CN1849499A - 用于连续测定物质的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对物质执行连续测定的装置，其包括一发生化学反应的传感元件(21)，其被布置在容有所述物质的容积(22)的限界壁中或附近，其中，在模块化装置(1)的壳体(2)中，设置了用于对传感元件(21)进行读取的光学元件，其包括：至少一个光源(35)，其对传感元件(21)进行照射；以及至少一个试样检测器(29)，其对由传感元件(21)散射来的光线进行检测，其中，壳体(2)的前侧包括一个用于传感元件(21)的联接器，从而，传感元件(21)能被互换地、模块化地联接到壳体(2)的前侧上。在联接器的附近设置有玻璃体(24)，以使其与传感元件(21)直接接触，且在玻璃体(24)的后方为照射光和散射光设置了分开的导管(34、31)。模块化装置(1)使得模块化传感元件(21)易于实现互换，并在传感元件(21)与检测器(29)之间形成了稳定且能完成高质量测量的光学连接。

Description

用于连续测定物质的装置

技术领域

本发明涉及一种用于对物质执行连续测定的装置，其包括发生化学反应的传感元件，其被布置在容有所述物质的容积的限界壁中或附近，其中，在模块化装置的壳体中，设置了用于对传感元件进行读取的光学元件，其包括：至少一个光源，其对传感元件进行照射；以及至少一个试样检测器，其对由传感元件散射来的光线进行检测，其中，壳体的前侧包括用于布置传感元件的联接器，从而，传感元件能被互换地、模块化地联接到壳体的前侧上。

背景技术

在现代生产流程的架构内，例如用于对生产出的产品执行质量控制，至关重要的是要对产品的组成物质进行连续地测定。这一工作是通过对连续或间歇供应的产品试样执行多个连续或间歇的测量而完成的。

通常，主要是使用流注分析(FIA)系统来对物质进行连续测定。这些系统包括一些精巧的装置—尤其是泵和阀，在必要的条件下，这些装置用于输送和排出试样流体和试剂。借助于生物传感器或化学传感器(例如离子选择电极)，利用使用试剂的分析过程来进行测定。

具体来讲，在第3754867号美国专利(属于Bjorksten ResearchLaboratories)和第4003707号美国专利(属于Max-Planck-Gesellschaft)中公开了这样的方案：通过测量一种指示物质或与被测物质发生反应的吸收剂的颜色改变来测定某种被测物质的浓度。

专利文件WO 98/30892(属于U.Spichiger-Keller，J.Müller)公开了一种用于连续测定物质的传感器系统，该系统是模块化的，从而可使用具有不同类型传感器的不同模块。这样就可以在必要的情况下利用不同的测量技术同时测定不同的参数。所有化学反应都在其上发生的传感元件是可互换的结构。这些传感元件包括由一些选择性的层，这些结构层无需采用反应剂就能对流经的物质执行连续测定。除了其它传感器之外，可采用能用光学方法进行读取的传感元件。尤其是，这样的传感元件可包括波导体，选择性的结构层被叠放在该波导体上。可测量不同的量值，例如ATR(衰减全反射)模式中的吸收量/吸收率、折射率的变化量、光学范围、相移、反射、发光的延迟时间、或光发射的衍生量。所需要的光能或者可由光纤从模块外部提供、或者可在模块内部直接产生—例如可利用LED产生。光学检测器还可被集成在模块中。光学传感元件表示出芯片(die)的型式，且传感元件被夹置在头部与基部之间，且与用于输送被分析试样的导管直接接触。头部被螺钉安装到基部上。

但是，为了互换传感元件或包括选择性层的芯片，就必须要拧开将头部与基部连接起来的螺钉，这是一个费事而麻烦的工作过程。另外，专利文件WO 98/30982并未公开有关芯片设置在模块中、或者芯片与检测器光学连接的任何细节内容。

发明内容

因而，本发明的目的是设计一种用于对物质执行连续测定的装置，其属于上文提到的技术领域，该装置使得模块化传感元件的互换变得容易，并在传感元件与检测器之间形成了稳定且能完成高质量测量的光学连接。

根据本发明的技术方案的特征由权利要求1限定。根据本发明，在联接器的附近设置有玻璃体，以使其与传感元件直接接触，且在玻璃体的后方为照射光和散射光设置了分开的导管。

玻璃体的透明度允许对传感元件进行照射，同时还允许散射光线传输过去。与此同时，传感元件被稳固地支撑在其光学相关区域中，因而可防止传感元件出现偏移，而传感元件的偏移会带来光学误差，进而影响测量结果。另外还降低了机械应力，玻璃体在光源与传感元件之间、以及传感元件与试样检测器之间限定了固定的距离。另外，玻璃体还起到了密封件的作用，其可靠地隔离了壳体的内部，阻止外界的灰尘或流体等进入一尤其是在更换传感元件的过程中。由于传感元件可被简单地联接到位于壳体前侧的玻璃体的平坦表面上，所以可提高传感元件的互换性。最后，玻璃体是耐用的，且其前表面易于清洁。原则上，该玻璃体可由低折射率的普通玻璃来制成。

分开设置的导管实现了这样的效果：可对照射光和散射光执行不同的光学处理。与此同时，通过将两光路相互隔开，可减小干扰。

优选地是，光学元件被布置在散射光检测装置中，也就是说，试样检测器被布置成这样：其基本上不会寄存从光源发出、且在过渡表面上被直接反射到传感元件或传感元件背面的光线。试样检测器例如被设置成相对于传感元件的主表面成一定角度，该角度与照射传感元件的光线的入射角显著不同。用于进行照射以及为散射光设置的分开导管对散射光装置的改善达到了这样的程度：能减少未被传感元件散射的、到达试样检测器的光线。这些措施所获得的信噪比显著高于如下装置的信噪比：在该装置中，检测的是直接反射后的光线随同漫射的散射光。因而，可提高测量精度。此外，可在传感元件中实现一些测量光学效应，这些效应能带来发射漫射光的现象—例如发荧光现象、发磷光现象、或化学发光现象。

有利地是，为照射光设置的导管相对于传感元件的主表面是倾斜的。该导管为从光源发出的光线限定了传输路线，以使得只有传感元件受到照射。这样就能减小干扰和非受控的反射，相应地，这将降低试样检测器处对应的噪声信号。倾斜的导管将直接反射光的光路与照射光的光路分开，并能对沿一轴线的散射光进行检测，该轴线与传感元件的表面相垂直。由此简化了透镜或光掩模等光学器件的布置。

作为备选方案，可使用方向性强的光源来照射传感元件。作为辅助性的措施，可对壳体的内部或某些部分进行装饰，以消除反射，例如可通过阳极氧化光学黑化来进行处理。另外，对光源的布置形式以及试样检测器的布置形式进行选择，以将光源布置成与传感元件垂直，并将试样检测器布置成相对于传感元件倾斜。

优选地是，玻璃体被可动地装配到壳体上，且弹簧向玻璃体施加压力，以使得玻璃体顶压着传感元件。对玻璃体的移动使得装置能适配于不同厚度的传感元件。因而，由于无需考虑传感元件的厚度，所以便于更换传感元件。弹簧的压力使得传感元件以平贴的形式承压在玻璃体的前侧上。一螺旋弹簧适于向玻璃体的背面侧或玻璃体前部的一凸缘上施加压力，例如片弹簧、合成材料质弹性圈等其它部件也是适用的。

也可采用其它的装置(例如螺钉)来调整并固定玻璃体在壳体内的布置，而非使用弹簧。如果传感元件与某一种装置配套使用，且所有这种装置为相同的厚度，则可将玻璃体固定起来。

有利地是，按照一定的方式在壳体的空腔内布置了至少一个试样检测器、至少一个光源、至少一个参考检测器，使得由光源发射到预定半空间内的第一部分光线不经过光学器件而到达参考检测器处，其中，不经过光学器件也就是说不经过透镜、狭缝、或掩光模等部件，具体来讲，这第一部分光线在空腔的壁板上被散射，而第二部分光线则直接到达传感元件处。参考检测器能实现对一些效应的系统性考虑，其中，这些效应来源于对传感元件照射的差异。产生该差异的原因可能是：光源的老化、对光源进行控制的系统性波动、或在更换光源之后的系统性波动。

另外，可针对所使用的传感元件或要被检测的物质来调整照明，从而无须为新选择的照明措施而对整个装置进行标定。

由于仅是漫射的散射光既在试样检测器、又在参考检测器中进行检测，所以，由两检测器检测到的强度以及噪声量和噪声级都非常类似。如果参考检测器与试样检测器是类似的，甚至是相同的，则便于对信号进行分析，并能得以改善，原因在于：两检测器获得的信号可直接进行对比并相互联系起来。另外，通过将参考检测器和试样检测器设置在同一壳体中，还可假定两传感器的温度基本上是相等的。

由于不必在照射光路上设置光学器件，所以能简化装置的构建。通过响应于从光源照射到参考检测器的散射光的主要部分而利用亮色彩(特别是白色)对壳体内部的某一部分进行装饰，可使参考光线的强度适应于试样光线的强度。

优选地是，光源被布置成这样：使得传感元件由入射光直接进行照射，且在试样检测器的前方设置了光学器件。通过取消光源与传感元件之间的任何光学器件(反光镜、光掩模、或透镜)，可减小由于光吸收和反射而造成的损耗，并能使装置的结构简化。位于试样检测器前方的光学器件通过将传感元件很大区域内的光线收集到检测器的有效表面上，能提高散射光的强度。如果光学元件被设置在散射光检测装置中，则提高被测光线的强度设计将尤其重要。另外，如果传感器相关区域的型式不同于检测器有效区域的型式，则可在试样检测器的前方使用光掩模，以确保只有相关的区域被映射到检测器上。这能减小由传感元件边缘区域引起的噪声。

作为辅助性措施，可在光源与传感元件之间设置光学器件—也就是凸透镜或凹透镜，这取决于装置的结构，也就是说—如果所使用的光源自身不能对传感元件的相关区域进行照射，或者如果光源的光锥太宽而损耗了大部分光能，则就采用这样的设计。

优选地是，传感元件包括具有感测层的透明基体元件。基体元件的透明度能使照射光不受阻碍地传输到实际感测层，也能允许由试样检测器收集的散射光不受阻碍地再传输出去。基体元件的作用在于在机械上稳固感测层。优选地是，基体元件具有抗弯性，其可由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯(PC)或玻璃制成。另外，基体元件可实现滤光的功能—例如可滤掉将导致感测层脱色的紫外线。为了实现该功能，可在基体元件的材料中增加吸收紫外线的物质。基体元件的厚度达到约0.1-4mm。

感测层包括一种或几种与被测定物质发生反应的指示物质，这些物质在反应后能改变颜色。因而，感测层的吸收性和反射性会随着指示物质的浓度而改变。指示物质可被包含在聚合物基质中。由指示物质构成的感测层的厚度及其组成要与如下因素相适应：所需的基本吸收性、要进行测定的物质、以及预期的浓度。通常，感测层的厚度达到约1-20μm。

作为备选方案，基体元件以及感测层可被结合成一个能实现两方面功能的单层。

试样检测器执行色度测量和/或光密度测量。由检测器测量的量值是在某些波长上的反射性以及反射性随时间的改变，其中，所述反射性被定义为给定波长上被反射光功率与发射光功率的比值。通常测量的是相对量，也就是说，测量的是存在一定浓度被测定物质时的反射与不存在任何该物质时的反射(或任何其它参考水平)的比值。因而，避免了需要进行复杂标定的绝对量测量工作。

优选地是，隔膜将感测层与要被测定物质分隔开。隔膜实现了几方面的功能。首先，其可起到滤光器的作用。不同种类的微粒可传透过隔膜，并到达感测层，这取决于隔膜的表面结构，隔膜的背面结构可以是亲水性的或疏水性的，且可以表现为不同级别的孔隙度。隔膜还可具有将挥发性组分与非挥发性组分隔开的作用。另外，隔膜还可以是扩散屏障，从而可降低被输送来物质的浓度。如果要被测定的物质是高浓聚的，则将是有利的。隔膜例如是由约100μm的PTFE(特富龙)层构成的。这样的层对要被测定的挥发性物质是可透过的，且由于其是白色的，其能将照射光经感测层反射回去。作为备选方案，也可用具有细微孔眼的聚碳酸酯、聚乙烯或聚丙烯制成的该隔膜层。

隔膜的另一项功能在于将指示物质保持在感测层中，由此可避免指示物质的流失。另外，隔膜对感测层起到了机械保护的作用，使其免于由于与被测定物质的供料在机械上相接触而受到损坏。最后，隔膜可对试样导管上与传感元件敞开面对着的区域进行密封。

作为备选方案，如果要被测定物质主要是不能透过隔膜、需要与感测层直接接触的钠(Na)等非挥发性物质，则就应当将指示物质集成在感测层中，从而消除了指示物质流失的可能，并取消了隔膜。但是，可设置一保护层，该保护层例如是由硅树脂或软质PVC制成的。在此情况下，可在保护层中散布白色的颜料—例如包含TiO₂或SiO₂的组分，以便于增大光线经感测层反射回去的反射性。

有利地是，光学元件包括多个窄带光源。这样就能使装置可使用在更大的应用领域中，原因在于：传感元件可包括具有不同吸收波谱的不同指示物质。采用窄带光源，则容易控制不同波长上的辐射强度，由此可使指示物质避免由于受到特定波长的辐射而被损坏。另外，其光线不被指示物质吸收的其中一个光源可被用作参考光源。这样就能在对测量数据进行分析的过程中系统性地考虑到传感元件的影响、其状况的影响、以及从光源到试样检测器的光路所造成的影响。所使用光源的光强度与所采用的传感元件、以及要进行测定的物质相适应。

合适的窄带光源包括带宽在15-25nm之间的LED。这些LED反射光线的波长约为400-950nm。一种优选的装置包括四个这样的LED，其发出波长在500nm到900nm之间的可见光。测量工作是依次进行的，利用不同波长的光线对传感元件进行照射，由此实现了这样的效果：采用对所考虑的整个谱段都敏感的单个试样检测器，就能完成所有的测量。

作为备选方案，也可使用单个光源—例如宽带的白光LED，并辅以另外的一些滤光器—例如介质膜滤光器，或者辅以这样一种检测器：其不仅能测量总的光强，而且能对整个频谱进行测量，并具有很高的分辨能力—也就是说可达到10nm或更好。如果一直使用的是相同的指示物质，则也可采用单个窄带光源。最后，采用光谱具有一定重叠度的多个宽带光源能无间隙地覆盖大区间的频谱。

为了减小光源的热效应，可将光源布置成靠近壳体，这样就能实现高效的热传递。作为备选方案，光源可被布置在壳体的外部，再由光纤将光线传输到壳体内。

优选地是，传感元件利用一机械联接圈联接到壳体上，其中，联接圈的轴线与试样检测器的主轴线平行。联接圈保护着传感元件，使其免受外部光线的影响，由此可减小对应的噪声信号。另外，这种类型的联接使得传感元件易于进行互换。联接圈可被旋拧到壳体的前部上，或者壳体可包括一卡口固定件，以便于更为快速地安装和拆卸传感元件。优选地是：在连接传感元件的过程中，如果传感元件—也即是其精致的外层受到线性的引导，则可避免造成刮擦。

用于对物质执行连续测定的模块化装置包括为传感元件而设置的接触区，其被布置在壳体的前侧，且在壳体中，光学元件包括至少一个光源和至少一个试样检测器。接触区是由玻璃体的前表面构成的，且在玻璃体的后方布置了分开的导管，分别用于将照射光从光源引导向玻璃体、以及用于将由传感元件散射的光线从玻璃体引导到试样检测器。由于玻璃体是透明的，照射光以及散射光都能不受阻碍地在导管与传感元件之间传输。该装置适于用在上述的结构中。

从下文的详细描述以及整个权利要求书可理解本发明其它的有利实施方式以及各特征的组合形式。

附图说明

附图用于介绍本发明的实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的装置的外部视图；

图2是沿主光路的平面对装置所作的剖面图；

图3是沿与主光路垂直的垂直平面对装置所作的剖面图；

图4表示了装置被安装在测量系统中时的情形；

图5是本发明装置的结构示意图；以及

图6是传感元件的剖视图。

在附图中，相同的部件由相同的附图标号指代。

具体实施方式

图1表示了根据本发明的装置的外部形状。模块化的装置1是L形的，其包括：基本上为立方体形式的壳体2；横截面为圆形的电缆导管3，其被布置在壳体2的其中一个侧面上。在壳体2的邻近基部上，利用一保持器5将一个一次性的流通室4联接到壳体2上，其中的流通室包括为要被分析的试样而设置的导管。流通室4基本上为立方体的形式，且如图所示，其前表面上具有一开孔6，与其试样流体的导管相连接。保持器5基本上是圆形的，其外部轮廓上制有花键，以利于在更换位于流通室4与壳体2之间的传感元件时、由用户旋紧或旋松保持器5。

图2和图3分别是沿主光路的平面(图2)和沿垂直于主光路的垂直平面(图3)对装置所作的剖面图。壳体2包括主体部分7和由螺钉9固定到主体部分7上的顶盖8。电缆导管3利用螺纹10固定到壳体2的主体部分7上。该导管容纳着用于对模块化装置—特别是光源实施控制以向其输送电力的电缆、以及用于将测量结果向中央分析装置43(见图4)反馈的数据电缆。电缆导管3提高了对外界光线的光学屏蔽性，原因在于：其将电缆的通入孔进一步远离壳体的主体部分7。

壳体2基本上消除了环境光线，还具有对内部容纳的元件进行冷却的作用，并能屏蔽电磁辐射。该壳体例如可用铝制成。

利用螺纹12在主体部分7的基部上连接了连接器部件11。保持器5包括凸缘13，其接合在连接器部件11的对应突出部14与环圈15之间，其中的环圈15例如通过螺纹连接或粘接而固定到连接器部件11上。因而，保持器5可转动地连接在连接器部件11上。沿保持器5的下部内表面设置有螺纹16，其与设置流通室4上部17中的对应螺纹相配合。上部17包括导轨形的引导结构，其与上部的轴线平行，并与连接器部件11接触面上的对应构槽相配合。因而，通过旋转保持器5，或者可将流通室4上部17拉紧到连接器部件11上，或者可将其与连接器部件11松脱开，因而，上部17相对于流通室4没有任何的旋转运动。

流通室4的下部18利用一卡口安装件19固定到上部17上。因而，下部18可与上部17容易地分开，且易于重新进行安装。在上部17的适配凹陷20中设置了一个传感元件21。该元件被牢固地保持在上部17与下部18之间，且由流经导管43开口22的试样流体进行供料，其中，导管43贯穿流通室4(见图3)。在下部18与上部17之间设置了垫圈23，以保护传感元件21，使其免受进入到下部18与上部17之间的外界光线的影响，并能密封试样流体，使其免于发生损耗。

直接紧邻着传感元件21设置了一个玻璃体24，其横截面为圆形。该玻璃体的基部与传感元件21相连接，以使得传感元件21的大部分表面都被玻璃体24顶撑着。环圈25沿圆周方向连接着玻璃体，该环圈在一固定件27的凹槽26中受到引导，其中，固定件27用来保持着玻璃体，其被安装到连接器部件11上。凹槽的形状允许玻璃体在垂直方向上运动一段距离，该距离对应于传感元件21的最大厚度。固定件27包括垫圈27a，其被设置成靠近玻璃体24，以便于将壳体2的内部与外界封隔开，当流通室4被从壳体2上拆卸下来时，这一点尤其重要。

在靠近玻璃体24后表面的位置处设置了一个前端开有坡口的中空柱体28，其轴线垂直于所述表面。空腔构成了光学通道的第一部分，该光学通道用于将由传感元件2散射的光线引导给试样检测器29。与此同时，固定在壳体2主体部分7的通道31中的螺旋弹簧30被布置在中空柱体28的后方，并对柱体施加压力，以使其抵压着玻璃体24。因而，玻璃体24被紧压到传感元件2上。这将使得传感元件21紧密地支承在玻璃体24的前面上，由此进一步密封采样流体，防止其泄漏。与此同时，也便于改变传感元件21以及采用不同厚度的传感元件。

在通道31中，由透镜保持圈33将透镜32保持在中空柱体28的后方。该透镜是凸透镜的形状，因而可会聚由传感元件21散射的光线，并提高试样检测器29所收集到光线的强度。在光学上，通道31被与壳体2内部的其余部分屏蔽开，从而隔开了除由传感元件2散射的光线之外的杂光。在试样检测器29的前方布置了一个光掩模，其将传感元件21有效区域的图像映射到试样检测器29的检测器区域上。来自于传感元件21边缘区域的光线被挡住。例如，管状导管43的开口22基本上为椭圆形。但检测器区域通常是圆形的或者是矩形的。因而，光掩模要遮住检测器区域上那些不与传感元件21有效区域的椭圆图形相对应的部分，其中，传感元件21的有效区域被透镜32映射到检测器区域上。

中空柱体28的坡口端与位于连接器部件11内部的对应斜面部分形成了一个基本上为锥形的孔隙34，从而，传感元件21可由固定在支架36上的LED35所发出光线直接照射到，其中，支架36被螺钉37以及螺栓38安装在壳体2的空腔39内。中空柱体28的坡口端向下延伸到玻璃体24的后面处，将照射光的锥形孔隙34与引导被测散射光的光学通道31分隔开。到达玻璃体24后表面的一些照射光被反射回来，从而被反射向中空柱体28的外表面，在此处，光线被吸收。在玻璃体24与传感元件21之间过渡区处反射的光线被引导向孔隙34的相反部分，在此处，光线也被吸收。为了增强形成孔隙34的表面的吸收性，可用阳极氧化的方法对表面执行光学黑化处理。为了降低玻璃体24后表面的反射性以及传感元件21后表面的反射性，可对这些后表面作适当的涂覆处理。利用这些措施，可保证有最大量的光线到达传感元件21的有效区域，而只有真正被该区域散射的光线才能到达试样检测器29。

在LED35的后面、平行于顶盖8地布置了印刷电路板(PCB)40。壳体2中所有的光学活动都发生在PCB40的前方。试样检测器29以及参考检测器41都安装在PCB40的表面上。参考检测器41被布置在壳体2的空腔37中，并检测从LED35发出的杂散照射光。为了提高由参考检测器41检测的杂散光的强度，利用白色来装饰壳体2内部的一部分42，使得两检测器处的光强能达到相同的数量级。印刷电路板40还起到了光学支撑屏蔽件的作用，其阻止了光线从外界进入到壳体2中。

由检测器29、41产生的信号是很弱的，因而易于受到电场或磁场的干扰。将检测器29、41直接安装在PCB40上能缩短检测器29、41与布置在PCB40上其它电子器件(图中未示出)之间的距离，从而能降低干扰的影响，在其它的电子器件处，对信号执行预处理，例如在进一步传输之前先进行放大。在PCB40上还可设置使信号适合于预定标准的接口。

如果传感元件21达到其使用寿命而需要进行更换、或者应当执行不同的测量，则其就与一次性的流通室4一道被拆卸下来。为了完成这一操作，优选地是：将保持器5旋松，以使得流通室4可被沿垂直方向拉脱开。带有所需传感元件的新流通室4被插入到连接器部件11中，且将保持器5再次旋紧。由于带有传感元件2的流通室4的垂直运动是严格精确的，所以可减小传感元件21与玻璃体24的接触表面受到损坏的风险。

作为备选方案，也可通过将卡口安装件19打开而使得传感元件21被露出，从而可进行更换，由此可以在不更换整个流通室4的前提下更换传感元件21。

图4表示了当装置被安装在测量系统中时的情形。电缆45从电缆导管3中引出，并通过连接器47与中央分析装置46相连。流通室4被保持在一引导通道44中，该通道通过开口6向流通室4(如果需要的话，还存在其它的流通室)供应试样流体。包括壳体2和电缆导管3的装置上部与电缆45和连接器47一起被封装在一个箱体48中，该箱体可防止灰尘等进入，并能进一步防止环境光线造成干扰。

信号分析系统包括多个模块化的装置，这些装置利用不同的传感元件、甚至非光学的不同技术来执行不同的测量。优选地是，这些装置被布置成这样：由单条连续的通道向几个模块化装置输送试样流体，且所有的模块都将它们的测量结果传送给分析系统中的中央处理单元(例如PC机)。

图5中的示意图表示了本发明装置的结构组成。设置了四个LED35.1-35.4，以不同的波长向传感元件进行照射。

举例来讲，这些LED的工作波长分别是504、606、645、以及725nm，且带宽约为15-25nm。这些器件的功能由集成在中央分析装置46中的光控制器46.3进行控制。被传感元件散射的光线被与中央分析装置46的分析单元46.2相连的试样检测器29进行检测。被装置壳体2内部散射的光线的强度由参考检测器41进行检测，该检测器也与分析单元46.2相连。

通常，随后由单个被光控制器46.3控制着的光源对试样执行照射，以便于能分开地测量出在不同波长上的散射光强度。例如，可按照一定的节律连续地开关各个不同的光源，这样就能实现可靠的测量，且如果需要的话，能对周期性的改变进行解析。但是，在某些情况下，可能希望能同时使用两个或多个光源进行照射。

如果进入壳体中的环境残余光线超过一定的最大值，则就会对照射光造成干扰，并增大测量结果中的噪声级。在此情况下，可在光控制器46.3的控制下对照射光执行脉冲调制或频率调制。这样就能系统性地消除环境光带来的影响。

通过在分析单元46.2中将试样检测器29的测量结果与参考检测器41的测量结果关联起来，就能系统性地考虑到某些影响因素，从而能显著提高结果数据的质量。也就是说，基本上可消除制造误差、光源磨损或污染、对光源进行控制的系统性波动等因素造成的影响。

改善的结果数据被传送给控制单元46.1，其对光控制器46.3执行控制使得测得的数据与光源35的实际设置相关。控制单元46.1还能对测得的数据进行积分，而且，如果某些质量标准尚未达到，则能进一步执行测量循环。在获得了最终的结果之后，将结果传送到接口46.4，其使信号符合分析系统所定义的标准，且模块化装置也是在该标准中使用。同时，还通过接口46.4向控制单元46.1发送分析系统的指令。

图6中的剖视图表示了用在本发明装置中的传感元件21。该传感元件是圆柱形的，其包括三个层：基体元件21.1、感测层21.2、以及隔膜21.3。

基体元件21.1是用PET制成的，其厚度约为1mm。对于UV辐射而言，该元件是不可透过的，从而可防止感测层21.2脱色。但是，对于用来进行比色测量的可见光而言，其几乎不存在对传输的阻碍作用。基体元件21.1的主要功能是使传感元件具有机械稳固性。

感测层21.2被施加在基体元件21.1上。其包括一种或几种指示物质，这些指示物质是根据要被测定的物质而选出的。感测层的厚度达到约5μm，并可根据所希望的基础吸收率来选择该厚度。

隔膜21.3被设置成靠近感测层21.2，其厚度约为100μm。该隔膜是用PTFE(特富龙)构成的。只有挥发性物质能穿过该隔膜21.3而到达感测层21.2。由于PTFE隔膜是白色的，所以，已穿过感测层的、未被吸收的照射光会被反射回去，并在其反射回去的路径上仍然会被指示物质吸收。因而，可提高有效照射强度。

可使用该传感元件进行测定的物质的典型实例例如包括甲醇、醋酸、或氨。当传感元件21第一次与水或水性溶液进行接触时，感测层21.2可发生颜色改变，具体情况取决于所使用的指示物质。因而，在实际使用之前，必须要通过将传感元件21暴露在水中来对这样的感测层进行调整。

在使用感测层21.2的过程中，可能会出现一些影响测量的效应，也就是说，隔膜反射率的改变将导致有效照射强度降低；某些物质会使感测层“中毒”，从而改变了灵敏度；指示物质的流失和老化；指示物质的滞后效应以及其它漂移效应。这些效应中的大部分可通过周期性地进行基准测量来补偿。如果在不存在测定物质条件下对传感元件执行测量，就能获得0％时的基准值，通过在供送某种基准流体的情况下测量传感元件，能得到装置的灵敏度。在对实际测量结果进行分析的过程中，0％基准值和测得的灵敏度被考虑进去。

通常情况下，无负载时感测层表现出的反射率约为2-15％。如果要被测量物质的浓度一般在0.01-20％(体积比)的数量级上，则希望反射率的最大改变量为2-5％。为了获得精确的测量结果，使用检测器的分辨能力应当好于0.01％。

在实际使用中，可获得包括不同指示物质的各个传感元件的幅值。一般情况下，优选地是设置一定数目个不同的模块化装置，这些装置具有不同的光源组合形式。每一种传感元件都与某种类型的模块化装置或一组模块化装置配合使用。为了便于分析系统的组装，可在包括光源以及流通室4的壳体2上设置标记，其中，流通室4中带有传感元件。颜色代码可指示传感元件与LED是否适配。作为备选方案，甚至可采用机械编码(钥匙-锁机构)，以防止将壳体2与其中传感元件不与光源匹配的流通室4组装到一起。

此外，配备有某种类型传感元件21的流通室4可带有机械标记、光学标记、或电子标记，以使得设置在壳体2中、并与流通室4相接触的各个读取器能识别出所用传感元件的类型，并将该信息发送给控制单元。

总之，应当指出的是：本发明设计了一种用于对物质执行连续测定的装置，其使得模块化传感元件易于互换，并在传感元件与检测器之间形成了稳定且能完成高质量测量的光学连接。

Claims (11)

1、一种用于对物质执行连续测定的装置，包括发生化学反应的传感元件(21)，其被布置在容有所述物质的容积(22)的限界壁中或附近，其中，

a)在模块化装置(1)的壳体(2)中，设置了用于对传感元件(21)进行读取的光学元件，包括：至少一个光源(35)，其对传感元件(21)进行照射；以及至少一个试样检测器(29)，其对由传感元件(21)散射来的光线进行检测；

b)壳体(2)的前侧包括用于传感元件(21)的联接器，从而传感元件(21)能被互换地、模块化地联接到壳体(2)的前侧上；

其特征在于：

c)在联接器的附近设置有玻璃体(24)，以用于与传感元件(21)直接接触；以及

d)在玻璃体(24)的后方设置有用于照射光和用于散射光的分开的导管(34、31)。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：光学元件被布置在散射光检测装置中。

3、根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：用于照射光的导管(34)相对于传感元件(21)的主表面是倾斜的。

4、根据权利要求1到3之一所述的装置，其特征在于：玻璃体(24)被可移动地装配到壳体(2)，且弹簧(32)向玻璃体(24)施加压力，以使得玻璃体压靠着传感元件(21)。

5、根据权利要求1到4之一所述的装置，其特征在于：按照一定的方式在壳体(2)的空腔(39)内布置了至少一个试样检测器(29)、至少一个光源(35)以及至少一个参考检测器(41)，以使得由光源(35)发射到预定半空间内的第一部分光线不经过光学器件而到达参考检测器(41)处，具体而言，第一部分光线在空腔(39)的壁板(42)上被散射，以及第二部分光线则直接到达传感元件(21)处。

6、根据权利要求1到5之一所述的装置，其特征在于：光源(35)被布置成使得传感元件(21)由入射光直接进行照射，且在试样检测器(29)的前方设置了光学器件(32)。

7、根据权利要求1到6之一所述的装置，其特征在于：传感元件(21)包括具有感测层(21.2)的透明基体元件(21.1)。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于：隔膜(21.3)将感测层(21.2)与要被测定的物质分隔开。

9、根据权利要求1到8之一所述的装置，其特征在于：光学元件包括多个窄带光源(35.1-35.4)。

10、根据权利要求1到9之一所述的装置，其特征在于：传感元件(21)利用机械联接圈(5)联接到壳体(2)上，联接圈的轴线与试样检测器(29)的主轴线平行。

11、一种用于对物质执行连续测定的模块化装置，其尤其是用在根据权利要求1-10之一所述的装置中，包括：

a)用于传感元件(21)的接触区，其被布置在壳体(2)的前侧；

b)在壳体(2)中，光学元件包括至少一个光源(35)和至少一个试样检测器(29)；

其特征在于：

c)接触区是由玻璃体(24)的前表面构成的；以及

d)在玻璃体(24)的后方布置有分开的导管(34、31)，分别用于将照射光从光源引导向玻璃体(24)以及用于将由传感元件(21)散射的光线从玻璃体引导到试样检测器(29)。

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