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Gerät für die Flüssigkeits-Chromatographie
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Flüssigkeits-Chromatographie
mit einem Monochromator, mit einer Küvette, die eine von der Flüssigkeit durchströmbare
und im Pfad des aus dem Monochromator austretenden Lichts liegende Bohrung aufweist,
und mit einer Auswertevorrichtung, die einen strahlungsemfindlichen Detektor hinter
der Bohrung aufweist.
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Bekannte Geräte dieser Art haben eine Küvette mit einer Bohrung, so
daß jeweils eine Flüssigkeit untersucht werden kann. Häufig ist es jedoch erwünscht
, zwei Flüssigkeiten gleichzeitig, zum Beispiel eine Probe und eine Referenz zu
untersuchen, beispielsweise um Differenzmessungen durchführen zu können.
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Monochromatoren geben Licht eines eng begrenzten Wellenlängenbereiches
in Form eines Lichtbündels oder -strahls ab. Wurde eine Doppelstrahl-Konfiguration
gewünscht, erforderte dies einen erheblichen baulichen Aufwand, zum Beispiel bewegliche
Teile, wie Drehspiegel, und einen entsprechend großen Platzbedarf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, das die gleichzeitige Untersuchung zweier Flüssigkeiten erlaubt,
aber nur einen geringen
gerätetechnischen und räumlichen Aufwand
erfordert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Küvette
zwei mit Abstand nebeneinander angeordnete Bohrungen mit je einem Detektor aufweist,
daß zwei Lichtleiter vorgesehen sind, deren Anfangsquerschnitte dicht benachbart
und deren Endquerschnitte vor den Bohrungen angeordnet sind, und daß der aus dem
Monochromator austretende Lichtstrahl einen beide Anfangsquerschnitte überdeckenden
Balkenquerschnitt hat.
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Durch die beiden Bohrungen wird je eine Flüssigkeit, zum Beispiel
eine Probe und eine Referenz, geleitet. Damit die zugehörigen Detektoren untergebracht
werden können, müssen die Bohrungen einen entsprechenden Abstand voneinander haben.
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Die Lichtleiter, z. B. aus Quarz, sorgen nicht nur für eine Aufteilung
des monochromatischen Lichts, sondern auch für die Spreizung der beiden Lichtstrahlteile
zu den Eintrittsöffnungen der Bohrungen. Durch die Verwendung eines Lichtstrahls
mit Balkenquerschnitt, also Einem Querschnitt, der eine größere Länge als Breite
hat, gelingt es, mit einem Lichtstrahl beide Lichtleiter ausreichend mit monochromatischem
Licht aus derselben Quelle zu versorgen. Der gerätetechnische Aufwand gegenüber
einem bekannten Gerät mit nur einer Bohrung ist minimal. Auch der Platzmehrbedarf
ist äußerst gering.
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Zweckmäßigerweise divergieren die beiden Bohrungen zu den Detektoren
hin. Bei einem vorgegebenen ausgangsseitigen Abstand kann der eingangsseitige Abstand
vermindert werden.
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Hierbei können die Lichtleiter im wesentlichen geradlinig verlaufen
und in Verlängerung der divergierenden Bohrungen angeordnet sein. Dies ergibt sehr
kurze Lichtleiter und sehr geringe Umlenkverluste.
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Des weiteren können die Anfangsquerschnitte der Lichtleiter in einer
Richtung versetzt sein, die senkrecht zur Verbindungslinie der Bohrungen steht Dies
erlaubt es beispielsweise,
bei einem vertikalen Austrittsspalt des
Monochromators horizontal nebeneinander angeordnete Bohrungen zu verwenden, was
vielfach zu weiteren Platzeinsparungen führt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Küvette zwei weitere
Bohrungen mit zugehörigem Monochromator, Lichtleitern und Detektoren aufweisen,
welche Bohrungen Je mit einer der erstgenannten Bohrungen in Reihe geschaltet sind.
Auf diese Weise lassen sich zwei Flüssigkeiten bei einem Durchlauf durch die Küvette
je zweimal untersuchen, zum Beispiel mit monochromatischem Licht unterschiedlicher
Frequenz. Wegen der Kleinheit der Apparatur ist dies in einem Gerät möglich.
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Mit besonderem Vorteil besitzt der Monochromator eine eine Längserstreckung
aufweisende Lichtquelle und im wesentlichen optische Elemente, deren aktiven Flächen
jeweils in Richtung dieser Längserstreckung ihre Form beibehalten. Dies ist eine
besonders einfache Methode, um einen Lichtstrahl mit Balkenquerschnitt und gleichmäßiger
Lichtverteilung im Querschnitt zu erzeugen.
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Insbesondere kann die Lichtquelle ein Hg-Hochdruck-Brenner sein.
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Ein scher Brenner hat eine leuchtende Entladungsstrecke mit Längsausdehnung
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Im einzelnen kann hinter der Lichtquelle ein zylindrischer Hohlspiegel
und zwischen Lichtquelle und Eintrittaspalt zwei zylindrische Plankonvexlinsen angeordnet
sein. Auf diese Weise wird das Licht mit Balkenquerschnitt im wesentlichen vollständig
durch den Eintrittaspalt geleitet.
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Günstig ist es für die kleinen Abmessungen ferner, wenn Ein-und Austrittsspalt
des Monochromators mit Abstand etwa nebeneinander angeordnet sind, Jedem Spalt ein
zylindrlacher Hohlspiegel zugeordnet ist und im Lichtweg zwischen aiesen ein Plangitter
vorgesehen ist.
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Zwischen dem Austrittsspalt und den Anfangsenden der Lichtleiter sollten
zwei zylindrische Plankonvexlinsen angeordnet sein, deren erste eine zum Spalt parallele
Achse und deren zweite eine dazu senkrechte Achse hat. Hiermit wird der Querschnitt
des aus dem Austrittsspalt austretenden Lichts zunächst in der Breite und dann in
der Höhe auf einen Wert begrenzt, der annähernd der Fläche der beiden Anfangsquerschnitte
der Lichtleiter entspricht.
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Mit besonderem Vorteil ist ferner der Hg-Hochdruckbrenner weitgehend
von einem keramischen Wärmeschild umgeben, das seinerseits unter Freilassung eines
Kühlluftspalts von einem Isolierschild umgeben ist. Ein solcher Brenner muß im Betrieb
auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur gehalten werden.
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Andererseits ist es unerwünscht, daß die übrigen Teile des Geräts
höhere Temperaturen annehmen. Das keramische Wärmeschild, zum Beispiel aus Aluminiumoxydkeramik,kann
an der Innenseite eine verhältnismäßig hohe Temperatur annehmen, wird aber durch
die den Kühlungsspalt durchströmende Luft außen soweit gekühlt, daß keine unzulässig
hohen Temperaturen in der Umgebung auftreten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Monochromator ein
Gehäuse auf, an dem nebeneinander eine Lichtquelleneinheit und eine Küvetteneinheit
angebracht sind. Dies ergibt eine sehr kompakte Bauform.
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Ferner können die den Spalten zugeordneten zylindrischen Hohlspiegel
des Monochromators durch verspiegelte Gehäusewände gebildet sein. Auf diese Weise
wird Platz für zusätzliche Spiegel gespart.
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Darüber hinaus ist es günstig, wenn Lichtquellen- und Küvetteneinheiten
an der Rückseite des Gehäuses angebracht sind und wenn an der Vorderseite eine Vorrichtung
zum Verstellen der Wellenlänge und vier mit der Küvette verbundene Anschlußstutzen
für
die zu untersuchende Flüssigkeit vorgesehen sind.
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Trotz der kompakten Bauform sind alle für die Bedienung erforderlichen
Teile an der Vorderseite frei zugänglich.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn das Gehäuse als Modul in ein Ubergehäuse
eingesetzt ist, wenn außerdem ein Modul für eine Pumpe und/oder einen Drucker aufnimmt
und wenn alle Module Steckleisten zur selbsttätigen Verbindung untereinander über
im Übergehäuse verlegte Leitungen aufweisen. Platzsparenderweise werden alle wesentlichen
Teile als Einzelmodul vorgesehen, die im Bedarfsfall, zum Beispiel zur Reparatur,
leicht herausnehmbar oder sogar austauschbar sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Horizontalschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Gerät, Fig. 2 schematisch in perspektivischer Darstellung
die Küvette und die ihr vorgeschalteten optischen Elemente, Fig. 3 einen Vertikalschnitt
durch die Küvette und Fig. 4 das Gerät in einem Ubergehäuse.
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Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 1, an dessen Rückseite eine Lichtquelleneinheit
2 und eine Küvetteneinheit 3 angebracht sind.
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Zur Lichtquelleneinheit gehört ein Hg-Hochdruck-Brenner 4 mit einer
senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Entladungsstrecke 5. Der Brenner ist umgeben
von einem Wärmeschild 6 aus Aluminiumoxydkeramik. Dieses ist außen von einem Isolierschild
7 umgeben. Dazwischen verbleibt ein Kühlluftspalt 8, durch den mittels eines Gebläses
oder bei vertikaler Aufstellung auch allein durch Thermik Kühlluft strömt. Infolge
dessen kann die Innenseite des Wärme schildes im Betrieb recht hohe
Temperaturen
annehmen, was die Arbeitsweise des Brenners erleichtert, während nach außen hin
keine störende Wärmestrahlung auftritt.
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Zwischen Brenner 4 und Wärmeschild 6 ist ein zylindrischer Hohlspiegel
9 angeordnet, der die nach hinten aus dem Brenner austretende Strahlung nach vorn
wirft. In den nach vorn gerichteten Strahlengang sind zwei zylindrische Plankonvexlinsen
10 und 11 angeordnet, welche die W-Lichtstrahlen des Brenners auf einen Eintrittsspalt
12 des im Gehäuse 1 ausgebildeten Monochromators 13 sammeln. Es folgt eine dritte
Plankonvexlinse 14, die das Licht in einen Strahl 15 formt, dessen Querschnitt wegen
der länglichen Lichtquelle und der gewählten optischen Elemente Balkenform hat,
also eine größere Länge als Breite. Dieser Strahl 15 trifft auf einen zylindrischen
Hohlspiegel 16, der den Strahl umlenkt auf ein Plangitter 17, beispielsweise mit
1200 Beugungsrillen/mm. Dieses Plangitter ist auf einer Scheibe 18 gehalten, die
über eine Stange 18a mit Hilfe eines an der Vorderseite des Gehäuses 1 angebrachten
Drehknopfes 19 verstellt werden kann. Von dem auf diese Weise erzeugten Spektrum
wird auf einem zweiten zylindrischen HohlsPiegel 20 die gewünschte Wellenlänze über
einen Austritts-KerLeKtlOnSSCnlCnten cLer spalt 21 aus dem Monochromator 13 herausgeführt.
Die/zylindrischen Hohlspiegel 16 und 20 können unmittelbar auf die Innenfläche des
Gehäuses aufgedampft sein. Dem Austrittsspalt 21 folgt eine zylindrische Plankonvexlinse
22, deren Achse der Spalterstreckung parallel ist,und eine zylindrische Plankonvexlinse
23, deren Achse senkrecht dazu verläuft. Die Linse 22 faßt den aus dem Spalt 21
austretenden Strahlenanteil parallel zusammen, die Linse 23 reduziert die Höhe des
Strahlquerschnitts.
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Beides zusammen bewirkt, daß in der Ebene 25 ein Querschnitt Q des
Strahls 24 gegeben ist, dessen Breite annähernd dem Durchmesser und dessen Höhe
annähernd dem doppelten Durchmesser der dort befindlichen Anfangs enden von zwei
Quarzlichtleitern 26 und 27 ist.
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Die letztgenannten Teile sind in einer Halterung 28 angeordnet, die
am freien Ende einen Deckel 29 und eine darin eingeschlossene Küvette 30 trägt.
In der Küvette sind Bohrungen 31 und 32 vorgesehen, die in einem Winkel zueinander
stehen und in Verlängerung der beiden Lichtleiter 26 und 27 angeordnet sind. Hinter
diesen Bohrungen sind zwei W-Detektoren 33 und 34 vorgesehen, die in Abhängigkeit
von der Lichtbeaufschlagung ein elektrisches Signal abgeben.
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Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß die Küvette 30 nicht
nur die Bohrungen 31 und 32, sondern auch darunter zwei weitere Bohrungen 31' und
32t besitzt. Die Küvette 30 besteht aus einem Küvettenkörper 35 aus undurchsichtigem
Material und zwei diesen beidseitig abdeckenden Quarzglasscheiben 36 und 37. Die
Bohrungen befinden sich lediglich im Küvettenkörper 35. Die Bohrung 31 ist mit der
Bohrung 31' über eine Nut 38 an der Rückseite verbunden. Ähnliches gilt für die
Bohrung 32 und 32'. Der Anfang der Bohrung 31 ist über einen Stichkanal 39 mit einer
Zuleitung 40, das Ende der Bohrung 31' ist über einen Stichkanal 41 mit einer Rückflußleitung
42 verbunden. In ähnlicher Weise ist das andere Bohrungssystem mit einer Zuleitung
43 und einer Rückflußleitung 44 verbunden.
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Das Gerät kann wahlweise mit einem Monochromator, wie er in Fig. 1
veranschaulicht ist und lediglich einem Bohrungspaar 31, 32 oder mit zwei derartigen
Monochromatoren und beiden Bohrungspaaren betrieben werden. Beispielsweise kann
in dem oberen Bohrungspaar eine Probe und eine Referenz mittels einer ersten Wellenlänge
und in dem unteren Bohrungspaar dieselben Flüssigkeiten mittels einer zweiten Wellenlänge
untersucht werden. Die gewünschte Wellenlänge wird mit Hilfe des Plangitters 17
eingestellt. Das Gerät ist sowohl für Hochdruckals auch für Niederdruck-FlUssigkeits-Chromatographie
geeignet.
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Fig. 1 läßt erkennen, daß der Monochromator 13 mit Lichtquelleneinheit
2 und Küvetteneinheit 3 einen recht gedrungenen Querschnitt hat. Auch in der Höhe
kommt man mit verhältnismäßig wenig Platz aus, zum Beispiel 50 mm für einen Monochromator
und 100 mm für zwei Monochromatoren. Aus diesem Grund kann das Gerät als Modul 45
in ein Übergehäuse 46 eingeschoben werden, das außerdem ein Modul 47 für eine Pumpe
und ein Modul 48 für eine Auswertevorrichtung, zum Beispiel eine Druckvorrichtung
aufnimmt (Fig. 4). Jedes Modul ist mit einem Griff 49 zum Herausziehen versehen.
An der Rückseite befindet sich eine Steckerleiste 50, die mit einer entsprechenden
Steckerleiste 51 im Ubergehäuse 46 automatisch in Kontakt kommt, wenn das Modul
eingeschoben werden wird.
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Auf diese Weise werden die Funktionselemente der einzelnen Module
elektrisch und gegebenenfalls auch bezüglich der Flüssigkeitsleitungen miteinander
verbunden.
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Aus Fig. 4 ist ferner zu ersehen, daß an der Vorderseite des Moduls
45 vier Anschlußstutzen 52 vorgesehen sind, die je mit einer der Leitungen 40, 42.,
43 und 44 verbunden sind. Dem Einstellknopf 20 für die Wellenlänge kann eine Anzeigevorrichtung
53 zugeordnet sein. Ferner kann ein Drehknopf 54 zum Nullpunktsabgleich vorgesehen
sein. Schalter 55 und 56 erlauben es, die Betriebsart einzustellen, nämlich Transmissionsmessung
und Extinktionsmessung.
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Das Modul 47 weist eine impulsbetriebene elektromagnetische Dosierpumpe
auf. Eine Anzeigevorrichtung 57 zeigt den erzeugten Druck an. Ein Drehknopf 58 erlaubt
den Hub,wld damit die Fördermenge einzustellen, die mittels einer Anzeigenvorrichtung
59 angegeben wird.
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Das Modul 48 enthält einen Drucker, der alle wesentlichen Daten, wie
Datum, Uhrzeit, Meßergebnisse aller aktiven Detektoren usw. auf Metallpapier druckt,
das über einen Schlitz 60 ausgegeben wird. Außerdem ist eine diese Werte kennzeichnende
Anzeigevorrichtung 61 vorhanden.