DE2142237B2

DE2142237B2 - Vorrichtung zur optischen Analyse eines flüssigen Probenstroms

Info

Publication number: DE2142237B2
Application number: DE2142237A
Authority: DE
Inventors: Alan H. White Plains Elkind; Warren Whitestone Groner; Alex M. Bedford Village Saunders
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1970-08-28
Filing date: 1971-08-24
Publication date: 1974-01-10
Also published as: AU3143671A; DE2142237A1; US3661460A; NL7111164A; GB1321917A; FR2106060A5; AU445066B2; BE770541A; DE2142237C3; CA936017A; CH552807A

Description

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flächen eines zylindrischen Mantelstroms, der einen engungsstelle unter einem negativen Druck abzu-

zylindrischen Probenstrom umgibt, wurde daher nicht führen.

erwähnt. Dadurch ist es möglich, im Auftreffbereich des

Eine weitere VorveröSentlichung von P. F. von der optischen Einrichtung ausgehenden Licht-

Mullaney, M. A. Van Dilla, J. R. Coulter 5 Strahls den ummantelten Strom sehr eng zu be-

und P. N. D ean mit dem Titel »Cell Sizing: A Light- grenzen.

Scattering Photometer for Rapid Volume Deternrna- In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltion« in der Fachzeitschrift »THE REVIEW OF fangen der Erfindung angegeben.
SCIENTIFIC INSTRUMENTS«, Bd. 48, Nr. 8 Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung August 1969, befaßt sich mit experimentellen Unter- io werden an Hand von Figuren beschrieben,
suchungen, die in der gleichen allgemeinen Richtung Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer nach liegen. Aus diesem Aufsatz ist eine Durchflußkammer der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur optibekannt, in der der ummantelte Strom in ein flüssiges sehen Analyse durch Fotometrie mit einer Durch-Umgebungsmedium eingeführt wird, das von der flußkammer;

Kammer in dem mit Fenstern versehenen Beobacli- 15 Fig. 2A zeigt einen Längsschnitt durch die in der tungsbereich stromaufwärts von einer verengten Ein- Fig. 1 dargestellte Durchflußkammer;
trittsöffnung begrenzt ist, durch die darm der Strom Fig. 2B zeigt einen weiteren Längsschnitt durch abfließt. Diese bekannte Durchflußkammer basiert die Durchflußkammer mit einer gegenüber der Darauf dem früheren Aufsatz von P. J. Crosland- stellung nach der Fig. 2A senkrecht verlaufenden Taylor. 20 Schnittebene;

Bei der Verwendung dieser bekannten Durchfluß- F i g. 3 ist eine Querschnittsansicht längs der in der

kammer ergeben sich zahlreiche optische Schwierig- Fig. 2B dargestellten Schnittlinie 3-3 und zeigt den

keiten, die vor allem kurze Beobachtungsabstände ummantelten Strom innerhalb der Durchflußkammer;

in der Größenordnung von 2 mm nicht zulassen. F i g. 4 ist eine stark vergrößerte, teilweise Quer-

Darüber hinaus werden, selbst wenn man von der 25 schnittsansicht längs der in der Fig. 2B dargestellten

Lichtbrechung an den Grenzflächen des Mantelstroms Schnittlinie 4-4 und zeigt, wie die Lichtbrechung an

absieht, durch in dem Beobachtungsbereich einge- den Grenzflächen des ummantelten Stroms in der

fangene Luftbläschen unerwünschter Lichtbrechungen Durchflußkammer kompensiert wird;

hervorgerufen. Weiterhin ist die Beobachtungs- Fig. 5 ist eine der Fig. 2A ähnliche Ansicht und

strecke auf einen kleinen Bereich stromaufwärts der 30 zeigt einen Längsschnitt durch eine abgeänderte

verengten Eintrittsöffnung beschränkt. Durchflußkammer.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Die F i g. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel die die störenden Lichtbrechungen zu beseitigen. Dies Hauptelemente einer Vorrichtung zur optischen Anaist insbesondere wichtig, venn man ein fotome- lyse durch Fotometrie einer Substanz, die sich in irisches Lichtsteuerungsverfahren anwendet, das mit 35 einem Flüssigkeitsstrom befindet, der von einem koeinem Dunkelfeld arbeitet. axialen Mantelstrom aus einer durchsichtigen Flüs-

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs be- sigkeit umgeben ist. Die den Mantelstrom bildende schriebene Vorrichtung nach der Erfindung dadurch durchsichtige Flüssigkeit befindet sich in einem Vorgekennzeichnet, daß zur Kompensation des Ein- ratsbehälter 10. Von dem Vorratsbehälter 10, der in flusses der Lichtbrechung an der Grenzfläche zwi- 4° Form eines Kolbens ausgebildet ist, führt eine Entschen dem Mantelstrom und dem Probenstrom der nahmeleitung 11 zu einem erhöht angeordneten Uber-Radius des Probenstroms durch Steuerung der rela- lauf gefäß 12. Eine Überlaufleitung 13 fuhrt unter tiven Strömungsgeschwindigkeit des Mantelstroms Einwirkung der Schwerkraft überschüssige Flussig- und des Probenstroms einstellbar ist. keit von dem Überlaufgefäß 12 zu dem Vorratsbe-

Auf diese Weise ist es bei der optischen Analyse 45 hälter 10 zurück.

durch Fotometrie möglich, eine in dem ummantelten Eine in der Entnahmeleitung 11 angeordnete

flüssigen Probenstrom enthaltene Substanz genau zu Pumpe 14 befördert die Mantelstromflussigkeit von

untersuchen und den ummantelten Strom auf einen dem Vorratsbehälter 10 in das Uberlaufgetali12, m

sehr kleinen Durchmesser zu verengen, der in dem dem sich infolge des Überlaufs ein gleichbleibender

Meßbereich von der Wandung des einen Durchfluß- 50 Flüssigkeitsstand einstellt. Am Boden des Uoeriaut-

kanal bildenden rohrförmigen Körpers begrenzt sein gefäßes 12 befindet sich ein Flüssigkeitsauslaß, an den

kann Dadurch wird in dem Meßbereich das Vo- eine Falleitung 15 angeschlossen ist, die zu einer tie-

lumen des ummantelten Stroms auf einen solchen fer liegenden Durchflußkammer 16 fuhrt. Die Durch-

Anteil beschränkt, der gerade noch in der Lage ist, flußkammer hat eine längliche rohrformige Form, wie

die zu untersuchenden Proben mitzuführen. Dies hat 55 es in der Figur gezeigt ist. Die Leitung 15 zweigt sich

den weiteren Vorteil, daß die Proben durch überflüs- auf und ist zur Bildung des Mantelstroms an zwei

siges Fluid nicht abgedunkelt werden. Ferner können Flüssigkeitseinlässe 17 angeschlossen. Die Einlasse

die Lichtmeßeinrichtungen sehr dicht bei dem Pro- 17 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten in

benstrom angeordnet werden. der Wand der Durchflußkammer angeordnet.

Zur Steuerung der relativen Strömungsgeschwin- 60 Durch die eine abgeschlossene Stirnseite der

digkeit des Mantelstroms und des Probenstroms wird Durchflußkammer erstreckt sich eine Probenzurunr-

vorzugsweise der Zufluß der Mantelflüssigkeit zu leitung 18, die in axialer Richtung m die Durchfluß-

dem rohrförmigen Körper gesteuert. Zum Einstellen kammer ragt und zwischen den Flussigkeitseinlassen

von optimalen Betriebsbedingungen ist es zweck- 17 angeordnet ist. Die rohrformige Probenzufuhrleimäßig, den Mantelstrom und den Probenstrom dem 65 tung 18 endet in Durchflußrichtung gesehen hinter

rohrförmigen Körper unter positivem Druck zuzu- den Flussigkeitseinlassen 17 im Durchflußkanal der

führen und den sich ergebenden ummantelten Strom Kammer 16. In bezug auf den J^¹^» ^JJuB-

über eine Ausströmungsöffnung hinter der Ver- kanal der Durchflußkammer ist die Probeiuufuhrlei-

tungl8 konzentrisch angeordnet. Der Außendurch- spielsweise in der USA.-Patentschrift 3 109 714 be-

messer der rohrförmigen Probenzufuhrlei lung 18 ist schrieben ist. Praktisch pulsations- und stoßfrei kann

wesentlich geringer als der Innendurchmesser des man die Proben mit einer Schlauchquetschpumpe, wie

Durchflußkanalabschnitts, in den sich die Probenzu- sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 935 028

fuhrleitung erstreckt. 5 beschrieben ist, durch das Leitungssystem transpor-

Das der abgeschlossenen Stirnseite gegenüberlie- tieren.

gende Ende der Durchflußkammer 16 bildet ein Aus- Pulsationen des Probenstroms und des Mantelströmende, an das eine zu einem Behälter führende Stroms innerhalb der Durchflußkammer wirken sich Leitung 19 angeschlossen ist. Bei dem Behälter kann auf das Meßergebnis nachteilig aus. Aus diesem es sich um einen mit einem Stöpsel versehenen KoI- io Grunde kann man der Durchflußkammer 16 den ben 20 handeln. Vom Kolbenhals führt eine Leitung Mantelstrom unter der Einwirkung der Schwerkraft 21 über einen Regulator 23 zu einer Vakuumpumpe von einem erhöht angeordneten Gefäß mit gleich- 24. Mit Hilfe der Vakuumpumpe soll der ummantelte bleibendem Flüssigkeitsstand zuführen, beispiels-Strom aus der Durchflußkammer 16 abgesaugt wer- weise von dem dargestellten Überlaufgefäß 12. Der den. In der Vakuumpumpenleitung 21 befindet sich 15 Proben-und der Mantelstrom sollten ähnliche Viskoein Druckmesser 240. sitäten haben, zumindest bei ihrem Zusammentreffen

Die Durchflußkammer 16, die noch im einzelnen und auf ihrem gemeinsamen Weg durch die Durchbeschrieben wird, besteht zum größten Teil aus einem flußkammer. Abweichend von der gezeigten Anorddurchsichtigen Material, beispielsweise Glas Ein nung kann man aber auch den Mantelstrom in genau durchsichtiger Abschnitt der Durchflußkammer 16 20 der gleichen Weise wie den Probenstrom mit Hilfe arbeitet mit einem Fotometer zusammen, dessen einer Pumpe über die Flüssigkeitseinlässe 17 durch Lichtquelle 25 auf der einen Seite der Durchfluß- die Durchflußkammer schieben oder ziehen,
kammer und dessen Lichtfühler 26 auf der anderen Die Durchflußkammer kann auch mit einem einSeite der Durchflußkammer angeordnet ist. Das von zigen, die rohrförmige Leitung 18 konzentrisch umder Lichtquelle ausgesandte Licht durchsetzt somit 25 gebenden Einlaß für den Mantelstrom ausgerüstet den durch die Durchflußkammer fließenden Strom und sein. Im vorliegenden Beispiel ist es wichtig, daß der gelangt von dort zu dem Lichtfühler, wie es gezeigt ist. Mantelstrom von seinem Einlaß aus in die Durch-

Man kann den Lichtfühler auch senkrecht von dem flußkammer bis zum Erreichen des Endes der Provon der Lichtquelle ausgesandten und auf dem um- benzufuhrleitung 18 eine hinreichende Strömungsmantelten Strom auftreffenden Lichtstrahl anordnen, 30 strecke vorfindet, so daß die Mantelflüssigkeit in der um beispielsweise die von dem Inhalt der Durchfluß- Lage ist, diesen Teil der Durchflußkammer vollstänkammer 16 erzeugte Fluoreszenz zu messen. Gemäß dig auszufüllen und vor dem Zusammentreffen mit einem anderen fotometrischen Verfahren kann man dem Probenstrom eine ausgeglichene laminare Ströauch das von dem zu analysierenden Strom in Rieh- mung zu bilden, die die Probenzufuhrleitung derart tung der Lichtquelle reflektierte Licht zu einem an 35 umgibt, daß der Mantelstrom den aus der Probenzueiner passenden Stelle angeordneten Lichtfühler ab- fuhrleitung austretenden Probenstrom mit sich führt lenken. Wenn die Lichtquelle und der Lichtfühler in und zum Ausströmende der Durchflußkammer weider gezeigten Weise angeordnet sind, wird die Licht- terbefördert, an das die Leitung 19 angeschlossen ist. durchlaßfähigkeit oder die Lichtabsorption der zu Nach dem Verlassen der rohrförmigen Probenzuanalysierenden Proben gemessen. Streulichtmessun- 40 fuhrleitung 18 wird der Durchmesser des Probengen sind ebenfalls möglich. Stroms vermindert. Dies wird dadurch erreicht, daß

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sei an- die relative Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem genommen, daß die Proben in einer Suspension Teil- Probenstrom und dem Mantelstrom verändert wird, chen enthalten, die durch von den Teilchen hervor- Da es infolge der Verstopfungsgefahr nicht zweckgerufene Vorwärtsstreuung von Licht gezählt werden 45 mäßig ist, in der Probenzufuhrleitung eine Drosselsollen, also durch Streuung von Licht in Richtung auf stelle einzuschalten, beispielsweise in Form eines den Lichtfühler, wenn die Teilchen praktisch hinter- Drosselventils od. dgl., befindet sich in der Falleitung einander in einem Strom zwischen der Lichtquelle 15 für den Mantelstrom zwischen dem Überlaufgefäß und dem Lichtfühler hindurchlaufen. Bei Verfahren, 12 und den Flüssigkeitseinlässen 17 ein Nadelventil die die Lichtstreuung messen, ist es zur Genauigkeit 50 28, das die in die Durchflußkammer eintretende der Analyse besonders wichtig, daß keine Licht- Durchflußmenge der Mantelstromflüssigkeit steuert, brechung auftritt. An Stelle des Nadelventils 28 kann man auch

Der Probenstrom kann schrittweise oder konti- einen anderen Strömungswiderstand verwenden,

nuierlich über die Probenzufuhrleitung 18 in die Wenn man den Durchfluß der Mantelstromflüssig-Durchflußkammer gezogen oder geschoben werden. 55 keit verringert, wird beim Zusammentreffen dei

Zur Probenzufuhr kann man beispielsweise die in der Ströme der Querschnittsradius des Probenstromi

USA.-Patentschrift 2 879141 beschriebene automa- größer. Wenn man andererseits den Durchflu£

tisch arbeitende Probenzufuhreinrichtung (nicht ge- der Mantelstromflüssigkeit erhöht, nimmt der Quer

zeigt) verwenden, in der mehrere zu untersuchende schnittsradius des Probenstroms ab. Die Brechunj Proben gehaltert sind. Die einzelnen Proben können 60 des auf dem Probenstrom auftreffenden Lichts de

in den Leitungen durch ein Fluid voneinander getrennt Lichtquelle 25 ist eine Funktion, zumindest jedocl

sein, das die Integrität der Proben aufrechterhält und zum Teil, des Querschnittsradius des Probenstroms

auf dem Weg des Probenstroms zu der Analysier- Im folgenden wird an Hand der Fig. 2A bis -

Vorrichtung die Leitungswände reinigi, wie es in der der Aufbau und die Wirkungsweise der Durchfluß obigen Patentschrift beschrieben ist. Vor dem Ein- 65 kammer 16 beschrieben. Die Durchflußkammer eni

tritt in die Durchflußkammer wird das trennende hält einen langgestreckten, rohrförmigen Körper 3

Fluid im allgemeinen aus dem Strom entfernt. Hierzu aus durchsichtigem Glas mit sich diametral geger

kann man eine Einrichtung verwenden, wie sie bei- überliegenden seitlichen Ansätzen, die aufeinand«

7 ^v 8

ausgerichtet sind und die Einlasse 17 für den Man- betragen kann, erstreckt sich, wie es in der Fig. 2A telstrom bilden. In die Ansätze sind Verbindungs- gezeigt ist, durch das verdickte Ausströmende 40 stücke 31 eingeschoben, auf die die in der F i g. 1 des rohrförmigen Körpers 30. Das Ausströmende 40 dargestellten Abzweigungen der Leitung IS aufge- wird von dem einen Ende einer Hülse 41 aufgenomschoben werden können. Die Einlaßansätze sind 5 men, in deren anderes Ende ein passendes Verbinzwischen den Enden des Körpers 30 der Durchfluß- dungsstück 43 eingeschoben ist, an das die Abflußkammer angeordnet und haben etwa den gleichen leitung 19 (F i g. 1) angeschlossen werden kann, die Innendurchmesser wie der Längsabschnitt 32 der den ummantelten Strom von der Durchflußkammer Durchflußkammer, mit dem sie in Verbindung zu einem Auffanggefäß leitet, bei dem es sich beistehen. Der erwähnte Innendurchmesser beträgt etwa io spielsweise um den in der F i g. 1 dargestellten KoI-3 mm. ben handeln kann. Die über die Leitung 21 mit dem Der Langsabschnitt 32 erstreckt sich bis zum hin- Kolben 20 verbundene Vakuumpumpe 22 entleert teren Ende der Durchflußkammer, das von einem die Durchflußkammer. Es hat sich gezeigt, daß trotz Stopfen 34 verschlossen ist, durch dessen Mitte sich eines verschieden hohen Vakuums die Pumpe 22 keider Mittelabschnitt der rohrförmigen Probenzufuhr- 15 nen Einfluß auf die radiale Querschnittsabmessung leitung 18 erstreckt. Die Probenzufuhrleitung 18, die des von dem Mantelstrom umgebenen Probenstroms sich konzentrisch in den Langsabschnitt 32 erstreckt, innerhalb des von dem verengten Abschnitt 42 der wird von dem Stopfen 34 flüssigkeitsdicht gehaltert. Durchflußkammer gebildeten Meßbereichs nimmt. Das vordere freie Ende 36 der rohrförmigen Leitung Sobald der Probenstrom über die Rohrleitung 18 18 erstreckt sich bis über die seitlichen Ansätze, die 20 in den Längsabschnitt 32 der Durchflußkammer eindie Einlasse 17 für die Mantelstromflüssigkeit bilden, gebracht ist, wird er von dem schneller strömenden hinaus und endet innerhalb des Längsabschnitts 32, laminaren Mantelstrom mitgeführt und beschleunigt, dessen Querschnitt kreisförmig ist. Die zylindrische Unter der Wirkung des verengten Abschnitts 42 des Rohrleitung 18, deren Außendurchmesser wesentlich Durchflußkanals werden die Ströme bereits vor dem kleiner als der Innendurchmesser des Längsabschnitts 25 Erreichen des Meßbereichs proportional eingeengt 32 ist, hat einen Innendurchmesser von etwa 5 mm und beschleunigt. Die kleinen Teilchen, die in der und besteht aus einer Injektionskanüle oder einem den Probenstrom bildenden verdünnten Suspension Rohr geringen Durchmessers aus einem nicht korro- vorhanden sind, strömen daher, anstatt nebeneindierenden Metall. Der Durchflußkanal der Rohrlei- ander, nacheinander durch den verengten Abschnitt rung 18 hat einen kreisförmigen Querschnitt. 30 42, so daß sie von dem Fotometer gemessen werden Wie es in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, wird können, das eine nicht dargestellte Aufzeichnungseinder hintere Endabschnitt der Rohrleitung 18 von dem richtung betätigt. In den F i g. 3 und 4 ist der Probeneinen Ende einer Hülse 37 aufgenommen, deren strom mit 46 und der Mantelstrom mit 48 bezeichnet, anderes Ende derart ausgebildet ist, daß es ein Ver- In Abhängigkeit von der relativen Strömungsgebindungsstück 38 aufnimmt, auf das eine passende 35 schwindigkeit zwischen dem Probenstrom und dem Probenzuleitung (nicht gezeigt) geschoben werden Mantelstrom kann der Durchmesser des Probenkann. In einem gewissen Abstand vor dem vorderen Stroms in einem besonderen Fall etwa 0,076 mm bej Ende 36 der Rohrleitung 18 verjüngt sich die Innen- tragen. Ferner kann der Probenstrom beispielsweise ! wand des Durchflußkanals des rohrförmigen Körpers 9 °/o des Gesamtstroms ausmachen. Unter diesen Be-30 und geht in einen engen Drosselabschnitt 42 mit 40 dingungen beträgt der Gesamtdurchfluß der verkreisförmigem Querschnitt über. Die auf diese Weise einigten Ströme durch die Durchflußkammer 5 ml pro gebildete, zur Messung dienende Drosselbohrung er- Minute, und die Reynoldsche Zahl beträgt 510.
streckt sich zwischen der Lichtquelle 25 und dem Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist Lichtfühler 26 hindurch und geht über diesen Meß- in der F i g. 5 dargestellt. Die dort gezeigte Durchflußbereich hinaus, wie es in den Fig. 2 A und 2 B ge- 45 kammer SO enthält einen länglichen blockartigen Körzeigt ist. P^er Sl₅ ^der senkrecht ausgerichtet ist und an seinem Im Bereich der Lichtdurchtrittsstrecke sind die oberen Ende zwei zusammenlaufende Bohrungen aufAußenwände des rohrförmigen Körpers auf einander weist, die als Mantelstromeinlässe 52 dienen. In die gegenüberliegenden Seiten dünner ausgebildet und Bohrungen sind Verbindungsstücke 54 eingesetzt, an abgeflacht, wie es an den Stellen 44 gezeigt ist, die der 5° die die Abzweigungen der Mantelstromzuleitung If Lichtquelle bzw. dem Lichtfühler gegenüberliegen. angeschlossen werden können, wie es bereits im Zu-Dadurch kann man, wie es aus den F i g. 2 A und 3 sammenhang mit der F i g. 1 beschrieben ist. Die Einhervorgeht, die Lichtquelle 25 und den Lichtfühler 26 lasse 52 laufen, wie gezeigt, in eine zentral angeord· - sehr dicht an den von dem ummantelten Probenstrom nete, längliche Bohrung zusammen, die den Durch durchströmten verengten Abschnitt 42 heranbringen, 55 flußkanal 56 des Körpers 51 darstellt. Der Durchfluß um auf diese Weise sowie durch die Abflachung die kanal 56 erstreckt sich durch das untere Ende dei Lichtbrechung an der Außenoberfläche des rohrför- Körpers 51. Im oberen Endabschnitt des Körpers 5] migen Körpers 30 so klein wie möglich zu machen. ist eine zentrisch angeordnete, längliche Bohrunj Infolge des geringen Arbeitsabstandes der beiden vorgesehen, die zwischen den Einlassen 52 verläuft optischen Einheiten von dem zu untersuchenden 60 Diese Bohrung steht ebenfalls mit dem Durchfluß Fluidstrom, beispielsweise von etwa 0,25 mm, kann kanal 56 in Verbindung und nimmt ein Probenstrom man für den Kondensor und das Objektiv eine hohe einlaßrohr 58 auf, das der bereits beschriebenen rohr numerische Apertur verwenden. Zur Anpassung des förmigen Leitung 18 ähnlich ist. Das Einlaßrohr S Brechungsindex kann man den verengten Abschnitt erstreckt sich durch einen Halterungsstopfen 60, de 42 des rohrförmigen Körpers 30 der Durchflußkam- 65 in eine Ausnehmung in den obersten Abschnitt de mer im Bereich der Lichtdurchtrittsstrecke in ein zuletzt erwähnten zentrischen Bohrung eingesetzt is^! Immersionsöl eintauchen. Wie man sieht, erstreckt sich das Einlaßrohr 58 kori Der verengte Abschnitt 42, dessen Stärke 0,254 mm zentrisch in den Durchflußkanal 56, wobei das unter

ίο

freie Ende 62 des Einlaßrohrs 58 über dem unteren Ende des Durchflußkanals 56 endet, wie es in der F i g. 5 dargestellt ist.

Am unteren Ende des Durchflußkanals 56 ist eine Verengungsstelle vorgesehen. Im vorliegenden Fall wird diese Verengungsstelle durch einen m -den Durchflußkanal 56 eingesetzten Stopfen 64 gebildet, der eine zentrisch angeordnete Durchtrittsöffnung 66 aufweist, die sich nach unten hin verjüngt und trich-

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dem Meßbereich herausgebracht. Das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bietet außerdem den Vorteil, daß der ummantelte Strom im Meßbereich begrenzt ist, so daß die optischen Einrichtungen durch eine zufällige Ablenkung des ummantelten Stroms nicht bespritzt oder benetzt werden können. Im folgenden werden die mit den optischen Vorgangen, insbesondere der Lichtbrechung verbundenen Schwierigkeiten behandelt, die durch die Er-

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terförmig ausgebildet ist. Am unteren Ende der io findung überwunden werden. Es ist bekannt, daß die öffnung 66 des Stopfens 64 tritt der ummantelte Außenoberfläche eines Zylinders, beispielsweise des Strom in die Umgebungsatmosphäre aus und läuft zur Mantelstroms, eine Lichtbrechung verursacht, wenn fotometrischen Untersuchung zwischen einer Licht- das mit dieser Oberfläche in Berührung stehende Mequelle 68 und einem Lichtfühler 70 vorbei, die auf dium, beispielsweise Luft oder Glas, einen anderen diametral gegenüberliegenden Seiten dicht bei dem 15 Brechungsindex hat. Diese Brechung kann man innerausgetretenen Strom angeordnet sind und zwischen halb praktischer Grenzen kompensieren. Dabei wersich eine Lichtmeßstrecke bilden. Unterhalb der d di Bh bi

Lichtquelle und des Lichtfühlers kann man mit einem Trichter 72 den Strom auffangen und einem Abfluß zuführen.

Bei Betrieb nimmt die über die Einlasse 52 der Durchflußkammer 50 zugeführte Mantelstromflüssigkeit den über das Einlaßrohr 58 in den Durchfluß-

kanal 56 eingeleiteten Probenstrom mit. Dabei um- p

gibt der Mantelstrom den Probenstrom und beschleu- 25 durch ausgeführt, daß in bezug auf die gerade vornigt ihn. Dabei wird der Probenstrom von dem Man- liegenden besonderen Betriebsbedingungen, eintelstrom eingeengt, wenn die Ströme in Richtung auf schließlich der Brechungsindizes, der Querschnittsdie durch den Stopfen 64 in dem Durchflußkanal 56 radius des Probenstroms eingestellt wird. Der Quergebildete Verengungsstelle strömen. In der trichter- schnittsradius des Probenstroms ist dabei derart zu förmigen Durchtrittsöffnung des Stopfens werden 30 wählen, daß an den beiden Grenzflächen des Manteli

p p

den die Brechungsindizes des Außenmediums, beispielsweise Glas oder Luft, des Mantelstroms und des Probenstroms mit umfaßt.

Eine Kompensation wird erreicht, wenn die in der F i g. 4 dargestellten Lichtstrahlen 74 die durch den Probenstrom gezogene Mittellinie parallel zur optisehen Achse 75 des von der Lichtquelle 25 kommenden Lichts erreichen. Diese Kompensation wird dadh füh dß i

g g p

beide Ströme proportional verengt und beschleunigt, und zwar in einer ähnlichen Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit der Durchflußkammer 16 beschrieben ist. Nachdem der ummantelte Strom über

Stroms die Brechung etwa gleich und entgegengesetzt ist.

In der Darstellung nach der F i g. 4 ist der Mantelstrom von einer hohlzylindrischen Grenzoberfläche b Db

dete Lichtmeßstrecke für den ummantelten Strom sehr kurz machen. Dies ist mit Vorteilen verbunden. Um die Lichtbrechung an den Grenzflächen des Mantelstroms in dem Untersuchungsbereich zu korni k i i Pb

den Stopfen 64 aus der Durchflußkammer 50 ausge- 35 umgeben. Dabei muß der Brechungsindex N₃ des treten ist, wird er nicht mehr begrenzt. Der ausge- Probenstroms größer sein als der Brechungsindex N₂ tretene Strom durchsetzt frei fallend die Lichtmeß- des Mantelstroms, um die Brechung an den Grenzstrecke zwischen der Lichtquelle 68 und dem Licht- flächen des Mantelstroms zu kompensieren. Bei dem fühler 70. Auf diese Weise kann man die zwischen in der F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei der Lichtquelle 68 und dem Lichtfühler 70 ausgebil- 40 dem der Mantelstrom im Meßbereich nicht begrenzt dete Lichtmeßstrecke für den ummantelten Strom ist, sondern direkt an ein Gas, beispielsweise Luft,

angrenzt, gilt das Umgekehrte.

Die Brechungskraft einer zylindrischen Grenz-

g fläche ist dem Zylinderradius direkt proportional.

pensieren, kann man den Radius des inneren Proben- 45 Die Kompensation der Lichtbrechung kann man Stroms verändern, und zwar durch Einstellen der durch Verändern des Probenstromradius innerhalb relativen Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem des Mantelstroms vornehmen, vorausgesetzt, daß die Mantelstrom und dem Probenstrom, wie es bereits im absolute Differenz der Brechungsindizes des iuneren Zusammenhang mit der Durchflußkammer 16 be- Stroms und des äußeren Stroms kleiner ist als die schrieben ist. Dabei kann man das Einstellen der 5° absolute Differenz der Brechungsindizes des äußeren Strömungsgeschwindigkeit in der bereits erwähnten Stroms und des den äußeren Strom umgebenden Me-Weise vornehmen. Das in der F i g. 5 dargestellte diums, beispielsweise von Glas. Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet gegenüber In dem folgenden Beispiel ist N₁ etwa 1,51, N,

dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 den wei- etwa 1,36 und N₃ etwa 1,38. Der Radius r₀ des Manieren Vorteil, daß durch das Austretenlassen des um- 55 telstroms beträgt 0,127 mm. Der Radius τ des Pro] mantelten Stroms in die Umgebungsatmosphäre ein benstroms ergibt sich aus der folgenden Gleichung! beträchtlicher Druckabfall innerhalb des Meßbereichs vermieden wird.

Demgegenüber hat das in der Fig. 1 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel den Vorteil, daß die Durchflußkammer 16 jede beliebige Lage einnehmen kann und die zugeordneten optischen Einheiten in eine entsprechende angepaßte Stellung gebracht werden können, also in eine senkrechte oder waagerechte. Wenn man beispielsweise die Durchflußkammer 16 senkrecht derart anordnet, daß sie von unten nach oben durchströmt wird, dann werden in die Kammer eintretende Luftbläschen sehr schnell nach oben aus

1 +

r = r_n

= r₀

₁ — N.₂

Γ 1	ι ■
	N₁-N₂
H	ι
N₃-N₁,

Hieraus ergibt sich τ zu etwa 0,0193 rr^

(0,00076 inch). Entsprechend den Regeln der elementaren Optik gilt:

N₃-N₂ N₁-N₂ ' -" ^J

In dem vorstehenden Beispiel besteht der Probenstrom aus menschlichem Blut, das mit Propylenglykol verdünnt ist und bei dem die roten Blutzellen hämolysiert sind. Die Geisterbilder der roten Blutzellen haben denselben Brechungsindex wie das Verdünnungsmittel, so daß die roten Blutzellen beim Zählen der weißen Blutzellen durch Fotometrie unsichtbar sind. Ein Vorteil besteht darin, daß es bei der Verwendung der Durchflußkammer nicht erfor-

derlich ist, den Brechungsindex des Mantelstrom: dem Brechungsindex des Probenstroms anzupassen Das Fotometer ist mit einem herkömmlichei Okular (nicht gezeigt) ausgerüstet, mit dem man dei ummantelten Strom in der Durchflußkammer beob achten kann, so daß man in der Lage ist, direkt zi sagen, ob etwaige durch Brechung hervorgerufen! Fehler kompensiert sind oder nicht. In diesem Zusammenhang wird ein herkömmliches Meßobjek

ίο (nicht gezeigt) der optischen Einheiten, das durch die Durchflußkammer projiziert wird, bei dem besonderen Probenstromradius, der die Kompensation dei Lichtbrechung bewirkt, scharf eingestellt. Der fotometrische Beobachtungsbereich sollte größer sein al:

der Durchmesser des Probenstroms.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 engungsstelle (42) den ummantelten Strom an Patentansprüche- einer SteUe umschüeßt, bei der der Lichtstrahl v" der optischen Einrichtung auf den Probenstrom auftrifft.

1. Vorrichtung zur optischen Analyse eines 5 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 flüssigen Probenstroms, bei der eine in einem bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ummanrohrförmigen Körper fließende durchsichtige telte Strom hinter der Versngungsstelle (66) in die Mantelflüssigkeit und eine von der Mantelflüssig- Umgebungsluft austritt und daß die optische Einkeit umgebene und beschleunigte Probenflüssig- richtung (68, 70) den ummantelten Strom in der keit, die aas einem in dem rohrförmigen Körper io Umgebungsluft untersucht.

konzentrisch angeordneten und gegenüber diesem
Körper einen kleineren Durchmesser aufweisenden Einlaßrohr austritt, in einem gleichgerichteten .laminaren Strom nach Durchströmen einer

Verengungssielle einer Einrichtung zur optischen 15

Untersuchung zufließen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Einflusses der Lichtbrechung an der Grenzfläche zwischen dem Mantelstrom (48) und dem Probenstrom (46) der Radius des Probenstroms durch 20

Steuerung der relativen Strömungsgeschwindigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung

des Mantelstroms und des Probenstroms einstell- zur optischen Analyse eines flüssigen Probenstroms, bar ist. bei der eine in einem rohrförmigen Körper fließende

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- durchsichtige Mantelfiüssigkeit und eine von der kennzeichnet, daß zur Steuerung der relativen 25 Mantelflüssigkeit umgebene und beschleunigte ProStrömungsgeschwindigkeit der beiden Ströme eine benfiüssigkeit, die aus einem in dem rohrförmigen Zufuhreinrichtung (10, 12, 14, 28) für den Man- Körper konzentrisch angeordneten und gegenüber telstrom vorgesehen ist, mit der der Zufluß der diesem Körper einen kleineren Durchmesser aufwei-Mantelflüssigkeit in den rohrförmigen Körper senden Einlaßrohx austritt, in einem gleichgerichteten (30; 51) einstellbar ist. 30 laminaren Strom nach Durchströmen einer Veren-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- gungsstelle einer Emrichtung zur optischen Untersukennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung für den chung zufließen.

Mantelstrom ein mit der Mantelflüssigkeit gefüll- Derartige Vomchtungen finden Anwendung zur

tes Gefäß (12) enthält, in dem der Flüssigkeits- fotometrischen Untersuchung einer in dem flüssigen stand stets gleichbleibt. 35 Probenstrom enthaltenen Substanz.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da- Ein feiner Strom, dessen Inhalt optisch untersucht durch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung werden soll, verstopft oft die engen durchsichtigen für den Mantelstrom ein Ventil (28) enthält, das Leitungen, die den Strom führen. Dies ist insbesonden Zufluß der Mantelflüssigkeit in den rohrför- dere der Fall, wenn der zu untersuchende Strom migen Körper steuert. 40 kleine Teilchen enthält. Leitungen mit einem kleinen

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Durchmesser haben den weiteren Nachteil, daß in Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zu- ihnen ein unerwünschter Druckabfall stattfindet, rühreinrichtung zum Einführen des Probenstroms Diese Schwierigkeiten sind zum Teil in einem Aufüber das Einlaßrohr (18; 58) in den rohrförmigen satz mit dem Titel »A Device for Counting Small Körper stromaufwärts des Einlaßrohrs eine 45 Particles Suspended in a Fluid through a Tube«, von Pumpe aufweist. P. J. Crosland-Taylor, in der Fachzeitschrift

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden »NATURE«, 3. Januar 1953, S. 37 und 38, angespro-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der chen. Dabei wird als Lösung vorgeschlagen, eine rohrförmige Körper (Sl) vertikal angeordnet ist. Suspension mit den zu zählenden Teilchen in einen

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 50 Flüssigkeitsstrom einzuführen, der in der gleichen bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrför- Richtung strömt Dabei wird unter Bedingungen, bei mige Körper (30) horizontal angeordnet ist. denen die Turbulenz sehr gering ist, der verhältnis-

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden mäßig starke Teilchenstrom von dem schneller strö-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das menden Flüssigkeitsstrom beschleunigt, um auf diese Ausströmende (40) einer von dem rohrförmigen 55 Weise einen dünnen, die Teilchen enthaltenden ProKörper (30) und der Verengungsstelle (42) gebil- benstrom zu bilden, der von einem Mantelstrom umdeten Durchflußkammer (16) an eine Pumpe (24) geben ist. Die Mantelstromflüssigkeit wird dabei derangeschlossen ist. art ausgewählt, daß sie dem Brechungsindex dei

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Suspension angepaßt ist.

bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus- 60 Der ummantelte Strom wird zur Beobachtung einei

strömende (40) einer von dem rohrförmigen Kör- blockartigen Einrichtung zugeführt. In dem genann-

per (30) und der Verengungsstelle (42) gebildeten ten Aufsatz werden im Hinblick auf die außen

Durchflußkammer (16) über eine Auslaßleitung Grenzfläche des Mantelstroms keine Schwierigkeitei

(19) an ein Auffanggefäß (20) angeschlossen ist bezüglich der Lichtbrechung erwähnt. Dies ist seh

und daß die Auslaßleitung (19) betriebsmäßig mit 65 wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß der Ge

einer Vakuumpumpe (24) verbunden ist. samtaufbau de:r bekannten Einrichtung eine nah

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Beobachtung des Probenstroms nicht zuläßt. Da Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- Problem der Lichtbrechung an den beiden Grenz