DE1648841A1

DE1648841A1 - Einstrahl-Photometer

Info

Publication number: DE1648841A1
Application number: DE19671648841
Authority: DE
Inventors: Peter Paatzsch; Toma Dipl-Ing Tomoff
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1967-10-18
Filing date: 1967-10-18
Publication date: 1971-07-22
Also published as: US3554654A; GB1181510A

Description

Patentanmeldung

Bodenseewerk Perkin-Elmer & Co. GmbH., Überlingen/Bodensee

Einstrahl-Photometer

Die Erfindung betrifft ein Einstrahl-Photometer zur photometrischen Messung von Proben zwecks Kon=- ti

zentrationsbestimmung, bei welchem die Proben in Küvetten in einem Küvettenträger angeordnet sind und mit diesem nacheinander durch ein Lichtbündel transportiert werden, das auf einen Strahlungsempfänger fällt und bei welchem das Empfängersignal zur 1oo ^-Einstellung beim Leerwert über einen mittels eines Rückführkreises automatisch regelbaren Verstärker geleitet und einer Anzeige- oder Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt wird.

Bekanntlich setzt sich die Extinktion der Probe aus der Summe der Extinktionen der gesuchten Komponente λ und dem sogenannten Leerwert zusammen. Der Leerwert ist die Extinktion einer Probe, welche die gesuchte Komponente nicht enthält, beispielsweise eines Lösungsmittels, die Extinktion eines eventuell zugesetzten Reagenz und diejenige Schwächung des Lichtbündeis, die durch die Küvettenwandungen, ein. thermostatisiertes Bad oder dergleichen hervorgerufen wird. Die Extinktion (und damit die Konzentration)

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der gesuchten Komponente ergibt sich aus der Differenz der Probenextinktion und der Leerwertextinktion, Es sind Einstrahl-Photometer bekannt, die eine Küvettsneinrichtung besitzen, welche von Hand oder automatisch das Einbringen einer Küvette mit dem Leerwert in den Strahlengang gestatten. Durch Verändern eines Spaltes im Strahlengang oder durch Variation der Verstärkung im Kreis des Strahlungsempfängers kann dann die Anzeige auf die Extinktion 0 (oder Durchlässigkeit 1oo #) eingestellt werden. Danach wird die Küvette mit der zu untersuchenden Probe in den Strahlengang eingebracht. Der dann angezeigte Wert entspricht der gesuchten Komponente.

Es sind ferner Zweistrahl-Photometer bekannt, bei welchen der Leerwert in ein Vergleichstrahlenbündel und die Probe in ein Meßstrahlenbündel eingeaetzt wird. Die Extinktion der gesuchten Komponente wird durch Vergleich der Intensitäten von Meß- und Vergleichstrahlenbündel bestimmt. Eine solche Zweistrahl-Anordnung erfordert einen nicht unerheblichen optischen Aufwand, da zwei Strahlenbündel gleicher Intensität von der gleichen Lichtquelle ausgehend erzeugt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einstrahl-Photometer für die Konzentrationsbestinraung einer Serie von Proben su schaffen, bei denen.der zu berücksichtigende Leerwert für alle Proben gleich ist.

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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde j ein solches Photometer möglichst einfach aufzubauen, in dem die wiederholte Einschaltung einer Referenzküvette in den Strahlengang vermieden v/irdo

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Einstrahl-Photometer der vorliegenden Art so aufzubauen,daß Nichtlinearitäten der Eiehkurve in der Hähe des Koordinatenursprungs, die zur Folge haben, daß die Verlängerung des linearen Bereichs der Eichkurve nicht durch den Koordinatenursprung geht berücksichtigt werden können.

Das Einstrahl-Photometer nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Küvetten im Abstand voneinander angeordnet sind derart, daß das Lichtbündel beim Weitertransport zwischen den Küvetten auf den Empfänger fällt, daß das Empfängersignal der Anzeige- oder Signalverarbeitungseinrichtung über einen zusätzlichen stetig einstellbaren Signalabschwächer zugeführt wird und daß der Rückführkreis nur in den Zwischenstellungen der Küvetten und des Küvettenträgers geschlossen ist, in denen das Iiichtbündel zwischen den Küvetten hindurch verläuft«

Bei einem solchen Einstrahl-Photoraeter kann die Berücksichtigung des leerwertes in folgender Weise

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einmal für alle zu untersuchenden Proben vorge~ nommen werden:

Es wird eine Küvette mit dem Leerwert in den Strahlengang eingebrachte Der Rückführkreis zur Regelung des Verstärkungsgrades ist geöggneto Es wird jetzt der zusätzliche Signalabschwächer so eingestellt, daß das Einzeigeinstrument 100$ Durchlässigkeit angeigt. Das entspräche einer Extinktion 0. In diesem susätzlichen Abschwächer wird auf diese V/eise der Leerwert elektrisch gespeichert. Bei einer Extinktion in einer anschließend in den Strahlengang ein^ gebrachten Probe, die auf eine Konzentration der gebauchten Komponente zurückzuführen ist, wird sich die Bündelintensität gegenüber dem Leerwert vermindern und eine entsprechend geringere Anzeige am Instrument auftreten. Die Anzeige entspricht dann der Durchlässigkeit der die Komponente enthaltenen Probe im Verhältnis zu dem am Signalabschwächer eingestellten Leerwert. Beim Weitertransport der Proben fällt in einer Zwischenstellung jeweils das Strahlen-» bündel zwischen den Küvetten hindurch auf den Strahlungsempfänger. Über den Rückführkreis wird dan Ausgangssignal des Verstärkers auf einen vorgegebenen konstanten Wert eingeregelt. Durch diese Regelung werden Schwankungen der Lampenhelligkeit, Änderungen der Empfängerempfindlichkeit und des Verstärkers sowie Trübungen der Badflüssigkeit kompensierte Sie Speicherung des Leerwertes erfolgt also gewissermaßen dadurch, daß die Bündelintensität bei Durchgang durch eine den Leer«

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wert enthaltende Küvette mit der Bündelintensität bei Durchgang des Bündels zwischen den Küvetten verglichen ,wird. Das im letzteren Fall erhaltene Signal wird durch die Verstärkerregelung auf einen konstanten Wert normiert. Durch den zusätzlichen Signalabschwächer wird ein Signal abgegriffen, das in einem vorgegebenen Verhältnis zu diesem normierten Signal steht. Es braucht bei dem Photometer nach der Erfindung somit nur ein einziges Mal der Leerwert gemessen und berücksichtigt zu werden. Trotzdem erfolgt nach jeder Messung eine Referenzmessung.

Die erfindungsgemäße Anordnung gestattet es auch, Nichtlinearitäten zu berücksichtigen, die in der Nähe des Koordinatenursprunges der Eichkurve auftreten. Solche Nichtlinearitäten in der Nähe des Koordinatenursprunges haben zur Folge, daß die Konzentration im linearen Bereich der Eichkurve nicht unmittelbar proportional der Extinktion ist. Vielmehr besteht eine Beziehung derart:

C » K E + a.

Dabei ist C die Konzentration, E die Extinktion, K ein Proportionalitätsfaktor und a eine Additionskonstante. Bei Verwendung eines Druckers mit entsprechender Analog-Digital-Wandlung und logarithmierung ist es nicht möglich, die Additionskonstante a von dem Ergebnis abzuziehen. Dies ist jedoch

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rait dem einstellbaren Signalabschwächer möglich, wie nachstehend gezeigt wird:

Formt man die vorangegangene Gleichung um unter Berücksichtigung von

E - Ig J,

so ergibt sich

C - K Ig J + a.

Ersetzt man die Additionskonstante a durch

a - K Ig b,

wo b eine entsprechende andere Konstante ist* so ergibt sich die Konzentration C zu

Daraus ergibt sich, daß die Konstante a dadurch berücksichtigt werden kann, daß die der Durchlässigkeit proportionale Spannung durch b geteilt wird. Dieser Faktor kann an des Signalabschwächer eingestellt werden.

Da je nach der Form der Eichkurve in der Nähe des Koordinatenursprunges die Additionskonstante a sowohl positiv als auch negativ sein kann, kann b gegebenenfalls auch kleiner als 1 sein. Um daher eine

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Einstellung nach beiden Richtungen zu ermöglichen, kann die Anordnung so getroffen werden, daß der Rückführkreis einen festen Spannungsteiler enthält, an welchem eine Teilspannung des Ausganges des regelbaren Verstärkers abgegriffen wird, daß dieser Verstärker von der Teilspannung über einen Schalter regelbar ist, der mit der Bewegung der Küvetten und des Küvetfcenträgers durch das Lichtbündel hindurch synchronisiert ist und schließt, wenn das Lichtbündel zwischen zwei Küvetten hindurchläuft, und daß der zusätzliche Siprnalabschwächer ein parallel zu dem festen Spannungsteiler am Ausgang des regelbaren Verstärkers liegender einstellbarer Spannungsteiler ist. Auf diese Weise wird durch den festen Spannungsteiler ein Bezugspunkt gegeben, der kleiner ist als die gesamte Ausgangsspannung des Verstärkers. An den einstellbaren Spannungsteiler können dann Spannungen abgegriffen werden, die größer oder kleiner als dieser feste Bezugswert sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung

bei der Messung der Probe. Figur 2 seifft eine Anordnung nach der Erfindung

bei der Referenzmessung. Figur 3 zeigt einen Schnitt A-A von Flg. 1

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Das Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Anwendung der Erfindung in der Form, daß der Küvettenträger ein Drehtisch 10 ist, in dem die Küvetten 14 in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die Küvetten laufen in einem ringförmigen thermostatisierten Bad 12. Das Lichtbündel wird durch Linsen 21 und 23 gesammelt, tritt durch ein Filter 25 und fällt von einer innerhalb des ringförmigen Bades 12 angeordneten Lichtquelle 16 durch Fenster 17 und 19 auf einen außerhalb desselben angeordneten Strahlungsempfänger 18. Wenn der Drehtisch 10 sich dreht, so werden nacheinander die verschiedenen Küvetten 14 durch den Strahlengang des Lichtbündeis hindurchbewegt. In Zwischenstellungen fällt das Lichtbündel 20 zwischen den Küvetten 14 hindurch. Es läuft dann nur durch das Bad. Diese Stellung ist in Fig. dargestellt. Der Ausgang des Strahlungsempfängers wird auf den Eingang eines regelbaren Verstärkers 22 gegeben. Der Ausgang des Verstärkers 22 liegt an einem festen Spannungsteiler, der von den Festwiderständen 24 und 26 gebildet wird. Zwischen den Widerständen 24 und 26 im Punkt 28 wird eine Vergleichsspannung abgegriffen, die über einen Schalter 30 und einen PilotverBtärker 32 den Verstärkungsgrad des regelbaren Verstärkers 22 regelt. Parallel zu dem festen Spannungsteiler 24, 26 liegt ein einstellbarer Spannungsteiler 34 mit einem Schleifer 36. An dem Schleifer 36 des Spannungsteilers 34 liegt ein Anzeigeinstrument 38. Die Abgegriffene Spannung wird gleichzeitig einer Sohaltungs-

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anordnung 4o zugeführt, welche das .Signal lögerithmiert und gleichzeitig in digitale Form umsetzt. Man erhält auf diese Weise aus einem der Durchlässigkeit der Probe proportionalen Signal einen Wert für die Extinktion. Zn einer Schaltung 42 wird unter Berücksichtigung des Zusammenhanges zwischen Extinktion und Konzentration die Konzentration der gesuchten Komponente durch Berücksichtigung eines Proportionalitätsfaktors k bestimmt und in einem Drucker 44 ausgedruckt.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Zunächst wird in den Strahlengang des Bündels 2o eine Küvette eingebracht, welche den Leerwert darstellt, beispielsweise also mit reinem Lösungsmittel und zugesetztem Reagenz gefüllt ist. Schalter 3o ist geöffnet, es ergibt sich eine Anzeige am Instrument 38. Durch Verstellung dee Schleifers 36 wird diese Anzeige am Instrument 38 auf einen Vert von 1oo % Durchlässigkeit gebracht. Bei Einbringung einer Küvette 14, die sit einer Probe gefüllt ist, welche die gesuchte Komponente enthält» ergibt sich eine andere Anzeige der Durchlässigkeit am Instrument 38, die der durch die gesuchte Komponente hervorgerufenen Extinktion entspricht. Der Leerwert ist durch die Einstellung des Fotentiome- terschleifers 36 gespeichert.

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Um jedesmal zwischen den Messungen eine Kontrolle vorzunehmen und Änderungen in der Helligkeit der Lampe 16, der Empfindlichkeit des Empfängers 18 oder dem Verstärkungsgrad des Verstärkers 22 zu kompensieren, wird in einer Zwischenstellung, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, der Schalter 12 geschlossen. In dieser Zwischenstellung fällt das Bündel 2o zwischen zwei benachbarten Küvetten hindurch und läuft praktisch nur durch das Bad. Das hierbei erhaltene Signal wird über den Pilotverstärker 52 durch Veränderung des Verstärkungsgrades des regelbaren Verstärkers 22 auf einen konstanten Wert eingeregelt. Das ist bei Einstrahl-Fhotometern ansich bekannt.

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Claims

Patentansprüche

1.) Einstrahl-Photometer zur photometrischen Messung von Proben zwecke Konzentrationsbestimmung,

bei welchem die Proben ν η KUvetten in einem Küvettenträger angeordnet sind und mit diesem nacheinander durch ein Lichtbündel transportiert werden, das auf einen Strahlungsempfänger fällt, und

bei welchem das Empfänger signal zur 1OOjS-Eins teilung beim Leerwert Über einen mittels eines Rückführkreises automatisch regelbaren Verstärker geleitet und einer Anzeige- oder Signalverarbeitungseinriehtung zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Küretten (14) im Abstand voneinander angeordnet sind derart, daß das Lichtbündel (20) beim Weitertransport zwischen den Küvetten (14) auf den Empfänger (18) fällt,

daß das Enpfängerslgnal der Anzeige (38) - oder Signalverarbeitungseinrichtung (40) über einen zusätzlichen stetig einstellbaren Signalabschwächer (34) zugeführt wird und

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daß der Rückführkreis (24-, 26, 3o, 32) nur in den Zwischenstellungen der Küvetten (14·) und des Kü~ vettenträgers (1o) geschlossen ist, in denen das Licht bündel (2o) zwischen den Küvetten (14-) hindurch verläuft.

2.) Einstrahl-Fhotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

daß der Rückführkreis einen festen Spannungsteiler (24-, 26) enthält, an welchem eine Teilspannung des Ausganges des regelbaren Verstärkers (22) abgegriffen wird,

daß dieser Verstärker (22) von der Teilspannung über einen Schalter (3o) regelbar ist, der mit der Bewegung der Küvetten (14) und des Küvettenträgers (1o) durch das Lichtbündel (2o) hindurch synchronisiert ist und schließt, wenn das Lichtbündel (2o) zwischen zwei Küvetten (14-) hindurchläuft, und

daß der zusätzliche Signalabschwacher ein parallel zu dem festen Spannungsteiler (24, 26) am Ausgang des regelbaren Verstärkers (22) liegender einstell· barer Spannungsteiler (3Ό ist.

3.) Einstrahl-Ihotometer nach Anspruch 1 oder-2, dadurch gekennzeichnet,

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daß der Küvettenträger ein Drehtisch (1o) mit einem ringförmigen thermostatisierten Bad (12) ist, dessen Wandung durchsichtig ist und in dem die Küvetten (1⁷O in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, und

daß das Lichtbündel (2o) von einer innerhalb des ringförmigen Bades (12) angeordneten Lichtquelle (16) auf einen außerhalb desselben angeordneten Strahlungempfänger (18) fällt.

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