DE2710030C3 - Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer zylindrischen Küvette befindlichen Stoffes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art Und kann beispielsweise in der Medizin, Biologie und Chemie bei Durchführung von qualitativen bzw. quantitativen Analysen eines zu untersuchenden Stoffes in einer Spurenmenge mit Vorteil verwendet werden.

Heutzutage stellt man an Vorrichtungen zur Photometrierung eines in austauschbaren zylindrischen Küvetten befindlichen Stoffes die Forderung nach einer wesentlich höheren Genauigkeit der Photometrierung, weil die besagten Vorrichtungen eine hohe Empfindlichkeit gegen die genaue Anforderung der austauschbaren Küvetten und deren Geometrie besitzen.

Es ist eine Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer zylindrischen Küvette befindlichen Stoffes bekannt (siehe z. B. »Die Ultramikroanalyse von Nukleinsäuren«, Moskau, 1973, S.138 bis 142, Abb. 2), die über eine Lichtquelle verfügt, in deren Lichtbündelgang eine Öffnungsblende vorgesehen ist, welche zur Begrenzung des Lichtbündels dient, das auf der zylindrischen Küvette mit dem zu photometrierenden Stoff fokussiert wird, durch diese hindurchgeht und dann im Bildempfänger gesammelt wird.

Bei der genannten Vorrichtung vollzieht sich die Fokussierung des durch die Öffnungsblende begrenzten Lichtbündels auf der zylindrischen Küvette mit dem zu photometrierenden Stoff mit Hilfe eines Kondensors, der sich im Lichtbündelgang hinter der öffnungsblendc befindet. Das durch die Küvette ge-

gangene Lichtbündel wird durch einen ähnlichen Kondensor gesammelt, welcher im Lichtbündelverlauf zwischen der Küvette und dem Bildempfänger angeordnet ist und das Lichtbündel zum Bildempfänger leitet.

Die vorstehend angegebene Vorrichtung ist gegen die Lage und Gestalt der zylindrischen Küvette äußerst empfindlich, die sich beispielsweise bei Abtastung der Küvette bzw. deren Auswechselung verändem können, so daß keine ausreichende Reproduzierbarkeit von Photometrierungsergebnissen gewährleistet wird.

In der US-PS 3010358 ist eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Merkmalen beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtu--.g wird das Licht der Lichtquelle gesammelt und von einer Seite auf den zu photometrierenden Stoff gerichtet. Etwaige optische bzw. geometrische Fehler der den zu photometrierenden Stoff enthaltenden Küvette können dabei das Meßergebnis beeinflussen, insbesondere wenn die Küvette bewegt bzw. ihre Lage relativ zum beleuchtenden Lichtstrahl geändert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer Küvette befindlichen Stoffes zu entwickeln, bei welcher durch eine achssymmetrische Beleuchtung der Küvette mit dem zu photometrierenden Stoff eine geringe Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen die Lage und Gestalt der Küvette erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei ist vorteilhaft, daß die Öffnungsblende als ein Ring ausgebildet ist, welcher für die achssyrr.metrische Beleuchtung der zylindrischen Küvette mit dem zu photometrierenden Stoff mittels des vom Ellipsoidspiegel reflektierten Lichtbündels vorgesehen ist und die Beleuchtung der Stirnseite der zylindrischen Küvette sowie die des Bereiches des Ellipsoidspiegels, der in unmittelbarer Nähe von der Küvette liegt, verhindert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer Küvette befindlichen Stoffes ist nur gering empfindlich gegen eine Achsversetzung der Küvette bezüglich der optischen Achse der Vorrichtung und durchaus unempfindlich gegen Umdrehungen der Küvette um ihre Achse. Bei der genannten Vorrichtung können Küvetten eines sehr kleinen Durchmessers (Kapillaren) Anwendung finden, so daß mit Stoffspuren gearbeitet werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels und die Zeichnung erläutert, in welcher das optische Schema einer Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer zylindrischen Küvette befindlichen Stoffes (teilweiser Längsschnitt) ausgebildet ist.

Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle 1, deren Licht durch einen Kondensor, welcher beim dargelegten Ausführungsbeispiel als Linse 3 ausgebildet ist, zu einem Lichtbündel 2 gesammelt wird. Im Verlauf des Lichtbündels 2 befindet sich hinter der Linse 3 in ihrer unmittelbaren Nähe eine Öffnungsblende, die für die Begrenzung des Lichtbündels 2 gedacht ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die öffnungsblcnde als Ring 4 ausgebildet.

Hinter der öffnungsblcndc befindet sich im Gange des Lichtbündels 2 eine Sammellinse 5. Dabei liegt die genannte Öffnungsblende im Brennpunkt der Sammellinse 5. Weiter im Verlauf des Lichtbündels 2

ist eine Feldblende 6 angeordnet, die sich sowohl im Brennpunkt der Linse 3 als auch in einem der Brennpunkte des im Gang weiterliegenden Ellipsoidspiegels 7 befindet. In dem anderen Brennpunkt des Ellipsoidspiegels 7 befindet sich koaxial zum Ellipsoidspiegel 7 eine zylindrische Küvette 8 mit einem zu photometrierenden Stoff 9, der im Bereich der Arbeitswellenlängen Licht absorbieren kann; in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt dieser Stoff eine Flüssigkeit dar. Der Ellipsoidspiegel 7 dient zur Fokussierung des darauf fallenden Lichtbündels 2 auf der zylindrischen Küvette 8 sowie zur Sammlung des vom Ellipsoidspiegel 7 reflektierten und durch die Küvette 8 gegangenen Lichtbündels 2. Hierbei sorgt die Öffnungsblende für eine achssymmetrische Beleuchtung der zylindrischen Küvette 8 mit dem Lichtbündel 2, das vom Ellipsoidspiegel 7 reflektiert worden ist und vermeidet die Beleuchtung der Stirnseite derzylindrischen Küvette 8 sowie des in inmittelbarer Nähe von der Küvette 8 liegenden Bereiches des Ellipsoidspiegel 7.

Im Gang des einfallenden und des vom Ellipsoidspiegel 7 reflektierten Lichtbündels 2 befindet sich zwischen Ellipsoidspiegel 7 und Feldblende 6 ein halbdurchlässiger Spiegel 10, der für die Trennung des einfallenden und des durch den Ellipsoidspiegel 7 reflektierten Lichtbündels 2 vorgesehen ist. Der halbdurchlässige Spiegel 10 ist unter einem Winkel zur Achse des Ellipsoidspiegel 7 angeordnet und leitet das vom Ellipsoidspiegel 7 reflektierte Lichtbündel 2 zu einem photoelektrischen Wandler 11, indem der photoelektrische Wandler 11 selbst symmetrisch zur Feldblende 6 bezüglich des halbdurchlässigen Spiegels 10 angebracht ist.

Die Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer zylindrischen Küvette befindlichen Stoffes hat folgende Wirkungsweise.

Das Licht der Lichtquelle 1 wird durch den Kondensor zum Lichtbündel 2 gesammelt, welches durch die Öffnungsblende begrenzt wird, und welches dann durch die Sairmellinse 5 und die Feldblende 6 hindurchgeht und an den halbdurchsichtigen Spiegel 10 gelangt. Ein von dem halbdurchsichtigen Spiegel 10 reflektierter Teil des Lichtbündels 2 wird weiterhin nicht mehr benutzt. Der durch den halbdurchsichtigen Spiegel 10 hindurchgegangene Teil des Lichtbündels 2 kommt auf den Ellipsoidspiegel 7 und wird durch diesen auf derzylindrischen Küvette 8 mit dem zu photometrierenden Stoff 9 fokussiert. Das Lichtbündel 2, das durch die Küvette 8 gegangen und teilweise durch den zu photometrierenden Stoff 9 absorbiert wurde, gelangt zum Ellipsoidspiegel 7, wird

κι durch diesen gesammelt und, indem es sich von dem halbdurchsichtigen Spiegel 10 zum Teil widerspiegelt, kommt es in den Bildempfänger 11. Der letztere erzeugt ein Signal, das der durch die zylindrische Küvette mit dem zu photometrierenden Stoff 9 hindurchgegangenen Lichtmenge proportinal ist, und durch eine elektronische Schaltung (nicht abgebildet) registriert wird. Die zylindrische Küvette 8 wird zur gleichen Zeit aus allen Radialrichtungen beleuchtet, die durch den Brennpunkt des Ellipsoidspiegels 7 verlaufen und in den Meridianen durch die öffnungsblenden begrenzt sind.

Der Raumwinkel des Ellipsoidspiegels 7, in dem das durch die zylindrische Küvette 8 hindurchgegangene Licht gesammelt wird, kann bis 90% des vollen Raumwinkels betragen, so daß praktisch das ganze Licht, das durch die zylindrische Küvette 8 gegangen bzw. dadurch reflektiert ist, gesammelt und zum Bildempfänger 11 geleitev. wird. Dies ermöglicht die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen die Lichtstreuung im zu photometrierenden Stoff 9, der sich in der zylindrischen Küvette 8 befindet, beträchtlich zu vermindern.

Die Drehsymmetrie des Beleuchtungssystems und des Ellipsoidspiegels 7 sowie dessen Gleichachsigkeit mit der zylindrischen Küvette 8 geben die Möglichkeit, die Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen die Lage der Küvette 8 und deren unvollkommene geometrische Gestalt erheblich zu vermindern und eine Änderung der Empfindlichkeit der Vorrichtung gegen die Lichtabsorption des in der zylindrischen Küvette 8 befindlichen zu photometrierenden Stoffes 9 infolge einer axialen Umdrehung der Küvette 8 auszuschließen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Vorrichtung zur Photometrierung eines in einer Küvette befindlichen Stoffes mit

   a) einer Lichtquelle,

   b) einem Ellipsoidspiegel,

   c) einer rohrförmigen Küvette, die in dem einen Brennpunkt des Ellipsoidspiegel koaxial zur Ellipsoidlängsachse angeordnet ist,

   d) optischen Elementen zur Fokussierung eines Lichtbündels der Lichtquelle in dem anderen Brennpunkt des Ellipsoidspiegel,

   e) einem photoelektrischen Wandler,

   f) einem Planspiegel zur Umlenkung des nach Durchgang durch die Küvette am Ellipsoidspiegel auf den anderen Brennpunkt fokussierten Lichts zum photoelektrischen Wandler,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   g) die Küvette (8) Zylinderform hat,

   h) die optischen Elemente eine Blende (4) mit ringförmiger Durchlaßöffnung aufweisen, welche zwischen der Lichtquelle (1) und dem anderen Brennpunkt zentrisch auf der Ellipsoidlängsachse im Wege des entlang dieser Achse geführten Lichtbündels angeordnet ist,

   i) der Planspiegel als halbdurchlässiger Spiegel (10) ausgebildet und zwischen den beiden Brennpunkten auf der Ellipsoidlängsachse angeordnet ist.