DD268294A1 - Verfahren zur fotoelektrischen messung an fluessigkeiten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotoelektrischen Messung an Fluessigkeiten zur Erfuellung analytischer Aufgaben, wie z. B. zur Bestimmung ausgewaehlter Komponenten im Blut und zur Untersuchung von Bodenproben und zur Loesung ueberwachungstechnischer Probleme wie z. B. zur Kesselspeisewasserueruntersuchung oder von Vorgaengen in der Lebensmittelindustrie, wobei das fotoelektrische Messsignal eine quantitative oder qualitative Aussage ueber die zu beurteilende Ursprungsprobe darstellt. Das Verfahren ist sowohl fuer kontinuierlich fliessende Probenstroeme als auch fuer eine diskontinuierliche, diskrete Probenbearbeitung einsetzbar. Realisiert wird das Verfahren, indem ein Messfluessigkeitsstrahl erzeugt und in diesen eine Messstrahlung eingeleitet wird, danach Messfluessigkeitsstrahl und Messstrahlung ueber eine Strecke fuehrungsfrei geleitet und am Ende der Strecke schlagartig aufgeloest werden, wobei vor der Aufloesung die noch gebuendelte Messstrahlung und/oder nach der Aufloesung der gestreute Messstrahlungsanteil mindestens einem Strahlungsdetektor zugefuehrt und von diesem einer Auswerteeinheit zugeleitet werden und nach jeder Messung eine Spuelung des Aufloesungsortes erfolgt.

Description

- 2 Verfahren zur fotoelektriachen Messung an Flüssigkeiten

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Für eine Vielzahl analytischer Verfahren und zur Lösung überwöchungstechnischer Probleme, wie zur Bestimmung ausgewählter Komponenten im Blut oder zur Untersuchung von Vorgängen in der Lebensmittelindustrie wird die fotometrische Messung angewandt. Das aus der Messung gewonnene fotometri^che Signal liefert eine quantitative und/oder qualitative Aussage über die zu beurteilende Probe.

Die foto-metrisch zu vermessenden Flüssigkeitsproben können als kontinuierlicher, homogener Flüssigkeitsstrom, βίε kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom gebildet aus begrenzten Probenvolumen,, welche mittels Gasbiesen, z.B. Luftblasen oder Trennflüssigkeit^- segmenten voneinander isoliert sind oder in einzelnen Gefäßen diskret aufbewp*irt, vorliegen. Zur fotometrischen Vermessung wird ein definiertes Volumen der flüssigen Meßprobe in Wechselwirkung mit einer Meßetrahlung gebracht und die Folgen der Wechselwirkung, z.B. die spaktrale Absorption der Meßstrahlung durch die Meßflüssigkeit, die von der Meßflüssigkeit verursachte) Streuung der Meßstrahlung in einen bestimmten Raumwinkel oder die durch die Meßetrahlung angeregte Emission einer Sekundärstrahlurvg meßtechnisch erfaßt. Mittels eines fotoelektrischen Oetektoe wird die um den von der Meßflüssigkeit absorbierten Anteil verminderte, in das Meßvolumen der Meßflüssigkeit eingestrahlte Meßstrahlungsintensität, der in einen bestimmten Raumwinkel gestreute Anteil der Meßstrahlung oder die emittierte Sekundärstrahlung erfaßt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik:

Nach dem Stand der Technik werden der homogene, kontinuierliche Flüssigkeitsstrom oder der die einzelnen Probenvolumen als Flüssigkeitssegmente enthaltende Flüssigkeitsstrom durch einen in einem Körper befindlichen Hohlraum geleitet, welcher von den zu vermessenden Proben während des Durchflusses eine zur Messung benötigte Zeit voll ausgefüllt wird. Der Hohlraum wird unter anderem von einem optisch transparenten Strahlungseintritts- und Austrittsfenster begrenzt.

Der von der rießstrahlung durchstrahlte Raum in dem Hohlraum zwischen Eintrittsfenster und Austrittsfenster stellt das definierte Meßvolumen dar· Diese Ausführungsformen streben einer Miniminierung des benötigten Probenvolumens und der durch die Küvette selbe* bedingten Störunoen, wie z.B. Verschleppung von Resten vorangegangener Proben, Ablagerungen an den Küvettoninnenwandungen von Gasbzw. Luftbläschen, welche in das Meßvolumen ragen, an. Diese Küvetten bedürfen zur Herstellung einer kostspieligen und komplizierten Technologie und sind auf Grund ihres starren Aufbaues bezüglich ihres Meßvolumens nicht in ihrer spezifischen Meßempfindlichkeit den Meßproben anpaßbar, sondern müssen im gegebenen Fall ausgetauscht werden.

In den US-Patent schrieen 3 418 o53 und 3 518 8o9 werden zur foto·« metrischen Mesoung Küvetten mit einer zur Flußrichtung senkrechten bzw. schrägen Ourchstrahlung beschrieben, wo sowohl der Küvetteneingang als auch der Küvettenausgang außerhalb der optischen Durchstrahlungezone liegen.

Oa hierbei die Leitungsdurchmesser aus strömungstechnischen Gründen und wegen der Probenvolumenminimierung klein zu halten sind, ergeber, sich bei diesen Ausführungen geringe Durchstrahlungsschichtdicken und daraus resultierend geringe Meßempfindlichkeiten,

In der OE-OS 26 23 611 werden Anordnungen beschrieben, mit denen der vorstehend erwähnte Meßempfindlichkeitsverlust durch mehrfache senkrechte oder schräge Ourchstrahlung längs der Strömungszone mit dem selben Meßstrahlenbündel kompensiert werden soll. Die Mehrfachdurchstrahlung erfolgt mittels Lichtleiter oderTotalreflexion außerhalb des Strömungskanals.

Hierzu ist aber ein hoher instrumenteller und gerätetechnischer Aufwand zur Realisierung der Mehrfachdurchstrahlung erforderlich. Hohe Strahlungsverluste, verursacht durch die Vielzahl der optischen Koppelstellen im gesamten Maßetrahlengang, der sich aus der Summe der Einzeld'jrchstrahlungen zusammensetzt, sind 'Jiη weiterer Nachteil dieser Anordnungen.

In der OE-OS 31 22 896 wird eine Lösung dargestellt, die einen ana-Jogen Effekt anstrebt. Hierbei wird der Meßlösung im Strömungskanal

durch Zugabe von den Brechungsindex erhöhenden Substanzen die Wirkung eines Lichtleiters verliehen, so daß die fließende Meßlösung einen höheren Brechungsindex als das sie umgebende Küvettenmaterial besitzt.

Die Zugabe von den Brechungsindex erhöhenden Substanzen beeinträchtigt aber das hydrodynamische Verhalten der Meßflüssigkeit, setzt einen erhöhten instrumentellen Aufwand voraus und erhöht die Kosten der Analyse.

Die Küvetteneusführung gemäß OE-AS 22 Go 561 gestattet die Verwendung des Meßflüssigkeitsstromee als Lichtleiter durch den Einsatz eines KQvettenmaterials aus jinem Material, dessen Brechungsindex geringer als der einer wässrigen Lösung \st. Ein solches Material ist z.B. Saphir. Derartige Materialien sind sehr teuer und'ihr Einsatz ist damit unökonomisch.

Allen geechildertan Lösungen sind über ihre spezifischen Nachteile hinaus^dergestalt gemeinsam, daß ihre Meßempfindlichkeit nicht variierbar ist und daß sich Verschleppungen über die Küvettenwandungen nicht mit Sicherheit ausschließen lassen.

Ziel der Erfindung:

Das Verfahren soll einfach in seinem Ablauf sein,keine aufwendige Technik erfordern, eine Kontamination der Proben ausschließen und exakte Meßergebnisse in jedem Konzentrationsbereich gewährleisten.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Es bestand die Aufgabe, ein Verfahren zur fotoelektrischen Messung an Flüssigkeiten zu gestalten, das eine nur geringe Meßstrecke erfordert, die eine nur geringe Stärke aufzuweisen hat, bei dem die Proben mit Resten der Vorproben nicht in Berührung kommen und bei dem das Meßstrahlenbündel ungehindert die Meßstreck? durchlaufen kann.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe gelöst worden, indem in den Meßflüssigkeitsstrahl anschließend an seine Erzeugung am oder in unmittelbarer Nähe seines Erzeugungsortee eine Meßstrahlung eingeleitet wird, danach Meßflüssigkeitsstrahl und Meßstrahlung über eine Strecke führungsfrei geleitet und am Ende dieser Strecke schlagartig aufgelöst werden, wobei vor der Auflösung die noch

gehündelt-e Meßstrahlung und/oder nach der Auflösung der ge.svreuto Meßetrahlungeenteil mindeetens einen Strahlungsdetektor zugaführt wemden und nach jeder Messung eine Spülung dee Auflösungsortes erfolgt und indem die Einleitung der Meßstrahlung in der« Meßflüssigkeitestrahl in einen Winkel von 5° bis 9o° zu dessen Querschnittsfläche vorgenommen wird.

Ausführungsbeispiel:

Das vorgeschlagene Verfahren soll ebenfalls eine Mehrfachdurchstrahlung eines extrem minimalen Meßvoluiuens, was zur Anpassung der spezifischen MeBempfindlichke.lt an die jeweiligen Proben variiert werden kann, erwirken. Mittels einfacher Mittel wird dem Meßvolumen der Meßflüssigkeit Jie Eigenschaft eines Lichtleiters verliehen, so daß die durch tin optisch transparentes Meß8trahlungseintrittsfenster in das Meßvolumen zugeführte Moßstrahlung durch Totalreflexion an der Oberfläche der Meßflüssigkeit durch das Maßvolumen geführt wird. Das Verfahren beinhaltet insbesondere die Ausgestaltung des gefüllten Meßvolumen in Form eines homogenen Abschnittes eines sich in Luft oder einer anderen Gasatmosphäre ausbildenten Flüssigkeitsstrahles, wodurch die übliche Küvette tntfällt.

Der unter einem Druck P stehende, kontinuierliche Flüssigkeitestrom wird einem Leitungsstück, rvolches in einer Düsenöffnung endet, zugeführt. Liegen die Meßproben in diskreten Gefäßen vor, erfolgt die Überführung der Meßproben als Stromabschnitt über eine zweite Leitung durch Anlegen eines Druckes P auf die Oberfläche der Meßproben in dem Probengefäß oder mittels einer Ansaug-Ausstoß-Vorrichtung. Beim Austreten des unter dem Druck P stehenden, kontinuierlichen Flüecigkeitsstrom bzw* der unter dem Druck P stehenden Stromabschnitte aus der Düeenöffnung bildet sich ein sehr dünner Flüssigkeitsstrahl aus, der zumindest in seinem ersten Abschnitt homogen und geschlossen ist. Ein, in das genannte Leitungsstück eingeführte, aiarra Lichtleiteler.ent, mit einem Durchmesser, dar dem der Düsenöffnung annähernd gleich ist, endet kurz vor der Düsenaustrittsöffnung, so daß die in dem genannten Leitungsstück strömende Flüssigkeit ungehindert zur Düsenaustrittsöffnung strömen kann. In die außerhalb des genannten

Leltungsstückes befindliche Endfläche des Hchtleiterelemont.ee :\;ά das zur Vermessung benötigte Meßstrahlungsbündel eingestrahlt. Die Meßstrahlung tritt an der anderen Endfläche des Lichtleltelementes kurz vor der Düsenöffnung in die Flüssigkeit über und somit in doη an der Oüsenaustrittsöffnung sich bildenden Flüssigkeitsstrahl. Der eich ausbildende Flüssigkeitsstrahl wirkt wie ein Lichtleiter und leitet die eingetretene Meßstrahlung durch Totalreflexion an seiner Oberfläche längs der Ausbreitungerichtung des Flüssigkeitsstrahl^ durch diesen hindurch. Dabei tritt die Meßstrehlüng auf ihrer Ausbreitungsetrecke durch den Flüssigkeitsstrahl in Wechselwirkung mit der den Flüssigkeitsstrahl bildenden Meßflussigkeit. In einem Abstand von der Düsenaustrittefl&che ist dieser gegenüber eine optisch transparente Prallfläche angeordnet« auf welche der Flüssigkeitsstrahl aufprallt. Der sich zwischen der Düsenaustrittsfläche und der Prallfläche ausbreitende Flüssigkeitsstrahl ist ein Teil des homogenen und geschlossenen Abschnittes des Flüssigkeitsetrahles. Der Abstand zwischen Düsenaustrittsfläche und der Prallfläche und damit der Wechselwirkungsbereich zwischen Meßetranlung und Meßflüssigkeit ist in Grunzen variierbar (ca. 5 mm bis 25 ram). Die optisch transparente Prallfläche stellt das Strahlungs'sintrittsfenster eines opto-elektro·? nischen Detektors dar und schliabr den aktiven Teil des Detektors flüssigkeitsdicht ab, Beim Aufprall des Flüssigkeitsstrahles auf die Prallfläche tritt die durch den Flüssigkeitsstrahl geführte Meßstrahlung durch die Prallfläche auf den aktiven Teil des Detektors. Die Flüssigkeit des beim Aufprall auf der Prallfläche zerfallenden Flüssigkeitsstrahles läuft an der Prallfläche ab und wird von einem, unter der Prallfläche a»geordneten, Sammeltrog aufgefangen. Das zur Verfügung stehende Volumen der Meßflüssigkeiten muß dabei so groß sein, daß in einem Zeitabschnitt, der zur Bildung des elektrischen Meßsignals mittels des foto-elektrischen Detektors und der nachgeschalteten elektronischen Schaltung benötigt wird, der Meßflüssigkeitestrahl von der Meßflüssigkeit gebildet werden kann. Mittels einer zweiten, gegen die Prallfläche gerichteten Düse, kann bei Notwendigkeit ein Spülflüssigkeitsstrahl auf die Prallfläche geschickt werden, um die Prallfläche von Probenresten zu reinigen.

Claims (2)

1. -α-Patentansprüche :

   1. Verfahren zur fotoelektriechen Meeeung an Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßflüeeigkeitsetrahl erzeugt, anschließend am oder in unmittelbarer Nähe deo Entetehungsortcs dee Meßflüssigkeitestrahls in diesen eine Meßetrahlung eingeleitet wird, danach Meßflüssigkeitsstrahl und Meßetrahlung über eine Strecke führungsfrei geleitet und am Ende dieser Strecke schlagartig aufgelöst werden, wobei vor der Auflösung die noch gebündelte Meßstrahlung und/oder nach der Auflösung der gestreute Meßstrahlungsanteil mindestens einem Strahlungsdetektor zugeführt werden und nach jeder Messung eine Spülung des Auflöeungoortes erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekernzeichnet, daß die Einleitung der Meßstrahlung in den Meßflüssigkaitsstrahl in einem Winkel von 5° bis 9o° zu dessen Querschnittsflache vorgenommen wird.