DE2857486A1 - Messzellenanordnung fuer eine vorrichtung zur spektroskopischen untersuchung von fluessigen messproben - Google Patents

Messzellenanordnung fuer eine vorrichtung zur spektroskopischen untersuchung von fluessigen messproben

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DE2857486A1 DE19782857486 DE2857486A DE2857486A1 DE 2857486 A1 DE2857486 A1 DE 2857486A1 DE 19782857486 DE19782857486 DE 19782857486 DE 2857486 A DE2857486 A DE 2857486A DE 2857486 A1 DE2857486 A1 DE 2857486A1
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Description

  • Meßzellenanordnung für eine Vorrichtung zur spektroskopischen
  • Untersuchung von flüssigen Meßproben Die Erfindung betrifft eine Meßzellenanordnung für eine Vorrichtung zur spektroskopischen Untersuchung von flüssigen Meßproben, insbesondere zur Bestimmung der Geschwindigkeit von in einer Flüssigkeit bewegten Teilchen mittels Laser-Doppler-Spektroskopie mit einer Meßzelle zur Aufnahme der Meßproben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßzellenanordnung der vorstehend genannten Art so auszubilden, daß sie ein rasches Austauschen von Proben gestattet und insbesondere sowohl die Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit von Teilchen als auch ihre Sedimentationsgeschwindigkeit ermöglicht.
  • Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Meßzelle von einem beidendig offenen Rohr gebildet und in einem einen Durchtrittskanal für den Meßstrahl aufweisenden Zellenhalter angeordnet ist, der in einem Gehäuse zwischen einer Füll- und Reinigungsstellung, in welcher die beiden Rohrenden mit einer Einfüll- und einer Auslauföffnung im Gehäuse fluchten, und einer Meßstellung verstellbar ist, in welcher die Verbindung zwischen der Meßzelle und der Außenluft unterbrochen ist.
  • Vorzugsweise ist der Zellenhalter von einem zylindrischen Körper gebildet, der eine diametral verlaufende Durchbrechung zur Aufnahme der Meßzelle und einen axial verlaufenden Durchtrittskanal für den Meßstrahl aufweist, wobei das Gehäuse einen Block mit einer durchgehenden zylindrischen Aufnahmebohrung mit einem dem Außendurchmesser des Zellenhalters entsprechenden Innendurchmesser aufweist und wobei die Einfüll- und die Auslauföffnung durch einander diametral gegenüberliegende Bohrungen in dem Block ausgebildet sind. Durch eine einfache Drehung des Zellenhalters können die offenen Rohrenden der Meßzelle in Flucht mit der Einfüll- und der Auslauföffnung gebracht werden, so daß die Zelle durchgespült und neu gefüllt werden kann. Ist die Meßzelle wieder gefüllt, wird der Zellenhalter gedreht, so daß die Verbindung zwischen der Einfüll- und der Auslauföffnung und der rohrförmigen MeB-zelle unterbrochen ist. Zieht man den Zellenhalter aus seiner Aufnahmebohrung heraus, so kann auch die beispielsweise von einer Glaskapillare gebildete Meßzelle auf einfache Weise ausgetauscht werden.
  • Diese Anordnung der Meßzelle ermöglicht es auch auf einfache Weise, ein elektrisches Feld an die Probe anzulegen, um so die elektrophoretische Beweglichkeit der Teilchen zu messen. Hierzu wird vorgeschlagen, daß das Gehäuse beiderseits des Blockes und bezüglich der Achse der Aufnahmebohrung einander diametral gegenüberliegend jeweils eine Kammer zur Aufnahme einer Pufferlösung und einer Elektrode aufweist, daß die Aufnahmebohrung für den Zellenhalter mit den beiden Kammern über einander diametral gegenüberliegende Öffnungen in dem Block verhunden ist, die gegenüber der Einfüll- und der Aus auf öffnung in Umfangsrichtung versetzt sind und daß die Öffnungen jeweils durch eine semipermeable Membran verschließbar sind. In ihrer Meßstellung fluchtet die Membranhaltestück mittels einer Spannvorrichtung gegen die Anlagefläche anpreßbar ist. Die Öffnungen in dem Block werden somit durch eine Verschneidung der zylindrischen Umfangsfläche der Aufnahmebohrung mit der zylindrischen Anlagefläche erzeugt. Dadurch läßt sich einerseits ein dichter Abschluß zwischen der jeweiligen Kammer zur Aufnahme der Pufferlösung und der Aufnahmebohrung erreichen und gleichzeitig wird die Membran so gegen die Oberfläche des zylindrischen Zellenhalters gespannt, daß an der Öffnung der Durchbrechung zur Aufnahme der rohrförmigen Meßzelle keine Probenflüssigkeit entweichen kann.
  • Die Spannvorrichtung umfaßt vorzugsweise eine mit einem Innengewinde versehene Hülse und eine mit einer axialen Bohrung versehene, in das Innengewinde einschraubbare Hohlschraube, wobei sich die Spannvorrichtung einerseits an dem Membranhaltestück und andererseits an der der Anlagefläche gegenüberliegenden Kammerwand abstützt.Die Hülse und die Hohlschraube bilden in ihrem Inneren einen Kanal, durch den ein Strom hindurchfließen kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beiliegenden Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Meßvorrichtung gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1, Fig. 3 eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer zweiten Aus führungs form der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung, Fig. 4 eine perspektivische schematische Darstellung des Strahlenverlaufes in der in Fig. 3 dargestellten Meßvorrichtung, Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine Meßzellenanordnung für die Messung der Geschwindigkeit von sich in einem elektrischen Feld bewegenden Teilchen, und Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Meßzellenanordnung.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Meßanordnung umfaßt einen Laser 10 als Strahlungsquelle zur Erzeugung einer monochromatischen kohärenten elektromagnetischen Strahlung. Der von dem Laser lo ausgesandte ursprüngliche Lichtstrahl 12' gelangt über eine Lochblende 14 zu einem Strahlteiler 16, in dem er zu gleichen Teilen in einen Meßstrahl 18 und einen Referenzstrahl 2O aufgespalten wird. Selbstverständlich kann jedoch auch die eingestrahlte Energie in anderer Weise auf den Meßstrahl und den Referenzstrahl verteilt werden. Im dargestellten Beispiel ist der Strahlteiler 16 von zwei Halbwürfelprismen gebildet. Es kann aber auch jeder andere hierfür geeignete Strahlteiler verwendet werden.
  • Der Referenzstrahl gelangt über einen der Steuerung seiner Intensität dienenden drehbaren Polarisator 22 zu einem Strahlmischer 24, der in der gleichen Weise wie der Strahlteiler 16 ausgebildet ist.
  • Der Meßstrahl 18 gelangt über eine Lochblende 26 zu einem als Strahlumlenkelement dienenden Halbwürfelprisma 28, welches den Meßstrahl 18 um 900 zur Richtung des Ursprungsstrahles 12 umlenkt, so daß tr parallel zur optischen Achse einer bikonvexen Sammellinse 30 auf diese auftrifft. Im Brennpunkt der Sammellinse 3O ist eine rohrförmige Meßzelle 32 derart angeordnet, daß ihre Rohrachse senkrecht zur optischen Achse 34 der Sammellinse und parallel zur Richtung des ursprünglichen Laserstrahles 12 verläuft. Die Meßzelle 32 enthält die Probenflüssigkeit mit den in der Probenflüssigkeit enthaltenen Teilchen, die sich unter der Wirkung einer an Elektroden 36 und 38 angelegten Spannung parallel zur Rohrachse bewegen.
  • Auf der der Linse 30 abgewandten Seite erkennt man eine Sammellinse 40, ein Halbwütfelprisma 42 und eine Lochblende 44, die identisch zu der Linse 3O, dem Halbwürfelprisma 28 bzw. der Lochblende 26 ausgebildet und zu diesen Elementen bezüglich einer durch die Rohrachse der Meßzelle 32 senkrecht zur zweiten Ebene gelegten Ebene splegelsymmetrisch angeordnet sind.
  • Der von dem Halbwürfelprisma 28 auf die Sammellinse 3O hingelenkte Meßstrahl wird von der Sammellinse 3o zur optischen Achse 34 hin gebrochen und geht durch den gemeinsamen Brennpunkt F der beiden Sarunellinsen 3O und 4O.
  • Der Meßstrahl 18 wird an den sich in der Meßzelle 32 bewegenden Teilchen gestreut, wobei die Frequenz des gestreuten Lichtes aufgrund der Bewegung der streuenden Teilchen durch den Doppler-Effekt verschoben ist. Die aus dem Streuvolumen um den Brennpunkt F herum austretenden und auf die Sammellinse 4O fallenden Streustrahlen 46 verlassen diese parallel zur optischen Achse 34. Die in das Halbwürfelprisma 42 fallenden Teilstrahlen des parallel zur optischen Achse aus der Linse 4O austretenden Strahlenbündels werden in dem Halbwürfelprisma 42 um 9o° zur Lochblende 44 hin umgelenkt, welche einen Teilstrahl 46 so auf den Strahlmischer 24 fallen läßt, daß er zusammen mit dem an der Diagonalfläche 48 des Strahlmischers umgelenkten Referenzstrahl 2O durch eine Lochblende 50 hindurch auf die Photokathode 52 eines Detektors 54 fällt. Da sich der Referenzstrahl 2O und der gestreute Teilstrahl 46 in ihrer Frequenz geringfügig unterscheiden, empfängt der Detektor 54 ein Signal, dessen Amplitude mit einer Schwebungsfrequenz moduliert ist. Aus diesem Signal wird in bekannter Weise mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Auswertevorrichtung 56 das Frequenzspektrum ermittelt, aus dem sich dann die Doppierverschiebung der Frequenz und hieraus wiederum die Geschwindigkeit der bewegten Teilchen ermitteln läßt.
  • Das mit dem Strahl 18 in die Meßzelle 32 eintretende Laserlicht wird an den bewegten Teilchen prinzipiell nach allen Seiten gestreut, wobei die Abstrahlung aber vorzugsweise in Vorwärtsrichtung erfolgt, wenn die Teilchen größer als die Wellenlänge des eingestrahlten Laserlichtes sind. Zur Ermittlung der Dopplerverschiebung der Frequenz des in die Meßzelle 32 einfallenden Laserstrahles bei der Streuung an den bewegten Teilchen istdie Kenntnis des Streuwinkeis und des Streuvektors erforderlich. Der Streuwinkel e ist der Winkel zwischen der Richtung des einfallenden Strahles und der Richtung des jeweils betrachteten gestreuten Teilstrahles, d.h.
  • der Winkel zwischen der Richtung des einfallenden Strahles und der Richtung, unter dem das Streuvolumen relativ zum eintretenden Strahl betrachtet wird. Der Streuwinkel stellt also auch den Meßwinkel dar. In Fig. 1 ist der Streuwinkel 9 zwischen der Richtung des Meßstrahls 18 und des ausgewählten gestreuten Teilstrahles 46 eingezeichnet.
  • Der Streuvektor K ergibt sich aus der Differenz des Wellenvektors der eintretenden Welle und des Wellenvektors der gestreuten Welle. Aus Gründen, auf die später noch näher eingegangen wird, verläuft der Streuvektor lt bei der Anordnung in Fig. 1 in Richtung der Rohrachse der Meßzelle 32.
  • Wenn nun eine winkelabhängige Meßreihe durchgeführt werden soll, d.h. gestreute Teilstrahlen mit verschiedenen Streuwinkeln betrachtet werden sollen, so kann dies mit der erfindungsgemäßen Anordnung auf sehr einfache Weise erreicht werden, indem das Prisma 42 in Richtung auf es Strahlmischer 24 verstellt wird. Wird das Prisma 42 aus der in Fig. 1 durch ausgezogene Linien wiedergegebenen Stellung in die gestrichelt eingezeichnete Stellung verschoben, so wird ein Teilstrahl 46' mit einem kleineren Streuwinkel p ' erfaßt. Dabei ändert sich die Richtung und Lage des aus dem Prisma 42 austretenden Meßstrahles nicht, so daß dieser unabhängig von der Stellung des Prismas 42 stets auf dieselbe Stelle in dem Strahlmischer 24 fällt. Somit trifft der Meßstrahl stets mit dem Referenzstrahl 2O in dem Strahlmischer 24 zusammen, ohne daß bei der Wahl eines anderen Streuwinkeis der Referenzstrahl nachgestellt werden müßte. Das Prisma 42 und die Blende 44 stellen somit eine Blendeneinrichtung dar, welche es ermöglicht, aus dem auf die Linse 40 einfallenden Bündel von Streustrahlen sich einen beliebigen Teilstrahl mit dem gewünschten Streuwinkel auszublenden.
  • Wie man in Fig. 1 erkennt, ist auch das Prisma 28, welches den einfallenden Meßstrahl 18 auf die Linse 30 lenkt, in Richtung des ursprünglichen Laserstrahles 12 verstellbar.
  • Und zwar sind beide Prismen 28 und 42 gemeinsam auf einem Schlitten 58 befestigt, der mittels eines schematisch angedeuteten geeichten Feintriebes 6O verstellt werden kann. Dadurch werden die Prismen 28 und 42 stets genau um die gleiche Strecke verstellt, wie dies aus den gestrichelt eingezeichneten Stellungen der Prismen 28 und 42 erkennbar ist. Durch diese symmetrische Anordnung und Verstellung der Prismen 28 und 42 sowie der Linsen 30 und 4O wird erreicht, daß der Streuvektor K stets in Richtung der Rohrachse der Meßzelle 32 zeigt und damit stets parallel zum Vektor v ist, welcher die Geschwindigkeit der Teilchen in der Meßzelle 32 angibt. Würde man den Meßstrahl 18 stets in der gleichen Richtung in die Meßzelle 32 einfallen lassen, so würde bei einer Xnderung des Streuwinkels 0 der Streuvektor seine Richtung um den Betrag /i ändern.
  • Es ist also noch einmal festzuhalten, daß der Laser 1O, der Strahlteiler 16, der Strahlmischer 24 und der Detektor 54, die Meßzelle 32 und die Linsen 3O und 4O fest montiert bleiben und daß bei einer Anderung des Streu-Winkels nur der Schlitten 58 mit den Prismen 28 und 42 verfahren wird. Um also eine winkelabhängige Meßreihe durchzuführen, genügt es, den Schlitten 58 mittels des geeichten Feintriebes 6O um eine einer bestimmten Winkel änderung entsprechende Strecke zu verstellen. Eine Änderung des Verlaufes des Referenzstrahles und damit ein Nachjustieren der den Referenzstrahl führenden optischen Elemente ist nicht notwendig. Dies verkürzt die Meßzeiten außerordentlich.
  • Mit der Anordnug im Fig. @ können Bewegungen von Teilchen in horizontaler Richtung gemessen werden, wie dies beispielsweise bei der Messung der elektrophoretischen Beweglichkeit der Teilchen erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet jedoch auch die Möglichkeit, ohne Veränderung des Aufbaues der Anordnung die Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen messen zu können, d.h. die Geschwindigkeit, mit der sich die Teilchen aufgrund der Schwerkraft in der Probenflüssigkeit bewegen. So kann beispielsweise die Blutsenkungsgeschwindigkeit bestimmt werden, die ein klinisch wesentlicher Parameter ist. Um eine winkelabhängige Messung einer vertikalen Geschwindigkeit durchführen zu können, werden die Prismen 28 und 42 so verstellt, daß der aus dem Prisma 28 austretende und der in das Prisma 42 eintretende Strahl längs der optischen Achse der beiden Linsen 30 und 4O verlaufen. Um nun zu erreichen, daß der Streuvektor vertikal gerichtet ist und um den Streuwinkel eu verändern, wird die zylindrische Meßzelle, deren Achse bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung in der die optische Achse der Linsen 30 und 4O enthaltenden Ebene liegt, gemäß Fig. 2 in vertikaler Richtung verschoben.
  • Dadurch tritt der Meßstrahl 18 nicht mehr ungebrochen durch die zylindrlsche Meßzelle hindurch, sondern es ergibt sich der in Fig. 2 dargestellte Strahlenverlauf.
  • Wird mit a die vertikale Auslenkung der Meßzelle aus ihrer ursprünglichen Lage, mit R der Außenradius der Meßzelle und mit n der Brechungsindex der Glaswand der Meßzelle bezeichnet, wobei angenommen wird, daß der Brechungsindex der Glaswand etwa gleich dem Brechungsindex der Probenflüssigkeit ist, so ergibt sich in guter Näherung Daraus ergibt sich, daß bis etwa zu einem Winkel von 200 der Streuwinkel § proportional der Auslenkung a ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist daher die Meßzelle 32 auf einer nicht dargestellten Halterung vertikal verschiebbar angeordnet und kann mit Hilfe eines geeichten schematisch angedeuteten Feintriebes 62 in vertikaler Richtung verstellt werden. Voraussetzung für diese Art der Messung ist allerdings, daß der Außenradius R der Meßzelle überall konstant ist.
  • Wird anstatt einer zylindrischen Meßzelle 32 eine Cuvette mit planparallelen Flächen verwendet, so läßt sich ein vertikal gerichteter Streuvektor dadurch erreichen, daß die Linsen 3O und 4O sowie die Meßzelle gemeinsam in vertikaler Richtung verstellbar sind. Hierzu sind die Linsen 3O und 4O sowie die Halterung für die Meßzelle auf einer gemeinsamen, in Fig. 1 schematisch angedeuteten Führung 64 angeordnet, die mittels eines Feintriebes 66 in vertikaler Richtung verstellbar ist.
  • In Fig. 1 ist ein rechtwinklig zu dem Detektor 54 noch ein zweiter Detektor 68 angeordnet, wobei die beiden Detektoren 54 und 68 parallel betrieben werden können oder durch Vorschalten von um 900 versetzten Polarisatoren gleichzeitig die Komponenten des polarisierten und depolarisierten Streulichtes analysieren können.
  • Eine derartige Anordnung ist wichtig für die Messung anisotroper Moleküle oder Teilchen.
  • Der wesentliche Vorteil der vorstehend beschriebenen Anordnung liegt also darin, daß eine Änderung des Meßwinkels allein durch eine lineare Verschiebung der Prismen 28 und 42 bzw. eine lineare Verschiebung der Meßzelle 32 erreicht wird. Alle übrigen Elemente bleiben jeweils fest montiert und justiert. Man benötigt kein Goniometer. Allerdings kann bei der Vorrichtung ein Streuwinkel 9 von maximal 6o0 erfaßt werden. Eine Vorrichtung, welche auch das Messen bei größeren Streuwinkeln ermöglicht, soll nun anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben werden.
  • In Fig. 3 erkennt man einen Tisch 7O mit einer auf dem Tisch festgeschraubten Mittelsäule 72. Auf dem Tisch 7O ist koaxial zu der Mittelsäule 72 eine Drehscheibe 74 über Kugellager 76 drehbar gelagert. Die Drehscheibe 74 wird in axialer Richtung auf der Mittelsäule 72 durch eine auf das freie Ende der MittelsAule 72 aufgeschraubte Mutter 78 gehalten, wobei zwischen Mutter 78 und Drehscheibe 74 ein weiteres Kugellager 8O ange.ordnet ist.
  • Bei dieser Anordnung sind der Laser 1O, die Blende 14, der Strahlteiler 16 und ein Umlenkprisma 82 für den Referenzstrahl 2O fest auf dem Tisch 7O montiert. Auf dem oberen Ende der Säule 72 befindet sich eineallgemein mit 84 bezeichnete Meßzellenanordnung mit der Meßzelle 32. Die Meßzelle ist von einem dünnen Glasröhrchen gebildet, dessen Rohrachse senkrecht zur Drehachse 86 der Drehscheibe 74 verläuft und die Drehachse 86 schneidet.
  • Auf der Drehscheibe 74 sind der Detektor 54, der Strahlmischer 24 und ein Umlenkprisma 85 für den gestreuten Meßstrahl 46 angeordnet. Der Detektor kann damit zusammen mit dem Strahlmischer auf der Drehscheibe 74 um die Drehachse 86 verschwenkt werden, um Streustrahlen mit unterschiedlichen Streuwinkeln aufzufangen. Bei derartigen Anordnungen mußte bisher bei einer Änderung des MeSwinkels der Referenzstrahl nachgeführt werden, d.h. es mußten die zur Führung des Referenzstrahls dienenden optischen Bauteile nachjustiert werden. Dies wird nun bei der erfindungsgemäßen Anordnunq dadurch vermieden, daß der Referenzstrahl von dem Strahlteiler 16 ausgehend über das Prisma 82 über eine Linse 88 auf eine Glaskapillare 9o fokussiert wird, die koaxial zur Drehachse 86 angeordnet ist und an welcher der Referenzstrahl gestreut wird. De.r Referenzstrahl verläuft dabei in einem Schlitz 91 der sich horizontal von außen über die halbe Querschnittsfläche der Säule 72 erstreckt.
  • Wie man insbesondere aus Fig. 4 erkennt, liegen der Meßstrahl 18 und der Referenzstrahl 20 auf der Strahleneintrittsseite der Meßzelle 32 in einer vertikalen Ebene, welche die Drehachse 86 enthält. Ebenso liegen der gestreute Strahl 46 und der Referenzstrahl 2O auf der Austrittsseite der Meßzelle 32 in einer die Drehachse 86 enthaltenden vertikalen Ebene, die jedoch gegenüber der erstgenannten Ebene um den Streuwinkel e verschwenkt ist. Die beiden Ebenen schneiden sich also in der Drehachse 86. Da die Streuung des Referenzstrahles in dem Schnittpunkt des Referenzstrahles mit der Drehachse 86 erfolgt, wird bei der Drehung der Drehscheibe 74 unabhängig von dem erreichten Winkel e stets ein gestreuter Teilstrahl des Referenzstrahles von dem Strahlmischer 24 erfaßt. Das heißt, es braucht keines der den Referenzstrahl führenden optischen Elemente nachjustiert zu werden, wenn die Drehscheibe 74 gedreht wird. Der Referenzstrahl und der jeweils erfaßte gestreute Meßstrahl fallen unabhängig von dem gewählten Winkel e stets auf den gleichen Punkt des Strahlmischers 24 und von dort mit von der Winkelstellung der Drehscheibe unabhängiger Strahlrichtung in den Detektor 54.
  • Man erkennt, daß man mit dieser Anordnung auch mühelos Streuwinkel von mehr als 900 erfassen kann.
  • Wenn man bei dieser Anordnung erreichen will, daß der Streuvektor K stets parallel zur Bewegungsrichtung der Teilchen ist, muß die Meßzelle bei einer Drehung der Drehscheibe um den Winkel & um / mitgedreht werden. Dies läßt sich ohne Mühe durch ein entsprechendes tibersetzungsgetriebe zwischen der Drehscheibe und einer Halterung für die Meßanordnung 84 erreichen. Zwei senkrecht zu einander verstellbare Schlitten 81 ermöqllchen eine Justierung der Meßanordnung 84 auf der Säule.
  • Der wesentliche Vorteil der Anordnung gemäß den Fig. 3 und 4 liegt darin, daß sich durch die dargestellte Anordnung von rechtwinkligen Umlenkprismen 82 und 85 sowie dem Strahlteiler 16 und dem Strahlmischer 24 exakt gleiche Wege für den Meßstrahl und den Referenzstrahl ergeben.
  • Damit läßt sich die Kohärenz länge des Laserstrahles optimal ausnutzen. Dies ist beispielsweise bei der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 nicht der Fall. Jedoch kann diese Anordnung so kompakt gebaut werden, daß der Wegunterschied zwischen aem Meßstrahl und dem Referenzstrahl relativ gering ist und bei einer Kohärenzlänge des Laserstrahl<'s von einigen Metern keine ernsthaften Schwierigkeiten verursacht.
  • Es ist noch zu bemerken, daß im Weg zwischen dem Strahlteiler 16 und dem Umlenkprisma 82 ein verstellbares GraufilteS Xngeordnet ist, um die Intensität des Referenzstrahles variieren zu können.
  • Anstatt den Referenzstrahl über die Kapillare 90 zu führen, könnte der Referenzstrahl auch mittels einer nicht dargestellten Optik in eine Monomode-Lichtleitfaser eingeblendet werden, deren Austrittsende am Strahimischer 24 angeordnet ist. Wegen der Flexibilität der Lichtleitfaser kann dann ebenfalls die Drehscheibe 74 verstellt werden, ohne daß ein Nachführen des Referenzstrahles notwendig ist. Mit der Lichtleitfaser lassen sich die Weglängen von Referenzstrahl und Meßstrahl auch bequem auf den exakt gleichen Wert einstellen.
  • In den Fig. 1 bis 4 wurde bisher die Meßzelle stets schematisch als Röhrchen dargestellt. Anhand der Fig. 5 und 6 wird nun eine Anordnung zur Halterung der Meßzelle beschrieben, mit der auf bequeme Weise die elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit von Teilchen in der Meßzelle gemessen werden kann und die ein rasches und bequemes Auswechseln der Proben ermöglicht.
  • In den Fig. 5 und 6 erkennt man ein im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 92 mit zwei nach oben hin offenen Kammern 94 und 96, die durch einen Block 98 voneinander getrennt sind. Der Block 98 weist eine zylindrische Aufnahmebohrung loo zur Aufnahme eines zylindrischen Zellenhalters 1o2 auf. Die Aufnahmebohrung 11O erstreckt sich durch den gesamten Block 98, weist aber eine Schulter 1o4 zur Anlage eines Stirnendes des Zellenhalters 102 auf, so daß dieser in axialer Richtung der Aufnahmebohrung 1o4 exakt positioniert werden kann.
  • Der Zellenhalter 1O2 besitzt eine senkrecht zu seiner Zylinderachse durch diese verlaufende Radialbohrung 1O6, die zur Aufnahme der von einer Glaskapillare gebildeten Meßzelle 32 dient. An ihren radial äußeren Enden ist die Bohrung 1O6 konisch aufgeweitet. Der Zellenhalter 102 weist ferner eine axiale Durchbrechung auf, die aus einer zylindri schen Bohrung 1o8 und einer diese Bohrung fortsetzenden Langlochausfräsung 11O besteht. Die Bohrung 1o8 ist dem einfallenden Meßstrahl zugewandt, während die Langlochausfassung 110 auf der Austrittsseite der gestreuten Meßstrahlen liegt. Durch die Lanqlochausfräsung wird der Öffnungswinkel und damit der mögliche Meßbereich vergrößert, der ohne Verstellung des Gehäuses 92 -abtastbar ist. An der nach außen weisenden Stirnfläche des Zellenhalters 1o2 sind zwei einander diametral gegenüberliegende Zapfen 112 angeordnet, an denen ein Schlüssel angesetzt werden kann, um den Zellenhalter in der Aufnahmebohrung loo drehen zu können. Durch die Drehung des Zellenhalters 102 in der Aufnahmebohrung loo kann die Meßzelle 32 in ihrer vertikalen Stellung in Flucht mit einem unten gelegenen Einlaßkanal 114 und einem oben gelegenen Auslaßkanal 116 in dem Block 98 gebracht werden. Die beiden Kanäle 114 und 116 sind nach außen hin konisch erweitert, so daß man eine Spritze zum Einfüllen der ProbenflUssigkeit ansetzen kann.
  • Soll die Meßzelle. 32 ausgetauscht werden, so kann der Zellenhalter 102 aus der Aufnahmebohrung Ioo herausgedrückt werden.
  • An den dem Block 98 fernen Wänden des Gehäuses 92 ist jeweils eine Gewindebohrung 118 ausgebildet, deren Achse durch die Meßzelle 32 verläuft, wenn diese mit dem Zellenhalter 102 in ihre horizontale Richtung gedreht ist. In diese Gewindebohrungen 118 können Elektrodenhalter 120 eingeschraubt werden, die an ihrem inneren Ende jeweils eine Elektrode 122 tragen. Der Elektrodenhalter 120 ist von einem zylindrischen, auf seiner Außenumfangsfläche gerändelten Knopf gebildet, an dessen der Elektrode 122 ferner äußerer Stirnwand eine Steckbuchse 124 angeordnet ist, die durch den Elektrodenhalter 12O hindurch mit der Elektrode 122 elektrisch leitend verbunden ist.
  • Beim Einschrauben des Elektrodenhalters 12O in die Gewindebohrung 118 wird zwischen die Gehäusewand und den Elektrodenhalter J2O eine Ringdichtung 126 eingelegt, um ein Austreten von Pufferflüssigkeit aus den Kammern 94 und 96 zu verhindern.
  • Wie man in Fig. 6 erkennt, ist die dem Block 98 nahe Wand der Kammern 94 und 96 zylindrisch gekrümmt mit senkrecht zur Achse der Aufnahmebohrung loo verlaufender Zylinderachsen. Dabei ist diese zylindrische Fläche so angeordnet, daß sie die zylindrische Aufnahmebohrung schneidet. Dadurch entstehen zwei einander diametral gegenüberliegende Öffnungen 128, welche eine Verbindung zwischen den Kammern 94 und 96 und der Aufnahmebohrung 100 herstellen und damit die Möglichkeit einer Verbindung zwischen der Meßzelle 32 und den Kammern 94 und 96 schaffen.
  • Die Öffnungen 128 sind durch Dialysemembranen 13O abgedichtet die mit Membranhaltestücken 132 gegen die von der halbzylindrischen Kammerwand gebildete Anlagefläche 134 gedrückt werden. Diese Membranhaltestücke 132 sind auf ihrer zur Anlage an der Membran 1 3o bestimmten Seite ebenfalls zylindrisch gekrümmt mit einem der Krümmung der Anlagefläche 134 angepaßten Radius. Im Bereich der Öffnung 128 weisen die Membranhaltestücke eine Aussparung 136 auf, in welche der Zellenhalter1o2 hineinragt (vgl. Fig. 5). Als Membranen können z.B. herkömmliche.
  • Dialysemembranen verwendet werden.
  • Die Membranhaltestücke 132 werden mit Hilfe einer Spannvorrichtung gegen die Anlagefläche 134 gepreßt. Diese Spannvorrichtung umfaßt eine HUlse 138, die mit ihrem offenen Ende an der dem Block 98 fernen Wand des Gehäuses kaaxial zu der Gewindebohrung 118 befestigt ist und an ihrem geschlossenen Ende koaxial zu ihrer Längsachse eine Gewindebohrung 140 aufweist, in welche eine Hohlschraube 142 einschraubbar ist. Wie in Fig. 5.dargestellt ist, kann man durch das Herausschrauben der Hohlschraube 142 aus der Hülse 138 das Membranhaltestück 132 gegen die Anlagerfläche 134 spannen und damit die Membran 130 zwischen der Anlagefläche 134 und dem Mektbranhaltestück 132 dicht abschließend einklemmen. Um einen Stromfluß zwischen den Elektroden 122 durch die Meßzelle 32 hindurch zu ermöglichen, weisen die Membranhaltestücke 132 noch einen Durchtrittskanal 144 auf, der mit der Innenbohrung der Hohlschraube 142 und der Hülse 138 fluchtet. Damit eine Pufferlösung in dem Durchtrittskanal eintreten kann, sind in der Hülse 138 und dem Meinbranhaltestück Durchtrittsöffnungen 146 ausgebildet. Sie ermöglichen gleichzeitig das Austreten von Luft, die in den Hohlräumen noch eingeschlossen ist. Das Verdrehen der Hohlschraube 142 kann mit Hilfe eines Stiftes erfolgen, der in radiale Bohrungen 148 in der Hohlschraube eingesteckt wird.
  • Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß der Probeninhalt ausgetauscht werden kann, ohne daß dadurch die Pufferlösung in den Kammern 94 und 96 betroffen wird. Es kann sogar der Zellenhalter 102 aus der Aufnahmebohrung 100 herausgedrückt werden, ohne daß Pufferflüssigkeit in die Aufnahmebohrung gerät.
  • Dadurch kann ein rascher Probenwechsel vollzogen werden, was die Durchführung größerer Meßreihen erheblich beschleunigt.
  • Das Gehäuse ist vorzugsweise aus Acrylglas hergestellt.
  • Der Zellenhalter 102 und das Membranhaltestück 132 bestehen vorzugsweise aus Poly-Tetrafluoräthylen, wegen der guten Gleit- und Dichteigenschaften dieses Materials.
  • Bei der Meßzelle handelt es sich um eine Glaskapillare von beispielsweise o,8 mm Innendurchmesser, die auf ihrem Innenumfang mit einer z.B. aus einem Hydrogel bestehenden Beschichtung zur Abschirmung der Ladungen der Glaswand versehen ist, um das Auftreten von Elektroosmose zu verhindern. Die Elektroden können beispielsweise von einem Silber/Silberchlorid-Elektrodenpaar oder Platin/Platin-Elektrodenpaar gebildet sein. Leerseite

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1.Meßzellenanordnung für eine Vorrichtung zur spektroskopischen Untersuchung von flüssigen Meßproben, insbesondere zur Bestimmung der Geschwindigkeit von in einer Flüssigkeit bewegten Teilchen mittels LaserDoppler-Spektroskopie mit einer Meßzelle zur Aufnahme der Meßproben, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (32) von einem beidendig offenen Rohr gebildet und in einem einen Durchtrittskanal (106) für den Meßstrahl aufweisenden Zellenhalter (102) angeordnet ist, der in einem Gehäuse (92) zwischen einer Füll- und Reinigungsstellung, in welcher die beiden Rohrenden mit einer Einfüllöffnung (114) und einer Auslauföffnung (116) im Gehäuse (92) fluchten, und einer Meßstellung verstellbar ist, in welcher die Verbindung zwischen der Meßzelle (32) und der Außenluft unterbrochen ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenhalter (102) von einem zylindrischen Körper gebildet ist, der eine diametral verlaufende Durchbrechung (106) zur Aufnahme der Meßzelle (32) und einen axial verlaufenden Durchtrittskanal (108, 110) für den Meßstrahl aufweist und daß das Gehäuse (92) einen Bl.ock (98) mit einer durchgehenden zylindrischen Aufnahmebohrung (100) mit einem dem Außendurchmesser des Zellenhalters (102) entsprechenden Innendurchmesser aufweist, wobei die Einfüllöffnung (114) und die Auslaßöffnung (116) als einander diametral gegenüberliegende Bohrungen in dem Block (98) ausgebildet sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (92) beiderseits des Blockes (98) und bezüglich der Achse der Aufnahmebohrung (100) einander diametral gegenüberliegend jeweils eine Kammer (94, 96) zur Aufnahme einer Pufferlösung und einer Elektrode (122) aufweist, daß die Aufnahmebohrung (100) für den Zellenhalter (102) mit den beiden Kammern (94, 96) über einander diametral gegenüberliegende Öffnungen (128) in dem Block (98) verbunden ist, die gegenüber der Einfüllöffnung (114) und der Auslauföffnung (116) in Umfangsrichtung versetzt sind und daß die Öffnungen (128) jeweils durch eine einen Ladungstransport zwischen den Kammern (94, 96) und der Meßzelle (32) zulassende Membran (130) verschließbar sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der der jeweiligen Kammer (94, 96) zugewandten Blockfläche im Bereich der Öffnungen eine zylindrische Anlagefläche (134) für die Membran (130) ausgebildet ist, deren Mantellinien senkrecht zur Zylinderachse der Aufnahmebohrungen (100) verlaufen und welche die zylindrische Bohrungswand schneidet, und daß jeweils ein teilzylindrisches Membranhaltestück (132) mit einer der Anlagefläche (134) angepaßten zylindrischen Klemmfläche und einem mit der jeweiligen Öffnung (128) fluchtenden Durchlaßkanal (144) vorgesehen ist, das mittels einer Spannvorrichtung (138, 142) gegen die Anlagefläche (134) anpreßbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (138, 142) eine mit Innengewinde versehene Hülse (138) und eine mit einer axialen Bohrung versehene, in das Innengewinde (140) einschraubbare Hohlschraube (142) aufweist und daß sich die Spannvorrichtung (138, 142) einerseits an dem Membranhaltestück (132) und andererseits an der der Anlagefläche (134) gegenüberliegenden Kammerwand abstützt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (123) an lösbar mit dem Gehäuse (92) verbindbaren Elektrodenhaltern (120) angeordnet sind.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenhalter (120) jeweils in eine die Gehäusewand durchsetzende Gewindebohrung (118) einschraubbar sind und an ihrem kammerseitigen inneren Ende die jeweilige Elektrode (122) tragen, die mit einer Anschlußklemme (124) an einem außerhalb der jeweiligen Kammer liegenden Abschnitt des Elektrodenhalters (120) elektrisch leitend verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle (32) von einer Glaskapillare gebildet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenabmessungen der Durchbrechung (106) zur Aufnahme der Meßzelle (32) geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Meßzelle (32) ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3517240A1 (de) * 1985-05-13 1986-11-13 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Vorrichtung zur messtechnischen auswertung von gasen mittels mindestens einer auf gasstroemungen ansprechenden messzelle
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