DE2045196B2 - Durchfluss-differentialrefraktormeter als detektor fuer die fluessigkeits-chromatographie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Durchfluß-Differentialrefraktometer als Detektor für die Flüssigkeits-Chromatographie.

Es ist bekannt, in derartigen Geräten als Strahlenteiler ein Glas-Prisma zu verwenden: Das aus der Küvette austretende Lichtbündel trifft auf eine Kante des Prismas, wird dadurch in zwei Hälften aufgeteilt und auf die Fotowiderstände reflektiert. Die beiden Fotowiderstände sind beidseitig des Prismas angeordnet. Es ist weiterhin bekannt, als Strahlenteiler einen kleinen Umlenkspiegel zu verwenden. Das Lichtbündel wird in zwei Teilbündel zerlegt: Der Spiegel reflektiert das eine Teilbündel auf einen seitlich angeordneten Fotowiderstand, während das andere Ttilbündel zum anderen, in Strahlrichtung des Lichtbündels angeordneten Fotowiderstand frei passieren kann. Den in Verbindung mit Durchfluß-Differentialrefraktometern bekannten

Strahlenteilern liegt also das Prinzip der Reflexion zugrunde.

Bei derartigen Strahlenteilern erweist es sich als nachteilig, daß die verwendeten fotoelektrischen Bauelemente voneinander getrennt angeordnet sein müssen, sofern nicht weitere Umlenkspiegel verwendet werden, die den Justieraufwand wesentlich erhöhen. Die voneinander getrennt angeordneten fotoelektrischen Bauelemente befinden sich auf verschiedenen Temperaturen, falls für das Differentialrefraktometer nicht ein kostspieliger Thermostat vorgesehen ist. Da die Lichtempfindlichkeit aller bekannten fotoelektrischen Bauelemente, insbesondere von Halbleiterelementen, stark temperaturabhängig ist, ergeben sich auch bei Verwendung von Bauelementen mit identischer Charakteristik Fehler bei der Anzeige. Diese Fehler werden unkontrollierbar, wenn sich die Temperatur während einer Messung ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Differentialrefraktometer mit einem besonders einfachen optischen System hinter der Durchfluß-Differentialküvette anzugeben. Das optische System soll das aus der Küvette austretende Lichtbündel in zwei Teilbündel Λο zerlegen und jedes Teilbündel auf einem zugeordneten Fotowiderstand derart abbilden, daß die beiden Fotowiderstände unmittelbar nebeneinander angeordnet werden können.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß das < >s die Durchfluß-Differentialküvette durchsetzende Lichtbündel auf einen dahinter angeordneten Strahlenteiler und schließlich auf zwei nebeneinanderliegende und zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltete Fotowiderstände trifft Gemäß der Erfindung ist als optisches System hinter der Durchfluß-Differentialküvette ein auf der Lichtbrechung beruhender Strahlenteiler in Form von zwei dachförmig aneinandergesetzten planparallelen Glasplatten gleicher Stärke in Verbindung mit einer nachgeschalteten Sammellinse verwendet. Mit einem solchen optischen System wird erreicht, daß die Ablenkung des Lichtbündels in der Differentialküvette umgesetzt wird in Unterschiede der Beleuchtungsstärke zweier ortsfester Flächen stets gleichbleibender Größe am Ort der Fotowiderstände. Für das gesamte optische System ergibt sich infolge der kleinen Zahl der benötigten optischen Elemente ein sehr geringer Justieraufwand. Bei einer Änderung der Brechungsindexdifferenz in den Küvetten bleiben die am Ort der Fotowiderstände abgebildeten Flächen nach Größe und Lage erhalten und es tritt keine seitliche Verschiebung dieser Flächen auf.

Ein Strahlenteiler in Form von zwei dachförmig aneinandergesetzten pianparallelen Glasplatten ist an sich bekannt und z. B. für ein Interferometer (DL-PS 43 155) angegeben worden. Der Strahlenteiler befindet sich im Lichtweg unmittelbar vor den Küvetten. Bei einem Interferometer wird die Brechungsindexdifferenz nach einem anderen Prinzip, nämlich aus der Verschiebung der auftretenden Interferenzstreifen ermittelt. Durch Verschwenken von Kompensatorplattcn werden die Interfeienüstreifen in die Ausgangslage zurückgeführt und aus der Größe der Kompensationsbewegung der Brechungsindex abgeleitet.

Die beiden Fotowiderstände sind auf einer gemeinsamen gut wärmeleitenden Haltevorrichtung befestigt oder in einem einzigen Differentialfotowiderstand zusammengefaßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben Gleiche Bauelemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 einen aus zwei nebeneinander gesetzten Platten bestehenden an sich bekannten Strahlenteiler in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines Durchfluß-Differentialrefraktometers unter Verwendung dieses Strahlenteilers in Verbindung mit dem optischen System nach der Erfindung,

F i g. 3 den Strahlengang durch das opt^!sche System, wenn der Brechungsindex der Meßflüssigkeit gleich dem der Vergleichsflüssigkeit ist, und

F i g. 4 den Strahlengang durch das optische System, wenn der Brechungsindex der Meßflüssigkeit ungleich dem der Vergleichsflüssigkeit ist.

In Fig. 1 ist ein an sich bekannter Strahlenteiler dargestellt, der aus zwei planparallelen Glasplatten 1 und 2 gleicher Stärke besteht. Die Glasplatten 1 und 2 sind an einer Seite keilförmig angeschliffen und anschließend aneinandergesetzt. Da sie dieselbe Stärke besitzen, liegen ihre entsprechenden Oberflächen symmetrisch bezüglich der Stoßfläche 3. Bei Verwendung desselben Glasmaterials für beide Glasplatten 1 und 2 wird ein idealisiert als Linie gedachter Lichtstrahl 4, der parallel zur Stoßfläche 3 senkrecht auf die innere Stoßkante auftrifft, durch Lichtbrechung in zwei Strahlen 5 und 6 zerlegt, die parallel und im selben Abstand zur Richtung des einfallenden Lichtstrahls 4 wcitergeleitet werden. Dieser Abstand hängt von der Dicke der beiden Glasplatten 1 und 2, von ihrem Brechungsindex und von ihrer Neigung gegeneinander

ab. Ein auf den Strahlenteiler divergent auffallendes Lichtstrahlbündel wird entsprechend in zwei Teilstrahlbündel zerlegt Die Wirkungsweise eines solchen Strahlenteilers ist in der Optik bekannt, vornehmlich seine Eigenschaft, ein Lichtstrahlbündel in zwei Teilstrahlbündel aufzuteilen und die beiden Teile parallel zur optischen Achse zu versetzen.

In Fi g. 2 ist ein Differentialrefraktometer dargestellt, das als Detektor in der Flüssigkeits-Chromatographie eingesetzt wird.

Von einer Lichtquelle 7 fällt über einen Kondensor 8 ein durch einen Spalt 9 ausgeblendetes Lichtstrahlbündel, von dem nur der Mittelstrahl 4 idealisiert als Linie dargestellt ist, in bekannter Weise in eine Durchfluß-Differentialküvette 10. Die Küvette 10 enthält eine Kammer für die Vergleichsflüssigkeit 11 mit dem Brechungsindex m und eine Kammer für die durchströmende Meßflüssigkeit 12 mit dem Brechungsindex n₂. Sind die Brechungsindizes n\ und n₂ der beiden Flüssigkeiten gleich groß, so durchläuft der Mittelstrahl 4 die Küvette 10 geradlinig und trifft dann auf das optische System, bestehend aus dem Strahlenteiler mit den beiden Glasplatten 1 und 2 und der dahinter angeordneten in den F i g. 3 und 4 dargestellten Sammellinse 22. Bei Übereinstimmung der Brechungsindizes trifft der Mittelstrahl auf die innere Stoßkante des Strahlenteilers aus den beiden Glasplatten 1 und 2 und wird in zwei Strahlen 5 und 6 aufgeteilt, die auf die Fotowiderstände 13 und 14, z. B. einen Differentialfotowiderstand treffen. Die Fotowiderstände sind mit den Widerständen 15 und 16 zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltet, die von der Konstantspannung U gespeist wird. Die an der Brückendiagonale abgegriffene Signalspannung wird über einen Verstärker 17 einem Anzeigeinstrument 18, z. B. einem Schreiber, zugeführt.

Sind die Brechungsindizes n\ und m gleich groß, so werden die Fotowiderstände 13 und 14 gleich beleuchtet, und die Signalspannung ist Null. Ändert sich der Brechungsindex n?. der durch die Küvette 10 fließenden Meßflüssigkeit 12, so ändert sich auch der Ausfallwinkel des Mittelstrahles 4. Für n\>n₂ wird der Mittelstrahl nach oben abgelenkt (gestrichelt eingezeichnet), für /Ji < /?2 wird er nach unten abgelenkt und der eine der Fotowiderstände 13 und 14 wird mehr, der andere weniger beleuchtet. Der Ausschlag des Anzeigeinstrumentes 18 ist ein Maß für die Differenz der Brechungsindizes n\ und n₂.

Wie in F i g. 2 gezeigt, ist es zweckmäßig, anstelle von zwei Fotowiderständen 13 und 14 einen Differentialfotowiderstand zu verwenden, bei dem ?wei eng benachbarte lichtempfindliche Flächen in demselben Gehäuse untergebracht sind. Dadurch besitzen die beiden lichtempfindlichen Flächen dieselbe Temperatur. Außerdem stimmen sie aufgrund ihrer gemeinsamen Herstellung in Temperaturabhängigkeit und Lichtempfindlichkeit besser überein als zwei einzelne Fotowiderstände. Durch die Verwendung eines Differentialfotowiderstandes bleiben Temperaturänderungen im Differentialrefraktometer weitgehend ohne Einfluß auf die Anzeige.

In der prinzipiellen Darstellung von F i g. 2 ist nur der Mittelstrahl 4 eines von der Lichtquelle 7 ausgesandten ■ Lichtstrahlbündels eingezeichnet Bei der praktischen Verwirklichung eines Differentialrefraktometers muß man aber den Strahlengang des gesamten Lichtsirahlbündels berücksichtigen. Man verwendet daher Linsen, um das Bild der Lichtquelle 7 auf die beiden

ic fotoelektrischen Bauelemente 13 und 14 abzubilden. Dazu wird zweckmäßigerweise zunächst mittels einer oder mehrerer Linsen ein Bild der Lichtquelle 7 in der Küvette 10 erzeugt. Die Lichtquelle 7 kann dabei auch durch einen zweiten (nicht dargestellten) beleuchteten Spalt ersetzt werden. Außerdem wird der von der Lichtquelle 7 beleuchtete Spalt 9 auf dem Strahlenteiler abgebildet.

In den F i g. 3 und 4 ist für Px = H₂ bzw. für n\ > n₂ der Strahlengang eines Lichtstrahlbündels durch den Strahlenteiler gezeigt. Die Stelle, an der das Bild eines Punktes der Lichtquelle 7 entsteht, ist dabei mit 19 bezeichnet.

In F i g. 3 ist der Brechungsindex n₂ der Meßflüssigkeit gleich dem Brechungsindex /?i der Vergleichsflüssigkeit.Die Stoßfläche 3 der beiden Glasplatten 1 und 2 liegt wiederum in der optischen Achse des Differenlialrefraktometers. Der Mittelstrahl 4 des von der Stelle 59 ausgehenden Lichtstrahlbündels wird, wie in Fig. 1, in zwei Teilstrahlen 5 und 6 zerlegt. Das Lichtstrahlbündel

jo selbst wird durch den Strahlenteiler in zwei Teilstrahlbündel 20 und 21 zerlegt, die von den Strahlen 5 bzw. 6 begrenzt werden. Hinter dem Strahlenteiler ist die Sammellinse 22 zwecks Fokussierung der beiden Teilstrahlbündel 20 und 21 auf je einem der beiden fotoelektrischen Elemente 13 und 14 angeordnet. Insgesamt entsteht also ein zur optischen Achse, in der der Mittelstrahl 4 verläuft, symmetrischer Strahlengang. Beide Elemente 13 und 14 erhalten gleichviel Licht, und das in der Wheatstone-Brücke angeordnete Anzeigeinstrument 18 zeigt keinen Ausschlag.

In F i g. 4 ist der Brechungsindex n₂ der Meßflüssigkeit kleiner als der Brechungsindex Πι der Vergleichsflüssigkeit. Das von der Stelle 19 ausgehende Lichtstrahlbündel und mit ihm der (gestrichelt eingezeichnete) Mittelstrahl dreht sich nach oben. Der Strahlengang ist nun nicht mehr symmetrisch. Die Glasplatte 2 des Strahlenteilers wird von einer größeren Lichtmenge durchsetzt als die Glasplatte 1. Dadurch erhält das fotoelektrische Bauelement 14 mehr Licht als das Element 13, und das Anzeigeinstrument i8 zeigt einen entsprechenden Ausschlag. Der öffnungswinkel der auf die fotoelektrischen Bauelemente 13 und 14 auffallenden Teilstrahlbündel ist dabei ein Maß für die jeweilige Beleuchtungsstärke.

ss Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sich bei einer Änderung des Brechungsindexes der Meßflüssigkeit nur die Beleuchtungsstärke, nicht aber der Auftreffort der Teilstrahlbündel auf den fotoelektrischen Elementen ändert.

Hierzu ? Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Durchfluß-Differentialrefraktometer als Detektor für die Flüssigkeits-Chromatographie, bei dem das eine Durchfluß-Differentialküvette durchsetzende -> Lichtbündel auf einen dahinter angeordneten Strahlenteiler und schließlich auf zwei nebeneinanderliegende, zu einer Wheatstoneschen Brücke zusammengeschaltete Fotowiderstände trifft, dadurch gekennzeichnet, daß als optisches System hinter der Durchflußdifferentialküvette ein auf der Lichtbrechung beruhender Strahlenteiler in Form von zwei dachförmig aneinandergesetzten pianparallelen Glasplatten (1, 2) gleicher Stärke in Verbindung mit einer nachgeschalteten Sammellinse ι s (22) verwendet ist.