DE3115642C2 - Flüssigkeitsküvette - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur infrarotspektrometrischen Bestimmung der Konzentrationen der Komponenten einer Flüssigkeit. Es wird die Absorption aus dem Transmissionsverlust beim Durchstrahlen der Probeküvetten bestimmt, wobei eine Meß- und Referenzprobe zur Fehlerkorrektur vorgesehen sind. Es wird vorgeschlagen, die Küvetten so zu realisieren, daß die optischen Parameter stabil sind. Die Küvette besteht aus Fenstern, in die Drähte zur Bildung von Kanälen eingelegt sind, wobei die Dicke der Drähte den Fensterabstand bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsküvette zur infrarotspektrometrischen Bestimmung der Konzentration der Komponenten einer Flüssigkeit mit zwei durch Abstandshalter im Abstand voneinander angeordneten und miteinander verkitteten Küvettenfenstern.

Eine derartige Flüssigkeitsküvette ist aus W. Brügel, Einführung in die Ultrarotspektroskopie, 3. Auflage. Dr. Steinkopff Verlag, Darmstadt 1962, Seite 205 bekannt Da die Schichtdicke der zu analysierenden Flüssigkeit weit unter einem Millimeter liegen muß, damit die aus der Probe austretende Infrarotstrahlung noch mit ausreichendem Signal-Rauschabstand detektierbar ist, liegt der Abstand der Küvettenfenster bei Flüssigkeitsküvetten zur infrarotspektrometrischen Konzentrationsbestimmung im Submillimeterbereich. Hieraus ergeben sich besondere Konstruktions- und Dimensionierungsprobleme. Ändert sich nämlich die nnticphp I änap Apt Küvpttc nur um 0 1 um. so ruft dies bereits .störende Transmissionsänderungen hervor. An die Formstabilität, die Temperaturkonstanz und insbesondere die genaue Reproduzierbarkeit der Dicke des Flüssigkeitsfilmes werden daher erhebliche Anforderungen gestellt Zur quamitativen Analyse sind extrem stabile optische Parameter erforderlich, wobei die optischen Längen der Küvetten auch nach Probenwechsel mit besser als 100 nm reproduzierbar sein müssen.

Bei · der bekannten Flüssigkeitsküvette wird der gewünschte Abstand zwischen den Küvettenfensic; η durch einen Distanzring passender Dicke erzwungen, der meist aus kalibrierten und unter Umständen amalgamierten Bleifolien hergestellt ist. Beim Zusammenkitten der Küvettenfenster unter Einsatz der Bleifolien als Abstandshalter muß der zwischen die Bleifolie und das Küvettenfenster eingedrungene Kitt durch Aufeinanderpressen der Küvettenfenster seitlich aus den Zwischenräumen zwischen den Oberseiten der Bleifolie und den gegenüberliegenden Seiten der Küvettenfenster weggedrückt werden. Infolge der großen Berührungsfläche und der Zerbrechlichkeit der aus NaQ oder BaF bestehenden Küvettenfen:ter

ίο können häufig nicht ausreichend große Kräfte aufgewandt werden, um den gesamten Kitt zwischen den Bieifolien und den Küvettenfenstern wegzudrücken. Aus diesem Grunde ergeben sich in dem Abstand der Küvettenfenster Toleranzen, da die Stärke der Kittschicht zwischen den Bieifolien und den Küvettenfenstern nicht reproduzierbar ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fest verkittete Flüssigkcitsküveite der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der im Submillimeterbereich liegende Abstand zwischen den Küvettenfenstern sehr genau ohne Toleranzfehier festgelegt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abstandshalter Drähtepaare sind.
Die als Abstandshalter verwendeten Drähte haben im Gegensatz zu den bekannten, aus Bieifolien bestehenden Abstandshaltern keine großflächigen Berührungen mit den Küvettenfenstern, sondern lediglich schmale Berührungsiinien, die einerseits dazu führen, daß die bei gegebener Kraft auftretenden Drücke infolge der Flächenverringerung größer werden und die andererseits den Vorteil haben, daß der Raum, der durch Aufeinanderpressen der Küvettenfenster kittfrei gemacht werden muß, kleiner wird. Während bei den aus Bleifolien bestehenden Abstandshaltern immer eine dünne Kittschicht zwischen dem Abstandshalter und dem Küvettenfenster verbleibt, gelingt es bei den drahtförmigen Abstandshaltern die verkitteten Küvettenfenster in unmittelbaren Kontakt mit den Drähten zu bringen, ohne daß eine unerwünscht«" Kittzwischenschicht Abstandstoleranzen verursacht

Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Drähte des Drähtepaares, zwischen denen der Probenkanal ausgebildet ist, parallel zueinander verlaufend angeordnet

Eine Zwillingsküvette, bspw. für den Einsatz in einem Zweistrahi-Wechsellicht-Kolorimeter genäß der EP-A2-0014 375 verfügt gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung über zwei Drähtepaare, die sich jeweils bogenförmig so zwischen den Rändern der Fenster erstrecken, daß die zugeordneten beiden Probenkanäle im mittleren Bereich der Fenster benachbart sind, während die den Probenkanälen zugeordneten Öffnungen sich in einem größeren Abstand voneinander befinden.

Um auch Flüssigkeiten mit extrem kleiner Oberflächenspannung und ungünstiger Benetzung allein durch Kapillarwirkung in der Küvette zu halten, ist es zweckmäßig, wenn diese an den offenen Enden des Probenkanals sich quer zum Kanal erstreckende Platten aufweist, deren Dicke kleiner als der Drahtdurchmesser ist. An den oberen Rändern der Fenster sind mit den Probehkanälen kommunizierende Sauganschlüsse vorgesehen, die es gestatten, eine Referenzflüssigkeit oder die zu untersuchende Probenilüssigkeit anzusaugen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes dei Erfindung dargestellt Es zeigt

Bild la eine Flüssigkeitsküvette gemäß der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht vor dem

Zusammenkitten sowie in" einem Querschnitt nach dem Zusammenkitten,

Bild Ib die erfindungsgemäße verkittete Flüssigkeitsküvette nach dem Einsatz in einen Küvettenträger,

Bild 2 eine mit im Probenkanal zusätzlich eingekitteten Platten versehene Flüssigkeitsküvette in einer Bild la entsprechenden Darstellung,

Bild 3 eine Zwillingsküvette mit zwei eng benachbarten Probeni.anälen,

B i i d 4 eine Zwillingsküvette mit einem versiegelten und einem offenen Probenkanal,

Bild 5 ein Zweistrahl-Spektromet'.- in schematischer Darstellung mit zwei Flüssigkeitsküvel«'»?!,

Bild 6 ein Einstrahl-Spektrometer in sch» -·' :scher Ansicht, das mit einer Zwillingsküvette £sim ■■' Bild 3 bestückt ist, und

Bild 7 ein Spektrometer, mit emc· *. .vitungsküvette gemäß Bild 3, der periodisch um „«altbare Strahlumlenker zugeordnet sind.

Die Bilder la und Ib zeige schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Küvette, zu deren Herstellung zwei infrarottranspareite Fenster 1, 2 unter Einsatz zweier Drähte 3, 4, deren Dicken dem geforderten Fensterabstand entsprechen, auf Distanz verkittet werden. Der Kitt 5 fixiert nach dem Aushärten die Position der Drähte 3, 4 und hält die Fenster 1, 2 zusammen. Ein zwischen den Drähten 3, 4 gebildeter Probenkanal 6 ist sowohl oben als auch unten offen. Die fertige Einheit, bestehend aus den beiden verkitteten Fenstern 1, 2 mit eingekitteten Drähten 3, 4 wird schließlich gemäß Bild Ib mit einem Küvettenträger 8 verbunden. Durch einen im Küvettenträger 8 angeordneten Sauganschluß 7 kann eine Flüssigkeit, die entweder eine Referenzflüssigkeit oder eine zu untersuchende Probenflüssigkeit ist, durch die untere öffnung 9 angesaugt werden. Bedingt durch den typisch kleinen Fensterabstand (ca. 50—100 μηι) werden fast alle Flüssigkeiten nach Ansaugen durch Kapillarwirkung in der Küvette gehalten.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Küvette ist in Bild 2 dargestellt Zwei an den offenen Enden des Probenkanais 6 zusätzlich eingekittete Platten 10, 11 vermindern den Ein- und Austrittsquerschnitt so weit, daß auch Flüssigkeiten mit extrem kleiner Oberflächenspannung und ungünstiger Benetzung durch Kapillarwirkunggehalten werden.

Bild 3 zeigt eine Zwillingsküvette mit zwei eng benachbarten Probenkanälen 12, 13, deren Geometrie ebenfalls durch Drähte 14,15,16.17 festgelegt ist. Über zwei Sauganschlüsse 18.19 können beide Probenräume wahlweise mit Flüssigkeit gefüllt werden. Eine Kerbe 20 verhindert die vollständige Benetzung der Küveltenunterkante und gestattet es, bei einer als Tropfen vorliegenden Probe alternativ die Probenkanäie 12 oder 13 mit der anzusaugenden Flüssigkeit in Kontakt zu bringen.

Eine in Bild 4 veranschaulichte Weiterbildung der Zwillingsküvette verfügt über einen versiegelten Probenkanal 21, der mit einer Referenzlösung gefüllt ist Nach Füllen eines Probenkanals 21 mit der Referenzlösung werden die offenen Enden des Probenkanales 21 mit Kittpfropfen 22,23 dauerhaft verschlossen.

Bild 5 zeigt schematisch ein Zweistrabl-Spektrometer mit automatischer Probenzuführung und zwei Meßstrecken 24, 25 zur simultanen oder quasisimulta-

> nen Durchführung der Transmissionsmessung an der Referenz- und an der Probenflüssigkeit

In den beiden Meßstrecken 24,25 sind zwei Küvetten 26,27 gemäß Bild Ib oder Bild 2 ortsfest so über einem Teller 28 angeordnet daß wahlweise in die

in Küvetten die zu analysierenden Flüssigkeiten 29 oder Referenzflüssigkeiten 30 mit Hilfe der Sauganschlüsse 7 vom Teller 28 übernommen werden können. Die Flüssigkeitsübernahme erfolgt dadurch, daß die unteren offenen Küvettenenden in die anzusaugenden Flüssig-

i-) keiten getaucht und die Flüssigkeiten 29 oder Referenzflüssigkeiten 30 durch Unterdruck angesaugt werden. Die Flüssigkeiten 29, 30 sind entweder an vorherbestimmten Plätzen direkt auf den Teller 28 getropft oder in in der Zeichnung nicht dargestellte

>o offene Behä'ter gefüllt, die an vorherbestimmten Plätzen auf dem Teller 28 stehen. Das ^?' iranführen der Flüssigkeiten 29, 30 erfolgt durch Weite-drehen des Tellers 28 vermittels eines nicht gezeichneten Drehmechanismus. Der Kontakt zwischen den Flüssigkeiten 29,

2ΐ 30-und den Küvetten wird durch Heben des Tellers 28 über eine'- ebenfalls nicht gezeichneten Hubmechanismus bewerkstelligt. Die zeitliche Probenfolge für jede Küvette ist gegeben durch die Anordnung der Proben auf dem Teller 28 und dem Steuerangsplan für die

jo Drehbewegung des Tellers 28. Auf dem Teller 28 können auch zur Reinigung der Küvetten geeignete Waschlösungen 31 plaziert sein. In der hier beschriebenen Anordnung können die zwei getrennten Küvetten auch durch die Doppelküvette gemäß Bild 3 ersetzt werden.

In Bild 6 erkennt man die Meßstrecke eines Einstrahl-Spektrometers, das mit einer Zwillingsküvette nach Bild 3 bestückt ist Die Zwillingsküvette ist an einem schwingenden Balken 32 befestigt, der die Küvette so bewegt daß ein Infrarotstrahl 33 periodisch duich die beiden Probenkanäie 12, 13 der Küvette geführt wird. Abweichend von Bild 5 werden hier die nacheinander in die Küvette anzusaugenden Flüssigkeiten 29, 30 beispielsweise über einen geraden iViagazin-

« streifen 34 der Küvette zugeführt. Die Flüssigkeiten 29, 30 sind ähnlich wie in B i I d 5 entweder direkt auf den Magazinstreifen 34 getropft oder in Behälter gefüllt, die in Serie auf dem Magazinstreifen 34 angeordnet sind. Über einen nicht gezeigten Magazinvorschubmechanismus, der es erlaubt, den Magazinstreifen 34 in die angegebenen Richtungen 35 zu bewegen, kann jede auf dem Magazinstreifen 34 befindliche Flüssigkeit 29, 30 oder 31 in jede der beiden Probekanäle 12, 13 der Küvette gefüllt werden.

B i I d 7 zeigt schließlich noch eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Bild 6, wobei d:e Zwillingsküvette ortsfest angeordnet ist und ein Infrarotstrahl 36 unter Zuhilfenahme von zwei Strahlumlenkern 37, 38 periodisch zwischen zwei verschiedenen Wegen 39,40, die durch die beiden Probenkanäle 12,13 führen, wechselt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsküvette zur infrarotspektrometrischen Bestimmung der Konzentration der Komponenten einer Flüssigkeit mit zwei durch Abstandshalter im Abstand voneinander angeordneten und miteinander verkitteten Küvettenfenstern, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter ein Drähtepaar (3,4; 14,15; 16,17) sind.

2. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (3, 4; 14, 15; 16, 17) des Drähtepaares zwischen denen der Probenkanal (6, 12,13) ausgebildet ist, parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.

3. Küvette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drähtepaare (14, 15; 16, 17) vorgesehen sind, die sich jeweils bogenförmig so zwischen den Rändern der Fenster (1,2} erstrecken, daß die zugeordneten beiden P-obenkanäle (12,13) im mittleren Bleich der Fenster (1, 2) benachbart sind, während die den Probenkanälen (12, 13) zugeordneten Öffnungen sich in einem größeren Abstand voneinander befinden.

4. Küvette nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den offenen Enden des Probenkanals (6) sich quer zum Kanal erstreckende Platten (10,11) eingekittet sind, deren Dicke kleiner als der Drahtdurchmesser ist

5. Küvette nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den oberen Rändern der Fenster (1,2) mit den Probenkanälen (6, 12,13) kommunizierende Sauganschlüsse (7,18,19) vorgesehen sind