DE4429846A1 - Durchflußzelle für die Fließinjektionsanalyse (FIA) mit Festwellenlängendetektion und Lichtleitertechnik - Google Patents

Description

Es sind bereits zahlreiche Durchflußdetektoren mit Festwellenlängen zur Fließinjektionsanalyse [1] bekannt. So z. B. ein Detektor, bei dem längs einer Glaskapillare senkrecht zur Fließrichtung eine Leuchtdiode (LED) und ein Phototransistor gegenübergeklebt wurden [2], Zellen, bei denen der Flüssigkeits­ weg in einen PVC-Block gebohrt wurde wobei sich entlang des Lichtwegs eine LED und eine Photodiode gegenübersitzen [3]. Eine Weiterentwicklung dieses Konzepts wurde in [4] vorgestellt. Dabei wurden über einen Lichtwellenleiter Lichtsignale aus einem optischen Sender in die Meßzelle übertragen, die mit einer ver­ spiegelten Seitenwand versehen war, wodurch die Lichtsignale reflektiert und durch den Lichtwellenleiter zum optischen Empfänger übertragen wurden.

Es gibt aber auch demontierbare Ausführungen wie beispiels­ weise in [5, 6] oder etwa Durchflußzellen mit Referenz­ strahlengang [7]. Auch die Glasfasertechnik wurde bereits in [8] eingesetzt. Die bisher beschriebenen Einrichtungen dienten aber nur zur Bestimmung von Einzelkomponenten, nicht aber zur Simultanbestimmung mehrerer Komponenten in einer Analyse.

Zur Simultanbestimmung wurden in [9] mehrere Einzel­ detektoren, jeweils aus LED, Meß- und Referenzphotodiode be­ stehend, entlang einer Glaskapillaren aufgereiht oder es wurde eine Zelle des Typs [3] verwendet, die mit einer Multidioden­ lichtquelle durchstrahlt wurde, wobei die Leuchtdioden nacheinander durch die Wahl einer geeigneten Spannung anwählbar waren [10]. Vorgestellt wurde bereits auch ein sog. "Raster- Scanning-Transducer", bei dem das Licht verschiedener Leucht­ dioden mittels eines Glasfaserbündels durch den Lichtweg auf die Photodiode fokussiert wurde [11].

Durchflußzellen, bei denen die Flüssigkeitskanäle in eine Kunststoffplatte (z. B. PVC) gefräst wurden, hat Ruzicka [12] vorgestellt, allerdings waren diese nicht nicht mit dem hier neu vorgestellten Glasfaser-Stecksystem versehen.

Außer der Einzel- oder Simultanbestimmung chemischer Kom­ ponenten wurde z. B. auch bereits der Dispergiergrad in strömenden Systemen mit einer in [13] beschriebenen laser­ optischen Anordnung gemessen oder der Karmelisierungsgrad einer fließfähigen Masse [14], wobei ebenfalls Lichtleiterfasern zum Einsatz kamen.

Ein modulares Fließ-Injektions-Analysegerät , das auch mit LEDs für photometrische Messungen ausgestattet werden kann, dabei allerdings mit herkömmlichen Durchflußküvetten arbeitet, wurde kürzlich von der Gesellschaft für Biotechnologische For­ schung mbH vorgestellt [15].

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß eine Zelle zur Simultanbestimmung mit photometrischen Methoden geschaffen werden soll, die es durch ihre Glasfasersteckverbindungen ermöglichen soll, allein durch die Steckposition einer lichtzu- und abführenden Glasfaser den Reaktionsweg für eine Probe-Reagens-Zone zu determinieren. Ohne aufwendigen Umbau der Reaktionsstrecke sollte ein leichter Wechsel der Detektorpositionen möglich sein. Zusätzlich sollte eine ideale Ankopplung an den Detektor, also ein totvolumenarmer Übergang erreicht werden.

Dieses Problem wird mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Die Glasfasern können nun nach Belieben an verschiedenen Positionen in der Zelle eingesteckt werden, um beispielsweise die Reaktionskinetik einer Farbbildung und die gleichzeitig ablaufende Verdünnungskinetik im Fließsystem verfolgen zu können. Das sollte deshalb sehr hilfreich sein, da eine genaue Berechnung dieses Dispersionsverhaltens der Probe-Reagens-Zone bis heute nicht möglich ist.

Der spezielle Aufbau der Meßzelle erlaubt, daß auch Komplexe nebeneinander bestimmt werden können, deren Absorptionsmaxima sehr dicht beieinander liegen. Dabei sollte derjenige Detektionspunkt für einen Komplex, der schnell gebildet wird, in der Meßzelle sehr weit vorne liegen, für einen langsamer entstehenden Farbkomplex wird der Meßpunkt dagegen so gewählt werden, daß eine möglichst lange Reaktionsstrecke durchlaufen werden kann. Zusätzlich zu einer physikalischen Trennung zweier oder mehrerer Komponenten eines Gemischs durch die Wahl verschiedener Meßwellenlängen ist hier also auch noch eine kinetische Diskriminierung möglich, wodurch u. U. die Genauigkeit einer Simultanbestimmung verbessert werden kann.

Die Wahl der "optimalen" Reaktionsstrecke (und damit auch der Reaktionszeit) ist nun durch einfaches Umstecken der Glasfasern möglich.

Durch die Verwendung einer RGB-LED und schnellen Wechsel zwischen den drei Farben rot, grün und blau kann die Veränderung der Peakform bei der Passage des Fließsystems durch Umstecken der "Analysenglasfasern" für jede Wellenlänge simultan an jedem Einsteckpunkt verfolgt werden, es können dann auch Simultan­ bestimmungen in einem einzigen Lichtweg erfolgen.

Bei der hier vorgestellten Meßzelle handelt es sich also um eine sehr flexible Meßapparatur für die simultane Bestimmung von Ionen in Lösungen. Man kann für beinahe jedes photometrische Analysenverfahren in einer fluiden Matrix (beispielsweise in der Prozeßanalytik) ein "maßgeschneidertes Analysensystem" zusammen­ stellen und ohne allzugroßen Umbau der Peripherie alle für Simultanbestimmungen benötigten chemischen und physikalischen Parameter einstellen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 gegeben.

Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht das Öffnen der Durchflußzelle zu Reinigungszwecken der Kanäle, was vor allem dann wichtig wird, wenn die Apparatur zu Messungen von Abwässern oder Prozeßlösungen eingesetzt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Draufsicht auf den Kern der Meßzelle mit den eingravierten Kanälen ohne Deckplatte

Fig. 2 die gesamte Meßzelle mit den fest eingeklebten Glasfasern und drei Paaren von Lichtleitern einer hier nicht beschriebenen externen Detektoreinheit mit Leuchtdioden als Lichtquellen und Photodioden als Empfänger.

Aufbau der Meßzelle

In einen Kunststoffblock (z. B. PVC) (5) werden die Licht- und Flüssigkeitskanäle (2) hineingefräst. Jeweils gegenüberliegend werden nun Glasfaserstücke (z. B. aus PMMA) (1), deren äußere Ummantelung so weit wie nötig abgezogen wurde, so festgeklebt, daß zwischen ihnen ein Lichtweg frei bleibt (z. B. 1,5 cm).

Die Stirnflächen aller Glasfasern müssen dabei sehr glatt sein, um eine gute Lichtein- und -auskopplung zu ermöglichen. Die Durchflußzelle wird mit einer (in den beiden Figuren nicht dargestellten) Kunststoffolie (z. B. PVC) und einer Metallplatte (der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht dargestellt) verschlossen und fest mit der Grundplatte (9), auf der die Zelle montiert ist, verschraubt. Ebenfalls auf dieser Grundplatte befinden sich zwei weitere Metallblöcke (6), in welche die Enden der in der Meßzelle fixierten Glasfaserstücke fest eingeklebt werden. In den beiden Blöcken (6) befinden sich konisch verlaufende Bohrungen (7), die ein positionsgenaues Einstecken der "Analysenglasfasern" der (hier nicht beschriebenen) Detektoreinheit ermöglichen. Die einsteckbaren Glasfasern (10) lassen sich dabei mit Schrauben (8) fixieren.

Literatur zum "Stand der Technik"

[1] J. Möller, "Flow Injection Analysis" in: Analytiker- Taschenbuch, Band 7,; Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1988) 199-275
[2] D. Betteridge, W.C. Cheng, E.L. Dagless, P. David, T.B. Goad,; Analyst 108 (1983) 1-16
[3] D. Betteridge, E.L. Dagless, B. Fields, N.F. Graves; Analyst 103 (1978) 879-909
[4] R. Heidemann; DE 41 16 431 A1 (1992)
[5] M. Trojanowicz, W. Augustyniak, A. Hulanicki; Microchimica Acta II (1984) 17-25
[6] P.K. Dasgupta, H.S. Bellamy, H. Liu, J.L. Lopez, E. Loree, K. Morris, K. Petersen; Talanta 40 No. 1 (1993) 53-74
[7] P.J. Worsfold, J.R. Clinch; Analytica Chimica Acta 197 (1987) 43-50
[8] P.C. Hauser, 5.5. Tam, J. Cardwell, R.W. Catrall; Analyst 113 (1988) 1551 ff.
[9] D.J. Hooley, R.E. Dessy; Anal. Chem. 55 (1983) 313-320
[10] M. Trojanowicz, J. Szpunar-Lobinska, Z,. Michalski; Microchimica Acta I (1991) 159-169
[11] E. Bratz, F.X. Hecht, H. Tiltscher; GIT Fachz. Lab. 10 (1992) 980-984
[12] J. Ruzicka; Analytica Chimica Acta 161 (1984) 1-25
[13] J. Eisenlauer, D. Horn, W. Ditter, H. Eipel; BASF Ludwigshafen, DE 34 12 620 A1 (1985)
[14] N.N., DE 31 29 477 A1 (1982)
[15] J. Floßdorf, N. Papamichael, D. Hanisch, H. Schillig; Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH; DE 37 37 604 C2

Claims (4)

1. Durchflußzelle für die Fließinjektionsanalyse (FIA) mit Fest­ wellenlängendetektion und Lichtleitertechnik.

bestehend aus:

Zellblock (5) mit gefrästen Flüssigkeitskanälen (2), Grundplatte (9) und zwei mit Bohrungen (7) versehenen Steckleisten (6). dadurch gekennzeichnet, daß die gefrästen Flüssigkeitskanäle (2) an den beiden Seiten des Zellblocks (5) jeweils mit fest eingeklebten Glasfasern (1) abgeschlossen werden, die ihrerseits in den den Flüssigkeits­ kanälen (2) zugeordneten konischen Bohrungen (7) der Steck­ leisten (6) fixiert sind, daß von außen in die Bohrungen (7) re­ produzierbar einsteckbare Glasfasern (1) wahlweise mit jedem beliebigen Kanal des Zellblocks (5) verbunden werden können.

2. Durchflußzelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellblock mit den eingefrästen Kanälen (5) mit der Grundplatte nicht verklebt, sondern flüssigkeitsdicht ver­ schraubt wird.