DE2709055A1 - Differential-refraktometer von hoher empfindlichkeit - Google Patents

Description

PATE N TA N WALTE

MANlTZ. FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 2. März 1977 P/5/Co-S 3355

1. Showa Denko K.E.

13-9 Shiba-Daimon 1 chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

2. ERMA OPTICAL WORKS, LTD. 4-5 Kajicho 2 chome,
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Differential-Eefraktomet er von hoher Empfindlichkeit

Die Erfindung betrifft ein Differential-Refraktometer von hoher Empfindlichkeit mit verbesserter Meßgenauigkeit, wie es bei Flüssigkeits-Chromatographie verwendet wird·

Jede Substanz hat ihren besonderen Brechungsindex. Das Diff erential-Eraktometer mit hoher Empfindlichkeit ist ein Instrument zur Messung des Brechungsindex¹ einer Lösung, die mittels einer Zelle vom Mehr-Erismatyp einer Messung unterworfen wird, wobei in einem Endabschnitt der Zelle eine als Vergleichsprobe dienende Lösung und im anderen Endabschnitt eine Testprobe der Lösung enthalten ist. Die Messung wird ausgeführt, indem der Brechungsindex-Vechsel des Lichtes benutzt wird, der beim Durchgang von Licht durch die Zelle verursacht wird·

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OR. C. MANITZ ■ DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL. - I N O. W. CRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 33. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATT· MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7370

TEL. (0891 S3 43 II. TELEX 5-2967 2 PATMF SEELBERCSTR. 33/3S. TEL. 10711)56 73 61 POSTSCHECK : MÖNCHEN 77063 - 80S

Das Differential-Refraktometer von hoher Empfindlichkeit (hier später als "Refraktometer" bezeichnet) erlaubt es, sogar eine sehr geringe Änderung der Konzentration irgendeiner zu messenden Lösung fortwährend und mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, und zwar ausgedruckt in dem Unterschied des Brechungsindex zwischen einer Meßprobe der Lösung und einer Lösung, die als Vergleichsprobe dient. Infolge der hohen Empfindlichkeit der Messung hat das Instrument als Anzeigeinstrument in der üüssigkeitschromatographie weite Verwendung gefunden.

Allgemein besteht das Refraktometer aus folgenden Hauptbestandteilen: eine Zelle, die zum Einbringen der Lösung und der Heßprobe in das Innere des Gehäuses geeignet ist, so daß eine Lichtbrechung entsprechend der Differenz zwischen den Brechungsindizes der beiden Flüssigkeiten erzeugt wird, eine Lichtquellenlinse, die Licht durch die Zelle schicken kann, ein Spiegel oder ein gleichartiger Gegenstand, durch den das auffallende Licht reflektiert wird, eine optische Basis, um den Spiegel in seiner Stellung zu halten und ein Element zum Erfassen des reflektierten Lichtes. Der Brechungsindex einer Lösung wird sehr empfindlich durch die Temperatur der Lösung beeinflußt· Bei der Erfassung sehr geringer Änderungen im Brechungsindex von der Größenordnung von beispielsweise 1 χ 10 ' kann eine Temperaturänderung von nur 0,001° C eine genügend große Abweichung der Basislinie verursachen, daß die Meßgenauigkeit verschlechtert wird. Das bedeutet, daß während des Meßvorgangs die Temperaturänderung im Zelleninneren und die Temperaturdifferenz zwischen der in der Zelle gehaltenen Flüssigkeit und dem Lösungsmittel so gering wie möglich gehalten werden muß.

Nachstehend werden drei Hauptursachen für Temperaturänderungen oder für ungleiche Temperaturverteilung im Zelleninneren angegebent

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a) örtliche Erwärmung durch, die als Idchtquelle dienende Lampe,

b) äußere thermische Effekte,

c) Temperaturdifferenzen zwischen den in das Zelleninnere durchtretenden Testproben und dem Lösungsmittel und daraus folgende Temperaturänderung·

Die Maßnahme, die normalerweise zur Vermeidung der Ursache a) ergriffen wird, besteht darin, die Lampe mit einer Kühleinrichtung zu versehen oder eine Lampe zu nehmen, die ohne größere Wärmeerzeugung arbeitet. Die erste Maßnahme hat den Nachteil, daß das Anbringen des besonderen Geräts das Refraktometer komplizierter gestaltet und den Preis erhöht. Die letztere Maßnahme kann eine Verschlechterung der Genauigkeit des Refraktometers mit sich bringen.

Die übliche Maßnahme, um die Ursache b) zu beseitigen, besteht darin, die optische Basis mit wärmeisolierendem Material einzuhüllen.

Die Maßnahme gegen die Ursache c) besteht darin, die Probentemperatur so dicht wie möglich an der Zellentemperatur zu halten, was ermöglicht wird, indem man entweder die Einführungsröhre, die einen Eingang vom Äußeren in das Innere der Zelle darstellt, in einem Metallblock oder in Metallpulver mit großer Wärmekapazität führt oder indem man die Röhre durch eine Värmetauschereinheit hindurchführt. Diese Röhre dient dem Zweck, der Zelle die vom FlüssigkextsChromatographen ausgegebene, getrennte Flüssigkeit zuzuführen. Damit die Röhre keine unerwünschte Vermischung der Lösung verursachen kann, muß die Länge (das innere Volumen) der Röhre auf ein möglichst geringes Maß verringert werden. Die zu der Zelle führende Röhre wird im allgemeinen aus einem hoch-antikorrosiven rostfreien Stahlrohr hergestellt und weist einen Innen-

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durchmesser von nicht mehr als 0,5 mm auf. Die Durchflußgeschwindigkeit der flüssigkeit innerhalb dieser Bohre liegt in dem Bereich von 4 bis 10 cm/s. Die Bohre weist dazu eine sehr begrenzte Länge auf· Bei einer so beschriebenen Bohre ist es sehr schwer, einen guten Wärmeaustausch zu erreichen· Venn das Refraktometer zur Messung benutzt wird, muß die optische Achse oder die Lage des Reflexionsspiegels so eingestellt werden, daß das von der Lichtquelle ausgesandte Licht nach dem Durchtritt durch eine Linsenanordnung und der Reflexion durch den Spiegel genau auf die gewünschte Stelle auf dem Erfassungsgerät auftrifft·

In dem üblichen Befraktometer wird der Reflexionsspiegel in der nachfolgend beschriebenen Weise in seiner Lage gehalten.

Die Fig. 1 stellt eine Vorderansicht des Aufbaus zur Befestigung des BeflexLonsspiegels und SIg. 2 eine Seitenansicht des Aufbaus dar.

Sin Reflexionsspiegel 1 wird durch einen Rahmen 2 gehalten. Der Reflexionsspiegel kann frei um seine Horizontalachse (gestrichelte Linie) gedreht werden. Der Rahmen 2 wird durch eine !Eragwelle 3 gehalten und die !Eragwelle 3 wird wiederum durch ein Aufnahmeteil 4 in ihrer Lage befestigt. Eine feststehende Wand ist mit Gewindestiften 6, 6 und 7 ausgerüstet·

Bei diesem Aufbau wird die notige Einstellung der Lage des Reflexionsspiegels durch Drehen des Reflexionsspiegels um seine Horizontalachse mit Hilfe des Gewindestiftes 7 und durch Drehen in Uhrzeigersinn oder in Gegenuhrzeigersinn um seine Vertikalachse durch die Gewindestifte 6, 6 erreicht.

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Da die Gewindestifte 6, 6, die in Seitenrichtung in entgegengesetzter Lage angeordnet sind, den Rahmen 2 bei diesem Aufbau in einer Richtung anstoßen, wird dem Rahmen 2 dadurch eine elastische Spannung mitgeteilt, was unweigerlich zur Folge hat, daß irgendein Versuch, die optische Achse nach rechts oder nach links in Horizontalrichtung zu verschieben, auch eine Beeinflussung der Bedingungen der optischen Achse in der Vertikalrichtung nach sich zieht· Da der Gewindestift 7 aus der feststehenden Wand 5 hervorragt, wird der Punkt, an dem der Gewindestift 7 die Bückseite des Reflexionsspiegels 1 berührt,durch die Drehbewegung des Rahmens 2 verändert. Folglich beeinflußt die Horizontaleinstellung der optischen Achse auch ihre Vertikal einst ellung, Die Beeinflussung geschieht auch in der umgekehrten Richtung., wenn auch nur in einem sehr geringen Ausmaß.

Aus diesem Grund war die Einstellung der optischen Achse bei einem Refraktometer bisher sehr zeitraubend und erforderte eine große Geschicklichkeit.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Differential-Refraktometer mit hoher Empfindlichkeit zu schaffen, das die Messung des Brechungsindex' einer Lösung mit außerordentlich hoher Genauigkeit erlaubt, wobei der Einfluß der Temperatur der Lösung im wesentlichen wegfällt.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Differential-Refraktometer von hoher Empfindlichkeit zu schaffen, das so aufgebaut ist, daß die Einstellung der Lage des Reflexionsspiegels außerordentlich leicht vor sich geht.

Um die eben beschriebenen Ziele zu erreichen, weist das Differential-Hefraktometer von hoher Empfindlichkeit nach

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der vorliegenden Erfindung als Hauptbestandteile ein Gehäuse, eine lichtquelle, eine Idchtbrechungseinrichtung mit einer Zelle, linsen und einem Reflexionsspiegel auf, sowie innerhalb des Gehäuses angeordnete Lichterfassungseinrichtungen, eine Leitung zur Einführung einer Probenflüssigkeit in die Zelle und eine Flüssigkeitschromatographiesäule. Zusätzliche, in der vorliegenden Erfindung enthaltene Eigenschaften bestehen darin, daß die Lichtquelle außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, damit die Testprobe der Lösung und das Lösungsmittel frei vom Temperatureffekt bleiben, während sie durch das Zelleninnere hindurchtreten, daß ein verdrilltes Teil in die Leitung zur Einführung der Testprobe in die Zelle eingesetzt ist, um den für Wärmeübertragung zur Verfügung stehenden flächenbereich zu erhöhen und die Temperaturverteilung innerhalb der Leitung gleichmäßiger zu gestalten und daß die Leitung zur Einführung der Testprobe innerhalb einer Umhüllung angeordnet ist, die entfernbar im Inneren des Gehäuses angebracht ist.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Differential-Refraktometer von hoher Empfindlichkeit mit einem solchen Aufbau, daß die Einrichtung zur Einstellung des von der Lichtquelle durch die Zelle vom Reflexionsspiegel zurückkommenden und in der Erfassungseinheit für das reflektierte Licht endenden Lichtweges, d.h. zur Einstellung der optischen Achse»als Grundteile ein Reflexionsspiegel-Tragteil aufweist, das den Reflexionsspiegel in seiner Lage stützt, sowie eine bewegliche Platte, die um ihre Vertikalachse gedreht werden kann und die an ihrem unteren Ende mit dem Reflexionsspiegel-Tragteil verbunden ist, wobei das Reflexionsspiegel-Tragteil mit einer Einrichtung versehen ist, die es erlaubt, das Reflexionsspiegel-Tragteil um den mit der beweglichen Platte verbundenen Abschnitt zu schwenken und so den zwischen dem Reflexionsspiegel-Tragteil und der

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beweglichen Platte gebildeten Winkel zu verändern.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Figuren 3 bis 16 der Zeichnung näher erläutert. In diesen Figuren zeigtt

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Refraktometers,

Fig. 4· eine Draufsicht auf das Refraktometer nach Fig. 3,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer verdrillten dünnen, als verdrilltes Teil in eine Leitung eingesetzten Platte,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Leitung mit einer darin eingesetzten verdrillten Platte,

Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Leitung, die zwei Metallstäbe als verdrilltes Teil enthält,

Fig. 8 erklärende Schaubilder zur Bewegung einer Flüssigkeit innerhalb der in Fig. 6 dargestellten Leitung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Aufbaus, in dem eine Leitung in eine Umhüllung eingesetzt und diese mit dem Refraktometerblock verbunden werden

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Ausführung, bei der die in Fig. 9 dargestellte Rohrleitungsumhüllung verwendet ist,

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Jig. 11 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Pig. 10,

Hg. 12 eine Kurve, die einen typischen Zeitverlauf des Brechungsindex¹ einer Testprobe zeigt» gemessen mit einem Refraktometer, bei dem ein verdrilltes Teil in die Leitung eingesetzt wurde,

I¹Ig. 13 eine gleichartige Darstellung unter den gleichen Bedingungen wie das Diagramm in Fig. 12 aufgenommen, jedoch ohne Einsetzen eines verdrillten Teils,

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des Reflexionsspiegels und des diesen umgebenden Aufbaus, der die erforderliche Einstellung der optischen Achse nach der Erfindung ergibt,

Pig. 15 einen Querschnitt durch die Anordnung der Pig. 14,

Pig. 16 eine perspektivische Ansicht des Abschnitts mit einem Einblickfenster, das einen Einblick zur Erfassungseinheit für das reflektierte licht gestattet.

Die in Pig. 3 dargestellte bevorzugte Ausführung der Erfindung ist mit abgenommenem Deckel und abgenommener Vorderwand dargestellt. Pig. 4- ist eine Draufsicht dieses Geräts mit abgenommenem Deckel. Innerhalb der äußeren Umhüllung sind Abstände 9 und Schichten von Isoliermaterial 10, 11 angeordnet, um das Innere des Gehäuses von Temperatureinflüssen von außen abzuschirmen. Der mittlere Bereich 12 des Gehäuses ist damit von Luftschichten und von Isoliermaterial vollständig umgeben. Folgende Einzelteile sind in diesem Mittelabschnitt angeordnet: Eine optische Basis

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"besteht aus einer Metallplatte mit großer Stärke. Oberhalb dieser optischen Basis 13 befinden sich zwei voneinander getrennte freie Bäume 14- und 15 für den Lichtweg bzw. für eine Säule für Flüssigchromatographie, die sich parallel zueinander erstrecken. Es ist auch eine Zelle 16, eine Leitung 17» eine Säule für Flüssigchromatographie 18 und eine Linsenanordnung 19_} ein Reflexionsspiegel 1 und ein fotoelektrischer Sensor 20 als Bestandteile des optischen Systems untergebracht. Mit 21 ist die außerhalb der Außenwand 8 angebrachte Lichtquelle bezeichnet und ein iCragaufbau 22 für die Zelle erlaubt es, die Zelle 16 isoliert von der optischen Basis anzubringen. Der zwischen dem Freiraum 15 und der Säule 18 befindliche Raum oberhalb der optischen Basis 13 ist mit einem Material von guter Wärmeleitung, z.B_e mit Kupferwolle 23, aufgefüllt.

Die Lichtquelle 21 befindet sich innerhalb einer Röhre, die außerhalb der Außenwand 8 angebracht ist. Das in das Innere des Gehäuses durch eine in dem Außenmantel ausgebildete öffnung hineinfallende Licht tritt durch die Linsenanordnung 19 hindurch und erreicht die Zelle 16. Das licht wird in der Zelle 16 gebrochen, dann durch den Reflexionsspiegel 1 reflektiert und zur Zelle 16 zurückgesandt. Das licht wird wiederum in der Zelle 16 gebrochen, tritt durch das Ausgleichsglas 24 und wird vom fotoelektrischen Sensor 20 empfangen. Dieser Sensor 20 weist zwei Fotozellen auf. Vie bekannt, erzeugt eine Änderung in der Lichtbrechung eine gleichlaufende Änderung des Potentialunterschiedes zwischen den beiden Fotozellen, wodurch die Konzentrationsänderung der untersuchten Lösung sich bemerkbar macht. Die Zelle, die linsen und der Reflexionsspiegel bilden zusammen die Einrichtung des Lichtweges und der fotoelektrische Sensor bildet die licht empfangs einrichtung.

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Die Säule 18 für Flüssigchromatographie ist von dem Refraktometer unabhängig. In der in Fig. 3 und 4- dargestellten "bevorzugten Ausführung wird die Säule 18 im ganzen innerhalb des freien Baumes 15 oberhalb der optischen Basis 13 gehalten und ist von der Kupferwolle 23 umgeben, die einen guten Wärmeleiter darstellt. Eine Temperaturgleichhaltung wird auch dann erreicht, wenn nur die Flüssigkeitsauslaßseite der Säule innerhalb dieses freien Raumes gehalten wird und von Kupferwolle eingehüllt ist. Da die Lineargeschwindigkeit der Flüssigkeit innerhalb der Säule 18 sich im Bereich von 1/10 bis 1/100 der Geschwindigkeit innerhalb der Leitung 17 bewegt, ist die Temperatur-Gleichhaltewirkung dieses Verfahrens entschieden hoch , verglichen mit der üblichen Methode, bei der die von der außen angebrachten Chromatographie-Säule zum Refraktometer hin abgegebene Flüssigkeit einem wärmeaustausch unterzogen wird, bevor die zum Refraktometer fließende Flüssigkeit die Leitung erreicht, die unmittelbar vor dem Refraktometer angeordnet ist. Da der Fluß des Lösungsmittels durch die Leitung 25 aufhört, wenn das Lösungsmittel die Zelle voll angefüllt hat, wird die Temperatur des Lösungsmittels leicht der Temperatur des Abschnitts, der auf konstanter Temperatur verweilt, angeglichen. Das bedeutet, daß für das Lösungsmittel kein besonderes Gerät zum Wärmeaustausch nötig ist. Das Lösungsmittel kann durch den freien Raum 15 zuder Zelle 16 hin abgegeben werden und erreicht schnell die konstante Temperatur.

Die Lichtquelle ist ein unerläßlicher Bestandteil für das Differential-Refraktometer. Damit das Refraktometer hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit aufweist, muß die Lichtquelle einen Lichtstrahl von hoher Intensität abgeben. Damit die Empfindlichkeit und die Genauigkeit auf diesem hohen

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Niveau gehalten werden kann, muß die Temperatur der Zelle und der Flüssigkeit konstant gehalten werden. Eine mögliche Einwirkung der Lichtquelle auf die Temperaturen dieser Bestandteile kann dadurch erreicht werden, daß der Abstand zwischen der Lichtquelle und den genannten RefraktometerBestandteilen genUgend groß gehalten wird. Das Arbeitsprinzip des Refraktometers läßt jedoch nur einen begrenzten Abstand zu. Bei den bisher bekannten Refraktometern galt allgemein, daß das Refraktometer nicht mehr voll wirksam ist, wenn der Abstand zwischen Lichtquelle und den wärmeempfindlichen Teilen so groß gehalten wird, daß keine Temperatureffekte mehr auftreten.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät wurde diese Schwierigkeit dadurch überwunden, daß der Aufbau des einen Refraktometerendes mit guter thermischer Isolation ausgeführt wurde und daß die Lichtquelle an der Außenseite dieses thermisch isolierten Aufbaus angebracht wurde, so daß der größte Teil der von der Lampe erzeugten Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird, und daß das für die Refraktometrie nötige Licht in das Innere des Refraktometers eingestrahlt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt ist die Lichtquelle 21 an der Außenseite des Außenmantels 8 der thermisch isolierten Struktur angebracht. Wenn die Lichtquelle wie oben beschrieben ausgebildet ist, wird der größte Teil der von ihr erzeugten Wärme durch ihre Passung an die Umgebungsluft abgestrahlt und ein kleinerer Teil dieser Wärme wird auf die Außenfläche des Außenmantels 8 übertragen, während so gut wie kein Anteil der Wärme den mittleren Bereich 12 erreicht. Die in den Zentralabschnitt 12 eintretende Lichtmenge ist genügend groß, daß sie nach Durchtritt durch die Linsenanordnung 9 für die Lichtbrechungsmessung aisr ei cht. Damit eine Wärmeabstrahlung durch die Passung der Licht-

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quelle 21 begünstigt wird, weist die dargestellte Ausführung eine für die Abstrahlung günstige Form auf.

Die Genauigkeit des Refraktometers kann dadurch erhöht werden, daß der Außenmantel aus einem wärmeisolierenden Material angefertigt wird und daß das Innere des Gehäuses wärmeisolierend aufgebaut wird. Bei der dargestellten Ausführung sind unterhalb der optischen Basis 13 wärmeisolierende Materialien 10 und 11 angebracht. Zusätzlich besteht eine Iuftschidit 9 innerhalb der Seitenwände des Gehäuses und unterhalb des Deckels. Die Luftschicht kann mit Isoliermaterial aufgefüllt werden, um die Wärmeisolierung weiterhin zu verbessern. Mit diesem Aufbau erreicht die von der Lampe der Lichtquelle und die von der Gehäuse-, außenseite stammende Wärme kaum den Mittelbereich 12, während das für die Refraktometrie motige Licht freien Zutritt zum Inneren des Gehäuses hat.

Der mittlere Bereich 12 muß auf konstanter Temperatur gehalten werden. Diese Temperaturkonstanz wird dadurch wirksam ermöglicht, daß eine Substanz mit großer Wärmekapazität im Inneren des Gerätes angebracht wird, wodurch die gesamte von der Lichtquelle, von der ümgebungsluft, dem Lösungsmittel und der Testprobe an den Mittelbereich 12 abgegebene thermische Energie aufgenommen wird, so daß die Temperatur im gesamten Raum des mittleren Bereichs 12 gleichförmig gehalten werden kann. Besonders nimmt die optische Basis 13* die aus einem Metall von großer Stärke besteht, einen großen Anteil des Tolumens des mittleren Bereichs 12 ein. Deshalb trägt die Tatsache, daß diese optische Basis 13 aus einem Metall mit großer Wärmekapazität besteht, mit hoher Wirksamkeit dazu bei, daß die Temperatur konstant gehalten wird.

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Wichtig ist außerdem, daß der ZentraTbereich 12 so aufgebaut ist, daß er jede örtliche Temperaturdifferenz unverzüglich ausgleicht. Andererseits kann der Zentraltereich durch Heizen "bei einer feststehenden Temperatur gehalten werden, die höher als die außerhalb des Gehäuses herrschende Temperatur ist.

In der in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführung ist die Zelle 16 mittels der Zellenhalteeinrichtung 22 an der optischen Basis 13 befestigt. Dieses Einfügen der Zellenhalteeinrichtung 22 ist deshalb vorgesehen, damit die sonst auf die Zelle 16 auch bei dem geringsten Temperaturwechsel übertragenen Effekte wirkungsvoll abgeschirmt sind.

Wenn in diesem Fall die optische Basis aus Aluminium besteht und die Zellenhalteeinrichtung aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, wird die Zelle nur sehr wenig durch Temperaturwechsel der optischen Basis beeinflußt, da der Wärmeleitungskoeffizient des rostfreien Stahls nur etwa 1/4-0 des Koeffizienten von Aluminium beträgt.

Die Zellhalteeinrichtung 22 kann auch aus einem nichtmetallischen Material hergestellt werden, das genügend Steifigkeit und Lebensdauer aufweist. Die Zellhalteeinrichtung kann dann aus einem Material mit guter Wärmeleitung hergestellt werden, wenn die Temperatur des Zentralabschnitts zwangsweise gesteuert wird, z.B. durch umlaufendes heißes Wasser oder dergl..

In dem Refraktometer können die Zelle, die Leitungen, die Säule für Flüssigchromatographie, die optischen Bestandteile und der fotoelektrische Sensor in der gleichen Form

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wie in den seither üblichen Refraktometern gebraucht werden. Die in der optischen Basis ausgebildete Vertiefung 15 zur Aufnahme der chromatographischen Säule kann so ausgebildet sein, daß die Säule 18 in enger Berührung mit der Vertiefungswand gehalten wird. Ein Wärmetausch zwischen der optischen Basis und der Säule kann dadurch verbessert werden, daß die Vertiefung mit einem Querschnitt ausgestattet wird, der den Durchmesser der Säule übertrifft und daß der Zwischenraum mit einem flexiblen guten Wärmeleiter 23 als Wärmeübertragungsmittel ausgefüllt wird. Kupferwolle ist ein typisches Beispiel eines solchen guten Wärmeleiters. Der auf diese Weise zum Ausfüllen des Zwischenraumes benutzte gute Wärmeleiter dient gleichzeitig noch dazu, eine freie Luftbewegung innerhalb dieses Zwischenraumes zu verhindern und damit auf andere Weise mögliche thermische Störungen infoige der Luftbewegung auszuschließen.

Die Komponente, die durch die Chromatographiesäule getrennt wurde, muß in die Zelle eingeführt werden, ohne daß eine Wiedermischung infolge von Dispersion auftritt. Damit diese Gefahr ausgeschaltet ist, sollte das innere Volumen der Einführungsröhre so klein wie möglich gemacht werden. Im allgemeinen wird eine obere Grenze von 30/Il für richtig angesehen.

Die ^Einführungsröhre für die Testprobe soll deshalb ein sehr kleines inneres Volumen aufweisen und außerdem so ausgelegt sein, daß die Temperatur der Testprobe beim Durchgang durch die Bohre die Temperatur des Refraktometerinneren sehr schnell annimmt und daß trotzdem die Temperaturverteilung durch das gesamte Röhreninnere gleichförmig ist.

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Damit diese Forderung erfüllt wird, wird bei der vorliegenden Erfindung ein verdrilltes Teil innerhalb der Einführungsröhre eingesetzt. Die Form und die Größe dieses verdrillten Teils müssen so ausgelegt sein, daß die durch die Röhre hindurchtretende Flüssigkeit zu einer spiraligen Bewegung gezwungen wird. Beispielsweise können für diesen Zweck zwei spiralig umeinander verdrillte Drähte oder verdrillte Stäbe und Platten benutzt werden. In Fig. 5 ist ein verdrillter dünner Streifen 26 dargestellt, der als verdrilltes Teil in die Einführungsröhre 17 eingesetzt ist. Fig. 6 zeigt eine etwas stärkere, verdrillte Platte 27, die gleicherweise in die Einführungsröhre eingesetzt ist, Fig. 7 zeigt zwei umeinander verdrillte Metalldrähte 28; die gleichfalls in die Einführungsröhre eingesetzt sind.

Das verdrillte Teil kann einfach in die Einführungsröhre eingesetzt werden. Wenn das eingesetzte verdrillte Teil noch in der Röhre Bewegungsfreiheit besitzt, so kann es dadurch festgelegt werden, daß es an den Enden mit der Röhre verlötet wird. Die verdrillten Teile 26, 27 und 28 sind in enger Berührung mit der Innenwandfläche der Einführungsröhre 17 gehalten.Wenn sie aus einem Material mit guten Wärmeleitungseigenschaften angefertigt sind, dienen sie dazu, den Wärmeaustausch zu verbessern. Da das verdrillte Teil die Flüssigkeit bei ihrem Durchgang durch die Röhre zum Fließen in einem spiraligen Weg zwingt, wird die Flüssigkeit Kräften unterworfen, die senkrecht zur Röhrenachse stehen, so daß der Anteil der Flüssigkeit, der sich in der Röhrenmitte befindet und der Anteil der Flüssigkeit in der Nähe des Röhrenumfangs miteinander vermischen, ohne daß eine Turbulenz entsteht. Auf diese Weise wird der Wärmeaustausch sehr wirksam verbessert und die Temperaturverteilung vereinheitlicht. Fig. 8 (A) und Fig. 8 (B) sind Darstellungen,

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die die durch das verdrillte Teil 26 auf die durchfließende flüssigkeit ausgeübten Kräfte verdeutlichen. Die Flüssigkeit L, die die obere Hälfte des kreisförmigen Querschnitts in Fig. 8 einnimmt, ändert allmählich ihre Lage, während sie entlang der spiralig verdrillten iläche des verdrillten Teils 26 wandert. Daraufhin kommt die Flüssigkeit an eine Stelle, wo sie die in Fig. 8 (B) eingezeichnete Lage einnimmt. Das bedeutet, daß die !Teile der Flüssigkeit, die in Fig. 8 (A) in einander entgegengesetzten Winkeln des Querschnitts liegen, gegen die Mitte der Röhre hingezogen werden und der Anteil der Flüssigkeit, der sich in der Mitte befindet, teilweise nach oben und teilweise nach unten bewegt wird. Folglich werden die verschiedenen Flüssigkeitsanteile ihre Lage gegeneinander ändern, ohne daß Turbulenz auftritt, wodurch schädliche Wirkungen auf die Testprobe ausgeübt werden und wodurch die Temperatur der Flüssigkeit ungleich gestaltet werden könnte.

Das Einsetzen des verdrillten Teils in die Einführungsröhre bringt den Vorteil, daß die zum Wärmeaustausch verfügbare Oberfläche vergrößert ist, daß der Teil der Flüssigkeit, der mit der Oberfläche in Wärmeaustausch tritt, sofort seinen Platz mit einem anderen Teil der Flüssigkeit wechselt und daß die temperatur gleichförmig wird. DsB das Einsetzen des verdrillten Teils das innere Volumen der Einführungsröhre wesentlich herabsetzt, ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß eine Bohre von relativ größerem Durchmesser als Einführungsröhre verwendet werden kann.

Wenn die Säule für Flüssigchromatographie in das Gehäuse aufgenommen ist, kann die Einführungsröhre für die Testprobe in dem Gehäuse verlegt werden, so daß eine Verbindung zwischen der Zelle und der Säule entsteht. Damit die Analyse verschiedener Eroben ermöglicht ist, wird vorteilhafterweise das Refraktometer so aufgebaut, daß die

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Säule für Flüssigchromatographie nicht innerhalb des Gehäuses untergebracht ist und nur die Einführungsröhre in eine entfernbare Hülle eingesetzt und in dem Gehäuse angebracht ist.

In Fig. 9 ist ein Aufbau dargestellt, bei dem die Einführungsröhre 17 mit einer Wärmeleitpaste beschichtet und am Boden eines mit einer U-förmigen Vertiefung versehenen Gehäuses 29 angeordnet ist, und bei dem das Gehäuse 29, das die Einführungsröhre enthält, in den Metallblock JO innerhalb des Gerätes eingelegt ist.(In dieser Zeichnung sind die anderen Teile des Gerätes nicht dargestellt, damit der Innenaufbau des Blockes gezeigt werden kann).

Ein Ende der Einführungsröhre 17 steht aus dem Gerät hervor und wird so weit geführt, daß es mit der (nicht dargestellten) Säule verbunden werden kann, während das andere Ende der Bohre in die Zelle 16 innerhalb des Refraktometers führt.

Bei dem Aufbau nach Fig. 10 und 11 ist dieser metallische Block in einen Teilblock 3QA unterteilt, der das mit einer U-förmigen Nut versehene Gehäuse für die Einführungsröhre enthält und in einen Block 5OB₁ der wiederum den Block 3OA aufnimmt.

Das Refraktometer nach diesem in Fig. 10 und 11 dargestellten Aufbau wurde einmal so erprobt, daß das verdrillte Teil in die Einführungsröhre eingesetzt wurde und einmal ohne Benutzung des verdrillten Teils.

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- 10 -folgende Verte bestimmen das Refraktometer:

Zellenkapazität Länge der

Durchmesser der Einführungsröhre Abmessungen des verdrillten !Teils

Lösungsmittel Meßflüflsigkeit

8>L

200 mm (rostfreier Stahl)

außen 1,6 mm
innen 0,5 mm

zwei Drähte mit 0,2 mm Durchmesser mit einem Steigungsmaß von 0,45 verdrillt

reines Wasser reines Wasser

Die Ergebnisse dieses Versuchs sind grafisch in Fig. 12 und 13 dargestellt. In den Diagrammen zeigt die horizontale Achse den Zeitverlauf in Minuten und die Vertikalachse die Größe des Brechungsindex an.

In dem Diagramm in SLg. 13 ist ein scharfer Einbruch der Heßlinie an der Stelle F zu sehen. Der Funkt F stellt die !Seit dar, als eine Hand die Flüssigkeit-Einleitungsröhre berührte. Damit ist ein klarer Beweis vorhanden, daß die ilüssigkeitstemperatur einen sehr großen Einfluß auf den Wert des Brechungsindez ergibt, der durch den Sensor angezeigt wird. Die in SIg. 12 dargestellte Kurve, die nach Einsetzendes verdrillten Teils in die Einführungsröhre aufgenommen wurde, ist entschieden stabil im Vergleich zur Kurve der Flg. 13 und zeigt den Vorteil, den das verdrillte Teil bringt.

Das verdrillte Teil tmd die Einfflhrungsröhre sind in folgenden Bereichen zu bemessen:

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Innendurchmesser der Einfuhrungsröhre 0,2 bis 1,0 mm inneres Volumen der EinfüJhrungsröhre 25 bis 43yul Material des einzusetzenden verdrillten Teils: Streifen von einer Stärke 0,05 bis 0,2 mm

Breite 0,2 bis 0,9 mm

Steigungsmaß 0,4 bis 1,5

Verdrilltes Teil (Draht) Durchmesser 0,05 bis 0,4 mm Steigungsmaß 0,2 bis 0,9

Verdrilltes Teil (Stange) Durchmesser 0,2 bis 0,8 mm Steigungsmaß 0,7 bis 1,5

Bei der Verwendung des beschriebenen Refraktometers muß die Sichtung des Reflexionsspiegels so eingestellt werden, daß das von der Idchtquelle ausgesandte licht, das durch die Zelle hindurchgetreten ist und von dem Reflexionsspiegel reflektiert wurde, bei dem Sensor an der vorbestimmten Stelle auftrifft. Die vorliegende Erfindung- umfaßt dazu ftLttel, die diese Einstellung der Passung des Reflexionsspiegels in dem Refraktometer genau und schnell ermöglichen.

In Pig. 14 und 15 ist die neuartige Spiegel-Aufhängungsvorrichtung gezeigt. In Pig. 14 ist der Deckel 31 aus Darstellungsgründen weggelassen. Der Reflexionsspiegel 1 ist an einem Spiegelhalteteil 32 befestigt. Eine bewegliche Platte 33 ist mit einem Ende an dem Refraktometergehäuse befestigt. Die bewegliche Platte ist im wesentlichen senkrecht zum Idchtweg 34 angeordnet. Das obere Ende der Platte ist mit dem Außenmantel über eine Peder 35 und eine Stahlkugel 36 verbunden und das untere Ende der Platte ist mittels einer Stahl kugel 36' mit dem Außenmantel verbunden. Bei diesem

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Aufbau kann die bewegliche Platte um eine durch die beiden Stahlkugeln gebildete Achse frei gedreht werden. Die Verbindung zwischen der drehbaren Platte und dem Außenmantel ist nicht auf die dargestellte Art beschränkt, sondern sie kann auch auf andere Weise hergestellt werden, wenn nur die Platte um diese Achse drehbar ist. Der Außenmantel ist innerhalb des Gehäuses des Refraktometers ausgebildet. Das untere Ende der beweglichen Platte 33 ist auch noch mit dem Tragteil 32 für den Reflexionsspiegel verbunden.

Die bewegliche Platte 33 wird von einem Druckteil 37 durchdrungen, das so angeordnet ist, daß es nach vorne und nach hinten bewegt werden kann. Bei der dargestellten Ausführung ist ein Gewindeteil durch eine Gewindebohrung in der beweg<lichen Platte eingeschraubt. Indem dieses Druckteil vor- oder zurückbewegt wird, kann deshalb der zwischen der beweglichen Platte und dem Halteteil gebildete Winkel verändert werden, wobei die Verbindung der beweglichen Platte mit dem Halteteil die Drehachse darstellt. Bisher ist dieser Aufbau nur beispielsweise beschrieben und kann je nach Anforderung verändert werden, wenn nur der Winkel in der beschriebenen Weise verändert werden kann.

Von der beweglichen Platte 33 steht ein Plattenstück 38 senkrecht ab. Ein Teil 39 ist am Außenrahmen des Refraktometers befestigt und mit einer Gewindebohrung versehen. Ein mit einem Knopf versehenes Gewindeteil 40 ist in diese Gewindebohrung eingeschraubt und besitzt an seinem Knopf eine Rändelung.

Durch die öffnung für die bewegliche Platte vom Teil 39 getrennt ist ein Federlager 42 am Außenrahmen angebracht, in dem eine Druckfeder 43 um einen Druckstab 41 gehalten wird.

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Durch, die Federkraft wird der Druckstab 41 gegen die vorstehende Platte 58 gepreßt. Durch. Drehen des geriffelten Knopfes und damit erfolgendes Vor- oder Zurückbewegen des Knopfteiles 40 kann dadurch, die vorstehende Platte gegen das Federnest hin oder von diesem weg bewegt werden. Wenn die vorstehende Platte bewegt wird, wird auch die bewegliche Platte 33 um ihre Vertikalach.se gedreht, wodurch der Reflexionsspiegel sich in gleicher Weise mitbewegt. Der Reflexionsspiegel kann dadurch seine Richtung vertikal und auch horizontal ändern.

Wenn die Halterung des Spiegels 32 als Blattfeder ausgebildet ist, kann der Reflexionsspiegel mit der Stoßschraube 37 bewegt werden.

In Fig. 16 ist ein Einblickfenster 45 dargestellt, das durch den den Lichtweg 34 umgebenden Mantel angebracht wurde,und zwar in der Nähe des fotoelektrischen Sensors (der Erfassungseinrichtung für das reflektierte Licht) 20. Ein Deckel 46, an dessen Innenfläche ein Spiegel 47 befestigt ist, verdeckt das Einblickfenster. Wenn dieser Deckel, wie dargestellt geöffnet wird, kann der Sensor 20 mit Hilfe des Spiegels in seiner Lage innerhalb des Mantels beobachtet werden.

Die optische Achse des optischen Systems des Refraktometers kann dadurch eingestellt werden, daß der Deckel 46 wie in Fig. 16 dargestellt, so weit geöffnet wird, daß der Sensor 20 über den Spiegel 47 von oben gesehen werden kann und daß dann die Richtung des Reflexionsspiegels 1 so lange geändert wird, bis das durch den Spiegel reflektierte Licht auf den Sensor in der vorgeschriebenen Lage einfällt.

Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann die Einstellung der optischen Achse sehr leicht durchgeführt und schnell

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ausgeführt werden, besonders im Vergleich zu der bisher
üblichen Konstruktion.

Bei dem üblichen Refraktometer muß der obere Deckel jedesmal dann entfernt werden, wenn die optische Achse eingestellt wird. Die Entfernung des oberen Deckels bewirkt eine Änderung der Innentemperatur des Refraktometers und beeinträchtigt die Refraktometergenauigkeit. Dieser Bachteil wurde durch die Einführung des Einblickfensters und des Spiegels ausgeschaltet.

- Patentansprüche -

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Lee rie i te

Claims (5)

1. Patentansprüche

   \ 1^ Differential-Refraktometer mit hoher Empfindlichkeit, '^* dadurch ge ken η ζ e i c h η e t* daß ein Gehäuse vorgesehen ist, daß eine licht quelle außerhalb des Gehäuses angebracht ist, daß eine aus einer Zelle, aus Idnsen und einem mitjeiner Einheit zur Einstellung der optischen Achse versehenen reflektierenden Fenster bestehende Idchtbrechungseinheit, eine IdLchterfassungseinheit, eine optische Basis und eine Säule für i?lüssigchromatographie innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, und daß eine Leitungzur Einführung der Testprobe aus flüssiger Substanz in die Zelle vorgesehen ist.
2. 2. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einheit zur Einstellung der optischen Achse an einem Endabschnitt des Gehäuses angebracht ist und daß sie einen Reflexionsspiegel, ein Tragteil für den Reflexionsspiegel und eine bewegliche Platte umfaßt, daß der Reflexionsspiegel an dem Tragteil für den Reflexionsspiegel befestigt ist, daß das Tragteil für den Reflexionsspiegel mit seinem einen End-Abschnitt an der beweglichen Platte befestigt ist, daß die bewegliche Platte im wesentlichen senkrecht zum Idchtweg von der lacht quelle angeordnet ist, und mit einer Einrichtung versenen ist, die es erlaubt, die bewegliche Platte um ihre Vertikalachse zu drehen, daß das Tragteil für den Reflexionsspiegel mit einer Einrichtung versehen ist, die es erlaubt, das Tragteil um «ae Verbindung mit der beweglichen Platte zu drehen, so daß der durch das Tragteil in bezug auf die bewegliche Platte gebildete Winkel verändert wird,

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   ORIGINAL INSPECTED

   und daß die Seitenwand des Gehäuses ein Einblickfenster enthält, un eine Inspizierung des Reflexions spiegeis von der Außenseite des Gehäuses her zu gestatten.
3. 3. Refraktometer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnat, daß die Leitung ein darin eingesetzten verdrilltes Teil enthält.
4. 4. Difforeatial-Refraktometer ait hoher Empfindlichkeit, dadurch gekennzei chnet, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, daß eine Lichtquell3 außerhalb des Gehäuses angeoriaet ist, daß eine aus einer Zelle, aus Linsen und einem mit einer Einheit zur Einstellung der optischen Achse versehenen Reflexionsfenster gebildete Lichtbrechungseinrichtung, eine Lichterfassungseinrichtung und eine optische Basis innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, daß eine Säule für Flüssigchroioatographie außerhalb des Gehäuses angeordnet ist und daß eine Leitung zur Einführung der Testprobe in die Zelle in einen Fach angeordnet ist und innerhalb eines Metallblocks im Inneren des Gehäuses entfernbar gehalten ist·

   5· Refraktometer nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η ζ ei chnet, daß ein verdrilltes Teil in die Leitung eingesetzt ist.
5. 5. Refraktometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zur Einstellung der optischen Achaean einem Endabschnitt des Gehäuses angebracht ist und aus einem Reflexionsspiegel, einem Halteten für den Reflexionsspiegel und einer beweglichen Platte besteht, daß der Reflexionsspiegel an dem Halteteil für den Reflexionsspiegel befestigt ist, daß das

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   Halteteil für den Reflexionsspiegel mi'c seinem End-Abschnitt an der beweglichen Platte befestigt ist, daß die bewegliche Platte in wesentlichen senkrecht zum Idchtweg von der Ident quelle her angeordnet und mit einer Einrichtung versehen ist, die eine Drehung Jcr bevcglicl^n Platte un ihre Vertikalachse gestattet, daß das Halteteil für den Reflexionsspiegel mit einer Einrichtung versehen ist, die es gestattet, das Halteteil um seine Verbindung mit der beweglichen Platte so zu drehen, daß der vom Halteteil in bezug auf die bewegliche Platte gebildete Winkel verändert wird, und daß die Seitenwand des Gehäuses Gin Einblickfenster erhält, um eine Inspektion des Reflexionsspiegels von der Außenseite des Gehäuses zu gestatten«,

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