检测器采集在样品上被散射并离开测量池的设定的不同角度范围的光。

在一个优选实施例中，两个光圈系统的狭缝以一个位于另一个后面、但并不相互错开的方式设置，并且所述直线从测量池的弯曲外侧垂直地延伸。

检测器在检测平面中围绕整个测量池在第二外光圈系统的外部设置，并且相对于穿过测量池的激光的光路以3°-172°、优选为7°-164°的不同设定角度设置，使得所述检测器采集以各个角度在样品上被散射的光以及围绕该角度的限定角度范围内的光。优选地，检测器在检测平面中围绕测量池成环状且同心地设置。

根据本发明的装置由此使得可以在3°-172°、优选为7°-164°的设定的不同角度范围内对样品上散射的光进行观测。

关于本发明，术语“角度范围”表示检测平面内的相对于穿过测量池的激光的光路的特定角度，其包括围绕该角度的+/-0.95°、优选为+/-0.15°的范围。

根据本发明的装置包括2-25个、优选为7-21个检测器。

在一个优选实施例中，根据本发明的装置包括7、14或21个检测器，并且特别优选地包括21个检测器。

为了能够在根据本发明的装置的检测平面中安装多达25个检测器，检测器围绕整个测量池交替地设置，其中“交替”是指具有相邻观测角度的检测器在检测平面内总是设置在测量池的相反两侧。

检测器是现有技术中描述的将入射光转换成取决于其强度的电信号的装置，这可以借助例如光敏二极管或光电倍增管来实现，并且检测器将电信号传递给相应的处理装置，该处理装置将测量信号转换成期望的单位。特别优选的检测器是混合光电二极管。所述混合光电二极管是光电二极管与集成放大器的组合。这种类型的组合使得具有少量暗噪声的高灵敏度以及良好的性价比成为可能。

在一个实施例中，与样品上散射的光的观测角度范围无关，第一内光圈系统和第二外光圈系统的狭缝全部具有处于0.1-3.0mm、优选为0.2-1.5mm、特别优选为0.2-0.8mm范围内的相同宽度。

在一个优选实施例中，取决于样品上散射的光的观测角度范围，第一内光圈系统和第二外光圈系统具有不同的狭缝宽度，其中第一内光圈系统和第二外光圈系统的狭缝宽度对于在样品上散射的光的给定观测角度范围而言是相同的。借助于不同的狭缝宽度，确保了落入各检测器的散射光的强度差异对于各个观测角度范围而言尽可能得低。

基本上，样品向所有方向散射照射光，对应于各个观测角度范围的散射光强度取决于样品分子或粒子的大小。因此，不同的散射光强度可以由以下事实导致：取决于各个样品分子或粒子的大小，照射光在样品上没有被均等地散射到所有方向，而是发生了定向散射，这会导致具有较小观测角度的较大散射光强度。对于相同大小的样品分子或粒子，取决于观测角度，还会产生不同的散射体积，这取决于角度也会导致不同的散射光强度。此处，较小观测角度所对应的散射体积以及散射光强度基本上要大于较大观测角度所对应的散射体积以及散射光强度。通过采用不同的狭缝宽度，取决于样品上散射的光的观测角度范围，不同的散射光强度可以在一定限度内被均一化，使得落入各检测器中的散射光的强度差异对于各个观测角度范围而言尽可能得小。

在小观测角度和非常大的观测角度的情况下，从测量池中穿出并被用于照射样品的激光束的光还附加地有助于增大散射光强度。

基本上，在例如对于较小角度范围会发生较高散射光强度的情况下，在根据本发明的装置的双光圈系统中使用具有较小宽度的狭缝。

在一个特别优选的实施例中，采用以下观测角度和狭缝宽度：

表1：观测角度和狭缝宽度

观测角度	狭缝宽度[mm]
		3°-7°	0.2
12°	0.3
		20°	0.5
28°-148°	0.8
		156°	0.7
164°-172°	0.5

根据本发明的装置是配备有前面描述的双光圈系统的多角度光散射检测器(MALS[多角度光散射]检测器)。

具有10nm-1000nm、优选为26.6nm-532nm的大小和/或1000Da-10⁹Da的分子重量的所有分子和微粒粒子都适合于作为利用根据本发明的装置测量光散射特性的样品。利用根据本发明的装置测量的样品是：例如，来自制药工业和研究领域的蛋白质，纳米粒子和碳纳米管，以及天然聚合物和合成聚合物。

所述样品可以溶解或悬浮在液体介质中。水性和非水性有机溶剂可以用作在根据本发明的装置中使用的液体介质。优选地，采用通常在高性能液相层析法(HPLC)或场流分级法(FFF)中使用的溶剂。实例包括：0.5-5g/l的NaCl和0.1-5g/l的十二烷基硫酸钠(SDS)的水溶液，以及有机溶剂四氢呋喃(THF)、甲苯、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)和这些有机溶剂的混合物。

在根据本发明的装置中，采用圆筒形测量池。关于本发明，术语“圆筒形测量池”是指具有直圆筒体形状的测量池。

用于在根据本发明的装置中使用的测量池具有沿着该测量池的轴线形成的中心钻孔。该钻孔允许包含样品的液体介质被送入和排出。

根据本发明的装置的测量池的钻孔是相对于测量池的轴线同心地设置的具有圆形横截面的缺口或穿透孔，使得测量池具有一个或两个圆形开口。

在一个优选实施例中，钻孔是穿透孔。

此外，用于在根据本发明的装置中使用的测量池由允许激光束穿入、穿过和穿出的半透明材料形成。

在一个实施例中，测量池由玻璃、聚合物、或所述材料和液体的组合制成，并且具有与包含待测量的样品的液体介质的折射率基本上相应、且比空气折射率高的折射率。在一个优选实施例中，测量池由玻璃制成。

关于本发明，与测量池的折射率和液体介质的折射率有关的术语“基本上相应”是指，各自的折射率尽可能相同并且彼此最多只相差0-0.5、优选最多只相差0-0.3、更优选最多只相差0-0.2。在一个特别优选的实施例中，差值最多只有0-0.13。

折射率(即以前的折射系数)是材料常数并且描述光(即电磁波)在光密介质中的传播。折射率可以根据光在真空中的相速度与光在各个介质中的相速度之间的比率来确定。因此，例如可见光在真空中的折射率正好为1，可见光在海平面的空气中的折射率为1.000292，可见光在石英玻璃中的折射率为1.46，并且可见光在聚合物中的折射率近似为1.5。

术语“聚合物”是指由相同或相似的单元构成的直链或支链分子所组成的化合物。这些聚合物的实例是由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯或聚氨酯制成的聚合物。

在一个实施例中，在样品上的散射光穿过其离开的测量池的弯曲表面区域中，测量池被光学抛光，以便使发生光跃迁的光的角度歪曲或散射最小化。该表面可以利用已知的标准方法来抛光。例如石英玻璃的表面可以由此通过火焰抛光和机械抛光来处理。借助激光束的抛光也是可能的。

为了确保不受干扰的样品测量，根据本发明优选的是，在样品测量期间避免测量池的钻孔内的湍流，而是要在钻孔内产生层流流型。

在一个实施例中，根据本发明的装置因此除了激光器、圆筒形测量池、第一内光圈系统、第二外光圈系统和至少两个检测器之外还包括：用于保持激光器、圆筒形测量池、第一内光圈系统、第二外光圈系统和至少两个检测器的支撑件，该支撑件的特征在于，在用于保持测量池的区域中具有三个径向设置的槽，包含待测量的样品的液体介质通过所述三个径向设置的槽被输送到测量池的钻孔中。详细地，所述三个径向设置的槽在平面平行于圆筒形测量池的两个平坦端部之一设置的支撑件的表面内以星形形状延伸、并且在测量池的钻孔区域中汇合。这样的方案被记述在例如WO98/52013中。

包含样品的液体介质借助于适当的导引件被分成三个液体流，这三个液体流各自朝测量池的中心钻孔的方向沿着圆筒形测量池的两个平坦端部之一通过三个槽之一被输送。在测量池的中心钻孔的区域中，三个液体流被合成一体、并优选地从底部向顶部被输送到测量池的钻孔中。这种流入根据本发明的装置的测量池的中心钻孔的形式，确保在样品测量期间在测量池的钻孔中形成具有层流流型的液体流。

在一个优选实施例中，所述三个径向延伸的槽各自相对于彼此以120°的角度设置。

在WO2010/036736中，描述了一种装置，其借助支撑装置的延伸到测量池的钻孔中的适当凸出部来实现所采用的测量池在支撑件中的必要固定。与此相反，根据本发明的装置中的测量池通过支撑件的相应形状而从外部被固定在支撑件内的期望位置。特别地，支撑件被形成为适合于以精确装配的方式保持测量池、并围绕圆筒形测量池的圆形外侧(即侧面区域)的至少一部分；其中支撑件的特定形状在激光束穿入、穿过以及穿出测量池时不会对激光束具有负面影响。借助于设置在圆筒形测量池的平坦端部上的两个环形平坦密封件，使所述测量池得到密封。平坦密封件具有与测量池相同的直径、并且在测量池的钻孔区域中具有相应的中心圆形开口。与根据WO2010/036736已知的装置相比，根据本发明的装置的支撑件因此特征在于具有更简单的构造，其还可以被更容易且更便宜地制造。

在另一优选实施例中，包括用于保持激光器、圆筒形测量池、第一内光圈系统、第二外光圈系统以及至少两个检测器的支撑件的根据本发明的装置因此特征在于：在用于保持测量池的区域中，支撑件具有三个径向设置的槽，包含待测量的样品的液体介质通过所述三个径向设置的槽被输送到测量池中；并且测量池借助于支撑件中的成型结构而被固定在支撑件内的期望位置，其中测量池的侧面区域被支撑件部分地围绕，并且测量池借助于设置在圆筒形测量池的平坦端部上的两个平坦密封件来密封。

在根据本发明的装置中，在样品上散射的光(散射光)借助借以照射位于测量池内的样品的激光束来产生，其中激光束的相干长度优选地大于待测量的样品的最大尺寸。诸如二极管激光器、固态激光器或气体激光器之类的不同激光器可以被用作激光束源。优选地，采用波长为245nm-1200nm、优选为375nm-1064nm、更优选为320nm-680nm的激光器。特别优选地，采用波长为532nm的激光器。

与在测量池中填充含有样品的液体介质的方向垂直地、或者与含有样品的液体介质在测量池内的流动方向垂直地照射位于测量池内的样品。详细地，沿着测量池的轴线输送进入/通过测量池的钻孔的含有样品的液体介质，在测量池的钻孔中被激光束垂直于测量池的轴线照射。

关于本发明，与照射方向有关的术语“与填充方向垂直”以及“与流动方向垂直”是指，填充方向或流动方向的矢量所位于的平面以及借以照射样品的激光束的矢量所位于的平面相互垂直或基本上垂直，即它们相对于彼此以90°+/-2°的角度设置。

在另一实施例中，本发明涉及一种用于测量在位于液体介质内的样品上散射的光的方法。此处，该方法利用前面描述的具有各个部件的根据本发明的装置，并且上面说明的术语和上面规定的定义也适用于根据本发明的方法。

根据本发明的方法包括以下步骤：

a)将包含样品的液体介质引入圆筒形测量池中，

b)利用激光束，与在测量池中填充液体介质的方向垂直地、或者与液体介质在测量池内的流动方向垂直地照射位于测量池内的样品，以及

c)利用至少两个检测器来检测所产生的散射光束，所述至少两个检测器围绕测量池成环状且同心地设置、并且在设定的不同角度范围内采集在样品上散射的光、并且特征在于，通过围绕测量池的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统和第二外光圈系统，使所述检测器与没有落入各个设定角度范围内的散射光束和漫反射相屏蔽。

在一个优选实施例中，根据本发明的方法的特征在于，包含样品的液体介质被引入的圆筒形测量池具有沿其轴线的钻孔、并且由半透明材料形成，将包含样品的液体介质沿着测量池的轴线引入钻孔，并且用激光束垂直于测量池的轴线照射位于测量池的钻孔内的样品。

根据本发明的方法使得可以测量通过利用激光束照射液体介质内的样品而产生的散射光。为此目的，通过沿着轴线穿过圆筒形测量池延伸的中心钻孔输送包含样品的液体介质。激光束垂直于该钻孔行进并照射含有样品的液体介质，由此使光在各个样品分子或粒子上被散射。接收散射光的光敏检测器围绕测量池设置。检测器与测量池位于一个平面中。由检测器接收的光优选地被转换成电信号、并被传递给相应的处理装置来计算样品分子或粒子的期望特性(诸如大小、质量、形状和结构)。在测量池与检测器之间，与测量池和检测器一起位于一个平面和光轴上的还有前面描述的双光圈系统，其包括均围绕测量池的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统和第二外光圈系统。双光圈系统使来自非观测角度范围的散射光和漫反射的扰乱性影响最小化，并且由此使得能够对特定的设定角度范围的散射光进行不受干扰的测量。

在另一实施例中，本发明涉及用于测量在位于液体介质内的样品上散射的光的根据本发明的装置的用途。

借助于样品的光散射特性，于是可以确定例如样品的大小、质量、形状和结构。为了实现对光散射特性进行有效的测量，各个样品分子和粒子必须在测量期间以级分(fraction)的形式存在，每个级分具有基本均一的粒子大小和/或基本均一的摩尔质量。

关于本发明，术语“基本均一的粒子大小”和“基本均一的摩尔质量”是指单粒子大小分布(monomodal particle size distribution)或单摩尔质量分布(monomodal molar mass distribution)，其中各个样品分子和粒子的粒子大小和摩尔质量与相应的平均值相差至多+/-15％、优选为至多/-10％。

用于获得各自具有基本均一的粒子大小和/或基本均一的摩尔质量的样品而对相应样品混合物进行的分级，可以借助于层析法、准层析法或其它适合的分离方法来实现。

例如高性能液相层析法(HPLC)可以用作层析分离方法。在一个优选实施例中，体积排除层析法(SEC)或凝胶渗透层析法(GPC)在本发明中被用作可能的HPLC方法的具体实例。

一种适合的准层析分离方法是场流分级法(FFF)。在一个优选实施例中，对称流场流分级法、非对称流场流分级法、诸如离心场流分级法之类的沉降场流分级法、和热场流分级法被用于本发明中的样品的分级。特别优选地采用对称或非对称流场流分级法。

在一个实施例中，借助批量测量来进行对样品上散射的光的测量。为此目的，在预先进行分级之后以预先设定的量将包含样品的液体介质填充到测量池的钻孔中。接着，对样品进行测量，其中在测量期间，含有样品的液体介质不流过测量池，使得含有样品的液体介质在测量期间不在测量池内移动。

在另一实施例中，借助在线测量来进行对样品上散射的光的测量。为此目的，在预先进行分级之后通过测量池的钻孔连续地输送含有样品的液体介质，并且在整个测试期间进行测量。穿过测量池的样品流可以借助例如HPLC或FFF装置来产生。优选地，穿过测量池的样品流借助用于对样品进行前面描述的预先分级的HPLC或FFF装置来产生。

在一个优选实施例中，借助在线测量来进行对样品上散射的光的测量。

在另一实施例中，根据本发明的装置为此目的可以连接到诸如SEC或GPC装置或者FFF装置之类的HPLC装置。优选地，根据本发明的装置被连接到FFF装置、特别优选地被连接到用于对称流场流分级法、非对称流场流分级法、诸如离心场流分级法之类的沉降场流分级法和热场流分级法的FFF装置，并且特别优选地被连接到用于对称流或非对称流场流分级法的FFF装置。

在替代实施例中，批量测量也可以在未被分级的样品上进行。

附图说明

图1示出根据本发明的装置的优选实施例的俯视图。

图2示出根据本发明的装置的优选实施例的侧视图。

图3示出根据本发明的装置的双光圈系统的三维视图。

附图标记的说明：

图1

1：激光器

2：激光束

3：测量池

4：内光圈系统

5：外光圈系统

6：检测器

7：散射光束

8：钻孔

9：用于激光束的入口

10：用于激光束的出口

图2

20：外光圈系统

21：内光圈系统

22：用于固定测量池的支撑件的上部

23a：用于排出含有样品的液体介质的毛细管

23b：用于供给含有样品的液体介质的毛细管

24a：平坦密封件

24b：平坦密封件

25：检测器

26：激光器

27：激光束

28：用于固定测量池的支撑件的下部

29：测量池

29a：钻孔

图3

30：激光器

31：激光束

32：内光圈系统

33：外光圈系统

具体实施方式

图1示出根据本发明的装置的优选实施例的示意性结构的俯视图。

所示出的根据本发明的装置包括：激光器(1)，具有沿其轴线的中心钻孔(8)的圆筒形测量池(3)，均围绕测量池(3)的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统(4)和第二外光圈系统(5)，以及五个检测器(6)，检测器(6)在第二外光圈系统(5)的外部围绕测量池(3)的轴线成环状且同心地设置，使所述检测器在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光。

第一内光圈系统(4)和第二外光圈系统呈梳状狭缝光圈的形式、并且都还具有用于激光束(2)的入口(9)和出口(10)。

激光束(2)垂直于测量池(3)的中心钻孔(8)行进、并照射包含样品且位于测量池(3)的中心钻孔(8)内的液体介质。通过这种方式，光在各个样品分子或粒子上被散射。所产生的散射光束(7)由围绕测量池成环状且同心地设置的光敏检测器(6)接收，其中检测器(6)通过第一内光圈系统(4)和第二外光圈系统(5)而与未落入各个设定角度范围的散射光束和漫反射相屏蔽。

图2示出根据本发明的装置的优选实施例的示意性结构的侧视图。

所示出的根据本发明的装置包括：激光器(26)，具有沿其轴线的中心钻孔(29a)的圆筒形测量池(29)，均围绕测量池(29)的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统(21)和第二外光圈系统(20)、以及多个检测器(25)(出于图解说明的原因，此处仅示出一个检测器)，其中检测器(25)设置在第二外光圈系统(20)的外侧，使得所述检测器在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光。

根据本发明的装置的支撑件被形成为包括上部(22)和下部(28)，以用于以精确装配的方式保持测量池(29)并且因此用于将测量池(29)固定在支撑件中。下部(28)具有成型结构，测量池以精确装配的方式被保持在所述成型结构中、并且所述成型结构围绕圆筒形测量池(29)的圆形外侧(即侧面区域)的至少一部分。成型结构的高度被选择成对穿入、穿过以及穿出测量池(29)的激光束(27)没有负面影响。上部(22)具有平坦的下侧、并且不围绕测量池。测量池(29)被牢固地固定在下部(28)与上部(22)之间、并且通过设置在圆筒形测量池(29)的平坦端部上的两个环形平坦密封件(24a、24b)被密封。平坦密封件(24a、24b)具有与测量池(29)相同的直径、并且在测量池的钻孔区域(29a)中具有相应的中心圆形开口。

在所示出的根据本发明的装置的实施例中，包含样品的液体介质在测量期间借助供给毛细管(23b)和排出毛细管(23a)被输送穿过测量池(29)的钻孔(29a)。

图3示出成环状且同心地形成并设置、并且一起形成根据本发明的装置的双光圈系统的第一内光圈系统(32)和第二外光圈系统(33)的三维视图。所示出的两个光圈系统(32、33)各自呈梳状狭缝光圈的形式。

Claims (16)

1.一种用于测量液体介质中的样品的光散射特性的装置，所述装置包括激光器(1)、圆筒形测量池(3)、第一内光圈系统(4)、第二外光圈系统(5)和至少两个检测器(6)，其中通过激光束(2)在所述圆筒形测量池(3)中与在所述圆筒形测量池(3)中填充所述液体介质的方向垂直地、或者与所述液体介质在所述圆筒形测量池(3)内的流动方向垂直地照射含有样品的所述液体介质，其中

所述检测器(6)设置在所述第二外光圈系统(5)的外部，使得所述检测器(6)在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光，

其特征在于，所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)围绕所述圆筒形测量池(3)的轴线成环状且同心地形成并设置，

所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)都被形成为狭缝光圈，其中两个光圈系统中的狭缝的数量与检测器(6)的数量相对应，并且每个所述光圈系统还具有用于所述激光束(2)的入口(9)和出口(10)，并且

对于在样品上散射的光的不同的观测角度范围，所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)分别具有不同的狭缝宽度，使得不同的散射光强度能够在一定限度内被均一化，其中对于在样品上散射的光的给定的观测角度范围，所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)的狭缝宽度是相同的。

2.如权利要求1所述的装置，其中

所述圆筒形测量池(3)具有沿其轴线形成的允许供给和排出包含样品的所述液体介质的钻孔(8)，并且由允许所述激光束(2)穿入、穿过和穿出的半透明材料形成，并且其中

含有样品的所述液体介质沿着所述圆筒形测量池(3)的轴线被输送进入/通过所述圆筒形测量池(3)的所述钻孔(8)，并且在所述圆筒形测量池(3)的所述钻孔(8)中被所述激光束(2)垂直于所述圆筒形测量池(3)的轴线照射。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆筒形测量池(3)、所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)以及所述检测器(6)位于一光轴上，使得各个检测器(6)采集在样品上被散射并离开所述圆筒形测量池(3)的设定的不同角度范围的光。

4.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述圆筒形测量池(3)由玻璃、聚合物或其组合制成，并且具有与包含待测量的样品的所述液体介质的折射率基本上相应、且比空气的折射率高的折射率。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置使得能够在7°-164°的设定的不同角度范围内观测样品上散射的光。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括2-25个检测器(6)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置包括7-21个检测器(6)。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括7个、14个或21个检测器(6)。

9.如权利要求1所述的装置，还包括用于保持所述激光器(1)、所述圆筒形测量池(3)、所述第一内光圈系统(4)、所述第二外光圈系统(5)以及所述至少两个检测器(6)的支撑件，其特征在于，

在用于保持所述圆筒形测量池(3)的区域中，所述支撑件具有三个径向设置的槽，包含待测量的样品的所述液体介质通过所述三个径向设置的槽被输送到所述圆筒形测量池(3)中，并且

所述圆筒形测量池(3)借助于所述支撑件中的成型结构而被固定在所述支撑件内的期望位置，其中所述圆筒形测量池(3)的侧面区域被所述支撑件部分地围绕，并且所述圆筒形测量池(3)借助于设置在所述圆筒形测量池(3)的平坦端部上的两个平坦密封件来密封。

10.一种用于测量位于液体介质内的样品上散射的光的方法，包括以下步骤：

a)将包含样品的所述液体介质引入圆筒形测量池(3)中，

b)利用激光束(2)，与在所述圆筒形测量池(3)中填充所述液体介质的方向垂直地、或者与所述液体介质在所述圆筒形测量池(3)内的流动方向垂直地照射位于所述圆筒形测量池(3)内的样品，以及

c)利用至少两个检测器(6)来检测所产生的散射光束(7)，所述至少两个检测器围绕所述圆筒形测量池(3)成环状且同心地设置、并且在设定的不同角度范围内采集样品上散射的光，

其特征在于，通过围绕所述圆筒形测量池(3)的轴线成环状且同心地形成并设置的第一内光圈系统(4)和第二外光圈系统(5)，使所述检测器与没有落入各个设定角度范围内的散射光束和漫反射相屏蔽，

所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)都被形成为狭缝光圈，其中两个光圈系统中的狭缝的数量与检测器(6)的数量相对应，并且每个所述光圈系统还具有用于所述激光束(2)的入口(9)和出口(10)，并且

对于在样品上散射的光的不同的观测角度范围，所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)分别具有不同的狭缝宽度，使得不同的散射光强度能够在一定限度内被均一化，其中对于在样品上散射的光的给定的观测角度范围，所述第一内光圈系统(4)和所述第二外光圈系统(5)的狭缝宽度是相同的。

11.如权利要求10所述的方法，其中

包含样品的所述液体介质被引入的所述圆筒形测量池(3)具有沿其轴线形成的钻孔(8)、并且由半透明材料形成，

将包含样品的所述液体介质沿着所述圆筒形测量池(3)的轴线引入所述钻孔(8)，并且

用激光束(2)垂直于所述圆筒形测量池(3)的轴线照射位于所述圆筒形测量池(3)的钻孔(8)内的样品。

12.一种将如权利要求1-9中任一项所述的装置用于测量位于液体介质内的样品上散射的光的用途。

13.如权利要求12所述的用途，其中借助批量测量或在线测量来进行对样品上散射的光的测量。

14.如权利要求13所述的用途，其中在测量之前，借助于层析或准层析分离法将样品分离成各个级分，每个级分具有基本均一的粒子大小和/或基本均一的摩尔质量。

15.如权利要求14所述的用途，其中借助于HPLC或场流分级法来进行样品分离。

16.如权利要求15所述的用途，其中所述HPLC是体积排除层析法或凝胶渗透层析法。