DE19949953A1 - ATR-Meßzelle für die FTiR-Spektroskopie - Google Patents
ATR-Meßzelle für die FTiR-SpektroskopieInfo
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Abstract
Eine Totalreflexions-Meßzelle zur spektroskopischen Untersuchung einer Probe in einem IR-Spektrometer, die einen ATR-Kristall (1) mit einer planen Oberfläche (2) sowie eine in einem Halterahmen (13) eingeklemmte Membran aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Nachspannvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Membran auf einem inneren Teilbereich ihrer zwischen den Schenkeln des Halterahmens (13) eingeklemmten Fläche in Richtung auf die plane Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) derart parallel verschoben werden kann, daß der verschobene innere Teilbereich der Membranfläche eine höhere Spannung aufweist als vorher die lediglich im Halterahmen (13) eingeklemmte Fläche der Membran, und daß ein Anschlag vorgesehen ist, gegen den die Nachspannvorrichtung in der Weise gedrückt und in dieser Position fixiert werden kann, daß der innere Teilbereich der Membranfläche überall den gleichen, definierten Abstand von der planen Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) aufweist. Damit gelingt es, den Abstand zur planen Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) trotz der Tendenz der Membran, sich zu wellen oder durchzuhängen, genau einzuhalten. Die durch die Welligkeit oder ein Verrutschen der Membran sonst hervorgerufenen quantitativen Meßfehler im IR-Spektrum können vermieden und dadurch eine wesentlich erhöhte Meßsicherheit gewährleistet und die Qualität der Meßergebnisse dauerhaft sichergestellt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Totalreflexions-Meßzelle zur spektroskopischen
Untersuchung einer insbesondere fluiden Probe in einem Infrarot (= IR)-
Spektrometer, die einen ATR (= Attenuated Total Reflectance)-Kristall mit einer
planen Oberfläche sowie eine in einem Halterahmen mehrseitig eingeklemmte
Membran aufweist, wobei der Halterahmen so angeordnet ist, daß die Membran
mit geringem Abstand von der planen Oberfläche des ATR-Kristalls verläuft.
Derartige ATR-Meßzellen sind bekannt aus der DE 41 24 920 A1 oder der
DE 196 12 877 C1.
Zum Studium der Wechselwirkungen von Biomolekülen mittels FTIR-ATR-
Spektroskopie ist es wichtig, Liganden in das evaneszente Feld einzubringen,
ohne mechanische Störungen der empfindlichen Schicht auf dem ATR-Kristall zu
verursachen oder die Konzentrationen der gelösten Stoffe zu verändert, die mit
den immobilisierten Molekülen wechselwirken. Dies wird mit Hilfe einer Membran,
in der Regel einer Dialysemembran realisiert, die über der empfindlichen
Oberfläche des Kristalls angeordnet ist und eine Probenkammer unterhalb der
Membran von einer Dialysekammer oberhalb der Membran abtrennt.
Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht können in die Probenkammer
hinein und wieder heraus dialysiert werden entsprechend dem MW Cut-Off der
Membran, ohne daß Makromoleküle in dem evaneszenten Feld verdünnt werden,
oder daß die immobilisierten dünnen Schichten auf der Kristalloberflächen zerstört
werden. Das Eintreten von Liganden in das evaneszente Feld kann über die
thermische Diffusionsrate hinaus beschleunigt werden. Durch den Einsatz von
elektrophoretischen Strömen können geladene Liganden spezifisch in die
Probenkammer hinein und wieder heraus transportiert werden durch die
Diffusionsbarriere und das mechanische Hindernis, das durch die
Dialysemembran aufgebaut wird.
Der Aufbau und die Verwendung derartiger Totalreflexions-Meßzellen mit den
eingangs wiedergegebenen Merkmalen ist detailliert in der oben zitierten
DE 196 12 877 C1 beschrieben, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen
wird. Problematisch bei der Verwendung einer Membran in einer ATR-Zelle ist es
jedoch, den Abstand zur planen Oberfläche des ATR-Kristalls genau einzuhalten.
Leider haben die in einem Halterahmen eingeklemmten Membranen in der Regel
die Tendenz, sich zu Wellen oder durchzuhängen. Beim Befüllen oder Entleeren
des Hohlraums über der Membran kann es dann zu Druckübertragungen auf den
Hohlraum unterhalb der Membran kommen, so daß die sensitive Probenschicht
auf den Kristall beschädigt wird und die IR-Messung unmöglich wird. Im Extremfall
wird die Membran soweit durchhängen, daß sie bei Befüllungs-
/Entladungsvorgängen sogar in direkten Kontakt zur Kristalloberfläche kommt und
dabei die immobilisierte Probe vom Kristall entfernt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Totalreflexions-Meßzelle
der eingangs genannten Art vorzustellen, die die obigen Nachteile nicht aufweist,
eine wesentlich erhöhte Meßsicherheit gewährleistet und damit die Qualität der
Meßergebnisse dauerhaft sicherstellt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zusätzlich eine
Nachspannvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Membran auf einem inneren
Teilbereich ihrer zwischen den Schenkeln des Halterahmens eingeklemmten
Fläche in Richtung auf die plane Oberfläche des ATR-Kristalls derart parallel
verschoben werden kann, daß der verschobene innere Teilbereich der
Membranfläche eine höhere Spannung aufweist als vorher die lediglich im
Halterahmen eingeklemmte Fläche der Membran, und daß ein Anschlag
vorgesehen ist, gegen den die Nachspann-Vorrichtung in der Weise gedrückt und
in dieser Position fixiert werden kann, daß der innere Teilbereich der
Membranfläche überall den gleichen, definierten Abstand von der planen
Oberfläche des ATR-Kristalls aufweist.
Die Nachspannvorrichtung verhindert zuverlässig ein Durchhängen der Membran
im nachgespannten inneren Teilbereich, so daß die natürliche Welligkeit des
Membranmaterials kein Problem mehr darstellt. Im Zusammenwirken mit dem
mechanischen Anschlag wird eine äußerst exakte Positionierung der
nachgespannten Membranfläche im inneren Teilbereich relativ zur planen
Oberfläche des ATR-Kristalls, insbesondere eine exakte Parallelität mit einfachen
Mitteln und ohne großen Fertigungsaufwand erreicht.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen ATR-
Meßzelle, bei der die Nachspannvorrichtung einen umlaufenden Keil aufweist,
dessen umlaufende, in sich geschlossene Kantenlinie den inneren Teilbereich der
Membran nachspannt und in Richtung auf den ATR-Kristall drückt. Ein derartiger
umlaufender Keil ist mechanisch einfach und mit hoher Genauigkeit herstellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform beträgt der Winkel der
Keilschrägen des umlaufenden Keils gegen die plane Oberfläche des ATR-
Kristalls in der fixierten Position der Nachspannvorrichtung zwischen 30° und 60°,
vorzugsweise etwa 45°. In der Regel wird man eine symmetrische Keilform
wählen, also beide Keilschrägen mit demselben Winkel herstellen. Denkbar sind
aber auch Varianten, bei denen die beiden Keilschrägen unterschiedliche Winkel
aufweisen.
Wegen der länglichen Form der üblichen ATR-Kristalle ist eine Weiterbildung
bevorzugt, bei der die umlaufende, in sich geschlossene Kantenlinie des
umlaufenden Keils ein längliches Oval mit zwei parallel verlaufenden Längsseiten
bildet, die an ihren Enden jeweils in einen Halbkreis übergehen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Anschlag, gegen den
die Nachspannvorrichtung gedrückt und in dieser Position fixiert werden kann,
eine umlaufende Schrägfläche mit einer dem Keilwinkel entsprechenden Schräge
aufweist. Dadurch wird die Positionierung der im inneren Teilbereich
nachgespannten Membran planparallel zur empfindlichen Oberfläche des ATR-
Kristalls mit hoher Präzision sichergestellt, wobei der Fertigungsaufwand denkbar
gering ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle
zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen dem inneren Teilbereich der
nachgespannten Membranfläche innerhalb der umlaufenden, in sich
geschlossenen Kantenlinie des umlaufenden Keils und einem von der Membran
im aufgespannten Zustand abgewandten Deckelteil der Nachspannvorrichtung ein
Hohlvolumen gebildet wird, welches über einen Zulauf und einen Ablauf im
Deckelteil befüllt bzw. entleert werden kann. Durch dieses Hohlvolumen kann bei
Messungen von fluiden Proben das Probenfluid strömen.
Vorteilhaft ist eine Weiterbildung, bei der das Deckelteil aus transparentem
Material, vorzugsweise aus Plexiglas hergestellt ist. Damit kann insbesondere das
Strömungsverhalten des Probenfluids beobachtet werden, aber auch eventuelle
Verschmutzungen im Hohlvolumen entdeckt und durch Einleitung eines
Ausspülvorgangs beseitigt werden.
Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, bei der zwischen der planen
Oberfläche des ATR-Kristalls und dem nachgespannten inneren Teilbereich der
Membranfläche ein Hohlvolumen gebildet wird, welches über einen Zulauf und
einen Ablauf befüllt bzw. entleert werden kann. Dadurch können die durch die
Membran hindurch diffundierenden Moleküle mit der empfindlichen Oberfläche
des ATR-Kristalls in Kontakt treten. Außerdem ist durch den Zulauf und Ablauf ein
Spülen des empfindlichen Bereichs des ATR-Kristalls für Reinigungszwecke
möglich, was unter anderem der Vorbereitung von nachfolgenden Messungen
dienen kann.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen ATR-
Zelle, bei der die Nachspannvorrichtung mit einer Grundplatte, auf der der ATR-
Kristall fixiert ist, lösbar starr verbunden, vorzugsweise verschraubt werden kann.
Damit wird die relative Positionierung und eine Fixierung der erreichten optimalen
Position zwischen Membran und ATR-Kristall erheblich erleichtert.
Aus geometrischen Gründen besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser
Ausführungsform, bei der der Zulauf und der Ablauf zu dem Hohlvolumen
zwischen der planen Oberfläche des ATR-Kristalls und dem nachgespannten
inneren Teilbereich der Membranfläche durch die Grundplatte führt.
Die Erreichung einer optimalen relativen Positionierung und die Fixierung
derselben kann bei einer Weiterbildung dadurch verbessert werden, daß der
Halterahmen mit eingeklemmter Membran zwischen der Grundplatte und der
Nachspannvorrichtung angeordnet ist und Durchgangsbohrungen zur Aufnahme
und Führung der Schrauben aufweist, mit denen die Nachspannvorrichtung gegen
die Grundplatte verschraubt werden kann.
Bei einer besonders einfachen Weiterbildung dieser Ausführungsformen ist der
Anschlag für die Nachspannvorrichtung in die Grundplatte integriert.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Handhabung der betreffenden Einzelteile der
erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle ist eine Weiterbildung, bei der die umlaufende
Schrägfläche des Anschlags auf der der Membran im montierten Zustand
zugewandten Seite der Grundplatte angeordnet ist und eine Durchgangsöffnung
durch die Grundplatte umschließt, wobei auf der anderen Seite der Grundplatte
der ATR-Kristall mit seiner planen Oberfläche zur Durchgangsöffnung gerichtet
fixiert ist.
Die in der erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle verwendete Membran wird in der
Regel als Dialysemembran ausgebildet sein.
Bei Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße ATR-Meßzelle selbst als
Dialysezelle ausgebildet sein.
Alternativ kann die ATR-Meßzelle aber auch als Elektrophoresezelle ausgebildet
sein.
Um eine einfache Möglichkeit für beide Meßarten zu eröffnen, kann die
erfindungsgemäße ATR-Meßzelle so aufgebaut sein, daß auf einen festen
Grundplattenteil mit daran bzw. darin fixiertem ATR-Kristall zwei austauschbare
Deckelteile aufmontiert werden können, die die jeweils verwendeten Membranen
mit den erfindungsgemäßen Nachspannvorrichtungen enthalten und entweder für
Dialysemessungen oder für Elektrophoresemessungen speziell ausgebildet sind.
Eine solche ATR-Meßzelle erfüllt die wichtigsten Anforderungen für Infrarotstudien
an einer großen Vielzahl von makromolekularen Wechselwirkungen. Die Einheit
enthält in der Regel ein trapezoidales internes Reflexionselement in Form des
ATR-Kristalls, welches temperaturgeregelt und vollständig gekapselt in einem
ausspülbaren Gehäuse angeordnet ist. Die Grundplatte, auf der der ATR-Kristall
fixiert ist, wird in der Regel vorteilhaft mit Teflon beschichtet sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle
sind ein weiterer Halterahmen mit eingeklemmter Membran sowie eine weitere
Nachspannvorrichtung auf der im montierten Zustand dem ATR-Kristall
abgewandten Seite der ersten Membran parallel und mit definiertem Abstand zu
dieser angeordnet. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für
Elektrophorese-Untersuchungen.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß beide
Nachspannvorrichtungen zwei parallel zur Strahlführungsachse des ATR-Kristalls
ausgerichtete und nebeneinander angeordnete umlaufende Keile aufweisen,
deren umlaufende, in sich geschlossene Kantenlinien den jeweiligen inneren
Teilbereich der parallel zueinander angeordneten Membranen nachspannen und
in Richtung auf den ATR-Kristall drücken, wobei die dem ATR-Kristall näher
gelegene Nachspannvorrichtung auf der dem ATR-Kristall abgewandten Seite
einen Anschlag für die dem ATR-Kristall fernere Nachspannvorrichtung aufweist,
der zwei umlaufende Schrägflächen besitzt, deren Schräge dem Keilwinkel der
beiden umlaufenden Kantenlinien der dem ATR-Kristall ferneren
Nachspannvorrichtung entspricht.
Diese Weiterbildung kann dadurch verbessert werden, daß die beiden
übereinander angeordneten Nachspannvorrichtungen so ausgebildet sind, daß bei
gegenseitiger Fixierung die zwischen ihnen gespannte Membran zwischen den
beiden umlaufenden Keilen der vom ATR-Kristall ferneren Nachspannvorrichtung
so gepreßt wird, daß sie in diesem Bereich einen großen Ohmschen Widerstand
darstellt. Dadurch kommt es zu keinen unerwünschten "Querströmen" über die
nachgespannte Membran.
Bevorzugt ist auch eine Weiterbildung, bei der die dem ATR-Kristall nähere
Nachspannvorrichtung innerhalb der beiden umlaufenden Keile Aussparungen
aufweist, so daß zwischen den beiden aufgespannten Membranen zwei
Hohlvolumina entstehen, die über einen getrennten Zulauf und einen getrennten
Ablauf innerhalb der dem ATR-Kristall näheren Nachspannvorrichtung separat
befüllt werden können.
Außerdem ist es günstig, wenn zwischen der dem ATR-Kristall näheren
aufgespannten Membran und dem ATR-Kristall ein Hohlvolumen entsteht, das
durch einen Zulauf und einen Ablauf innerhalb der Grundplatte, an der zumindest
eine der beiden Nachspannvorrichtungen befestigt ist, befüllt und entleert werden
kann.
Eine weitere Verbesserung schließlich kann dadurch erreicht werden, daß die dem
ATR-Kristall fernere Nachspannvorrichtung innerhalb der beiden umlaufenden
Keile Aussparungen aufweist, die in entgegengesetzter Richtung zu den beiden
gespannten Membranen separat mit zwei getrennten Hohlräumen verbunden sind,
so daß nach Befüllung sämtlicher Hohlräume der montierten ATR-Zelle mit einer
elektrisch leitenden Flüssigkeit und nach Anlegen einer elektrischen Spannung an
die Hohlräume, die mit den Aussparungen der dem ATR-Kristall ferneren
Nachspannvorrichtung verbunden sind, ein Stromfluß erzeugt werden kann, der
von dem mit einer Kathode verbundenen Hohlraum beide Membranen zweimal
passierend zu dem mit einer Anode verbundenen Hohlraum fließt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter
aufgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu
mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und
beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu
verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a eine schematische Draufsicht in Richtung auf das teilweise
transparente Deckelteil einer als Dialysezelle ausgebildeten
erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle;
Fig. 1b den Schnitt in Richtung C-C von Fig. 1a;
Fig. 1c den Schnitt in Richtung A-A von Fig. 1a;
Fig. 1d die Einzelheit B von Fig. 1c;
Fig. 2a eine Draufsicht in Richtung auf das teilweise transparente Deckelteil
einer als Eletkrophoresezelle ausgebildeten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen ATR-Meßzelle;
Fig. 2b den Schnitt C-C nach Fig. 2a;
Fig. 2c den Schnitt A-A nach Fig. 2a; und
Fig. 2d die Einzelheit B aus Fig. 2c.
In den Fig. 1a bis 1d ist eine als Dialysezelle ausgebildete ATR-Meßzelle 10
dargestellt. Diese enthält einen ATR-Kristall 1 mit einer empfindlichen planen
Oberfläche 2, welche an einem Haltegestell 3 starr befestigt ist. Parallel zur planen
Oberfläche 2 des ATR-Kristalls 1 ist eine in der Zeichnung nicht sichtbare dünne
Dialysemembran montiert, die in einem Halterahmen 13 eingeklemmt und mittels
einer Nachspannvorrichtung nachgespannt und auf einen definierten Abstand
planparallel zur Oberfläche 2 gebracht wird.
Im Falle der gezeigten Dialysemeßzelle 10 umfaßt die Nachspannvorrichtung eine
mit dem Haltegestelle 3 starr verschraubte Grundplatte 18, auf welche ein
Deckelteil 11 aus Plexiglas aufgeschraubt ist. Zwischen der Grundplatte 18 und
dem Deckelteil 11 ist der Halterahmen 13 mit eingeklemmter Membran
eingeschraubt. Das Deckelteil 11 weist an seiner dem ATR-Kristall 1 zugewandten
Seite einen umlaufenden Keil 14 auf, dessen umlaufende, in sich geschlossene
Kantenlinie einen inneren Teilbereich der im Halterahmen 13 eingeklemmten
Membran in Richtung auf den ATR-Kristall 1 drückt und damit nachspannt. Auf
diese Weise wird sichergestellt, daß der verschobene Teilbereich der
Membranfläche überall den gleichen, definierten Abstand von der planen
Oberfläche 2 des ATR-Kristalls 1 aufweist.
Als Anschlag für die äußeren Teilflächen des umlaufenden Keils 14 dient eine
umlaufende Schrägfläche 15, die in der Grundplatte integriert ist. Zwischen dem
inneren Teilbereich der nachgespannten Membranfläche innerhalb der in sich
geschlossenen Kantenlinie des umlaufenden Keils 14 und dem Deckelteil 11 der
Nachspannvorrichtung wird ein Hohlvolumen 12 gebildet, welches über einen
Zulauf 16 befüllt und über einen Ablauf 17 entleert werden kann.
Die Draufsicht in Fig. 1a zeigt das transparente Deckelteil 11, in welchem
gestrichelt der umlaufende Keil 14, der Zulauf 16 und der Ablauf 17 angedeutet
sind.
In der Zeichnung nicht erkennbar ist ein weiteres Hohlvolumen, welches zwischen
der nachgespannten Membran und der planen Oberfläche 2 des ATR-Kristalls 1
gebildet wird. Auch dieses kann über einen Zulauf 19 und einen Ablauf 19' befüllt
bzw. entleert werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die in sich geschlossene Linie des
umlaufenden Keils 14 ein längliches Oval mit zwei parallel verlaufenden
Längsseiten, die an ihren Enden jeweils in einen Halbkreis übergehen. Dadurch
wird eine optimale Anpassung an den länglichen ATR-Kristall 1 erreicht.
In der Zeichnung nicht dargestellt sind Beheizungsmöglichkeiten für den ATR-
Kristall 1, die im Haltegestell 3 integriert sein können und eine geregelte
Temperierung des Kristalls ermöglichen.
Auf das in den Fig. 1a bis 1d gezeigte Haltegestell 3 mit daran fixiertem ATR-
Kristall 1 kann auch ein Elektrophoreseaufsatz aufmontiert werden, wie er in den
Fig. 2a bis 2d gezeigt ist. Die dort dargestellte Elektrophoresezelle 20 umfaßt,
im Gegensatz zur Dialysezelle 10, zwei übereinander parallel zur empfindlichen
Oberfläche 2 des ATR-Kristalls 1 aufgespannte Membranen. Diese sind zwischen
den Schenkeln zweier parallel übereinander angeordneten Halterahmen 23', 23"
eingeklemmt. Für jede dieser beiden Membranen ist eine Nachspannvorrichtung
vorgesehen, die jeweils zwei umlaufende Keile 24a', 24b' bzw. 24a", 24b" umfaßt.
Die umlaufenden Keile 24a', 24b', welche die dem ATR-Kristall 1 nähere Membran
nachspannen, sind in einem Deckelteil 21 integriert, auf welches ein Reservoir 29
aufgesetzt ist, welches seinerseits die umlaufenden Keile 24a", 24b" aufweist. Die
letzteren schlagen gegen entsprechende Schrägflächen 25a", 25b" auf der dem
ATR-Kristall 1 abgewandten Seite des Deckelteils 21 an. Die Schrägflächen 25a',
25b' der Anschläge für die umlaufenden Keile 24a', 24b' des Deckelteils 21 sind in
einer Grundplatte 28 integriert, welche gemeinsam mit dem Deckelteil 21 und dem
Reservoir 29 gegen das Haltegestell 3 verschraubt ist.
Die dem ATR-Kristall 1 nähere Nachspannvorrichtung weist wiederum innerhalb
der beiden umlaufenden Keile 24a', 24b' Aussparungen auf, so daß zwischen den
beiden aufgespannten Membranen jeweils zwei Hohlvolumina 22a, 22b entstehen,
die über getrennte Zuläufe 26a, 26b und getrennte Abläufe 27a, 27b innerhalb der
dem ATR-Kristall 1 näheren Nachspannvorrichtung separat mit Fluid befüllt
werden können.
Claims (22)
1. Totalreflexions-Meßzelle (10; 20) zur spektroskopischen
Untersuchung einer insbesondere fluiden Probe in einem Infrarot
(= IR)-Spektrometer, die einen ATR (= Attenuated Total
Reflectance)-Kristall (1) mit einer planen Oberfläche (2) sowie eine
in einem Halterahmen (13; 23', 23") mehrseitig eingeklemmte
Membran aufweist, wobei der Halterahmen so angeordnet ist, daß
die Membran mit geringem Abstand von der planen Oberfläche (2)
des ATR-Kristalls (1) verläuft,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich eine Nachspannvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Membran auf einem inneren Teilbereich ihrer zwischen den Schenkeln des Halterahmens (13; 23', 23") eingeklemmten Fläche in Richtung auf die plane Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) derart parallel verschoben werden kann, daß der verschobene innere Teilbereich der Membranfläche eine höhere Spannung aufweist als vorher die lediglich im Halterahmen (13; 23', 23") eingeklemmte Fläche der Membran,
und daß ein Anschlag vorgesehen ist, gegen den die Nachspann vorrichtung in der Weise gedrückt und in dieser Position fixiert werden kann, daß der innere Teilbereich der Membranfläche überall den gleichen, definierten Abstand von der planen Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) aufweist.
daß zusätzlich eine Nachspannvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Membran auf einem inneren Teilbereich ihrer zwischen den Schenkeln des Halterahmens (13; 23', 23") eingeklemmten Fläche in Richtung auf die plane Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) derart parallel verschoben werden kann, daß der verschobene innere Teilbereich der Membranfläche eine höhere Spannung aufweist als vorher die lediglich im Halterahmen (13; 23', 23") eingeklemmte Fläche der Membran,
und daß ein Anschlag vorgesehen ist, gegen den die Nachspann vorrichtung in der Weise gedrückt und in dieser Position fixiert werden kann, daß der innere Teilbereich der Membranfläche überall den gleichen, definierten Abstand von der planen Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) aufweist.
2. ATR-Meßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nachspannvorrichtung einen umlaufenden Keil (14; 24a', 24b', 24a",
24b") aufweist, dessen umlaufende, in sich geschlossene
Kantenlinie den inneren Teilbereich der Membran nachspannt und in
Richtung auf den ATR-Kristall (1) drückt.
3. ATR-Meßzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel der Keilschrägen des umlaufenden Keils (14; 24a', 24b',
24a", 24b") gegen die plane Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) in
der fixierten Position der Nachspannvorrichtung zwischen 30° und
60°, vorzugsweise etwa 45° beträgt.
4. ATR-Meßzelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die umlaufende, in sich geschlossene Kantenlinie des
umlaufenden Keils (14; 24a', 24b', 24a", 24b") ein längliches Oval
mit zwei parallel verlaufenden Längsseiten bildet, die an ihren
Enden jeweils in einen Halbkreis übergehen.
5. ATR-Meßzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anschlag, gegen den die
Nachspannvorrichtung gedrückt und in dieser Position fixiert werden
kann, eine umlaufende Schrägfläche (15; 25a', 25b', 25a", 25b") mit
einer dem Keilwinkel entsprechenden Schräge aufweist.
6. ATR-Meßzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem inneren Teilbereich der
nachgespannten Membranfläche innerhalb der umlaufenden, in sich
geschlossenen Kantenlinie des umlaufenden Keils (14; 24a', 24b',)
und einem von der Membran im aufgespannten Zustand
abgewandten Deckelteil (11; 21) der Nachspannvorrichtung ein
Hohlvolumen (12; 22a, 22b) gebildet wird, welches über einen
Zulauf (16; 26a, 26b) und einen Ablauf (17; 27a, 27b) im Deckelteil
(11; 21) befüllt bzw. entleert werden kann.
7. ATR-Meßzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Deckelteil (11; 21) aus transparentem Material, vorzugsweise aus
Plexiglas hergestellt ist.
8. ATR-Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der planen Oberfläche (2) des ATR-
Kristalls (1) und dem nachgespannten inneren Teilbereich der
Membranfläche ein Hohlvolumen gebildet wird, welches über einen
Zulauf (19) und einen Ablauf (19') befüllt bzw. entleert werden kann.
9. ATR-Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nachspannvorrichtung mit einer
Grundplatte (18; 28), auf der der ATR-Kristall (1) fixiert ist, lösbar
starr verbunden, vorzugsweise verschraubt werden kann.
10. ATR-Meßzelle nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zulauf (19) und der Ablauf (19') zu dem Hohlvolumen
zwischen der planen Oberfläche (2) des ATR-Kristalls (1) und dem
nachgespannten inneren Teilbereich der Membranfläche durch die
Grundplatte (18; 28) führt.
11. ATR-Meßzelle nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halterahmen (13; 23') mit eingeklemmter
Membran zwischen der Grundplatte (18; 28) und der
Nachspannvorrichtung angeordnet ist und Durchgangsbohrungen
zur Aufnahme und Führung der Schrauben aufweist, mit denen die
Nachspannvorrichtung gegen die Grundplatte (18; 28) verschraubt
werden kann.
12. ATR-Meßzelle nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Anschlag für die Nachspannvorrichtung in
der Grundplatte (18; 28) integriert ist.
13. ATR-Meßzelle nach den Ansprüchen 5 und 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die umlaufende Schrägfläche (15; 25a', 25b')
des Anschlags auf der der Membran im montierten Zustand
zugewandten Seite der Grundplatte (18; 28) angeordnet ist und eine
Durchgangsöffnung durch die Grundplatte (18; 28) umschließt, und
daß auf der anderen Seite der Grundplatte (18; 28) der ATR-Kristall
(1) mit seiner planen Oberfläche (2) zur Durchgangsöffnung
gerichtet fixiert ist.
14. ATR-Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Membran als Dialysemembran ausgebildet
ist.
15. ATR-Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die ATR-Meßzelle (10) als Dialysezelle
ausgebildet ist.
16. ATR-Meßzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch
gekennzeichnet, daß die ATR-Meßzelle (20) als Elektrophoresezelle
ausgebildet ist.
17. ATR-Meßzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein weiterer Halterahmen (23") mit
eingeklemmter Membran sowie eine weitere Nachspannvorrichtung
auf der im montierten Zustand dem ATR-Kristall (1) abgewandten
Seite der ersten Membran parallel und mit definiertem Abstand zu
dieser angeordnet sind.
18. ATR-Meßzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Nachspannvorrichtungen jeweils zwei parallel zur
Strahlführungsachse des ATR-Kristalls (1) ausgerichtete und
nebeneinander angeordnete umlaufende Keile (24a', 24b' bzw.
24a", 24b") aufweisen, deren umlaufende, in sich geschlossene
Kantenlinien den jeweiligen inneren Teilbereich der parallel
zueinander angeordneten Membranen nachspannen und in
Richtung auf den ATR-Kristall (1) drücken, wobei die dem ATR-
Kristall (1) näher gelegene Nachspannvorrichtung auf der dem ATR-
Kristall (1) abgewandten Seite einen Anschlag für die dem ATR-
Kristall (1) fernere Nachspannvorrichtung aufweist, der zwei
umlaufende Schrägflächen (25a", 25b") besitzt, deren Schräge dem
Keilwinkel der beiden umlaufenden Kantenlinien der dem ATR-
Kristall (1) ferneren Nachspannvorrichtung entspricht.
19. ATR-Meßzelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden übereinander angeordneten Nachspannvorrichtungen so
ausgebildet sind, daß bei gegenseitiger Fixierung die zwischen
ihnen gespannte Membran zwischen den beiden umlaufenden
Keilen (24a", 24b") der vom ATR-Kristall (1) ferneren
Nachspannvorrichtung so gepreßt wird, daß sie in diesem Bereich
einen großen Ohmschen Widerstand darstellt.
20. ATR-Meßzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die
dem ATR-Kristall (1) nähere Nachspannvorrichtung innerhalb der
beiden umlaufenden Keile (24a', 24b') Aussparungen aufweist, so
daß zwischen den beiden aufgespannten Membranen zwei
Hohlvolumina (22a, 22b) entstehen, die über einen getrennten
Zulauf (26a, 26b) und einen getrennten Ablauf (27a, 27b) innerhalb
der dem ATR-Kristall (1) näheren Nachspannvorrichtung separat
befüllt werden können.
21. ATR-Zelle nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der dem ATR-Kristall (1) näheren aufgespannten
Membran und dem ATR-Kristall (1) ein Hohlvolumen entsteht, das
durch einen Zulauf und einen Ablauf innerhalb der Grundplatte (28),
an der zumindest eine der beiden Nachspannvorrichtungen befestigt
ist, befüllt und entleert werden kann.
22. ATR-Zelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die
dem ATR-Kristall (1) fernere Nachspannvorrichtung innerhalb der
beiden umlaufenden Keile (24a', 24b') Aussparungen aufweist, die
in entgegengesetzter Richtung zu den beiden gespannten
Membranen separat mit zwei getrennten Hohlräumen verbunden
sind, so daß nach Befüllung sämtlicher Hohlräume der montierten
ATR-Zelle (20) mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit und nach
Anlegen einer elektrischen Spannung an die Hohlräume, die mit den
Aussparungen der dem ATR-Kristall (1) ferneren
Nachspannvorrichtung verbunden sind, ein Stromfluß erzeugt
werden kann, der von dem mit einer Kathode verbundenen
Hohlraum beide Membranen zweimal passierend zu dem mit einer
Anode verbundenen Hohlraum fließt.
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