DE2317831A1

DE2317831A1 - Verfahren zur photometrischen messung und photometeranordnung

Info

Publication number: DE2317831A1
Application number: DE19732317831
Authority: DE
Inventors: Artur Reichel
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1973-04-09
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2224747B3; FR2224747A1; DE2317831B2; DE2317831C3; IT1011615B; CH565996A5

Description

Unser Zeichen: A 192 l/B 2783 633 Wetalaiyden, 3 · April 1973

Pat Mü/Ma

Verfahren zur photometrischen Messung und Photometeranordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur photometrischen Messung und eine nach dem Doppelstrahl-Prinzip messende Photometeranordnung, bei welchen ein einziges Beleuchtungsstrahlenbündel in zeitlicher Aufeinanderfolge Vergleichsund Meßstrahl bildet, bei welchen Referenz- und Probenküvetten in einem ortsfesten Träger angeordnet sind und in welchen ein photoelektrischer Nachweis der Vergleichs- und Meßsignale vorgesehen ist.

Mit derartigen Anordnungen werden an Proben Einzelmessungen, d.h. Meßvorgänge zu einem bestimmten Zeitpunkt, und reaktionskinetische Messungen, d.h. Meßvorgänge während eines bestimmten Zeitabschnittes, durchgeführt und das erzielte Ergebnis in einen Vergleich zu einer Referenz gesetzt, wobei der Vorteil genutzt wird, daß Meß- und Vergleichsstrahl über die gleichen optischen Elemente geführt werden.

Dazu sind Einstrahl-Photometer bekannt, bei denen die Extinktion, Transmission oder Konzentration einer Probe durch Nacheiiiandereinbringen von Referenz- und Probenküvette in den Strahlengang festgestellt wird und die mit Küvettenträgern, z.B. rotierenden, ausgestattet sind, welche das Einbringen einer größeren Anzahl von Küvetten in den Strahlengang sowohl zur Einzel- als auch zur reaktionskinetischen Messung gestatten.

Photometer, die nach diese« einfachen Prinzip messen, zeichnen

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Patentabteilung Mü/Ma ■

sich durch geringen technischen Aufwand aus«, Jedoch ist die Durchführung der Messung bei Verwendung einzelner Küvetten umständlich und zeitraubend« Außerdem nniß bei sich über einen größeren Zeitraum erstreckender Messung mit einer Drift der Lampen und der Versorgungseinheiten der signalweiterverarbeitenden Anlage gerechnet werden. Unvorteilhaft ist auch das Messen von Küvetten in als Drehtisch ausgebildeten Trägern, da nur bei senkrechter Durchstrahlung der Küvetten ein exaktes Meßergebnis erhältlich ist. Ferner ist bei Rotor-Trägern die Schichtdicke der Küvetten beschränkt und eine Verwendung von Durchflußküvetten nur mit großem Aufwand möglich.

Aus diesem Grunde wurden auch bereits Binstrahl-Photometer vorgeschlagen, bei denen Referenz und Probe abwechselnd mit einer vorgegebenen Frequenz, vorzugsweise 5 Hz, in den gleichen Strahlengang gefahren werden.

Die Arbeitsgeschwindigkeit eines nach diesem Verfahren messenden Gerätes ist gering und wenig dem Vermögen der die Signale Weiterverarbeitenden Anzeige- oder Signalverarbeitungseinrichtung angepaßt, da aus mechanischen wie aus Stabilitätsgründen keine höheren Frequenzen als oben genannt gefahren werden können. Betreffs der Schichtdicke der Küvetten und Durchflußküvetten gilt das bereits oben Gesagte.

Eine Verbesserung diesbezüglich stellt ein nadx dem Doppelstrahl-Prinzip messendes Photometer dar, das die im feststehenden Träger befindlichen Küvetten mit einem durch Schwingspiegel erzeugten Doppellichtstrahl abtastet. Jedoch sind mit diesem Photometer ohne besondere Einrichtung nur die Referenz- und eine Probenküvette zu ineseen.

Den Anforderungen gerecht werden Doppelstrahl-photometer,

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bei denen ein Vergleichsstrahl die Referenzküvette und ein Heßstrahl die Meßküvette durchsetzt.

Allerdings erfordert eine solohe Doppelstrahl-Atiordnung einen nicht unerheblichen optischen wie auch räumlichen Aufwand, da zwei Strahlenbündel gleicher Intensität,von einer Strahlenquelle ausgehend,erzeugt und wieder einem gemeinsamen Sapfänger zugeführt werden oüssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur photοmetrischen Messung und eine Photometeranordnung anzugeben, welche die Nachteile der oben angeführten Anordnungen nicht besitzt, sondern welche, nach dem Doppelstrahl-Prinzip messend, die Vorteile des Einstrahl-Prinzips ausnutzt und sich durch hohe Arbeitsgeschwindigkeit bei geringstmögliehern technischem Aufwand sowie kompakte Bauweise auszeichnet, mit welchen gleichlaufend die Analyse einer Anzahl von Proben durchführbar und bei welchen innerhalb einer einzigen Anordnung der Übergang von Einzelmessung zur reaktionskinetischen Messung durch elektrische Umschaltung vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, beiweichem

a) das BeleucU-cungsstrahlenbündei zu seiner optischen Achse versetzt wird,

b) das versetzte Beleuchtungsstrahlenbündel um die genannte optische Achse rotiert,

c) der rotierende Strahl die feststehenden Küvetten durchsetzt,

d) die die Küvetten durchsetzenden Strahlenintensitäten gemes s en und

e) die erzeugten Vergleichs- und Meßsignale den entsprechenden Küvetten zugeordnet werden«

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Zur Durchführung eines solchen Verfahrest wird, ein© Photometeranordnung vorgeschlagen, bei d©r

a) in Richtung der optischen Achse des Bei©uchtungsstrahlenbündeis eine mit dieser fluchtende, drehbar gelagerte ¥elle vorgesehen ist,

b) mit dieser Welle mindestens ein das Beleueixtraigsstrahienbündel versetzendes Umlenksystem verbunden ist,

o) im Strahlengang des versetzten Beleuchtungsstrahlenbündels ein Träger für die Referenz- und Probenküvetten angeordnet ist,

d) mindestens ein photoelektrisoher Empfänger zum Nachweis der durch die Küvetten hindurchtretendeis Strahllang vorhanden ist und

e) eine SchaItanOrdnung eingesetzt ist₉ die ein® Zuordnung von gemessenem Signal zu durchstrahlter Küvette vornimmt und die die Schaltung von Einzelmessung zu reaktionskinetischer Messung tätigt.

Dazu ist vorgesehen, daß das Umlenksystem aus einem Rhombusprisma besteht.

Für eine andere Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Umlenksystem aus Planspiegeln aufgebaut ist«

Als weitere Ausführungsform der PhotoHäeteranordnung wird empfohlen, daß das Umlenksystem aus einem stufenartig ange- , ordneten Lichtleiter besteht.

In weiterer Ausbildung und zur Vervollkommnung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß ein weiteres, in der Wirkungsweise dem ersten entsprechendes Uaelenksystea enthalten ist₈ welches das achsversetzte Beleuohtungsstrahlenbündel in seine ÄS» fangerichtung zurücklenkt. Dabei ist es selbstverständlich,

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daß die Anordnung dieses weiteren Umlenksysterns in einem solchen Abstand vom ersten erfolgt, daß in den entstehenden Zwischenraum sowohl Küvetten in handelsüblicher Ausführung mit Schichtdicken bis z.B. 10 cm als auch solche in Sonderausführung sowie Zusatzeinrichtungen einbringbar sind»

Zur Untersuchung einer noch größeren Anzahl von Proben, als in einem handelsüblichen Küvettenträger möglich, wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Küvettenträger kreisrund ausgeführt ist und auf seinem äußeren Umfang Haltevorrichtungen für zylinderförmig ausgebildete Küvetten besitzt, womit bei entsprechender Belegung des Trägers eine Abtastung über annähernd 360 möglich ist.

In der Erfindung werden die Vorteile der nach dem Einstrahlbzw. Doppelstrahl-Prinzip messenden Photometeranordnungen, wie kompakte Bauweise, geringer technischer Aufwand, optische Symmetrie von Vergleichs- und Meßstrahl sowie elektronische Stabilität, vereinigt. Der Einsatz von Küvetten großer Schichtdicke sowie Verwendung von Durchflußküvetten ist möglich. Ferner ist die Messung einer Kuvettenroihe ohne Transporteinrichtung mit hoher, einer elektronischen Anzeige- oder Signalverarbeitungseinrichtung gerecht werdender Geschwindigkeit vornehmbar. Der teohnieche Aufwand zur Erzielung des Doppelstrahl-Effekts im Verhältnis zur Leistung des Photometers ist gering«

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen S
Fig. 1 die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Photometers in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 die vor den Küvetten angeordnete Maske in Einzelheit.

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Das von einer Glühlampe 1 oder einer Quecksilberlampe 2 (bei einem vorgeschalteten Monochromator 3 durch, eine Öffnung W) eines Photometers 5 kommende Beleuditungsstrahletiblindel 6 gelangt über einen Umlenkspiegel 7 bzw. 7a und durch eine Sammellinse 8 auf eine erste Umlenkfläche 9 eines auf einer mit dem Beleuchtungsstralxlenbündel 6 fluchtenden ¥elle 12 befestigten Rhombus pr is Bias 10, wo es durch Totalreflexion rechtwinklig auf eine zweite Umlenkfläche 11 des gleichen Rhombusprismas 10 abgelenkt wird» Durch diese zweimalige rechtwinklige Ablenkung erfährt die optische Achse des Beleuchtungsstrahlenbündels 6 eine parallele Versetzung. '

Die Rückführung des Beleuchtungsstrahlenbündel^ 6 in die Anfangsriohtung seiner optischen Achse erfolgt durch Umlenkflächen 13 und 14 eines weiteren Rhombusprismas 15» welches in gleicher Weise wie das Rhombusprisma 10 und in einem vorbestimmten Abstand zu diesem gleichfalls au der Welle 12 festgemacht ist.

In dem so entstehenden Raum 16 sind eine Vergleichsküvette 17 und Meßküvetten I8-23 ortsfest angeordnet» Sie werden vom achsversetzten Beleuchtungsstrahlenbündel 6 zeitlich nacheinander abgetastet» wenn die an der Welle 12 befestigten Rhombusprismen 10 und 15 in kreisförmige Bewegung gesetzt werden.

Um für die in den Küvetten 17-23 befindlichen Proben getrennte Signale zu erhalten, ist eine Maske 24 vorgesehen (Fig. 2). Deren Durchlässe 24a-24g sind zur Vermeidung von Wandreflexen kleiner als die innere Breite der lüivetten 17-23. Sie sind der kreisförmigen Abtastung durch das rotierende achsparallel versetzte Strahlenbündel 6 entsprechend angeordnete

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Die dadurch bei der Abtastung der Küvetten 17-23 entstehenden Dunkelpausen gestatten eine exakt getrennte Meßwertspeicherung in den den Kiivetten I7-23 zugeordneten Kanälen eines photoelektriselien Empfängers 31 ·

Zur Abbildung der Eintrittspupille des Strahlenbündels 6 auf dem photoelektrischen Empfänger 31 sind an den freien Enden 10a und 15a der Rhombusprismen 10 und 15 Linsen 32 und 52 angeordnet.

Die Drehung der Welle 12 mit den beiden Rhombusprismen und 15 wird durch einen Motor 33 bewirkt, der über eine Welle 34 und ein Ritzel 35 ein auf der Welle 12 befestigtes Zahnrad 36 antreibt.

Außerdem ist das Zahnrad 36 zwischen Schaltlämpchen 37-^3 und Schaltdioden 44-50 plaziert, die den Küvetten 17-23 zugeordnet sind. Weiterhin ist das Zahnrad 36 mit einem Schlitz 36a versehen, der bei Drehung der Welle 12 synchron mit dem die Küvetten 17-23 abtastenden,aohsparallel versetzten Strahlenbündel 6 an den diesen Küvetten entsprechenden Schaltlämpchen 37-43 vorbeibewegt wird. Die daduroh nacheinander entstehenden und auf die Schaltdioden 44-50 fallenden Lio'itimpulse bewirken die Einschaltung der mit den Küvetten 37-23 korrespondierenden Kanäle des photoelektrischen Empfängers 31 zur Aufnahme der durch den Küvetteninhalt modifizierten Lichtsignale.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der beschriebenen photoelektrischen Zuordnungsschaltung eine mechanische, Rastimpulse erzeugende Anordnung vorzusehen.

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Zur Aussonderung der Spektra !bereich© bei Yeri/eTJdraig von Kontinuuin-Strahlern bzw« zum Eliminieren vom störenden Emissionslinien bei Einsatz von LinienstrafoJLen ist iu den Strahlengang vor dem phötoelektrischea Empfänger 31 eine rastbare Filterrevolverscheibe 51 eingefügt₉ its -fcfelcher* die erforderlichen Spektral- und Hg-Linienfilter sitzen»

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Claims

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Ansprüche

(i . Verfahren zur photoinetrischen Messung, bei welchem ein einziges Beleuchtungsstrahlenbündel in zeitlicher Aufeinanderfolge als Vergleichs- .und Meßstrahl verwendet wird, bei welchem auf einem ortsfesten Träger angeordnete Referenz- und Probenküvetten durchstrahlt und die Vergleichs- und Meßsignale photoelektrisch erzeugt werden, dadurch gekennzei ohne t , daß

a) das Beleuchtungsstrahlenbündel zu seiner optischen Achse versetzt wird,

b) das versetzte Beleuchtungsstrahlenbündel um die genannte optische Achse rotiert,

c) der rotierende Strahl die feststehenden Küvetten durchsetzt,

d) die die Küvetten durchsetzenden Strahlenintensitäten gemessen und

e) die erzeugten Vergleichs- und Meßsignale den entsprechenden Küvetten zugeordnet werden.
2. PhotometeranOrdnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in Richtung der optischen Achse des Beleuchtungsstrahlenbündels (6) eine mit dieser fluchtende, drehbar gelagerte Welle (12) vorgesehen ist,

b) mit dieser Welle (12) mindestens ein das Beleuchtungsstrahlenbündel (6) versetzendes Uralenksystem (1O) verbunden ist,

c) im Strahlengang des versetzten Beieuchtungsstrahlenbündeis (6) ein Träger für die Referenz (17)~ und Probenküvetten (18-23) angeordnet ist,

d) mindestens ein phot©elektrischer Empfänger (31) zum Nachweis der durch die Küvetten (17-23) hindurch— tretenden Strahlung vorhanden ist und

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β) eine Schaltanordnung (36-5θ) eingesetzt ist, die eine Zuordnung von gemessenem Signal zu durchstrahlter Küvette (17-23) vornimmt und die die Sohaltung von Einzelmessoing zu reaktionskinetisoher Messung tätigt.
3. Photometeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das TJmI enksys tem aus einem Rhorabusprisraä (1O) besteht.
k, Photonieteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenksystem-aus Planspiegeln aufgebaut ist.
5· PhotometeranOrdnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unilenksystem aus einem stufenartig angeordneten Lichtleiter besteht«
6. Photometeranordnung nach den Ansprüchen 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres, in der Wirkungsweise dem ersten (io) entsprechendes Umlenksystem (15) enthalten ist, welches das aohsversetzte Beleuchtungsstrahlenbündel (6) in seine Anfangsrichtung zurücklenkt ·

7» Photometeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Küvettenträger kreisrund ausgeführt ist und auf seinem äußeren Umfang Haltevorrichtungen für zylinderförraig ausgebildete Küvetten trägt«

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