DE3715481A1

DE3715481A1 - Cuvette arrangement for discrete comparative reflection spectroscopic measurements

Info

Publication number: DE3715481A1
Application number: DE19873715481
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Chem Dr Naumann; Freiherr Von Maltzan
Original assignee: MALTZAN FREIHERR VON BERND DIP
Current assignee: MALTZAN FREIHERR VON BERND DIP
Priority date: 1987-05-06
Filing date: 1987-05-06
Publication date: 1988-11-24

Abstract

In the case of a cuvette arrangement for discrete comparative analysis of liquid and film-forming materials, with the aim of improving the measurement accuracy and enlarging the scope of application of photometric methods the object is to develop a sample carrier which ensures that all the samples applied have extremely similar transmission depths and is gastight and easy to clean, so that it is also suitable for working with highly toxic or highly infectious material. The object is achieved according to the invention when a suitably shaped carrier member which consists of optically transparent material with a reflective capacity, can be guided continuously through the measurement beam in such a way that individual regions of the prism surface are transilluminated for comparative measurements. The cross-section of the prism formed as the carrier permits single or multiple transillumination of the surfaces carrying the samples. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Küvettenanordnung, bestehend aus einer Küvette und einem Küvettenhalter zur diskreten vergleichenden Analyse mindestens eines Probenfeldes filmbildender, flüssiger und fester Proben mittels reflektionsspektroskopischer Messungen.The invention relates to a cuvette arrangement consisting of a Cell and a cell holder for discreet comparative analysis at least one sample field of film-forming, liquid and solid Samples using reflection spectroscopic measurements.

Für Messungen mit abgeschwächter Totalreflektion (ATR) wurden bisher lediglich einzelne separate Küvetten verwendet, die nur eine Probe aufnehmen können.So far, measurements with attenuated total reflection (ATR) have been used only individual separate cuvettes are used that only have one sample be able to record.

Dies hat den Nachteil, daß störende konstruktionsbedingte Unter schiede der einzelnen Küvetten auftreten. Die Proben müssen einzeln nacheinander präpariert werden, wodurch unterschiedliche adhäsive Bindungen an die als Träger verwendete Prismenoberfläche auftreten können, bedingt durch die nicht völlig identische Vorbehandlung der Oberfläche der einzelnen Prismen. Weiterhin ist von Nachteil, daß die Präparationsparameter, wie Feuchtigkeit des Mediums über der Probe oder der Partialdruck eines Gases, hierbei nur schwer kontrollierbar für die einzelnen zu analysierenden Proben einheitlich gleich eingestellt werden kann. All dies beeinträchtigt die Qualität der Analysenergebnisse besonders für vergleichende Messungen.This has the disadvantage that disruptive design-related sub differences of the individual cuvettes occur. The samples must be taken individually be prepared one after the other, making different adhesive Bonds to the prism surface used as a carrier occur can, due to the not completely identical pretreatment of the Surface of the individual prisms. Another disadvantage is that the Preparation parameters, such as moisture of the medium over the sample or the partial pressure of a gas, which is difficult to control uniformly the same for the individual samples to be analyzed can be adjusted. All of this affects the quality of the Analysis results especially for comparative measurements.

Die bisherigen Küvetten für vergleichende Analysen mit diskreten Probenfeldern basieren auf Transmissionsmessungen. Hierbei ist eine eventuell notwendige gleiche Probenschichtdicke nur mit technischem Aufwand zu realisieren und mit konstruktionsbedingten Fehlern mehr oder weniger behaftet. Für strahlenundurchlässige Proben, wie z. B. Teere oder schwarze Lacke sind derartige Küvetten ungeeignet. Hierfür eignet sich die abgeschwächte Totalreflektion (ATR).The previous cuvettes for comparative analysis with discrete Sample fields are based on transmission measurements. Here is one possibly necessary same sample layer thickness only with technical Realize effort and more with design-related errors or less afflicted. For radiopaque samples such as B. Such cuvettes are unsuitable for tars or black lacquers. Therefor the attenuated total reflection (ATR) is suitable.

Messungen, die nach dem bekannten Prinzip der abgeschwächten Total reflektion (ATR) arbeiten, haben den Vorteil, daß mit extrem geringen Analysenmengen gearbeitet werden kann und die durchstrahlte Proben dicke nicht nur sehr gering, sondern auch bei gleicher eingestrahlter Wellenlänge und gleichem optischen Weg annähernd gleich ist. Weiter hin brauchen die Proben nicht strahlendurchlässig sein.Measurements based on the well-known principle of the weakened total reflection (ATR) work, have the advantage that with extremely low Analysis quantities can be worked and the irradiated samples not only very thin, but also with the same irradiated Wavelength and the same optical path is approximately the same. Next the samples do not need to be radiolucent.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Küvettenanordnung gemäß dem Oberbegriff so zu gestalten, daß bei leichter Handhabbarkeit für alle Proben eine exakt gleiche, für die photometrische Analyse vorteilhafte übereinstimmende Schichtdicke gewährleistet ist, die auch gleiche Proben eine exakt gleiche, für die photometrische Analyse vorteilhafte übereinstimmende Schichtdicke gewährleistet ist, die auch gleiche umgebende Bedingungen aufweist, und sowohl für hochgiftige wie auch infektiöse Materialien dicht und leicht zu reinigen ist.The object of the invention is a cuvette arrangement according to the To design the generic term so that it is easy to handle for everyone Samples are exactly the same, advantageous for photometric analysis consistent layer thickness is guaranteed, the same Samples are exactly the same, advantageous for photometric analysis consistent layer thickness is guaranteed, the same has surrounding conditions, and for both highly toxic as well infectious materials is tight and easy to clean.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Küvette mehrere Probenfelder (pf) aufweist, als abnehmbare Einheit ausgebildet ist und in dem Küvettenhalter mittels eines mechanischen Antriebes beweglich gelagert ist.According to the invention the object is achieved in that the cuvette has several sample fields (pf) , is designed as a removable unit and is movably mounted in the cuvette holder by means of a mechanical drive.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mehrere zu analysierende Proben nach dem Prinzip der abgeschwäch ten Totalreflektion (ATR) gleichzeitig unter gleichen Bedingungen kontinuierlich vermessen werden können. So kann es bewerkstelligt werden, daß alle Proben auf den Probenfeldern dem gleichen sie umgebenden Medium ausgesetzt sind, wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit oder Zusammensetzung des über den Proben befindlichen Gasgemisches. Weiterhin werden Proben aus sehr ähnlichen Materialien, die als Filme untersucht werden und somit kaum mit gleicher Filmdicke herzustellen sind, auf diese Weise mit fast identischer Tiefe von dem Meßstrahl durchstrahlt werden. Dies gilt auch für völlig lichtundurchlässige Materialien, wie z. B. Teere oder Lacke. Bevorzugt einsetzbar ist die Küvette deshalb für extrem genaue vergleichende chemische, bioche mische und mikrobiologische Analysen.The advantages achieved with the invention are in particular that several samples to be analyzed are weakened according to the principle total reflection (ATR) simultaneously under the same conditions can be measured continuously. So it can be done that all samples on the sample fields are the same they surrounding medium are exposed, such as. B. temperature, humidity or composition of the gas mixture above the samples. Furthermore, samples of very similar materials are used as films are examined and thus can hardly be produced with the same film thickness are, in this way, with an almost identical depth from the measuring beam be irradiated. This also applies to completely opaque Materials such as B. tars or paints. The is preferably used Cuvette therefore for extremely precise comparative chemical, bioche mix and microbiological analyzes.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Küvettenanordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the cuvette arrangement according to the invention result from the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are described below with reference to the schematic drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt Querschnitte der länglichen Prismen (4) für einfache (a), für zweifache (d) und für mehrfache (b, c, e) Probendurchstrahlung mit dem skizzierten Strahlenverlauf an der Stirnseite der Prismen. Fig. 1 shows cross sections of the elongated prisms ( 4 ) for single (a) , for double (d) and for multiple (b, c, e) sample transmission with the sketched beam path on the front side of the prisms.

Fig. 2 zeigt eine schematisierte perspektivische Darstellung der Küvettenanordnung gemäß der Erfindung. Fig. 2 shows a schematic perspective view of the cuvette according to the invention.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Küvettenhalter (1) mit der Anordnung der Spiegel (11) und dem Küvettenschlitten (3), ohne die Küvette (2). Ein Prisma ist schematisch eingezeichnet. Fig. 3 shows a schematic cross section through the cuvette holder ( 1 ) with the arrangement of the mirror ( 11 ) and the cuvette slide ( 3 ) without the cuvette ( 2 ). A prism is shown schematically.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die gasdichte Küvette (2) mit einem Prisma (4) für eine einfache Durchstrahlung der Probe. Fig. 4 shows a cross section through the gas-tight cuvette ( 2 ) with a prism ( 4 ) for easy irradiation of the sample.

Fig. 5 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Abdeckplatte (5) mit hervorstehenden Probenfeldern (pf). Fig. 5 shows a perspective view of a cover plate ( 5 ) with protruding sample fields (pf) .

Fig. 6 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch eine Küvette (2) mit einer temperierbaren Abdeckplatte (5), wie in Fig. 5 dargestellt, und einem Prisma für mehrfache Probendurchstrahlung. Fig. 6 shows a schematic cross section through a cuvette ( 2 ) with a temperature-adjustable cover plate ( 5 ), as shown in Fig. 5, and a prism for multiple sample irradiation.

Fig. 1 zeigt verschiedene prismatische Probenträger (4) aus optisch durchlässigem Material. Die Proben können auf den separierten Proben feldern (pf) aufgetragen werden. Für schwach absorbierende Proben kann es von Nutzen sein, daß sie mehrfach durchstrahlt werden, wie z. B. bei der Prismenform (b) oder (e) dreimal. Während bei der Form (a) die Probe einfach durchstrahlt wird. Für zähflüssige oder klebrige Proben ist eine Separierung durch Einfräsen von Vertiefungen in den Proben träger (4) oder Auftragen von Abgrenzungen nicht unbedingt erforder lich. Für dünnflüssige oder wäßrige Proben ist dies aber für die Messung begünstigend. Für wäßrige Probenlösungen, die zu einem Film eingeengt werden, kann die Abgrenzung der Probenflächen (pf) durch Lacke erfolgen, die hydrophil sind, so daß sich der wäßrige Proben tropfen gleichmäßig über die gesamte Probenfläche (pf) aufspannen läßt, und wenn nötig, z. B. nach dem Eindampfen einen die gesamte Probenfläche überziehenden Film ergibt. Fig. 1 shows various prismatic sample carriers ( 4 ) made of optically transparent material. The samples can be applied to the separated sample fields (pf) . For weakly absorbent samples, it can be useful that they are irradiated several times, such as. B. in the prism shape (b) or (e) three times. While in form (a) the sample is simply irradiated. For viscous or sticky samples, separation by milling recesses in the sample holder ( 4 ) or applying boundaries is not absolutely necessary. For thin or aqueous samples, however, this is beneficial for the measurement. For aqueous sample solutions that are concentrated into a film, the delimitation of the sample areas (pf) can be carried out by means of lacquers that are hydrophilic, so that the aqueous sample drops can be spread evenly over the entire sample area (pf) , and if necessary, e.g. . B. after evaporation gives a film covering the entire sample area.

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine schematisierte Küvettenanordnung. (1) ist der Küvettenhalter, in dem quer zur optischen Achse der Küvettenschlitten (3) geführt werden kann. Dieser kann manuell oder durch Motorantrieb mit Hilfe der Antriebswelle (13) über einen Zahnradantrieb und eine Zahnstange (Fig. 4, 16) allgemein bekannten Bauprinzipes bewegt werden. Der Küvettenhalter (1) selbst kann mit Hilfe der entsprechend dimensionierten Ankerplatte (12) in jeder Führung fixiert werden, die in den meisten kommerziellen Spektrometern bereits vorhanden ist. Weiterhin ist in Fig. 2 die Küvette (2) sichtbar, die mit dem Küvettenfuß (10) auf dem Schlitten (3) fixiert ist. Abgedeckt ist die Küvette mit der Abdeckplatte (5), auf der die Ein- und Auslaßstopfen (9) zu erkennen sind. Die Küvette (2) ist abnehmbar und austauschbar. Fig. 2 shows in perspective a schematic cuvette. ( 1 ) is the cuvette holder in which the cuvette slide ( 3 ) can be guided transversely to the optical axis. This can be moved manually or by motor drive using the drive shaft ( 13 ) via a gear drive and a rack ( Fig. 4, 16 ) generally known construction principles. The cuvette holder ( 1 ) itself can be fixed in any guide with the aid of the appropriately dimensioned anchor plate ( 12 ), which is already present in most commercial spectrometers. Furthermore, the cuvette ( 2 ) can be seen in FIG. 2, which is fixed on the slide ( 3 ) with the cuvette base ( 10 ). The cuvette is covered with the cover plate ( 5 ) on which the inlet and outlet plugs ( 9 ) can be seen. The cuvette ( 2 ) is removable and interchangeable.

Der Verlauf des Strahlenbündels ist schematisiert in Fig. 3 dargestellt. Durch die Umlenkspiegel (11) und Lochblenden (17) wird der Strahl auf die Probenfläche (pf) des Probenträgers (4) fokussiert. Die Umlenkspiegel (11) können justierbar (18) angebracht sein, um an verschiedene Positionen des Probenträgers (4) optimal ausgerichtet zu werden.The course of the beam is shown schematically in FIG. 3. The beam is focused on the sample surface (pf) of the sample carrier ( 4 ) through the deflecting mirror ( 11 ) and perforated screens ( 17 ). The deflecting mirrors ( 11 ) can be attached in an adjustable manner ( 18 ) in order to be optimally aligned with different positions of the sample carrier ( 4 ).

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Küvette (2) und den Schlitten (3) im Bereich des Strahlenganges. Mit Stiften (14) wird die Küvette auf dem Schlitten (3), in dem entsprechende Führungsbohrungen vorhanden sind, justiert. In den Küvettenfuß (10) ist der Proben träger (4) eingelassen. Die Ausführung des Küvettenfußes ist so gestaltet, daß der meistens empfindliche prismatische Probenträger (4) geschützt wird, wenn die Küvette aus dem Küvettenhalter entfernt wird und auf einem Tisch abgestellt wird. Die Dicke des Küvettenfußes (10) und die Führungsstifte (14) verhindern ein Anschlagen der unteren Kante des Prismas gegen eine Unterlage beim Abstellen. Der Probenträger kann durch Einkleben oder über Dichtungen mit dem Abstandhalter (Fig. 6, 7) im Küvettenfuß festgehalten werden. Der Abstandhalter ist als Rahmen (7) so ausgelegt, daß ein O-Ring darumgelegt werden und dieser als Dichtung funktioniert. Durch die darübergelegte Abdeckplatte (5), die mit den Rändelmuttern (15) angezogen werden kann, ist ein gas- und mikrobendichter Probenraum geschaffen. Dieser kann über die eingearbeiteten Ein- und Auslaßstopfen (9) begast oder gespült werden. Dies ist besonders beim Arbeiten mit Mikroben von Vorteil, da diese durch Spülen mit Desinfektionsmittel abgetötet werden können, ohne das die Küvette (2) geöffnet werden muß. Diese Lösung gestattet ein einfaches Reinigen des Probenraumes. Fig. 4 shows a cross section through the cuvette ( 2 ) and the slide ( 3 ) in the region of the beam path. The cuvette is adjusted with pins ( 14 ) on the slide ( 3 ), in which there are corresponding guide bores. In the cuvette base ( 10 ) the sample carrier ( 4 ) is embedded. The design of the cuvette base is designed so that the mostly sensitive prismatic sample holder ( 4 ) is protected when the cuvette is removed from the cuvette holder and placed on a table. The thickness of the cuvette base ( 10 ) and the guide pins ( 14 ) prevent the lower edge of the prism from striking against a base when it is set down. The sample holder can be held in the cuvette base by gluing or using seals with the spacer ( Fig. 6, 7 ). The spacer is designed as a frame ( 7 ) so that an O-ring is placed around it and this functions as a seal. A gas and micro-tight sample space is created by the cover plate ( 5 ), which can be tightened with the knurled nuts ( 15 ). This can be gassed or flushed through the built-in inlet and outlet plugs ( 9 ). This is particularly advantageous when working with microbes, since they can be killed by rinsing with disinfectant without having to open the cuvette ( 2 ). This solution allows easy cleaning of the sample room.

Für empfindliche Materialien des prismatischen Probenträgers (4) kann es schädlich sein, die Probenfelder darin einzuarbeiten, da diese zerbrechen können. Auch kann das Auftragen von Lacken oder anderen Materialien, die die Probenfelder (pf) separieren sollen, zu Störungen in den Messungen führen, wenn sie bei diesen mit in das Strahlenbündel gelangen und diese absorbieren. Dies kann dadurch behoben werden, daß die Abdeckplatte (5) mit Noppen (np) versehen wird (vgl. Fig. 5). Die Analysenproben können auf diese aufgetragen werden und gegen den prismatischen Probenträger (4) gedrückt werden (Fig. 6, pr). Der Rahmen (7) kann gleichzeitig als Abstandhalter ausgelegt sein, so daß ein sehr geringer Abstand zwischen Abdeckplatte (5) und Prisma (4) eingehalten wird. Selbst flüssige Proben können so durch kohäsive und adhäsive Wirkung stabil gehalten und separiert werden.For sensitive materials of the prismatic sample carrier ( 4 ), it can be harmful to incorporate the sample fields into them, as these can break. The application of lacquers or other materials that are supposed to separate the sample fields (pf) can also lead to disturbances in the measurements if they also get into the beam and absorb them. This can be remedied by providing the cover plate ( 5 ) with knobs (np) (cf. FIG. 5). The analysis samples can be applied to them and pressed against the prismatic sample holder ( 4 ) ( Fig. 6, pr) . The frame ( 7 ) can also be designed as a spacer, so that a very small distance between the cover plate ( 5 ) and prism ( 4 ) is maintained. Even liquid samples can be kept stable and separated by cohesive and adhesive effects.

Auf Grund der direkten Berührung der Noppen mit der Probe, die auch direkt gemessen wird und aufgrund der speziellen Anordnung ist eine sehr genaue Temperierung der Probe möglich, wenn die Abdeckplatte temperierbar ausgeführt wird.Because of the direct contact of the knobs with the sample, that too is measured directly and due to the special arrangement is a very precise temperature control of the sample possible if the cover plate is executed temperable.

Die Küvette (2) selbst ist so ausgeführt, daß sie auch ohne den Küvettenhalter (1) zum Kauf angeboten werden kann.The cuvette ( 2 ) itself is designed so that it can also be offered for sale without the cuvette holder ( 1 ).

Claims

1. cuvette arrangement, with a cuvette and a cuvette holder for the discrete analysis of at least one sample field by means of reflection spectroscopic measurements, characterized in that the cuvette ( 2 ) has a plurality of sample fields (pf) , is designed as a removable unit and in the cuvette holder ( 1 ) by means of a mechanical drive is movably mounted.

2. Cuvette arrangement according to claim 1, characterized in that the mechanical drive is a controllable carriage that runs across the Measuring beam is movable.

3. Cuvette arrangement according to claim 1 to 2, characterized in that the cuvette ( 2 ) contains an elongated sample carrier ( 4 ) with a prismatic cross section made of optically transparent material.

4. Cuvette arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the prismatic cross section of the elongate sample carrier ( 4 ) is designed so that the sample is simply irradiated ( Fig. 1, a) .

5. Cuvette arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the prismatic cross section of the elongate sample carrier ( 4 ) is designed so that the sample is irradiated several times ( Fig. 1, be) .

6. Cuvette arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the prismatic sample holder ( 4 ) has depressions through which the individual sample fields ( Fig. 1, pf) are separated.

7. Cuvette arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the sample carrier ( 4 ) on the sample fields (pf) having the upper surface is provided with a material layer, the sample fields (pf) being left out.

8. Cuvette arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that the cuvette ( 2 ) has a cover plate ( 5 ).

9. Cuvette arrangement according to claim 1 to 8, characterized in that the cuvette ( 2 ) has a cover plate ( 5 ) with gas-tight and microbe-tight seal ( 6 ).

10. Cuvette arrangement according to one of claims 8 and 9, characterized in that the cover plate ( 5 ) contains delimited areas delimited by depressions ( Fig. 5, np) .

11. Cuvette arrangement according to claim 10, characterized in that the cover plate ( 5 ) is held by a spacer ( Fig. 6, 7 ) between the prism and cover plate so that the samples ( Fig. 6, pr) laterally only by a gaseous medium delimited and so separated from each other.

12. Cuvette arrangement according to claim 1 to 11, characterized in that the cover plate ( 5 ) can be tempered and that in the cover plate ( 5 ) cavities ( Fig. 6, 8 ) a tempering liquid can be passed.

13. Cuvette arrangement according to claim 1 to 11, characterized in that a cover plate ( 5 ) is coated with a current-conducting, heatable material.

14. Cuvette arrangement according to claim 1 to 13, characterized in that the cover plate ( 5 ) is provided with inlet and outlet channels ( 9 ).

15. A cuvette arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that the cuvette holder ( 1 ) is constructed such that the measuring beams are focused on only one sample surface (pf) by diaphragms and mirrors.