DE3826199A1 - Geraet zur durchfuehrung fotometrischer messungen an fluessigkeiten - Google Patents

Description

In vielen Bereichen, wie z. B. in der klinischen Chemie, der Lebensmittelchemie, der Landwirtschaft sowie der Überwachungs- und Steuertechnik, der chemischen Industrie und anderer Industrie­ bereiche werden sowohl qualitative als auch quantitative analy­ tische Angaben gebracht. Die Angaben werden dabei aus den je­ weiligen Meßflüssigkeiten wie z. B. Seren, Lösungen, Wasser, Körperflüssigkeiten und industriellen Flüssigkeiten gewonnen.

In den US-Patentschriften 34 18 053 und 35 18 809 werden zur fotometrischen Messung Küvetten mit einer zur Flußrichtung senkrechten bzw. schrägen Durchstrahlung beschrieben, wo so­ wohl der Küvetteneingang als auch der Küvettenausgang außerhalb der optischen Durchstrahlungszone liegen.

Da hierbei die Leitungsdurchmesser aus strömungstechnischen Grün­ den und wegen der Probenvolumenminimierung klein zu halten sind, ergeben sich bei diesen Ausführungen geringe Durchstrahlungs­ schichtdicken und daraus resultierend geringe Meßempfindlichkeiten.

In der DE-OS 26 23 611 werden Anordnungen beschrieben, mit denen der vorstehend erwähnte Meßempfindlichkeitsverlust durch mehr­ fache senkrechte oder schräge Durchstrahlung längs der Strömungs­ zone mit dem selben Meßstrahlenbündel kompensiert werden soll. Die Mehrfachdurchstrahlung erfolgt mittels Lichtleiter oder Totalreflexion außerhalb des Strömungskanals.

Hierzu ist aber ein hoher instrumenteller und gerätetechnischer Aufwand zur Realisierung der Mehrfachdurchstrahlung erforderlich. Hohe Strahlungsverluste, verursacht durch die Vielzahl der optischen Koppelstellen im gesamten Meßstrahlengang, der sich aus der Summe der Einzeldurchstrahlungen zusammensetzt, sind ein weiterer Nachteil dieser Anordnungen.

In der DE-OS 31 22 896 wird eine Lösung dargestellt, die einen analogen Effekt anstrebt. Hierbei wird der Meßlösung im Strö­ mungskanal durch Zugabe von den Brechungsindex erhöhenden Sub­ stanzen die Wirkung eines Lichtleiters verliehen, so daß die fließende Meßlösung einen höheren Brechungsindex als das sie um­ gebende Küvettenmaterial besitzt.

Die Zugabe von den Brechungsindex erhöhenden Substanzen beein­ trächtigt aber das hydrodynamische Verhalten der Meßflüssig­ keit, setzt einen erhöhten instrumentellen Aufwand voraus und erhöht die Kosten der Analyse.

Die Küvettenausführung gemäß DE-AS 22 60 561 gestattet die Ver­ wendung des Meßflüssigkeitsstromes als Lichtleiter durch den Einsatz eines Küvettenmaterials aus einem Material, dessen Brechungsindex geringer als der einer wäßrigen Lösung ist. Ein solches Material ist z. B. Saphir.

Derartige Materialien sind sehr teuer und ihr Einsatz ist damit unökonomisch.

Allen geschilderten Lösungen sind über ihre spezifischen Nach­ teile hinaus Nachteile dergestalt gemeinsam, daß ihre Meß­ empfindlichkeit nicht variierbar ist und daß sich Verschlep­ pungen über die Küvettenanwandungen nicht mit Sicherheit aus­ schließen lassen.

Das Gerät soll einfach in seinem Aufbau und der Herstellung sein, nur ein geringes Probenvolumen erfordern, dem Meßstrahlenbündel einen ungehinderten Durchgang gewährleisten, eine Kontamination der jeweiligen Proben durch Fremdflüssigkeiten vermeiden und Messungen in jedem Konzentrationsbereich erlauben.

Es lag die Aufgabe vor, ein Gerät zur Durchführung fotometri­ scher Messungen an Flüssigkeiten zu gestalteten, das eine minimale variierbare Meßstrecke von geringer Stärke erfordert, einen be­ rührungsfreien Durchgang der Proben durch die Meßstrecke erlaubt, frei von das Meßstrahlenbündel behindernden Einflüssen ist und eine Variierung der Meßempfindlichkeit ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe gelöst worden, indem ein Strahl­ rohr wenigstens mit seiner Autrittsöffnung und ein zumindest teilweise im Strahlrohr verlaufender Lichtleitstab einerseits und ein erster Strahlungsdetektor andererseits in einem ein Meß­ volumen bildenden Abstand zueinander axial auf einer ideellen Längsachse angeordnet und eine Spüldüse auf eine dem Lichtleiter zugewandte, als Prallfläche ausgebildete Eintrittsfläche des Strahlungsdetektors gerichtet sind, wobei der das Meßvolumen bildende, zwischen dem ersten Strahlungsdetektor und der Aus­ trittsöffnung liegende Abstand sowie der Winkel zwischen der ideellen Längsachse und der auf dem Mittelpunkt der Strahlungs­ eintrittsfläche senkrecht stehenden und die ideelle Längsachse in einem Punkt schneidende zweite ideelle Längsachse variierbar sind und ein zweiter Strahlungsdetektor in einem verstellbaren Winkel auf die ideelle Längsachse gerichtet ist.

Anhand einer Zeichnung, die das Gerät in einer teilweise ge­ schnittenen Seitenansicht zeigt, soll die Erfindung erläutert werden.

Oberhalb des an seiner tiefsten Stelle mit dem Auslaufstutzen 1 versehenen Auffangbeckens 2 sind auf der ideellen Längsachse 3 liegend, einerseits der Lichtleiter 4 und das diesen in seinem vorderen Abschnitt 5 umfassende Strahlrohr 6, andererseits der erste, um den Winkel α schwenkbare Strahlungsdetektor 7 ange­ ordnet. Der Schwenkmechanismus ist nicht dargestellt. Das eine Fortsetzung der Probenzuführungsleitung 8 bildende Strahlrohr 6 ist s-förmig abgewinkelt und im Gummikörper 9, welcher verschieb­ bar in der Halterung 10 sitzt, arretiert. Dabei ragt es mit sei­ ner Austrittsöffnung 11 aus dem Gummikörper 9 heraus. Der Mittel­ punkt der Austrittsöffnung 11 und der Mittelpunkt der Strahlungs­ austrittsfläche 12 des gleichfalls im Gummikörper 9 arretierten und mit seinem vorderen Abschnitt 5 vom Strahlrohr 6 umhüllte Lichtleiter 4 liegen auf der ideellen Längsachse 3. Der Licht­ leiter 4 ist an seinem hinteren, aus dem Gummikörper 6 ragenden Abschnitt mit der Strahlungseintrittsfläche13 für den Eintritt der Meßstrahlung versehen.

Den Mittelpunkten der Austrittsöffnung 11 und der Strahlungs­ austrittsfläche 12 gegenüber sind gleichfalls auf der ideellen Längsachse 3 liegend, der erste Strahlungsdetektor 7 und mit ihrem Mittelpunkt, dessen Eintrittsfläche 14 angeordnet. Letz­ tere bildet zugleich eine Prallfläche.

Gelagert ist der schwenkbare und längsverschiebbare Strahlungs­ detektor 7 in dem an der Seitenwand 15 des Auffangbeckens 2 be­ festigten Gummikörper 16. Eingefaßt ist der Gummikörper 16 von der Haltevorrichtung 17, die die mit dem Auslaufstutzen 1 ver­ bundene Abflußleitung 18 und die mit der Spüldüse 19 bestückte Spülflüssigkeitsleitung 20 trägt. Die Spüldüse 19 ist mit ihrer Mündung 21 auf den Mittelpunkt der Eintrittsfläche 14 gerichtet.

Oberhalb der ideellen Längsachse 3 ist auf diese der auf der zweiten ideellen Längsachse 27 liegende zweite Strahlungsdetek­ tor 22 mit seinem optischen Fenster 23 gerichtet. Der Strahlungs­ detektor 22 ist zur Einstellung des Winkels α mittels einer nicht dargestellten Einrichtung schwenkbar gestaltet.

Das Meßvolumen 24 oder anders ausgedrückt die ideelle Küvette, erstreckt sich längenmäßig von der Austrittsöffnung 1 bis an die Prallfläche bzw. Eintrittsfläche 14. Bezüglich des Umfangs besteht keine materielle Begrenzung, so daß der Meßflüssigkeits­ strahl 25 die Strecke zwischen Austrittsöffnung 11 und Prall­ fläche 14 ohne Zwangsführung zurücklegt.

Soll eine Absorptionsmessung vorgenommen werden, so hat der Win­ kel α die Größe 0, d. h., die erste ideelle Längsachse 3 und die Längsachse des ersten Strahlungsdetektors 7 liegen hinter­ einander, sie verlängern sich praktisch.

Vor einer Streulicht- bzw. Fluoreszenzmessung wird der erste Strahlungsdetektor 7 aus dem Meßflüssigkeitsstrahl 25 heraus­ geschwenkt, so daß dieser nicht auf die Prallfläche 14 auftrifft. Vom Strahlungsdetektor 7 wird dadurch nur die seitlich austre­ tende Strahlung erfaßt.

Zur Variierung der Meßempfindlichkeit läßt sich der Abstand 26, d. h., das Meßvolumen 24 durch Verschieben des ersten Strahlungs­ detektors 7 in axialer Richtung verändern. Damit werden Messungen in jedem Konzentrationsbereich ermöglicht.

Der zweite Strahlungsdetektor 22 ist ausschließlich für die Streu­ licht- bzw. Fluoreszenzmessung vorgesehen. Die Einstellung des Winkels α hängt von der jeweiligen Untersuchungsflüssigkeit ab. Dieser zweite Detektor 22 ist vorgesehen worden, damit der erste Detektor 7 zur Erfassung des eingestrahlten Primärlichtes heran­ gezogen werden kann. Zusammen mit den beiden Strahlungsdetek­ toren 7, 22 ist es möglich, die gemessene Streu- bzw. Fluores­ zenzstrahlung in Relation zur eingestrahlten Primärintensität zu bringen.

Der fotometrisch zu vermessende Flüssigkeitsstrom bzw. die durch Gassegmente oder Flüssigkeitssegmente getrennten aufeinander folgeden Meßflüssigkeitsvolumen werden aus einem Analysensystem oder einem Vorratsgefäß einer Probenzuführungsleitung 8, welche in einer düsenförmigen Austrittsöffnung 11 endet, mittels nicht dargestellter Vorrichtungen zugeführt. Steht die Flüssigkeit in der Probenzuführungsleitung 8 unter einem Druck p gegenüber dem Druck aus der Austrittsöffnung 11, tritt der Flüssigkeits­ strom durch die Austrittsöffnung als dünner Flüssigkeitsstrahl aus der Probenzuführungsleitung 8 senkrecht zur Austrittsöffnung 11 aus. In Abhängigkeit vom Druck p, der Düsenform, der Austritts­ öffnung und der Meßflüssigkeit selbst, weist der Flüssigkeitsstrahl auf einer bestimmten Länge ab der Austrittsöffnung 11 eine homo­ gene geradlinige Form auf. Innerhalb dieses Abstandes 26 von der Austrittsöffnung ist eine Prallfläche 14 angeordnet, auf welche der homogene Flüssigkeitsstrahl aufprallt. Die aus der der Aus­ trittsöffnung 11 zugewandten Austrittsfläche 12 des Lichtlei­ ters 4 austretende Meßstrahlung tritt in der Austrittsöffnung 11 unter einer bestimmten Winkelverteilung in den Maßflüssigkeits­ strahl 25 ein. Der von Luft oder einem anderen geeigneten Gas umgebene Flüssigkeitsstrahl 25 wirkt als Lichtleiter und trans­ portiert die Meßstrahlung mittels Totalreflexion durch den Flüssigkeitsstrahl 25 hindurch bis zur Prallfläche 14, von wo es auf das flüssigkeitsgeschützte, lichtempfindliche Element des ersten Detektors 7 gelangt. Dabei legt die Meßstrahlung einen Weg im Flüssigkeitsstrahl 25 zurück, der länger als der Flüssigkeitsstrahl selbst ist. Auf diesem Weg erfolgt eine der Meßflüssigkeit spezifische Absorption. Der Eintritt der Meßstrah­ lung, z. B. einer monochromatischen Strahlung einer Lichtquelle, erfolgt an der Strahlungseintrittsfläche 13 des Lichtleiters 4. Die Flüssigkeit des an der Prallfläche 14 zusammenbrechenden Meßflüssigkeitsstrahles 25 wird im Auffangbecken 2 aufgefangen und über den Auslaufstutzen 1 abgeführt.

Nach jeder Messung erfolgt mittels eines von der Spüldüse 1 aus­ gehenden und auf die Prallfläche 14 auftreffenden Spülflüssigkeits­ strahles eine Reinigung der Prallfläche 14, wodurch eine Proben­ verschleppung mit 100%iger Sicherheit verhindert wird.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Auslaufstutzen
2 Auffangbecken
3 erste ideelle Längsachse
4 Lichtleiter
5 vorderer Abschnitt (von 4)
6 Strahlrohr
7 erster Strahlungsdetektor
8 Probenzuführleitung
9 Gummikörper
10 Halterung
11 Austrittsöffnung
12 Strahlungsaustrittsfläche
13 Strahlungseintrittsfläche
14 Eintrittsfläche, Prallfläche
15 Seitenwand
16 Gummikörper
17 Haltevorrichtung
18 Abflußleitung
19 Spüldüse
20 Spülflüssigkeitsleitung
21 Mündung
22 zweiter Strahlungsdetektor
23 optisches Fenster
24 Meßvolumen
25 Meßflüssigkeitsstrahl
26 Abstand
27 zweite ideelle Längsachse

Claims (3)

1. Gerät zur Durchführung fotometrischer Messungen an Flüssig­ keiten, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlrohr (6) wenig­ stens mit seiner Austrittsöffnung (11) und ein zumindest teil­ weise im Strahlrohr (6) verlaufender Lichtleiter (4) einer­ seits und ein erster Strahlungsdetektor (7) andererseits in ei­ nem ein Meßvolumen (24) bildenden Abstand (26) zueinander axial auf einer ideellen ersten Längsachse (3) angeordnet und eine Spüldüse (19) auf eine dem Lichtleiter (4) zugewandte, als Prallfläche ausgebildete Eintrittsfläche (14) des Strah­ lungsdetektors (7) gerichtet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der das Meßvolumen (24) bildende, zwischen dem ersten Strahlungsde­ tektor (7) und der Austrittsöffnung (11) liegende Abstand (26) sowie der Winkel (α) zwischen der ideellen Längsachse (3) und der auf dem Mittelpunkt der Strahlungseintrittsflä­ che (14) senkrecht stehenden und die ideelle Längsachse (3) in einem Punkt schneidende zweite ideelle Längsachse (27) variierbar sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwei­ ter Strahlungsdetektor (22) in einem verstellbaren Winkel (α) auf die ideelle Längsachse (3) gerichtet ist.