DE3122896A1

DE3122896A1 - Photometric measuring vessels

Info

Publication number: DE3122896A1
Application number: DE19813122896
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.med. 2419 Rondeshagen Stöcker
Original assignee: Individual
Current assignee: STOECKER, WINFRIED, DR.MED., 2401 GROSS GROENAU, D
Priority date: 1981-06-10
Filing date: 1981-06-10
Publication date: 1983-01-05

Abstract

Photometric measuring vessels are described which contain measuring solutions which act as liquid light guides. The measuring vessels can be virtually of any desired length and their clear cross section can be considerably reduced. Correspondingly, the measurement signals can be increased by a large factor, and the sample and reagent requirements are reduced.

Description

MESSGEFÄSSE FOR DIE PHOTOMETRIEMEASURING VESSELS FOR PHOTOMETRY

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Meßgefäßen für die Photometrie, und zwar mit Meßgefäßen, die extrem wenig Meßlösung beanspruchen.The present invention is concerned with measuring vessels for photometry, namely with measuring vessels that require extremely little measuring solution.

Es ist ein weitverbreitetes Verfahren, die Konzentration absorbierender Substanzen in Flüssigkeiten photometrisch zu bestimmen. Dazu füllt man die Meßlösungen in Meßgefäße, bringt diese in den Strahlengang eines Photometers und mißt die durch die absorbierenden Substanzen verursachte Schwächung des Strahlungsflusses. Unter geeigneten Bedingungen gilt das LAMBERT-BEER'sche Gesetz, nach dem sich die Konzentration C der absorbierenden Substanz in der Meßlösung errechnet aus der gemessenen Extinktion E, aus der für die Schwächung des Strahlungsflusses zur Verfügung stehenden Meßstrecke S (Schichtlänge) und aus einem die Substanz kennzeichnenden Extinktionskoeffizienten e: C = Es.It is a widely used method of concentrating absorbent To determine substances in liquids photometrically. To do this, the measuring solutions are filled in measuring vessels, brings them into the beam path of a photometer and measures them through the absorbing substances caused weakening of the radiation flux. Under suitable conditions is the LAMBERT-BEER law, according to which the concentration C of the absorbing substance in the test solution is calculated from the measured absorbance E, from the measuring section available for weakening the radiation flux S (layer length) and an extinction coefficient that characterizes the substance e: C = Es.

Im Jahre 1941 wurde von der Firma Beckman (Fullerton, Kalifornien, USA) eine Standardküvette in den Handel gebracht, die auch heute noch häufig als Meßgefäß verwendet wird (quadratischer Innenquerschnitt, Schichtlänge 10 mm, Außenabmessungen 12,5 x 12,5 x 45 mm, Füllvolumen 1 - 4 ml).In 1941 Beckman (Fullerton, California, USA) brought a standard cuvette on the market, which is still often called the Measuring vessel is used (square internal cross-section, layer length 10 mm, external dimensions 12.5 x 12.5 x 45 mm, filling volume 1 - 4 ml).

Um den Bedarf an Meßlösung zu verringern, hat man viele verschiedene Meßgefäße mit einem kleineren Füllvolumen konstruiert. Für die Photometrie stark absorbierender Substanzen kann man zu diesem Zweck die Meßstrecke S verkürzen - bei bestimmten Untersuchungen in der Mikroskop-Photometrie reichen wenige Mikrometer (vergleiche KORTÜM, G., Kolorimetrie, Photometrie und Spektrometrie; in: MAYER-KAUPP, H., Anleitungen für die chemische Laboratoriumspraxis, Springer-Verlag Berlin, 1962).There are many different ones to reduce the need for measurement solution Measuring vessels constructed with a smaller filling volume. Strong for photometry absorbing substances can be shortened the measuring distance S for this purpose - For certain examinations in microscope photometry, a few micrometers are sufficient (compare KORTÜM, G., colorimetry, photometry and spectrometry; in: MAYER-KAUPP, H., Instructions for chemical laboratory practice, Springer-Verlag Berlin, 1962).

In der Regel hat man es aber mit schwach absorbierenden Meßlösungen zu tun. Hier muß die Meßstrecke genügend groß sein, weil sich die Empfindlichkeit der photoelektrischen Einrichtung nicht beliebig steigern läßt. Dementsprechend versucht man, den Innenquerschnitt der Meßgefäße möglichst weit zu reduzieren, um mit weniger Meßlösung auszukommen.As a rule, however, one has to deal with weakly absorbing test solutions to do. Here the measuring distance must be sufficiently large because the sensitivity the photoelectric device can not be increased at will. Accordingly tries one to reduce the inner cross-section of the measuring vessels as much as possible with less Get by measuring solution.

Die lichte Breite der Beckman'schen Standardküvette wurde verringert, z. B. auf 4 mm (Halbmikroküvette, Mindestfüllvolumen etwa 0,4 ml).The clear width of Beckman's standard cuvette has been reduced, z. B. to 4 mm (semi-micro cuvette, minimum filling volume about 0.4 ml).

LOWRY, O. H. und BESSEY, O. A. (J. Biol. Chem. 163, 633 - 639, 1946) verkleinerten den Innenquerschnitt der Standardküvette auf 2 x 2,5 mm2 (Füllvolumen 50 /ul).LOWRY, O. H. and BESSEY, O. A. (J. Biol. Chem. 163, 633-639, 1946) reduced the internal cross-section of the standard cuvette to 2 x 2.5 mm2 (filling volume 50 / ul).

SIPPEL, T. O. (Exptl. Cell Research 7, 281 - 283, 1954) brachte eine Meßkapillare von 1 mm oder 2 mm Innendurchmesser in den Strahlengang des Photometers (Füllvolumen 8 /ul oder 31 /ul bei einer Schichtlänge von 10 mm).SIPPEL, T. O. (Exptl. Cell Research 7, 281-283, 1954) brought one Place a measuring capillary with an inner diameter of 1 mm or 2 mm in the beam path of the photometer (Filling volume 8 / ul or 31 / ul for a layer length of 10 mm).

KIRK, P. L. und andere (Anal. Chem. 19, 355 ff, 1947) beschrieben ein Meßgefäß aus einem Rohr von 2 mm oder 4 mm Innendurchmesser und 50 mm Länge, das von KILZER, F. J.KIRK, P. L. and others (Anal. Chem. 19, 355 ff, 1947) a measuring vessel made from a tube with an internal diameter of 2 mm or 4 mm and a length of 50 mm, that of KILZER, F. J.

und MARTIN, S. B. (J. Chromatog. 31, 204 - 208, 1967) zu einer Meßzelle für die Durchflußphotometrie umgebaut wurde.and MARTIN, S. B. (J. Chromatog. 31, 204-208, 1967) on a measuring cell was converted for flow photometry.

Ein von ULLRICH, K. J. und HAMPEL, A. (Pflügers Arch. 268, 177 - 180, 1959) angegebenes Meßgefäß besteht aus einem Block mit einer Bohrung von 0,5 mm Durchmesser und 6 mm Länge, für dessen Füllung (die Füllstutzen einbegriffen) 5 /ul Meßlösung ausreichen. Als Fenster dieses Meßgefäßes werden mit Vorteil plankonvexe Sammellinsen verwendet (vermerkt bei NETHELER, H.: Absorptionsphotometrie, in: BERGMEYER, H. U.: Grundlagen der enzymatischen Analyse, Verlag Chemie, Weinheim/New York, 1977). Dadurch wird der für die Photometrie zur Verfügung stehende Strahlungsfluß im Meßgefäß erhöht.A by ULLRICH, K. J. and HAMPEL, A. (Pflügers Arch. 268, 177 - 180, 1959) specified measuring vessel consists of a block with a bore of 0.5 mm Diameter and 6 mm length, for its filling (including the filling spouts) 5 / ul measuring solution is sufficient. The windows of this measuring vessel are advantageously plano-convex Collecting lenses used (noted by NETHELER, H .: Absorption photometry, in: BERGMEYER, H. U .: Basics of enzymatic analysis, Verlag Chemie, Weinheim / New York, 1977). As a result, the radiation flux available for photometry is in the measuring vessel elevated.

Das gleiche erreicht man mit Mikroskop-Photometern, für die auch Mikroküvetten großer Schichtlängen beschrieben wurden (HOLTER, H. und LOVTRUP, S.: Compt. Rend. Carlsberg, Ser.The same can be achieved with microscope photometers, for which also micro-cuvettes long slice lengths have been described (HOLTER, H. and LOVTRUP, S .: Compt. Rend. Carlsberg, Ser.

Chim. 27, 27 ff, 1949; KRUGELIS, E. J.: ebenda 27, 273 ff, 1950; FISCHER, W.: Acta histochem. 24, 285 - 289, 1966; Schichtlängen von 5 bis 10 mm, Füllvolumina unter 10 lul).Chim. 27, 27 ff, 1949; KRUGELIS, E. J .: ibid. 27, 273 ff, 1950; FISHERMAN, W .: Acta histochem. 24, 285-289, 1966; Layer lengths from 5 to 10 mm, filling volumes below 10 lul).

Von der Fachwelt wird die Meinun vertreten, das Strahlenbündel dürfe bei der Messung die Seitenwände der Meßgefäße oder den SPiegel der Meßlösung nicht berühren (LOWRY und BESSEY; SIPPEL; FISCHER; KORTÜM S. 134 ff; NETHELER).The opinion of the professional world is represented, the bundle of rays may During the measurement, the side walls of the measuring vessels or the level of the measuring solution are not touch (LOWRY and BESSEY; SIPPEL; FISCHER; KORTÜM p. 134 ff; NETHELER).

Je kleiner der Innenquerschnitt der Meßgefäße ist, und je größer ihre Schichtlänge, umso eher und umso stärker tritt das Strahlenbündel mit den seitlichen Grenzflächen der Meßgefäße in Wechselwirkung, wenn die Strahlen nicht genau parallel zur optischen Achse durch die Meßgefäße verlaufen. Dabei kommt es an den seitlichen Grenzflächen zu folgenden physikalischen Vorgängen, die das Meßergebnis verfälschen können: 1. Strahlung wird absorbiert.The smaller the internal cross-section of the measuring vessels, and the larger their Layer length, the sooner and more strongly the bundle of rays occurs with the lateral ones Boundaries of the measuring vessels interact when the rays are not exactly parallel run through the measuring vessels to the optical axis. It depends on the side Boundaries to the following physical processes that falsify the measurement result can: 1. Radiation is absorbed.

2. Strahlung wird einmal oder mehrmals reflektiert, ein Teil der reflektierten Strahlung erreicht die Photozelle nicht.2. Radiation is reflected once or several times, some of the reflected Radiation does not reach the photocell.

3. Strahlung wird gestreut, nur ein Teil der Streustrahlung gelangt durch die Meßlösung zur Photozelle, die übrige Strahlung wird von den Seitenwänden absorbiert, zurückgeworfen, oder sie verläßt den Ausgang der Meßzelle unter einem solchen Winkel, daß sie nicht auf die Photozelle trifft.3. Radiation is scattered, only part of the scattered radiation gets through the measuring solution to the photocell, the rest of the radiation is from the side walls absorbed, reflected, or it leaves the outlet of the measuring cell under one such an angle that it does not hit the photocell.

4. Strahlung wird zur Wand hin gebrochen. Ein Teil davon geht für die Messung verloren, ein anderer Teil könnte in der Wand durch Totalreflexion weitergeleitet werden und - ungeschwächt durch die Meßlösung - auf die Photozelle treffen.4. Radiation is refracted towards the wall. Part of it goes for the measurement lost, another part could be passed on in the wall by total internal reflection and - not weakened by the measurement solution - hit the photocell.

Bei entsprechender Beschaffenheit der Meßgefäße ist es auch möglich, daß Strahlung von der Strahlungsquelle aus durch die eine Stirnseite des Meßgefäßes in dessen strahlungsdurchlässige Wand gelangt, und von dort aus durch die andere Stirnseite zur Photozelle.With the appropriate properties of the measuring vessels, it is also possible that radiation from the radiation source through one end of the measuring vessel gets into its radiation-permeable wall, and from there through the other Front side to the photocell.

Diese Störungen werden bei den meisten Meßgefäßen dadurch vermieden, daß man ihren lichten Querschnitt im gefüllten Bereich größer wählt als den größten Querschnitt des durch die Meßgefäße geführten Strahlenbündels. Man nimmt dabei in Kauf, daß ein Teil der Meßlösung nicht unmittelbar zur Schwächung des Strahlungsflusses genutzt wird. Um nicht zu viel Meßlösung zu vergeuden, muß man das Strahlenbündel möglichst parallel halten, wodurch die Meßgefäße weiter ausgeleuchtet werden können.With most measuring vessels, these disturbances are avoided by that their clear cross-section in the filled area is chosen to be larger than the largest Cross section of the beam guided through the measuring vessels. One takes in Purchase that part of the measurement solution is not immediately available weakening the radiation flux is used. In order not to waste too much measurement solution, must keep the bundle of rays as parallel as possible, whereby the measuring vessels are further illuminated can be.

Verkleinert man den lichten Querschnitt der Meßgefäße, dann sinkt die. Empfindlichkeit der Meßanordnung. Man kann versuchen, diesen Verlust durch eine geeignete optische Vorrichtung auszugleichen, mit der man die Strahlungsdichte in den Meßgefäßen erhöht. Eine für englumige Meßgefäße besonders geeignete Strahlungsquelle ist ein LASER.If you reduce the clear cross-section of the measuring vessels, then it sinks the. Sensitivity of the measuring arrangement. One can try to get through this loss Use a suitable optical device to compensate for the radiation density increased in the measuring vessels. A radiation source particularly suitable for narrow measuring vessels is a LASER.

Für Untersuchungen, bei denen nur wenige Mikroliter Meßlösung zur Verfügung stehen, muß der gesamte Innenquerschnitt der Meßgefäße ausgeleuchtet werden, damit genügend große Extinktionsunterschiede gemessen werden können: SIPPEL führt das Strahlenbündel durch ein in eine schwarze Membran eingelassenes Fenster in das Meßgefäß. Der Querschnitt des Fensters deckt sich mit dem lichten Querschnitt des Meßgefäßes und ist kleiner als der des Strahlenbündels. Wegen der oben genannten Störeinflüsse ist hier parallelisierte Strahlung Voraussetzung.For examinations in which only a few microliters of measuring solution are available Are available, the entire inner cross-section of the measuring vessels must be illuminated, so that sufficiently large differences in absorbance can be measured: SIPPEL leads the bundle of rays through a window embedded in a black membrane into the Measuring vessel. The cross-section of the window coincides with the clear cross-section of the Measuring vessel and is smaller than that of the beam. Because of the above In this case, parallelized radiation is a prerequisite for interference.

Die Seitenwände der engen Meßgefäße können schwarz ausgekleidet werden (KORTUM, Baly-Rohr, S. 127), aber dadurch lassen sich die Störungen nicht völlig ausschalten (ULLRICH und HAMPEL).The side walls of the narrow measuring vessels can be lined with black (KORTUM, Baly-Rohr, p. 127), but this does not completely eliminate the disturbances switch off (ULLRICH and HAMPEL).

Die Lichtungen der Meßgefäße müssen reproduzierbar exakt im Strahlengang positioniert werden, besonders dann, wenn der Strahlungsfluß im Strahlenbündel nicht isotrop ist.The clearings of the measuring vessels must be reproducible and exactly in the beam path be positioned, especially if the radiation flux in the beam is not is isotropic.

Das läßt sich beispielsweise durch Führungsnuten erreichen, in denen der Küvettenhalter gleitet (ULLRICH und HAMPEL), oder durch ein mit einem Gleitmechanismus kombiniertes Rastwerk (JONES, R. T. und WEISS, G.: Anal. Biochem. 9, 377 - 382, 1964), oder auch durch eine geeignete Regelvorrichtung, die die Position der Meßgefäße im Strahlengang so einstellt, daß der Photostrom einen Maximalwert annimmt.This can be achieved, for example, by guide grooves in which the cuvette holder slides (ULLRICH and HAMPEL), or through one with a sliding mechanism combined rest system (JONES, R. T. and WEISS, G .: Anal. Biochem. 9, 377 - 382, 1964), or by a suitable control device that controls the position of the measuring vessels adjusts in the beam path so that the photocurrent assumes a maximum value.

In der vorliegenden Erfindung darf das Strahlenbundel die seitlichen Grenzflächen der Meßgefäße berühren.In the present invention, the bundle of rays may be lateral Touch the boundary surfaces of the measuring vessels.

Die Richtungen der Meßgefäße können voll ausgeleuchtet werden. Die Meß2zefaße können viel lkngerX und ihr Innenquerschnitt viel kleiner sein, als es bisher für möiich Rehalten wurde, soweit, bis der Strömungswiderstand, den das Meßgefäß der Flüssigkeit entgegenstellt, eine für die praktische Durchführung der Messung vertretbare Grenze erreicht. Dadurch wird die Photometrie schwach absorbierender Neßlösungen um ein Vielfaches empfindlicher, und man kann Probenmaterial und Reagenzien einsparen, weil man mit einem extrem geringen Volumen an Meßlösung auskommt, Die Erfindung benutzt das Prinzip der Totalreflexion; das seit 1927 für Lichtleiter aus Glasstaben oder Glasfasern angewendet wird (3WIRD, England): Ein Lichtbündel, das in eine Glasfaser durch die eine Stirnfläche eintritt, wird durch Totalreflexion daran gehindert, die Glasfaser zu verlassen. Es tritt erst an der gegenüberliegenden Stirnfläche wieder aus, Voraussetzung dafür ist, daß der Brechungsindex des Glases größer ist als der Brechungsindex der Umgebung. Solche Lichtleiter werden beispielsweise in der medizinischen Endoskopie und zunehmend in der Nachrichtentechnik eingesetzt. Sie bestehen meistens aus einem das Licht leitenden Kernglas, das von einem Mantelglas niedrigeren Brechungsindicis umhüllt ist (z. B. Endoskope der Firma Wolf, Knittlingen, Deutschland). Es gibt auch Flüssigkeitslichtleiter, die aus einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Rohr bestehen, dessen Material einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als die Flüssigkeit (Firma Lumatec, München, Deutschland).The directions of the measuring vessels can be fully illuminated. the Measuring tubes can be much longer and their internal cross-section much smaller than it is so far for possible Rehalten, until the flow resistance, which the measuring vessel opposed to the liquid, one for the practical implementation of the measurement acceptable limit reached. This makes the photometry less absorbent Wet solutions are many times more sensitive, and you can use sample material and reagents save, because you get by with an extremely small volume of measurement solution, The Invention uses the principle of total internal reflection; that since 1927 for fiber optics made of glass rods or fiberglass is used (3WIRD, England): A bundle of light, that enters a glass fiber through one end face is caused by total reflection prevented from leaving the fiber. It only occurs on the opposite End face off again, the prerequisite for this is that the refractive index of the glass is greater than the refractive index of the environment. Such light guides are for example used in medical endoscopy and increasingly in communications technology. They usually consist of a core glass that conducts light and that of a cladding glass with a lower refractive index (e.g. endoscopes from Wolf, Knittlingen, Germany). There are also liquid light guides that come from a liquid filled tube, the material has a lower refractive index than the liquid (Lumatec Company, Munich, Germany).

Lichtleiter werden auch schon seit lkngerer Zeit in der Photometrie verwendet. aber immer nurO um das Licht zur Meßstrecke zu fuhren oder von ihr weg.Light guides have also been used in photometry for a long time used. but always only to bring the light to the test section or away from it.

POLANYI, M. L. und HEHIR, R. M. (Rev. Sci. Instr. 93, 1050 - 1054, 1962) haben als erste Glasfasern für die Photometrie im zirkulierenden Blut eingesetzt, um Strahlung an sonst schwer zugängliche zentrale Stellen des menschlichen Blutkreislaufes und von dort wieder weg zu leiten.POLANYI, M. L. and HEHIR, R. M. (Rev. Sci. Instr. 93, 1050 - 1054, 1962) were the first to have glass fibers for the Photometry in the circulating Blood used to send radiation to otherwise inaccessible central points of the human Blood circulation and from there away again.

Die optische Anordnung wurde von KELLER, H. (Z. klin. Chem.The optical arrangement was designed by KELLER, H. (Z. klin. Chem.

u. klin. Biochem. 7, 501 - 504, 1969) für seine "Photosonde" übernommen, mit dem Unterschied, daß die Messung hier in einem mit Meßlösung gefüllten Gefäß stattfindet, und nicht im strömenden Blut.and clin. Biochem. 7, 501 - 504, 1969) for his "Photosonde", with the difference that the measurement here is carried out in a vessel filled with measuring solution takes place, and not in the flowing blood.

Die DE-OS 28 33 044 beschreibt eine Analysenanordnung, in der die Strahlung für die Photometrie strömender Flüssigkeiten über Glasfasern an die Meßgefäße und von diesen weg zur Photozelle geführt wird. Dieses Prinzip ist auch in der Analysenmaschine "SMAC" der Firma Technicon, Tarrytown, New York, USA, verwirklicht.DE-OS 28 33 044 describes an analysis arrangement in which the Radiation for the photometry of flowing liquids via glass fibers to the measuring vessels and is guided away from these to the photocell. This principle is also in the analysis machine "SMAC" realized by Technicon, Tarrytown, New York, USA.

Die Meßgefäße der vorliegenden Erfindung sind aber so beschaffen. daß die zu photometrierende Meßlösung selbst als flüssiger Lichtleiter wirkt. Voraussetzung dafür ist4 daß die Meßgefäße in der Umgebung der Meßlösung aus einem Material bestehen dessen Brechungsindex n2 kleiner ist als der Brechungsindex n1 der zu photometrierenden Meßlösung.However, the measuring vessels of the present invention are designed in this way. that the measurement solution to be photometric acts itself as a liquid light guide. pre-condition for this is4 that the measuring vessels in the vicinity of the measuring solution consist of one material whose refractive index n2 is smaller than the refractive index n1 of the one to be photometric Measurement solution.

Die Meßlösung wird von einem Ansatzstutzen 102a aus in einen Hohlraum 101 gefüllt, der in der Regel als zylindrisch geformte glattwandige Kapillare ausgebildet ist. Über einen zweiten Ansatzstutzen 102b wird dabei die Kapillare entlüftet. Die Anordnung eignet sich sowohl für Einzelmessungen, als auch für die Photometrie im Durchfluß.The measurement solution is fed into a cavity from an attachment nozzle 102a 101 filled, which is usually designed as a cylindrically shaped, smooth-walled capillary is. The capillary is vented via a second connection nozzle 102b. the Arrangement is suitable for single measurements as well as for photometry in Flow.

Die Strahlung fällt durch ein Fenster 103a auf der einen Stirnseite in die Kapillare. Parallel zur optischen Achse verlaufende Strahlung 104 gelangt ohne Wechselwirkung mit den seitlichen Grenzflächen zum Fenster 103b der gegenüberliegenden Stirnseite und zur Photozelle 106.The radiation falls through a window 103a on one end face into the capillary. Radiation 104 running parallel to the optical axis arrives without interaction with the lateral interfaces to the window 103b of the opposite one Face and to the photocell 106.

Nichtparallele Anteile 105 des Strahlenbündels gehen für die Messung nicht verloren, sondern werden an den seitlichen Grenzflächen totalreflektiert. Auch sie können die Photozelle erreichen. Bei der Totalreflexion kommt es nicht zu den oben beschriebenen Störungen. Infolgedessen kann der Durchmesser B der Kapillare sehr stark reduziert werden.Non-parallel portions 105 of the beam are used for the measurement are not lost, but are totally reflected at the lateral interfaces. They can do it too Reach the photocell. With total reflection the disturbances described above do not occur. As a result, the diameter B of the capillary can be reduced very much.

Entsprechend verkleinert sich das für eine Einzelmessung erforderliche Mindestvolumen V - für eine 10 mm lange Kapillare beispielsweise auf folgende Werte: B (mm): 5,00 2,50 1.00 0,50 0,25 0,10 V (mm3): 19,63 4,91 0,79 0,20 0,05 0,01 Zwischen dem Grenzwinkel iT und den Brechungsindices n1 (Meßlösung) und n2 (Wand des Meßgefäßes) besteht folgende Beziehung: sin dT = n2/n1 (Brechungsgesetz, vergleiche Abb. 2). Auf die Wand des Meßgefäßes treffende Strahlen, die zum Einfallslot einen Winkel oL größer als der Grenzwinkel * bilden, werden im wesentlichen verlustfrei totalreflektiert. Der Grenzwinkel iT darf nicht unterschritten werden (d'), weil dann die Strahlung zur Wand des Meßgefäßes hin gebrochen würde.The amount required for a single measurement is correspondingly reduced Minimum volume V - for a 10 mm long capillary, for example, to the following values: B (mm): 5.00 2.50 1.00 0.50 0.25 0.10 V (mm3): 19.63 4.91 0.79 0.20 0.05 0.01 Between the critical angle iT and the refractive indices n1 (measuring solution) and n2 (wall of the measuring vessel) the following relationship exists: sin dT = n2 / n1 (law of refraction, compare Fig. 2). Rays striking the wall of the measuring vessel which form an angle to the normal of incidence oL larger than the critical angle * are totally reflected essentially without loss. The limit angle iT must not be undershot (d '), because then the radiation would be broken towards the wall of the measuring vessel.

Beeinflussung des Grenzwinkels αT: Je größer der Brechungsindex n1 der Meßlösung ist und je kleiner der Brechungsindex n2 des die Meßlösung umgebenden Mediums, umso kleiner ist der Grenzwinkel iTS und umso weniger parallel braucht das Strahlenbündel zu sein. Ist die photometrisch nachzuweisende Substanz beispielsweise in Benzol gelöst (n1 = 1,501) und besteht die Wand des Meßgefäßes aus fluoriertem Polyäthylen-propylen (FEP, einem Copolymer des Polytetrafluoroäthylens, n2= 1,338), dann ergibt sich bei 200 C ein Grenzwinkel MT von nur 63,1O (als Brechungsindex n1 der Meßlösung wird hier vereinfachend der Brechungsindex des Lösungsmittels angenommen).Influence on the critical angle αT: the larger the refractive index n1 of the test solution and the smaller the refractive index n2 of the test solution surrounding it Medium, the smaller the critical angle iTS and the less parallel it needs to be the bundle of rays. Is the substance to be detected photometrically, for example dissolved in benzene (n1 = 1.501) and the wall of the measuring vessel consists of fluorinated Polyethylene propylene (FEP, a copolymer of polytetrafluoroethylene, n2 = 1.338), then at 200 C there is a critical angle MT of only 63.10 (as the refractive index For simplification purposes, the refractive index of the solvent is assumed here n1 of the measurement solution).

Häufig sind aber die zu photometrierenden Substanzen in Wasser gelöst (n1 = 1,330 bei 200 C, > = 589 nm), und Wasser wirkt nicht als Lichtleiter, wenn es von FEP umgeben ist. Um die Erfindung auch für wäßrige Meßlösungen nutzbar zu machen, kann man ihnen Stoffe zusetzen, die den Brechungsindex n1 erhöhen. Der Brechungsindex des Wassers bei 200 C wird beispielsweise durch Zusatz von 10 % Sucrose von 1,330 auf 1,348 gesteigert (iT in einem Meßgefäß aus FEP 83,00), durch Zusatz von 20 % Sucrose auf 1,364 (9 = 78,80).Frequently, however, the substances to be photometrically dissolved are dissolved in water (n1 = 1.330 at 200 C,> = 589 nm), and water does not act as a light guide if it is surrounded by FEP. In order to make the invention usable for aqueous measurement solutions you can add substances to them that Refractive index Increase n1. The refractive index of the water at 200 C is increased, for example, by adding increased from 10% sucrose from 1.330 to 1.348 (iT in a measuring vessel made of FEP 83.00), by adding 20% sucrose to 1.364 (9 = 78.80).

In Abb. 3 wird für verschiedene Brechungsindices n2 der Meßgefäßwand dargestellt, wie der Grenzwinkel iT vom Brechungsindex n1 der Meßlösung abhängt.In Fig. 3, the measuring vessel wall is shown for various refractive indices n2 shows how the critical angle iT depends on the refractive index n1 of the test solution.

Wenn man ein Material mit einem sehr niedrigen Brechungsindex n2 findet, das sich als Meßgefäßwand eignet, dann ist es nicht mehr nötig, den Brechungsindex der Meßlösung durch Zusätze zu erhöhen, vergleiche Abb. 4.If you find a material with a very low refractive index n2, which is suitable as a measuring vessel wall, then it is no longer necessary to adjust the refractive index to increase the measurement solution by adding additives, see Fig. 4.

Anzahl der Reflexionen im Meßgefäß: Die Abb. 5 zeigt den Verlauf eines zur optischen Achse des Meßgefäßes nicht parallelen Strahls. In den folgenden einfachen Berechnungen bedeuten D die lichte Länge des Meßgefäßes, d die Länge eines Teilstückes des Meßgefäßes, die durch zwei einander benachbarte Reflexionspunkte des Strahls bestimmt ist, S den Weg des Strahls im Meßgefäß (wirksame Schichtlänge), s den Weg des Strahls zwischen zwei einander benachbarten Reflexionspunkten, B die lichte Breite des Meßgefäßes (Innendurchmesser der Kapillare), x die Anzahl der Reflexionen des Strahls im Meßgefäß und M den zum Einfallslot gebildeten Reflexionswinkel.Number of reflections in the measuring vessel: Fig. 5 shows the course of a the beam which is not parallel to the optical axis of the measuring vessel. In the following simple Calculations mean D the clear length of the measuring vessel, d the length of a section of the measuring vessel through two adjacent reflection points of the beam is determined, S the path of the jet in the measuring vessel (effective layer length), s the path of the beam between two adjacent reflection points, B the clear Width of the measuring vessel (inner diameter of the capillary), x the number of reflections of the beam in the measuring vessel and M the angle of reflection formed in relation to the normal of incidence.

Zunächst wird berechnet, wie häufig (x) der Strahl auf seinem Weg durch die Meßlösung reflektiert wird: D D x = dz = 7 Dementsprechend treten umso mehr Reflexionen auf, äe enger und je länger das Meßgefäß ist und je weniger parallel die Strahlen durch das Meßgefäß verlaufen. Dieser Zusammenhang ist in Abb. 6 für vier 10 mm lange Kapillaren unterschiedlicher Innendurchmesser dargestellt. In der 0,1 mm weiten Kapillare werden beispielsweise Strahlen, die um 50 zur optischen Achse geneigt sind (oC= 850), neunmal reflektiert.First it is calculated how often (x) the ray travels is reflected by the measurement solution: D D x = dz = 7 accordingly occur all the more the more reflections, the narrower and the longer the measuring vessel is and the less parallel it is the rays pass through the measuring vessel. This relationship is shown in Fig. 6 for four 10 mm long capillaries of different inner diameters are shown. In the 0.1 mm wide capillaries are, for example, rays that are 50 to optical Axis are inclined (oC = 850), reflected nine times.

In diesem Falle reicht eine im Prinzip auch mögliche einfache Verspiegelung der Wand nicht aus, weil bei jeder Reflexion an verspiegelten Flächen große Verluste auftreten.In this case, a simple mirror coating, which is also possible in principle, is sufficient the wall, because large losses with each reflection on mirrored surfaces appear.

Folglich lassen sich keine extrem engen Meßgefäße bauen, deren Wände nur verspiegelt sind. Im Gegensatz dazu sind die Totalreflexionen in den Meßgefäßen der vorliegenden Erfindung im wesentlichen verlustfrei.As a result, extremely narrow measuring vessels cannot be built with their walls are only mirrored. In contrast to this, the total reflections are in the measuring vessels of the present invention is essentially lossless.

Wirksame Schichtlänge S: Aus der Abb. 5 läßt sich schließen, welchen Weg ein schräg einfallender Strahl im (nicht gebogenen) Meßgefäß zurücklegt: S= D . s = D . 1.Effective layer length S: From Fig. 5 it can be concluded which one Path an obliquely incident beam travels in the (not curved) measuring vessel: S = D. s = D. 1.

d sinsα Die wirksame Schichtlänge S wird also durch die lichte Länge D des Meßgefäßes bestimmt und durch den Winkel i.d sinsα The effective layer length S is determined by the clear Length D of the measuring vessel and determined by the angle i.

In Abb. 7 wird gezeigt, um welchen Faktor S die wirksame Schichtlänge größer ist als die lichte Länge D des Meßgefäßes. Es wird deutlich, daß für Reflexionswinkel s zwischen 850 und 900 (etwa parallel zur optischen Achse in das Meßgefäß fallende Strahlen) beide Strecken annähernd gleich sind. Für stärker divergierende Strahlenbündel kann die mittlere wirksame Schichtlänge S empirisch durch Photometrie einer Eichlösung bekannter Farbstoffkonzen-E tration C ermittelt werden (S = #. C, LAMBERT-BEER'rsches Gesetz, vergleiche oben).Fig. 7 shows by which factor S the effective layer length is greater than the clear length D of the measuring vessel. It is clear that for angles of reflection s between 850 and 900 (falling roughly parallel to the optical axis into the measuring vessel Rays) both routes are approximately the same. For more divergent bundles of rays the mean effective layer length S can be determined empirically by photometry of a calibration solution known dye concentration C can be determined (S = #. C, LAMBERT-BEER'rsches Law, compare above).

Bei großen Unterschieden der Brechungsindices n1 - n2 bietet die Erfindung die Möglichkeit, die wirksame Schichtlänge im selben Meßgefäß zu variieren.In the case of large differences in the refractive indices n1-n2, the invention offers the possibility of varying the effective layer length in the same measuring vessel.

Es sind bereits Meßgefäße bekannt, deren wirksame Schichtlängen bei der Messung verändert werden können: Meßgefäße mit stufen- oder keilförmigen Wänden, Balgenkonstruktionen, Meßgefäße mit eintauchenden stufen- oder keilförmigen strahlungsdurchlässigen Körpern (THEILACKER, W.There are already measuring vessels known whose effective layer lengths are the measurement can be changed: measuring vessels with step or wedge-shaped walls, Bellows constructions, measuring vessels with immersed step-shaped or wedge-shaped radiation-permeable Bodies (THEILACKER, W.

und andere: Chem. Ber. 83, 508 - 519, 1950; LONGHURST, R. S.: Geometrical and Physical Optics, Verlag Longman Groep Ltd-., London, England, 1967; DT-AS 22 58 094; SPAAN, J. A. E. und andere, Pflügers Arch. 372, 279 - 283, 1977).and others: Chem. Ber. 83, 508-519, 1950; LONGHURST, R. S .: Geometrical and Physical Optics, Longman Groep Ltd., London, England, 1967; DT-AS 22 58 094; SPAAN, J. A. E. and others, Pflügers Arch. 372, 279-283, 1977).

Für die Photometrie kann das abwechselnde Messen bei mehreren Schichtlängen nützlich sein: 1. Man kann in einem Extinktionsbereich messen, bei dem die photoelektrische Einrichtung am empfindlichsten ist.For photometry, alternating measurements with several slice lengths can be used be useful: 1. One can measure in an extinction range in which the photoelectric Establishment is most delicate.

2. Die in der Absorptionsphotometrie sonst notwendige Leerwertmessung wird überflüssig.2. The blank value measurement otherwise necessary in absorption photometry becomes superfluous.

3. Wenn die wirksame Schichtlänge genügend schnell periodisch um einen bestimmten Betrag geändert wird (Schichtlängenmodulation), können störende Einflüsse auf die Messung, z. B. eine schwankende Strahlungsleistung der Photometerlampe, durch eine Quotientenrechnung kompensiert werden.3. If the effective layer length is sufficiently rapid, periodically by one If a certain amount is changed (layer length modulation), disruptive influences can occur on the measurement, e.g. B. a fluctuating radiation power of the photometer lamp, be compensated by a quotient calculation.

4. Man kann leicht feststellen, ob das LAMBERT-BEER'sche Gesetz für eine Messung außer Kraft gesetzt ist - wenn sich beispielsweise Luftblasen im Lichtweg befinden.4. One can easily determine whether the LAMBERT-BEER law for a measurement is disabled - for example, if there are air bubbles in the light path are located.

In der vorliegenden Erfindung kann die wirksame Schichtlänge in der Regel nur um kleine Beträge dadurch verstellt werden, daß man den Winkel ändert, unter dem das Strahlenbündel ins Meßgefäß fällt.In the present invention, the effective layer length can be in the Usually only be adjusted by small amounts by changing the angle, under which the beam falls into the measuring vessel.

Besondere Ausführunsformen der Erfindung: Es gibt für die vorliegende Erfindung auch andere Methoden, mit denen Luftblasen im Lichtweg nachgewiesen werden können. Dazu kann man die elektrische Leitfähigkeit des Kapillärinhalts messen. Oder man erzeugt während der Messung von den Ansatzstutzen 102a und 102b aus einen genügend großen Überdruck im mit Meßlösung gefüllten Meßgefäß. Luftblasen werden dabei kleiner, und es kommt zu einer Änderung des Meßsignals.Special embodiments of the invention: There are for the present Invention also other methods with which air bubbles are detected in the light path can. This can be done by measuring the electrical conductivity of the capillary contents. Or one generates one from the connection pieces 102a and 102b during the measurement Sufficient excess pressure in the measuring vessel filled with the measuring solution. Air bubbles become thereby smaller, and there is a change in the measurement signal.

Die Meßlösung-kann winzige Luftbläschen enthalten, die das Meßergebnis umso mehr verfälschen können, je dünner das Meßgefäß ist. Ihr Störeinfluß kann ebenfalls durch eine Kompression der Meßlösung für die Dauer der Messung verringert werden.The measurement solution can contain tiny air bubbles that form the measurement result can falsify the more, the thinner the measuring vessel is. Your interference can also can be reduced by compressing the measurement solution for the duration of the measurement.

Die Temperatur in den Meßgefäßen der Erfindung kann ähnlich wie bei den bisher bekannten Meßgefäßen eingestellt werden, z. B. durch Peltier-Elemente in ihrer Wandung.The temperature in the measuring vessels of the invention can be similar to the previously known measuring vessels are set, z. B. by Peltier elements in their walls.

Falls die Temperatur wegen einer zu hohen Dichte des Strahlungsflusses in den Meßgefäßen zu stark ansteigen sollte, oder falls sich die absorbierenden Substanzen während einer länger dauernden Bestrahlung zersetzen, kann es erforderlich werden, daß die Meßstrahlung nicht kontinuierlich, sondern intermittierend, in kurzen Blitzen, durch das Meßgefäß geleitet wird.If the temperature is due to too high a density of the radiant flux should rise too much in the measuring vessels, or if the absorbing It may be necessary to decompose substances during long-term irradiation be that the measuring radiation is not continuous, but intermittent, in short Lightning, is passed through the measuring vessel.

Um einen möglichst hohen Strahlungsfluß im Meßgefäß zu erhalten, kann der optische Kanal des Meßgefäßes an seiner der Photometerlampe zugewandten Stirnseite trichterartig erweitert sein, wodurch gegebenenfalls mehr Strahlung aufgefangen wird.In order to obtain the highest possible radiation flux in the measuring vessel, can the optical channel of the measuring vessel on its end face facing the photometer lamp be expanded like a funnel, whereby possibly more radiation is collected will.

Die Strahlung kann auch über Lichtleiter 803a zum Meßgefäß 801 und von ihm weg 803b zur Photozelle 806 geleitet werden, dargestellt in Abb. 8.The radiation can also be sent via light guides 803a to the measuring vessel 801 and away from it 803b to photocell 806, shown in Fig. 8.

Im übrigen beschränkt sich die Erfindung nicht auf Meßgefäße für die Absorptionsphotometrie. Die Meßgefäße können auch für Trübungsmessungen, fluoreszenzphotometrische oder andere Untersuchungen benutzt werden.In addition, the invention is not limited to measuring vessels for Absorption photometry. The measuring vessels can also be used for turbidity measurements, fluorescence photometric or other examinations.

Die Fluoreszenzphotometrie wird durch die vorliegende Erfindung um ein Vielfaches empfindlicher. Das erreicht man dadurch, daß man die Primärstrahlung durch dasselbe Fenster in das Meßgefäß fallen läßt, durch das die Sekundärstrahlung zur Photozelle gelangt. Von den divergierenden Anteilen der Primärstrahlung und der in Richtung Photozelle verlaufenden Sekundärstrahlung wird mehr für die Messung ausgenutzt als bei den bisher bekannten Meßgefäßen.Fluorescence photometry is implemented by the present invention many times more sensitive. This is achieved by using the primary radiation drops through the same window into the measuring vessel through which the secondary radiation reaches the photocell. From the divergent components of the primary radiation and the secondary radiation running in the direction of the photocell is used more for the measurement exploited than with the previously known measuring vessels.

Claims

MEASURING VESSELS FOR PHOTOMETRY REQUIREMENTS: measuring vessels for photometry, which can be almost any length and narrow, and which require extremely little measurement solution, characterized in that the measurement solution acts as a liquid light guide and accordingly has a higher optical refractive index (n1) than the surrounding material of the measuring vessel (n2).

2. A method for photometry with measuring vessels according to claim 1, by this is when the refractive index n1 of the test solution is primarily too low for the light guide or if the refractive index n2 of the medium surrounding the measurement solution is too high, die The difference in the refractive indices n1 - n2 is increased, characterized in that that substances are added to the measuring solution which increase their refractive index.

3. A method for photometry according to claim 1 or claim 2 by that the effective layer length is varied in one and the same measuring vessel, thereby characterized in that for this purpose the angle at which the radiation falls into the measuring vessel, is changed alternately.

4. A method for photometry according to claims 1 to 3, by the Air bubbles are detected in the light path, which could falsify the measurement result, characterized in that for this purpose the electrical conductivity of the measurement solution in filled part of the measuring vessel is checked.

5. A method for photometry according to claims 1 to 3, by the Air bubbles are detected in the light path, which falsify the measurement result could, characterized in that during the photometric measurement in with measuring solution filled part of the measuring vessel an excess pressure is generated, which the compressed air bubbles which may be present, the measurement signal changing.

6. A method for photometry according to claims 1 to 3, by the Air bubbles in the light path are reduced to such an extent that they no longer support the measurement disturb, characterized in that for this purpose in the part of the measuring vessel filled with measuring solution an overpressure is generated, compressing any air bubbles that may be present will.