DD235110A1

DD235110A1 - OPTICAL ARRANGEMENT FOR EXTINCTION, NEPHELOMETRIC AND TURBIDIMETRIC MEASUREMENTS

Info

Publication number: DD235110A1
Application number: DD27366985A
Authority: DD
Inventors: Oswald Schiek
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-04-23

Abstract

Bei einer optischen Anordnung fuer Extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische Messungen, insbesondere an Probenmengen im Mikro- und Ultramikroliterbereich, deren Ziel es ist, die Aufwendung fuer das optische System und die Analysensubstanz zu reduzieren und die Empfindlichkeit zu steigern, besteht die Aufgabe, mit nur einem optischen System abbildender Elemente Extinktions- und/oder Streulichtmessungen nephelometrisch oder turbidimetrisch durchfuehren zu koennen, wobei die Apertur des die Streustrahlung erfassenden Systems wesentlich zu erhoehen und auch die nur wenig zur Richtung des angeregten Lichtes geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen sind. Die erfindungsgemaesse Loesung sieht zwischen einer Probe und einem Empfaenger ein optisches Abbildungssystem vor, dessen Apertur groesser als die Oeffnung des Primaerlichtbuendels ist und dem benachbart in den Strahlengang ein Absorptionselement fuer den nicht die Messgroesse verkoerpernden Strahlungsanteil einschaltbar ist. Fig. 1In an optical arrangement for extinction, nephelometric and turbidimetric measurements, in particular on amounts of samples in the micro and ultramicroliter range, the aim of which is to reduce the expenditure for the optical system and the substance of analysis and to increase the sensitivity, the object is to use only To be able to perform extinction and / or scattered light measurements nephelometrically or turbidimetrically in an optical system of imaging elements, whereby the aperture of the system detecting the scattered radiation is to be substantially increased and also the scattered radiation, which is inclined at an angle to the direction of the excited light, is to be detected. The solution according to the invention provides an optical imaging system between a sample and a receiver, the aperture of which is larger than the opening of the primary light beam and adjacent to which an absorption element for the proportion of radiation not coagulated by the measuring variable can be switched into the beam path. Fig. 1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, die in optischen Analysenmeßgeräten für Extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische Messungen Verwendung findet. Besonders geeignet ist die Erfindung für Messungen an Probenmengen im Mikro-und Ultramikroliterbereich.The invention relates to an optical arrangement used in optical analyzers for absorbance, nephelometric and turbidimetric measurements. The invention is particularly suitable for measurements on sample quantities in the microliter and ultramicroliter range.

Characteristic of the known technical solutions

Der Trübungsgrad einer Substanz dient häufig zur Konzentrationsbestimmung der die Trübung bewirkenden lichtstreuenden Teilchen. Die Trübungsmessung erfolgt in der Regel turbidimetrisch oder nephelometrisch. Im ersten Fall wird die scheinbare Extinktion der trüben Lösung gemessen, bei der Lichtverluste des Meßlichtbündels beim Durchtritt durch die Substanz nicht durch Absorption, sondern durch Streuung des Lichtes entstehen.The turbidity of a substance is often used to determine the concentration of the turbidity causing light scattering particles. The turbidity measurement is usually turbidimetric or nephelometric. In the first case, the apparent extinction of the cloudy solution is measured at which light losses of the measuring light beam on passing through the substance are not caused by absorption, but by scattering of the light.

Bei nephelometrischen Messungen wird die Intensität des gestreuten Lichtes direkt gemessen und zur Bestimmung z. B. des Konzentrationswertes benutzt.In nephelometric measurements, the intensity of the scattered light is measured directly and used to determine z. B. the concentration value used.

Die bekannten optischen Anordnungen beider Meßsysteme unterscheiden sich dadurch, daß die optischen Achsen der lichtbündelnden Systeme bei Meßeinrichtungen für Extinktions- bzw. turbidimetrische Messungen vor und nach der Küvette zusammenfallen und bei Meßeinrichtungen für nephelometrische Messungen zueinander um einen bestimmten Winkel geneigt sind.The known optical arrangements of the two measuring systems differ in that the optical axes of the light-bundling systems coincide in measuring devices for extinction and turbidimetric measurements before and after the cuvette and are tilted at measuring devices for nephelometric measurements to each other by a certain angle.

Meßgeräte, mit denen Extinktions-, turbidimetrische und nephelometrische Messungen durchführbar sein sollen, besitzen dementsprechend unterschiedliche, zumeist gegen einander austauschbare lichtbündelnde optische Systeme. Die Verwendung von solchen austauschbaren optischen Systemen verursacht zwangsläufig einen hohen Kosten- und Materialaufwand.Measuring instruments, with which extinction, turbidimetric and nephelometric measurements should be feasible, accordingly have different, mostly mutually exchangeable, light-bundling optical systems. The use of such exchangeable optical systems inevitably causes a high cost and material costs.

Nachteilig an den bekannten technischen Lösungen ist weiterhin, daß die Apertur der die Streustrahlung erfassenden Systeme relativ gering und auch nicht geeignet ist, die nur wenig zur Richtung des anregenden Lichtes geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen.A disadvantage of the known technical solutions is further that the aperture of the scattered radiation detecting systems is relatively low and not suitable to detect the only slightly inclined to the direction of the exciting light scattered radiation.

Da in dieser Richtung in der Regel besonders intensive Streustrahlung einer meßtechnischen Verarbeitung verlorengeht, ist bei den bekannten Anordnungen die Schichtdicke und das Volumen der zu messenden Substanz nicht wesentlich reduzierbar.Since in this direction usually very intense scattered radiation of a metrological processing is lost, in the known arrangements, the layer thickness and the volume of the substance to be measured is not substantially reduced.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Aufwendungen sowohl für das optische System als auch für die Analysesubstanzen zu reduzieren und die Empfindlichkeit der Meßanordnung zu steigern.The aim of the invention is to reduce the expenses for both the optical system and for the analysis substances and to increase the sensitivity of the measuring arrangement.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Es ist die Augabe der Erfindung mit nur einem optischen System abbildender Elemente Lxtinktions- und/oder Streulichtmessungen nephelcmetrisch und turbidimetrisch durchführen zu können, wobei die Apertur des die Streustrahlung erfassenden Systems wesentlich zu erhöhen und auch die nur wenig zur Richtung des Primärlichtbündels geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen.It is the mission of the invention with only one optical system imaging elements to perform lektinktions- and / or scattered light measurements nephelcmetrisch and turbidimetric, to increase the aperture of the scattering radiation detecting system substantially and also only slightly inclined to the direction of the primary light beam scattered radiation to capture.

Die Aufgabe wird durch eine optische Anordnung für Extinktions-nephelometrische und turbidimetrische Messungen, durch die ein monochromatisches Primärlichtbündel einer zu messenden Probe zugeführt, und durch die der die Meßgröße verkörpernde Strahlungsanteii auf einen Empfänger gerichtet werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, c*aß einem zwischen der Probe und dem Empfänger angeordneten optischen Abbildungssystem, dessen Apertur größer als die Öffnung des Primärlichtbündels ist, ein Element zum Zurückhalten des nicht die Meßgröße verkörpernden Strahlungsanteils benachbart in den Strahlengang einschaltbar ist.The object is achieved by an optical arrangement for extinction-nephelometric and turbidimetric measurements, by which a monochromatic primary light beam is directed to a sample to be measured, and by which the Strahlungsanteii embodying the measured variable are directed to a receiver according to the invention, c * aßa between the Sample and the receiver arranged optical imaging system whose aperture is larger than the opening of the primary light beam, an element for retaining the non-the Meßgröße embodying radiation component adjacent in the beam path is switched on.

Für nephelometrische Messungen wird ein die Mittenzone des optischen Abbildungssystem^, überdeckendes, der Apertur des Primärlichtbündels entsprechendes Absorptionselement für das durch die Probe geschwächte und durch sie hindurchtretende Primärlichtbündel in den Strahlengang, dem Abbildungssystem benachbart, eingeschaltet.For nephelometric measurements, an absorption element covering the central zone of the optical imaging system, covering the aperture of the primary light bundle, for the primary light bundle weakened by the sample and passing through it, is switched into the beam path adjacent to the imaging system.

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Sollen Extinktions- und turbidimetrische Messungen durchgeführt werden, ist in den Strahlengang, dem optischen Abbildungssystem benachbart, ein Absorptionselement einschaltbar, das einen für das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel durchlässigen Bereich aufweist und die gestreute Strahlung zurückhält. Eine ebenfalls die Aufgabe erfüllende technische Lösung sieht ein dem Abbildungssystem zugeordnetes Umlenkelement vor, das entweder das durch die Probe geschwächte Primärlichtbündel oder die gestreute Strahlung ausblendet und zur Vernichtung oder meßtechnischen Verarbeitung weiterführt.If extinction and turbidimetric measurements are to be carried out, an absorption element which has a region permeable to the weakened primary light beam passing through the sample and retains the scattered radiation can be switched into the beam path adjacent to the optical imaging system. A likewise fulfilling the object technical solution provides for a deflecting element associated with the imaging system, which either blocks out the primary light bundle weakened by the sample or the scattered radiation and continues it for destruction or metrological processing.

Vorteilhaft ist es auch, im optischen Abbildungssystem einen Ausbruch vorzusehen, der das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel zur Weiterverarbeitung oder Vernichtung hindurchläßt und die Achse des optischen Abbildungssystems zur Achse des Primärlichtbündels zu neigen.It is also advantageous to provide an outbreak in the optical imaging system, which passes the weakened primary light beam passing through the sample for further processing or destruction and to incline the axis of the optical imaging system to the axis of the primary light beam.

Durch die große Apertur des Abbildungssystems wird das Streulicht konzentrisch zur optischen Achse, in einem sehr großen Winkel erfaßt, während das durch die Probe geschwächte Primärlichtbündel zentral durch das Abbildungssystem hindurchtritt.Due to the large aperture of the imaging system, the scattered light is detected concentrically to the optical axis, at a very large angle, while the weakened by the sample primary light beam passes centrally through the imaging system.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich lediglich durch Ausblendung die Anteile des gestreuten Lichtes und des geschwächten Primärlichtbündels in sehr hohem Grad voneinander trennen. Infolge dieser Trennung unmittelbar am abbildenden System kann für nephelometrische Messungen auch das nur geringfügig zum direkt durch die Probe tretenden Lichtbündel geneigte Streulicht zur Messung erfaßt werden.The solution according to the invention makes it possible to separate the components of the scattered light and the weakened primary light bundle from one another to a very high degree merely by blanking. As a result of this separation directly on the imaging system, the scattered light inclined only slightly to the light beam passing directly through the sample can also be detected for nephelometric measurements.

Da in gewissen Grenzen die Streustrahlung proportional der Schichtdicke ist und durch die Erfindung die gestreute Strahlung umfassender zur meßtechnischen Verarbeitung genutzt werden kann, läßt sich die Schichtdicke der Probe reduzieren. Damit ist die erfindungsgemäße Lösung besonders für Messungen an dünnen Schichten geeignet, wie sie z. B. bei flächenhafter Verteilung der Proben auf plattenförmigen Küvetten auftreten.Since, within certain limits, the scattered radiation is proportional to the layer thickness and, as a result of the invention, the scattered radiation can be used more extensively for metrological processing, the layer thickness of the sample can be reduced. Thus, the solution according to the invention is particularly suitable for measurements on thin layers, as z. B. occur in areal distribution of the samples on plate-shaped cuvettes.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing. Show it:

Fig. 1: einen optischen Strahlengang mit zentral angeordnetem Absorptionselement Fig. 2: einen optischen Strahlengang mit ringförmiger Absorption1: an optical beam path with centrally arranged absorption element FIG. 2: an optical beam path with annular absorption

Fig.3: einen optischen Strahlengang mit Ausblendung der direkt durch die Probe verlaufenden Strahlung3 shows an optical beam path with blanking of the radiation passing directly through the sample

In Fig. 1 und Fig. 2 wird ein von einer Strahlungsquelle 1 ausgehendes Lichtstrahlbündel 2 durch eine Optik 3 über eine Feldblende 4 zuerst einem Monochromator 5, der auch durch einen Monochromatfilter ersetzt sein kann, zugeführt und als monochromatisches, primäres Lichtbündel 6 durch eine zweite Optik 7 auf eine in einem Probenträger 8 befindliche Probe 9 gerichtet. Dem Probenträger 8 sind im Strahlengang ein in diesen einschaltbares Absorptionselement, ein z. B. aus Fresnellinsen bestehendes optisches Abbildungssystem 10 mit einer Apertur, die größer ist als die des monochromatischen Lichtbündels 6 und ein Strahlungsempfänger 11 nachgeordnet. Indem das monochromatische Lichtbündel 6 die Probe 9 durchsetzt, wird neben einem direkt die Probe durchdringenden ersten Strahlungsanteil 12 ein zweiter Anteil gestreuter Strahlung 13 erzeugt. Während für nephelometrische Messungen als Absorptionselement eine Blende 14 vorgesehen ist, das den ersten Strahlungsanteil 12 absorbiert und der gestreuten Strahlung 13 den Weg zum Empfänger 11 freiläßt, besteht das Absorptionselement für Extinktionsund turbidimetrische Messungen aus einer kreisringförmigen Blende 15, die den ersten Strahlungsanteil 12 hindurchläßt, die gestreute Strahlung 13 aber zurückhält. Die Blenden 14 und 15 können durch entsprechende Filter ersetzt und auch dem Abbildungssystem 10 nachgeordnet, oder bei einem Linsensystem auch innerhalb des Systems angeordnet werden. In Fig.3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der erste Strahlungsanteil 12 durch einen Umlenkspiegel 16 ausgeblendet und auf einen zweiten Empfänger 17 gerichtet wird. Auch in diesem Fall können alle Meßarten mit demselben System abbildender Elemente realisiert werden, wobei der Empfänger 11 die getreute Strahlung 13 und der zweite Empfänger 17 den ersten Strahlungsanteil 12 empfängt. Es ist natürlich auch möglich, den Umlenkspiegel so zu gestalten, daß die gestreute Strahlung 13 ausgeblendet wird. Soll die vorgeschlagene technische Lösung nur für nephelometrische Messungen verwendet werden, kann der zentrale Bereich des optischen Abbildungssystems 10 auch ständig in verschiedener Art und Weise undurchlässig gestaltet werden.In FIG. 1 and FIG. 2, a light beam 2 emanating from a radiation source 1 is fed through an optical system 3 via a field diaphragm 4 first to a monochromator 5, which may also be replaced by a monochromatic filter, and as a monochromatic, primary light beam 6 through a second Optics 7 directed to a sample 9 located in a sample carrier 8. The sample carrier 8 are in the beam path in this einschaltbares absorption element, a z. B. from Fresnel lenses existing optical imaging system 10 having an aperture which is greater than that of the monochromatic light beam 6 and a radiation receiver 11 downstream. As the monochromatic light beam 6 passes through the sample 9, a second portion of scattered radiation 13 is generated in addition to a first radiation component 12 penetrating the sample directly. While an aperture 14 is provided as absorption element for nephelometric measurements, which absorbs the first radiation portion 12 and leaves the scattered radiation 13 the way to the receiver 11, the absorption element for extinction and turbidimetric measurements consists of an annular aperture 15, which transmits the first radiation portion 12, the scattered radiation 13 but withholds. The diaphragms 14 and 15 can be replaced by appropriate filters and also arranged downstream of the imaging system 10, or arranged in a lens system also within the system. In Figure 3, an embodiment is shown in which the first radiation portion 12 is hidden by a deflection mirror 16 and directed to a second receiver 17. Also in this case, all types of measurement can be realized with the same system imaging elements, the receiver 11, the scattered radiation 13 and the second receiver 17, the first radiation portion 12 receives. It is of course also possible to make the deflection mirror so that the scattered radiation 13 is hidden. If the proposed technical solution is to be used only for nephelometric measurements, the central region of the optical imaging system 10 can also be permanently rendered impermeable in various ways.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur scharfen Trennung des ersten Strahlungsanteils 12 und der gestreuten Strahlung 13, im optischen Abbildungssystem einen Ausbruch vorzusehen, der den ersten Strahlungsanteil 12 zur Weiterverarbeitung oder Vernichtung hindurchläßt und zusätzlich die Achse des optischen Abbildungssystems 10 zur Achse des monochromatischen Lichtbündels 6 zu neigen.Furthermore, there is the possibility for sharp separation of the first radiation portion 12 and the scattered radiation 13 to provide an outbreak in the optical imaging system, which passes the first radiation portion 12 for further processing or destruction and in addition to the axis of the optical imaging system 10 to the axis of the monochromatic light beam 6 tend.

Claims

1. An optical arrangement for extinction, nephelometric and turbidimetric measurements, by which a monochromatic primary light beam of a sample to be measured, and are directed by which the Meßgröße the embodying radiation portion to a receiver, characterized in that one between the sample and the receiver arranged optical imaging system whose aperture is larger than the opening of the primary light beam, a retarding element which is not the Meßgröße embodying radiation components adjacent in the beam path is switched on.

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claims:

2. An optical arrangement according to claim 1, characterized in that for nephelometric measurements in the beam path adjacent to the optical imaging system, one of the aperture of the primary light beam corresponding absorption element is switched on, which covers the center zone of the imaging system and the directly passing through the sample, weakened primary light beam absorbed.

3. An optical arrangement according to claim 1, characterized in that for absorption and turbidimetric measurements in the beam path adjacent to the optical imaging system, an absorption element is switched on, which has a permeable to the passing through the sample, weakened primary light beam region and the scattered radiation restrains.

4. An optical arrangement according to claim 1, characterized in that the imaging system is assigned a deflecting element, which either passes through the passing through the sample, weakened primary light beam or the scattered radiation for absorption or further metrological processing.

4. An optical arrangement according to claim 1, characterized in that an outbreak is provided in the optical imaging system, which passes through the passing through the sample, weakened primary light beam for further processing or destruction and that the axis of the optical imaging system is inclined to the axis of the primary light beam.

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