DE4123924C2

DE4123924C2 - Verfahren zur Analyse von Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE4123924C2
Application number: DE19914123924
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Nebe
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: JPH05203568A; DE4123924A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, bei dem auf der Grundlage einer konzentrationsabhängigen Brechzahl der in einer Differentialküvette erzeugten Ablenkung eines Strahlenbündels erfolgen.

Das Verfahren findet vor allem auch dann Anwendung, wenn eine Veränderung der Trübung aufgrund von Schmutzpartikeln und/oder der Lichttransmission während des Durchflusses der Probe durch die Differentialküvette erfolgt. Zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit und einer Unabhängigkeit von äußeren Störungen bevorzugt man in der Refraktometrie Geräte, die nach dem Prinzip der Lichtablenkung in einer Differentialküvette arbeiten. Die Differentialküvette wird einerseits mit der Probe, andererseits mit einer Referenzflüssigkeit gefüllt.

Derartige Refraktometer auf der Grundlage der Lichtablenkung verwenden zumeist spezielle Methoden zur Kompensation der Lichtablenkung, indem z. B. zur Detektion zwei Fotoempfänger verwendet werden oder aber nur ein Fotoempfänger, der mit moduliertem Licht beaufschlagt wird. Ein Refraktometer mit einem Fotoempfänger ist beispielsweise in DD 237 085 beschrieben.

Besser geeignet sind ortsauflösende Empfänger, um derartige Lichtablenkungen zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, daß unter bestimmten Voraussetzungen neben der Bestimmung der Ortsposition über Vergleiche von Amplitudenwerten Transmissions- und unter Ausnutzung der Verbreiterung des Analysensignals Streulichtmessungen möglich sind. In der DE 40 38 123 wird ein Differentialrefraktometer zur Messung der Brechzahl einer Probe beschrieben, wobei die Ablenkung als fotometrische Mitte aus den ortsabhängigen Intensitätswerten ermittelt wird.

Um eine Auflösung über die digialen Pixelschritte hinaus zu erreichen, müßten mit bekannten Methoden für jeden Parameter wenigstens zwei Abfragezyklen durchlaufen werden. Die resultierende Vielzahl der Abfragezyklen würde eine relativ lange Zeit in Anspruch nehmen, während der eine schnell durchfließende Probe sich bereits verändert haben kann. Meßfehler entstehen dadurch, daß nicht mehr die aktuellen Meßparameter ausgewiesen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die für eine hohe Auflösung notwendige Zahl der Abfragezyklen für die Meßwerterfassung auch bei mehreren zu bestimmenden Parametern gering zu halten und damit einen erhöhten und vor allem aktuellen Informationsgehalt über die fließende Probe zu erlangen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Analyse von Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, durch Messung der in einer Differentialküvette erzeugten Ablenkung eines Strahlenbündels gelöst, indem in Richtung der Ablenkung ortsabhängige Intensitätswerte in zwei aufeinanderfolgenden Schritten erfaßt werden, wobei im ersten Schritt für die Gesamtheit der gemessenen Intensitätswerte A_i durch Summenbildung eine Gesamtintensität S und daraus Teilintensitäten S/2 und S/t mit t <2 als obere Grenzwerte ermittelt werden. Im zweiten Schritt werden aus den ortsabhängigen Intensitätswerten A_i, jeweils mit i = 1 beginnend, aufaddierte Teilsummen

gebildet, deren ortskennzeichnende Indizes h und k so bestimmt sind, daß die zugehörigen Intensitätswerte A_h und A_k die aufaddierten Teilsummen S(h-1) und S(k-1) über den jeweiligen Grenzwert S/t und S/2 hinaus erhöhen. Mit den in beiden Schritten ermittelten Intensitäten und der in Richtung der Ablenkung gemessenen Breite b der einzelnen Empfangselemente eines ortsauflösenden Empfängers wird die von der Brechzahl des zu analysierenden Stoffes abhängige Ablenkung als fotometrische Mitte M nach

ein Maß für die Lichtstreuung W_t nach

und ein Maß für die Transmission T nach

T = S/SO

bestimmt, wobei SO die Summe aller Intensitätswerte A_i für eine an der Stelle des zu analysierenden Stoffes eingeführte Bezugssubstanz ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 den schematischen Verlauf einer zur Messung vorliegenden Kurve,

Fig. 3 den Verlauf der Lichtintensität über eine Zeile.

Gemäß Fig. 1 sind einer Lichtquelle 1 im Strahlengang 0-0 eine Kondensorlinse 2, ein Eintrittsspalt 3, ein Objektiv 4, eine Differentialküvette 5 und ein Spiegel 6 nachgeordnet. Das durch die Differentialküvette 5 hindurchtretende Strahlenbündel wird am Spiegel 6 nahezu in sich selbst reflektiert, so daß die Differentialküvette 5 ein zweites Mal durchsetzt und das Spaltbild nahe dem Eintrittsspalt 3 abgebildet wird. Ein Spiegel 7 im reflektierten Strahlenbündel erzeugt eine Umlenkung auf einen an der Stelle des Spaltbildes angeordneten ortsselektiv wirkenden Empfänger 8. Mit 9 ist eine Einheit bezeichnet, die der Verstärkung der Signale, deren Auswertung und der Darstellung der Ergebnisse dient. Zur Erfassung eines Referenzsignals ist eine Lichtleitfaser 10 vorgesehen, deren Eintrittsöffnung nahe dem Spalt 3 angeordnet ist und die mit ihrer Austrittsöffnung an einen mit der Einheit 9 gekoppelten Empfänger 11 geführt ist.

In dem gemäß Fig. 2 dargestellten schematischen Kurvenverlauf sind mit A_i die von den Pixeln des ortsselektiv wirkenden Empfängers gemessenen Intensitätswerte bezeichnet. Die als Maßverkörperung für den Ort dienenden Pixel sind durchnumeriert. Der Index i (mit i = 1, 2, . . . z) verdeutlicht das. Außerdem besitzt jedes Pixel eine endliche Ausdehnung b in Richtung einer möglichen Ablenkung des Strahlenbündels.

Der Kurvenverlauf 1 in Fig. 3 ist ohne Auflösung der einzelnen Pixelwerte dargestellt und umschließt die aus den Intensitätswerten A_i als Summe abgebildete Gesamtintensität S = S(z). Die Fläche 2 stellt eine Teilintensität S/2, die Fläche 3 eine Teilintensität S/t mit t <2, z. B. t = 8 dar. Durch Pixel repräsentierte Orte h und k stehen zu den Teilintensitäten S/2 und S/t in folgender Beziehung

S(h-1) S/t <S(h) und
S(k-1) S/2 <S(k).

S(h-1), S(k-1), S(h), S(k) sind Teilsummen der Intensitätswerte A_i, die fortlaufend von 1 beginnend bis zum jeweiligen Pixel gebildet werden.

Die Bestimmung der Ablenkung des Strahlenbündels, die eine Brechzahländerung charakterisiert, sowie Maße für die Streuung und die Transmission ergeben sich aus den bereits angegebenen Gleichungen.

Claims

Verfahren zur Analyse von Stoffen, insbesondere Flüssigkeiten, durch Messung der in einer Differentialküvette erzeugten Ablenkung eines Lichtstrahlenbündels, dadurch gekennzeichnet,
daß in Richtung der von einer Brechzahländerung verursachten Ablenkung ortsabhängige Intensitätswerte A_i von einem ortsauflösenden Empfänger mit Empfangselementen der Breite b erfaßt werden,
daß in einem ersten Auswerteschritt durch Summenbildung der gemessenen Intensitätswerte A_i eine Gesamtintensität S und daraus zwei Grenzwerte S/2 und S/t mit t <2 ermittelt werden,
daß in einem zweiten Auswerteschritt aus den ortsabhängigen Intensitätswerten A_i aufaddierte Teilsummen gebildet werden, deren ortskennzeichnende Indizes h und k so bestimmt sind, daß die zugehörigen Intensitätswerte A_h und A_k die aufaddierten Teilsummen S(h-1) und S(k-1) über den jeweiligen Grenzwert S/t und S/2 hinaus erhöhen,
und daß mit den in den beiden Schritten ermittelten Intensitäten und den Indizes h und k, die Ortspositionen h·b und k·b kennzeichnen,
- - die von der Brechzahl des analysierenden Stoffes abhängige Ablenkung des Lichtstrahlenbündels als fotometrische Mitte M bestimmt wird, wobei die fotometrische Mitte M bestimmt wird nach
- - ein Maß für die Streuung W_t bestimmt wird nach
- - und ein Maß für die Transmission T nach T = S/SObestimmt wird, wobei SO die Summe aller Intensitätswerte A_i für eine an der Stelle des zu analysierenden Stoffes eingeführte Bezugssubstanz ist.