CN107667284A - 用于光学测量装置的光学流动池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测量装置的光学流动池(1)，它具有带有光离开表面的输入光导件、带有光进入表面的输出光导件，所述输入光导件和输出光导件与保持器(30)结合而形成光学流动池(1)，以及其中，保持器(30)沿着第一轴线(A)延伸，并且具有用于接收样本流体流的通孔(31)，所述通孔(31)横向于所述第一轴线(A)，并且输入光导件和输出光导件进一步布置在所述保持器(30)中，使得光离开表面和光进入表面延伸到所述通孔(31)中，并且布置成彼此处于光学对齐且彼此相距第一距离。本发明还涉及一种具有至少一个光学流动池(1)的测量装置。

Description

用于光学测量装置的光学流动池
技术领域
本发明涉及用于测量装置的光学流动池，并且涉及具有光学流动池的测量装置。
背景技术
在多个技术领域内使用光学测量装置，在这些技术领域中允许溶液流经光学流动池，光学流动池用来确定溶液内的物质的浓度。这样的技术领域的示例尤其是流体色谱分离和过滤。
测量装置中使用的流动池大体是光学流动池，它具有第一光导件和第二光导件，第一光导件具有离开表面，光在离开表面中发射，第二光导件具有进入表面，在进入表面中接收光。对于较低浓度的溶液，离开表面和进入表面之间的距离可较长，但为了也对高浓度的溶液实现可靠检测，距离应当较小，典型地距离范围为0.1-0.2 mm。为了实现满意的测量品质，距离必须保持恒定且不允许相对于设定值有超过5%的偏差。
此领域内的普遍问题是诸如在测量装置的清洁或维修操作之后修正或调节光学流动池可能产生这样的偏差，并且使光学流动池不可靠，或者在可恢复正常运行之前可能需要麻烦的校准操作。往往通过使用具有已知浓度的基准溶液和一系列测量，以允许调节光学流动池的光导件之间的距离，来执行校准。但是，这是耗时的过程，而且之后还可能需要大量地清洁测量装置，以移除基准溶液的所有痕迹。备选地，可在不校准的情况下使用光学流动池，但是产生的数据将是不可靠的且在许多应用中无法使用。
因此显然需要一种用于测量装置的更可靠的光学流动池来克服这个缺点。
发明内容
本发明的目标是消除或至少最大程度地减少上面描述的缺点。通过独立权利要求中限定的用于测量装置的光学流动池来实现这个目标。
光学流动池的一个优点在于将光导件和保持器结合到整体构件中将允许移除、清洁和再次插入整个光学流动池，从而允许测量装置继续在短时间内以与之前使用的光学流动池相同的品质运行。如果流动池已经有损伤，则可备选地更换它。另一个优点在于，即使在维修或维护之后，通过允许在不改变路径的情况下清洁或更换光学流动池，或者通过允许插入具有在可接受的容差之内的经良好限定的路径的新的光学流动池，测量装置中的测量精度也可保持为期望水平。
根据本发明的一方面，保持器包括热膨胀小于20x10-6 m/mK的材料。从而，即使在光学流动池遭受相当大的温度变化时，第一和第二光导件之间的第一距离可保持恒定。优选地，保持器包括钛，钛是热膨胀适当地低且非常适合在光学流动池构件中使用的材料。
根据本发明的另一方面，第一距离为0.2 mm或更小，优选地0.1 mm。从而，根据本发明的光学流动池布置成允许以高精度水平检测高浓度的物质，而且由于结合到单个光学流动池构件中，第一距离布置成保持在制造期间确定的容差之内。
根据本发明的又一方面，输入光导件安装在第一光导件保持器中，并且输出光导件安装在第二光导件保持器中，而且第一光导件保持器和第二光导件保持器分别通过第一孔和第二孔安装在保持器中。从而，光导件稳定地安装且布置成由光导件保持器牢固地保持，以防止使光导件有损伤或弯曲，以及有利于结合到光学流动池构件中。优选地，第一孔和第二孔是带螺纹的，并且第一光导件保持器和第二光导件保持器包括对应的螺纹，从而提供可靠安装，并且允许优选地借助于诸如环氧树脂或异丁烯酸盐的粘合剂来相对于保持器牢固地固定。
根据本发明的另一方面，输入光导件布置成从第一光导件保持器突出到通孔中，以及其中，输出光导件布置成从第二光导件保持器突出到通孔中。从而，离开光表面和进入光表面之间的流得到改进。
考虑以下详细描述，本发明的更多优点和好处对本领域技术人员将变得非常明显。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1显示根据本发明的优选实施例的光学流动池的透视图；
图2显示图1的光学流动池的横截面图；
图3a显示图1-2的光学流动池的光导件保持器的横截面图；
图3b显示图3a的光导件保持器的平面图；
图4a显示具有图1-2的光学流动池的测量装置；
图4b显示图4a的测量装置的横截面透视图；
图5显示具有图1-2的光学流动池的图4a-4b的测量装置的横截面图；
图6显示图4a的测量装置的从上面看的平面图；以及
图7显示根据本发明的具有两个光学流动池的测量装置。
具体实施方式
图1公开了根据本发明的优选实施例的光学流动池1，保持器30沿着轴线A延伸，并且具有布置成允许有样本流体的通过流的基本横向通孔31。光学流动池1进一步包括第一光导件保持器10和第二光导件保持器20，它们沿着所述轴线A布置。光学流动池30可插入到测量装置中，如将在下面更详细地描述的那样，并且能够检测通过通孔31的流体流中的物质。
图2在横截面图中显示图1的光学流动池1，它显示了第一光导件保持器10安装在第一孔32中，并且第二光导件保持器20沿着保持器30的轴线A安装在第二孔33中且突出到通孔31中。在第一光导件保持器10内部的是输入光导件40，它呈例如光纤的形式，输入光导件40具有光离开表面41，光可通过光离开表面41发射。类似地，第二光导件保持器20包括输出光导件50，输出光导件50具有光进入表面51，可通过光进入表面51接收光，并且光沿着输出光导件50传输。输入光导件40和输出光导件50布置成处于光学对齐，使得从光离开表面41发射的光可由光进入表面51接收。光离开表面41和光进入表面51进一步布置成彼此相距第一距离D，并且第一距离D优选为2 mm或更小。但是，第一距离D非常小是尤其有利的，即0.2 mm或更小，优选地0.1 mm。这是有利的，因为如果第一距离D保持较小，则可精确地检测流过保持器30的通孔31的较高浓度的物质。光学流动池1的第一距离D通常也称为光学流动池的路径，而且这些用语将在下面互换使用。
保持器30包括热膨胀低的材料，即，热膨胀为20x10-6 m/mK或更低。优选地，保持器30包括钛，但它可备选地包括另一种材料，诸如陶瓷材料，例如玻璃。
通过旋拧，将第一光导件保持器10和第二光导件保持器20分别安装在第一孔32和第二孔33中，使得各个孔32、33的保持器螺纹34、35分别与光导件保持器螺纹17、27相互作用，并且如将在下面更详细地描述的那样将光导件保持器10、20固定在保持器30中。还提供密封环36来防止通孔31有泄漏。
图3a显示第一光导件保持器10，但要注意的是，第二光导件保持器20类似于第一光导件保持器10，而且所有关于一个的内容也同样适用于另一个。
因而，第一光导件保持器10是伸长的且具有第一端15和第二端16，以及纵向通孔11，纵向通孔11在第一端15处具有狭窄部分12，并且在第二端16处具有宽部分13。宽部分13在渐缩部分14中结束，渐缩部分14连接到狭窄部分12上，使得纵向通孔11的直径从宽部分13处的第二直径d2平缓地减小到狭窄部分12处的第一直径d1。沿着第一光导件保持器10的外表面的是螺纹区段17，它适于与保持器30的对应的螺纹相互作用。
在第一光导件保持器10的内部，输入光导件40沿着纵向通孔11的整个长度布置，使得光离开表面41从第一端15突出。这是有利的，因为输入光导件40和输出光导件50的直径比输入光导件40和输出光导件50与第一光导件保持器10和第二光导件保持器20的相应的第一端的直径更小允许改进光导件40、50之间的流。
第一直径d1仅仅略微大于输入光导件40的直径，优选地大不到10%，使得输入光导件牢固地保持，并且防止输入光导件40移动。输入光导件40由管43保持，优选地由包围输入光导件40的管保持。管43的目的是在将输入光导件40安装在第一光导件保持器10中的期间导引输入光导件40，而且有利的是管43是硬且有弹性的，使得所述安装得到促进，如将在下面更详细地描述的那样。
为了将输入光导件40固定在第一光导件保持器10的内部，纵向通孔11的至少一部分填充有物质，物质包围输入光导件40且防止有相对于第一光导件保持器10的移动。物质可为粘合剂，例如粘度低的惰性粘合剂，优选地400 cPs或更小的粘度。适当的粘合剂的一个示例是环氧树脂粘合剂，例如由环氧技术公司出售的Epotek®粘合剂。
图3b在平面图中显示了第一光导件保持器10，清楚地显示了从第一端15延伸的输出光导件40和螺纹区段17。还可沿着第一光导件保持器10的外部提供凸缘18，以使螺纹区段17与把手19分开，在安装期间可通过把手19来保持第一光导件保持器10 。
图4a和4b公开了测量装置60，光学流动池1安装在测量装置60中，以对流过流通道61的物质执行测量，流通道61延伸通过测量装置60。测量装置60具有光学流动池安装位点62，它能够接收根据本发明的光学流动池1，使得保持器30的横向通孔31与流通道61一致，并且流体可流过保持器30且经过输出光导件40和输入光导件50，以允许检测流体中的物质。在图5中，显示了光学流动池1安装在测量装置60中，横向通孔31与通道61对齐，以允许流通过光学流动池1，并且从而测量传送通过输出光导件40和输入光导件50之间的第一距离D的流的部分。还显示了密封环36，它用来防止沿着安装位点62和第一孔32和第二孔33有泄漏。当安装在测量装置60中时，光学流动池1连接到具有适当的装备的系统(未显示)上，所述装备用于使光传输到输出光导件40，接收输入光导件50捕捉到的光，分析所述接收到的光，以及呈献和/或存储来自光学流动池1的数据，如本领域中众所周知的那样。图6从通道61的一端显示测量装置60，它显示了光学流动池1如何安装成使保持器30的通孔31与通道61本身对齐。
在图7中，显示了不同的测量装置60'，其具有两个根据本发明的光学流动池1、1'。光学流动池1、1'在设计和构造上是类似的，使得第一光学流动池1的各个构件对应于第二光学流动池1'的构件。光学流动池1、1'在路径D上可为不同的，但是，使得建立双重路径测量装置60'。
将在下面参照图更详细地描述将光导件40、50安装在光导件保持器10、20中，而且再次要注意的是，参照第一光导件保持器10和输出光导件40所述的内容也可适用于第二光导件保持器20和输入光导件50。
因而，通过穿过第二端16将输出光导件40提供和安装在第一光导件保持器10中且输出光导件40由渐缩部分14导引到狭窄部分12中。允许输出光导件40从第一端15突出。然后，用物质填充纵向通孔11，物质优选为惰性粘合剂，如前面提到的那样。在已经应用物质之后，从第二端16围绕输出光导件40安装管43，从而迫使物质渗透狭窄部分12，以及渗透到输出光导件40和管43之间和管43和第一光导件保持器10之间。物质变硬，并且移除多余物质，然后对光离开表面41和在第二端16处的输出光导件40的相对端被抛光，以尽可能少地干扰即将进行的测量。由于物质的惰性性质，所以它可存在于测量装置60内，不与流反应。还有利的是物质具有低粘度，优选地小于400 cPs，以允许容易地插入管43。
将在下面更详细地描述光学流动池1的安装。如上面描述的那样，在已经将输入光导件40安装在第一光导件保持器10中，并且已经将输出光导件50安装在第二光导件保持器20中之后，提供保持器30。第一光导件保持器10通过旋拧而穿过第一孔32，使得第一光导件保持器螺纹17与保持器螺纹34相互作用。类似地，第二光导件保持器20通过车螺纹而穿过第二孔33，其中，第二光导件保持器螺纹27与保持器螺纹35相互作用。在插入期间，密切观察保持器的通孔31，并且对各个光导件保持器10、20执行旋拧，直到光离开表面41和光进入表面51之间的第一距离D为期望值，诸如0.1 mm。由于例如通过显微镜或类似装备密切观察，可确定第一距离D在小容差之内，而且当期望值已经实现时，例如通过将诸如环氧树脂或异丁烯酸盐的粘合剂应用到螺纹17、34、27、35上使得防止进一步的移动，而使第一光导件保持器10和第二光导件保持器20相对于保持器30固定。可在安装之前对第一光导件保持器10和第二光导件保持器20和保持器30应用密封环36。保持器30另外在保持第一光导件保持器10处比在保持第二光导件保持器20处具有更大的外径。这是为了有利于安装在光学流动池安装位点62处。
因而通过当不使用测量装置60时，将光学流动池1插入到光学流动池安装位点62中且调节光学流动池1，直到横向通孔31与流通道61对齐，使得光学流动池1的路径D可暴露于通过流通道61的流体流，来执行将光学流动池1安装在测量装置60中。然后输出光导件40和输入光导件50连接到上面提到的且如本领域众所周知的那样的系统上，而且还可使用本领域中常见的测量装置60。
当光学流动池1变得有损伤，变脏或者只是被流通道61中的流体堵塞时，运行可中断且排空流通道61，使得光学流动池1可与系统断开且从测量装置60中移除。然后可清洁和再次插入光学流动池1。如果光学流动池1已经有损伤，则可备选地丢弃它，并且在光学流动池安装位点62中插入新的光学流动池，使得可以与发生损伤或堵塞以前一样的精确性和准确性恢复运行。当然，如果想要有不同的路径D，则可只是如本文描述的那样移除光学流动池1，并且用具有不同路径D的类似光学流动池代替。从而，相同测量装置60可简单且方便地对流体中的不同浓度的物质执行测量且不需要校准。为了维护或修理，可更换整个流动池1，而不需要重新校准装置
本发明不应视为由上面描述的实施例限制，而是如本领域技术人员容易想到的那样，可在所附权利要求的范围内变化。例如相同类型的保持器可用于不同的路径且多个流动池可插入同一测量装置。

Claims (8)

1.一种用于测量装置的光学流动池，其特征在于：
-输入光导件(40)，其包括光离开表面(41)，
-输出光导件(50)，其包括光进入表面(51)，
所述输入光导件(40)和输出光导件(50)由保持器(30)支承而形成光学流动池(1)，以及其中：
-保持器(30)，其沿着第一轴线(A)延伸，并且具有用于接收样本流体流的通孔(31)，所述通孔(31)基本横向于所述第一轴线(A)，以及
-所述输入光导件(40)和所述输出光导件(50)进一步布置在所述保持器(30)中使得所述光离开表面(41)和所述光进入表面(51)延伸到所述通孔(31)中，并且布置成彼此处于光学对齐且彼此相距第一距离(D)。
2. 根据权利要求1所述的光学流动池，其特征在于，所述保持器(30)包括热膨胀小于20x10-6 m/mK的材料。
3.根据权利要求1或2所述的光学流动池，其特征在于，所述材料包括钛或陶瓷。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的光学流动池，其特征在于，所述第一距离(D)为0.2 mm或更小，优选地0.1 mm。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光学流动池，其特征在于，所述输入光导件(40)安装在第一光导件保持器(10)中，并且所述输出光导件(50)安装在第二光导件保持器(20)中，各个光导件优选地借助于粘合剂在其相应的保持器中保持就位，以及其中，所述第一光导件保持器(10)和所述第二光导件保持器(20)在所述保持器(30)中安装在相应的第一安装孔和第二安装孔(32，33)中。
6.根据权利要求5所述的光学流动池，其特征在于，所述安装孔(32，33)有螺纹，并且所述第一光导件保持器(10)和所述第二光导件保持器(20)包括对应的螺纹，其中所述距离D是可变的。
7.根据权利要求5或6所述的光学流动池，其特征在于，所述输入光导件(40)布置成从所述第一光导件保持器(10)突出到所述通孔(31)中，以及其中，所述输出光导件(50)布置成从所述第二光导件保持器(20)突出到所述通孔(31)中。
8.一种用于光学检测的测量装置，包括至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的光学流动池。
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