DE69829812T2

DE69829812T2 - Polarimetrische Probenzelle und Polarimeter

Info

Publication number: DE69829812T2
Application number: DE69829812T
Authority: DE
Inventors: Tatsurou Kawamura; Jinsei Miyazaki; Akihito Kamei
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: US6046804A; CN1215162A; CN1167952C; EP0902270B1; KR100300920B1; DE69829812D1; TW407201B; KR19990029588A; EP0902270A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Polarimetrie (Messungen an der optischen Aktivität von Proben, ausgedrückt in Drehungswinkel), und mehr im einzelnen eine Verbesserung an einer Probenzelle zum Unterbringen einer der Polarimetrie unterworfenen flüssigen Probe.
Die Polarimetrie wurde bisher bei der Identifizierung, Reinheitsprüfung, Bestimmung und dergleichen eines gelösten Stoffes in einer flüssigen Probe angewendet. Insbesondere wird die Polarimetrie bei der Bestimmung der Konzentrationen von Fruktose, Saccharose, Glukose und dergleichen eingesetzt, die in einer wässrigen Lösung enthalten sind. In vergangenen Jahren wurde auch eine Anwendung der Polarimetrie bei einer Prüfung des Urinzuckerwertes (Glukosekonzentration) oder des Urineiweißwertes (Albuminkonzentration) vorgeschlagen (Internationale Patent Publication Nr. WO97/18,470).
Ein Drehungswinkel "α" einer eine optisch aktive Substanz enthaltenden Lösung ist direkt proportional dem Produkt einer spezifischen Drehkraft "[α]" der optisch aktiven Substanz und einer Konzentration "C" derselben. Wenn man annimmt, dass die Länge des Lichtweges für die Messung gleich "L" ist, dann wird der Winkel "α" durch die folgende Gleichung (1) dargestellt: α [Grad] = L [cm] × [α] × C [kg/dl] (1)
Es ist deshalb möglich, eine Konzentration der in der flüssigen Probe enthaltenen optisch aktiven Substanz durch Messen des Drehungswinkels der flüssigen Probe abzuleiten.
Eines der herkömmlichen Verfahren zum Prüfen von Zucker oder Protein im Urin umfasst eine Verwendung eines Testpapiers, welches mit einem Reagens imprägniert ist. Das Testpapier wird in den Urin getaucht, und es wird eine Farbreaktion desselben durch ein Spektrophotometer oder dergleichen beobachtet. Bei diesem Verfahren sind zum Verbrauch bestimmte Nachlieferartikel, wie etwa Testpapiere, erforderlich.
Glukose und Albumin im Urin zeigen optische Aktivitäten; die anderen Komponenten in dem Urin zeigen jedoch die optische Aktivität nicht. Im Hinblick darauf schlägt die oben genannte Veröffentlichung Ableitungen des Urinzuckerwertes und des Urineiweißwertes durch die Polarimetrie beim Urin vor. Gemäß diesem Verfahren ist es auch dann, wenn die in dem Urin enthaltene Glukose oder das Albumin geringfügig sind, möglich, den Urinzuckerwert oder den Urineiweißwert ohne Verwendung irgendwelcher zum Verbrauch bestimmter Nachlieferartikel zu bestimmen. In dieser Veröffentlichung wird der gedrehte Winkel der Schwingungsebene, d.h. der Drehungswinkel direkt durch Projizieren eines Lichtes mit einer bestimmten Schwingungsebene auf eine zu prüfende Probe und durch Detektieren einer Schwingungsebene des durch die Probe geschickten Lichtes unter Verwendung eines Drehanalysators bestimmt.
Ein Beispiel des herkömmlichen Polarimeters ist in 15 gezeigt. Eine Lichtquelle 81, die von einer Natriumlampe gebildet ist, ein Bandpassfilter, eine Linse, ein Schlitz und dergleichen projizieren ein im wesentlichen paralleles, aus einem Natrium-D-Strahl bestehendes Licht mit einer Wellenlän ge von 589 nm. Ein Polarisator 82 überträgt nur eine Komponente, welche eine spezifische Schwingungsebene aufweist, die mit einer Übertragungsachse derselben zusammenfällt, aus dem von der Lichtquelle 81 projizieren Licht. Eine Probenzelle 83 zum Halten einer zu bestimmenden Probe ist so angeordnet, dass das durch den Polarisator 82 übertragene Licht durch diese hindurchtreten kann. Ein Analysator 84 überträgt nur eine Komponente, die eine andere spezifische Schwingungsebene hat, aus dem durch die Probenzelle 83 hindurch geschickten Licht. Ein Analysator-Rotator 85 dient dazu, die Übertragungsachse des Analysators 84 in einer Ebene senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu drehen. Ein Photosensor 86 dient dazu, das durch den Analysator 84 hindurch geschickte Licht zu detektieren. Der Computer 87 steuert den Analysator-Rotator 85, wobei er ein Ausgangssignal von dem Photosensor 86 aufzeichnet und analysiert.
Das Prinzip dieses Polarimeters für die Messung wird wie folgt erläutert. In 16 stellt die Abszisse den relativen Winkel "θ" dar, welcher zwischen der Lichtübertragungsachse des Polarisators 82 und der Lichtübertragungsachse des Analysators 84 gebildet ist, und die Ordinate stellt eine Intensität "I" des Lichtes dar, welches den Photosensors 86 erreicht hat, d.h. das Ausgabesignal des Photosensors 86. Hier bezeichnet die durchgehende Linie das Ausgabesignal in dem Fall, in welchem die zu bestimmende Probe keine optische Aktivität zeigt. Unter dieser Bedingung wird die Beziehung zwischen "θ" und "I" durch die folgende Gleichung (2) dargestellt: I = T × Io × (cos θ)2 (2) wobei "T" die Durchlässigkeit der Probe ist, und "I_o" eine Intensität des auf die Probe einfallenden Lichtes ist. Hierbei werden ein Übertragungsverlust bzw. ein Referenzverlust der Probenzelle 83 bzw. des Analysators 84 ignoriert. Wie gezeigt ist, erscheint ein Punkt, wo "I" sein Minimum erreicht (nachstehend als "Extinktionspunkt" zu bezeichnen), für jedes π bei der Variation von "θ", d.h. der Drehung des Analysators 84.
In einem Fall, in welchem die Probe eine optische Aktivität zeigt und ihr Drehungswinkel gleich "α" ist, ist die Intensität "I_α" des Lichtes, welches den Photosensors erreicht, durch die gestrichelte Linie in 16 dargestellt. Die Intensität "I_α" ist durch die folgende Gleichung (3) gegeben: Iα = T × Io × {cos (θ – α)}2 (3)
Wie man daraus sieht, verschiebt sich der Extinktionspunkt der Probe, welche eine optische Aktivität zeigt, im Vergleich zu demjenigen der Probe, welche die optische Aktivität nicht zeigt, um "α". Es ist deshalb möglich, den Drehungswinkel zu messen, indem man die Verschiebung des Extinktionspunktes durch den Computer 87 aufsucht. Im Falle eines derartigen Polarimeters ist jedoch das S/N-Verhältnis in dem Ausgabesignal des Photosensors 86 vergleichsweise untergeordnet, und es ist schwierig, die Position des Extinktionspunktes genau zu bestimmen. Als Ergebnis dessen ist es schwierig, die Probe, welche einen kleinen Drehungswinkel hat, mit hoher Genauigkeit zu messen.
Aus diesem Grund ist ein anderes Polarimeter vorgeschlagen worden, welches von dem optischen Faraday-Effekt Gebrauch macht, d.h. einem Phänomen, gemäß welchem dann, wenn man einem Licht erlaubt, durch ein Medium hindurchzutreten, während ein magnetisches Feld entlang der Richtung seiner Übertragung angelegt wird, die Richtung der Polarisierung des Lichtes sich mit dem Fortschreiten des Lichtes dreht.
Der optische Faraday-Effekt wird durch die folgende Gleichung (4) dargestellt: a = V × H × L (4)wobei "a" einen Drehungswinkel der Schwingungsebene des Lichtes [Minute] darstellt, "V" die Verdetsche Konstante des Mediums [Minute/A] ist und "L ein Übertragungsabstand [m] ist. Hier variiert "V" mit einem Medium, einer Wellenlänge des Lichtes oder einer Temperatur.
Etwas, was diesen optischen Faraday-Effekt nutzt, ist ein optischer Faraday-Modulator. Der optische Faraday-Modulator umfasst beispielsweise einen Stab aus Flintglas und eine Solenoidspule, die um diesen Stab herum angeordnet ist. Wenn ein Strom durch die Solenoidspule geschickt wird, um ein magnetisches Feld im Inneren des Stabes zu erzeugen, während man ein Licht durch den Stab entlang einer Achse des Stabes hindurchtreten lässt, dann dreht sich die Schwingungsebene des im Inneren des Stabes voranschreitenden Lichtes. Indem man die Intensität des durch die Solenoidspule geschickten Stromes steuert, ist es möglich, den Drehungswinkel der Schwingungsebene nach Wunsch zu variieren.
Ein Beispiel des Polarimeters, welches den optischen Faraday-Modulator verwendet, ist in 17 gezeigt. In dieser Figur sind Teile und Komponenten, die mit den in dem in 15 ge zeigten Polarimeter identisch sind, mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
Der optische Faraday-Modulator 88 versetzt die Schwingungsebene eines durch einen Polarisator 82 hindurchgeschickten Lichtes durch ein Modulationssignal von einem Signalgenerator 89 in Schwingungen. Ein synchronisierter Verstärker (engl.: lock-in-Amplifier) 90 dient einer phasensensitiven Detektierung eines Ausgabesignals von dem Photosensor 86 mit Bezug auf das schwingungsmodulierte Signal von dem optischen Faraday-Modulator 88.
In 18 stellen die Abszisse bzw. die Ordinate "θ" bzw. das Ausgabesignal "I" des Photosensors dar. Hier zeigt 18 den Extinktionspunkt und dessen Nachbarschaft in einer vergrößerten Ansicht. Wenn der optische Faraday-Modulator 88 die Schwingungsebene mit einer Amplitude "δ" und einer Winkelfrequenz "ω" schwingungsmoduliert, dann ist "I" durch die folgende Gleichung (5) gegeben: I = T × Io × {cos [θ – α + δ × sin (ω × t)]}2 (5)wobei "t" die Zeit ist.
"θ" ist durch die folgende Gleichung (b) gegeben: θ = π/2 + β (wobei, |β| << 1) (6)
Wenn diese Gleichung (6) in die Gleichung (5) substituiert wird, dann ergibt sich die folgende Gleichung (7): I = T × Io × {sin [(β – α + δ × sin (ω × t)]}2 (7)
Wenn man annimmt, daß der der Probe zuzuordnende Drehungswinkel und eine Amplitude der Modulation klein sind, d.h.
|α| << 1 und δ << 1 ist, dann wird die Gleichung (7) durch die folgende Gleichung (8) angenähert: I = T × Io × {β – α + δ × sin (ω × t)}2 = T × Io × {(β – α)2 + 2 × (β – α) × δ × sin (ω × t) + [δ × sin (ω × t)]2} = T × Io × {(β – α)2 + 2 × (β – α) × δ × sin (ω × t) + [δ2/2 × (1 – cos (2 × ω × t))]} (8)
Das zeigt, dass das Ausgabesignal "I" des Photosensors jeweils Signalkomponenten von Winkelfrequenz-Gleichwerten 0 (Gleichstrom), "ω" und "2 × ω" enthält. Das ergibt sich offensichtlich auch aus der 18. Durch die phasendensitive Detektierung des Wertes "I" mit dem schwingungsmodulierten Signal als Referenzsignal in dem synchronisierten Verstärker ist es möglich, die Komponente der Winkelfrequenz "ω" aufzunehmen, d.h. den Wert "S", welcher in der folgenden Gleichung (9) gezeigt ist: S = T × Io × 2 × (β – α) × δ (9)
Dieser Wert "S" ist gleich Null nur, wenn β = α ist, d.h. bei dem Extinktionspunkt. In dem Prozess des Drehens des Analysators, mit anderen Worten des Verschiebens von "(3" ist der Wert von "β" gleich dem Winkel "α" der Drehung, wenn "S" gleich Null wird:
Wie zuvor beschrieben wurde, ist es durch Modulieren der Polarisationsrichtung möglich, das Signal der modulierten Frequenzkomponente wahlweise aufzunehmen, während man das Signal von Geräuschen trennt, die einer Intensität der Lichtquelle, einer Fluktuation bei der Stromquelle, einer Strahlung und dergleichen zuzuordnen sind, und dadurch ein Signal "S" mit einem hohen S/N-Verhältnis abzuleiten. Deshalb kann der Extinktionspunkt genau unter Verwendung dieses Wertes von "S" bestimmt werden, und von daher wird eine höchst genaue Messung des Winkels "α" der Drehung ermöglicht.
Eine Probenzelle zum Unterbringen der Probe, die in dem oben genannten Polarimeter verwendet wird, hat ein Paar transparenter, lichtdurchlässiger Fenster, welche es erlauben, dass das Licht durch deren Inneres hindurchtritt. Bis jetzt sind die Probenzellen beispielsweise als aus Glas hergestellter Kasten gestaltet worden, dessen oberes Ende offen ist. Flüssige Proben werden durch das obere offene Ende unter Verwendung einer Pipette, einer Spritze und dergleichen eingeführt.
Die Messung wird für alle Probenzellen durchgeführt, und der Austausch der Probe wird auch für alle Probenzellen durchgeführt. Und zwar wird die Messung nach dem Einführen der Probe in die Probenzelle und dem Anordnen der Probenzelle in einem optischen System durchgeführt. Es ist deshalb erforderlich, die Probe zusammen mit der Probenzelle auszutauschen. Um die Probenzelle nochmals zu verwenden, ist es ferner erforderlich, die Probe aus der Probenzelle, die aus dem optischen System herausgenommen wurde, auszuleeren und die Probenzelle zu waschen. Wie zuvor beschrieben wurde, verbraucht das herkömmliche Polarimeter sehr viel menschliche Leistung.
Wenn die Probe in die Probenzelle eingefüllt wird, besteht außerdem die Wahrscheinlichkeit, dass Blasen in der Probe erzeugt werden. Deshalb gibt es das Problem, dass die während der Messung in dem optischen Weg existierenden Blasen die Genauigkeit der Messung verringern.
Eine Probenzelle der Art, die in den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruches 1 definiert ist, ist aus der US-A-3 312 341 bekannt. Bei dieser Probenzelle wird keine Maßnahme ergriffen, um ein Mischen von Blasen in die flüssige Probe zu verhindern.
Um ein Mischen von Blasen in eine flüssige Probe einer für eine Polarimetrie bestimmten Probenzelle zu verhindern, ist in der DE 22 29 723 A offenbart worden, einen Blasenseparator innerhalb des Hohlraumes eines rohrförmigen Basiselementes der Probenzelle zu verwenden. Dieser Separator umfasst eine Kammer mit einer Wand, die sich von einem Eingang der Kammer zu deren Oberseite hin weitet, und einen Auslasskanal. Ein derartiger Blasenseparator erfordert eine komplizierte Maschinenbearbeitung.
Eine weitere Probenzelle für die Polarimetrie ist aus der US-A-3 516 752 bekannt. Auch in diesem Fall wird keine Maßnahme ergriffen, um ein Mischen von Blasen in die flüssige Probe zu verhindern.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Probenzelle für die Polarimetrie zur Verfügung zu stellen, welche einen leichten Austausch der flüssigen Probe erlaubt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Probenzelle und ein eine derartige Probenzelle umfassendes Polarimeter zur Verfügung zu stellen, welche in der Lage sind, ein Mischen von Blasen in die flüssige Probe zu verhindern und die Polarimetrie mit hoher Genauigkeit durchzuführen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des die Probenzelle betreffenden Anspruches 1 und durch die Merkmale des das Polarimeter betreffenden Anspruches 13 gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Kanäle zum Verbinden des Inneren des Hohlraumes mit dessen Außenseite jeweils am oberen Ende und am unteren Ende des Hohlraumes der Probenzelle vorgesehen, und die Probe wird in den Hohlraum durch den Kanal an dem unteren Ende eingeführt. Durch eine derartige Auslegung werden kaum Blasen während des Einführens der Probe erzeugt, und es ist möglich, die während des Einführens erzeugten Blasen wirkungsvoller zu dem oberen Ende des Hohlraumes zu leiten.
Wenn eine Bewegung der Blasen in Betracht gezogen wird, dann kann der gleiche Effekt auch durch Neigen der Probenzelle und Projizieren des Lichtes in der horizontalen Richtung erreicht werden. Um jedoch eine optische Weglänge sicherzustellen, die dem Fall eines Neigens der Richtung des projizierten Lichtes äquivalent ist, besteht in diesem Fall eine Notwendigkeit, den Durchmesser oder die Länge des Hohlraumes zu vergrößern. Und dadurch wird eine größere Probenmenge erforderlich. Im Gegensatz dazu ist es bei der Polarimetrie gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Probenmenge für eine Messung klein zu halten, indem man auch die Richtung des projizierten Lichtes neigt.
Während die neuen Merkmale der Erfindung besonders in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, wird die Erfindung sowohl hinsichtlich der Organisation als auch hinsichtlich des Gehaltes zusammen mit anderen Aufgaben und Merkmalen derselben aus der folgenden, ins einzelne gehendenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt.
Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung
1A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer Ausgestaltung, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, und 1B ist eine Längsschnittansicht der Probenzelle der 1A;
2 ist eine schematische Ansicht, um eine Konfiguration eines Polarimeters gemäß der Ausgestaltung der 1 zu zeigen;
3 ist ein Kennliniendiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem an eine Spule des gleichen Polarimeters angelegten Strom und der Ausgabe eines synchronisierten Verstärkers zeigt;
4 ist ein Kennliniendiagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Konzentration einer wässrigen Saccharoselösung und einem an die Spule angelegten Strom zeigt, wenn ein Extinktionspunkt erreicht ist;
5A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer anderen Ausgestaltung, die nicht zu der vorlie genden Erfindung gehört, und 5B ist eine Längsschnittansicht der Probenzelle der 5A;
6A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und 6B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
7A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 7B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
8A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer noch weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 8B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
9A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer noch weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 9B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
10A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer noch weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 10B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
11A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer noch weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, und 11B ist eine Längsschnittansicht der gleichen Probenzelle;
12A ist eine Vorderendansicht einer Probenzelle in einer Ausgestaltung, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, und 12B ist eine Längsschnittansicht der Probenzelle der 12A;
13 ist eine Längsschnittansicht einer Probenzelle in einer noch weiteren Ausgestaltung, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört;
14 ist eine schematische Ansicht, um die Konfiguration eines Polarimeters gemäß der Ausgestaltung der 13 zu zeigen;
15 ist eine schematische Ansicht, um die Konfiguration eines herkömmlichen Polarimeters zu zeigen;
16 ist ein Kennliniendiagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Drehungswinkel eines Analysators in dem Polarimeter sowie einer Intensität eines durch den Analysator hindurchtretenden Lichtes zeigt;
17 ist eine schematische Ansicht, um eine Konfiguratⁱon eines anderen herkömmlichen Polarimeters zu zeigen;
18 ist ein Kennliniendiagramm, welches die Beziehung zwischen dem an eine Spule angelegten Strom und einer Ausgabe eines synchronisierten Verstärkers in dem Polarimeter zeigt.
Ins einzelne gehende Beschreibung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung wird eine rohrförmige Probenzelle vom im wesentlichen abgedichteten Typ mit einem Hohlraum anstelle einer Probenzelle vom Kastentyp verwendet, welche bei dem herkömmlichen Polarimeter eingesetzt wurde. Beide Endflächen des Hohlraumes sind mittels eines lichtdurchlässigen Materials abgedichtet, und die Probe ist in dem Hohlraum aufgenommen. Um die Probenzelle herum ist eine Spule vorgesehen, um ein magnetisches Feld innerhalb des Hohlraumes zu erzeugen.
Keineswegs auf den Fall des optischen Faraday-Modulators beschränkt, welcher mit Flintglas aufgebaut ist, wird ein der Probe selbst zuzuordnender optischer Faraday-Effekt auch in dem Fall erbracht, wenn das magnetische Feld an die in der Zelle angeordnete Probe angelegt wird, um die Schwingungsebene des durch das Innere der Zelle hindurchtretenden Lichtes zu drehen. Durch dieses Phänomen ist es möglich, dass die Probenzelle selbst als optischer Faraday-Modulator funktionieren kann, und von daher wird eine Vereinfachung und eine Miniaturisierung der Konfiguration des Polarimeters möglich.
Der optische Faraday-Effekt kann auch in den Fällen einer Verwendung von Wasser, Chloroform, Aceton und dergleichen erzielt werden, die in weitem Umfang als Medium verwendet werden.
Die Verdetschen Konstanten V der typischen Medien sind in der Tabelle 1 gezeigt. In den Fällen beliebiger Medien variieren die Verdetschen Konstanten V mit der Art des Mediums, der Wellenlänge des Lichtes und der Temperatur.
TABELLE 1
Nebenbei bemerkt, umfassen Mittel zum Anlegen eines magnetischen Feldes eine Solenoidspule, einen Permanentmagneten oder dergleichen, welcher ein magnetisches Feld entlang der Richtung der Fortbewegung des Lichtes anlegt. Es ist möglich, das magnetische Feld durch Modulieren des durch die Solenoidspule geschickten Stromes oder durch Modulieren der Distanz zwischen dem Permanentmagneten und der Probe zu modulieren. Indem man die Spule direkt vornehmlich um die Probenzelle herumwickelt, ist es möglich, die Probenzelle und die Mittel zum Anlegen des magnetischen Feldes in einer einzigen Einheit miteinander zu kombinieren, womit man diese bei geringen Kosten klein und dauerhaft macht. In einem Fall, in welchem man ein Paar Flansche an den beiden Enden der Probenzelle vorsieht, ist es möglich, einen Raum für Halteelemente für die Spule sowie Kanäle für die Proben in diesen Bereichen sicherzustellen.
Eine solche Probenzelle verwendet ein Basiselement, welches durch Zuschneiden eines Blockes aus einem nicht magnetischen Material, wie etwa Aluminium, konfiguriert wird.
Wenn ein Einlasskanal zum Einführen der Probe in die Probenzelle, ein Auslasskanal zum Ausleeren der Probe aus der Pro benzelle und ein Entlüftungsloch an der Probenzelle vorgesehen werden, ist es möglich, ein Austauschen der Probe und ein Waschen des Inneren der Zelle durchzuführen, ohne die Probenzelle von dem optischen System abzubauen.
Wenn die gleiche Probenzelle für einen langen Zeitraum oder wiederholt eingesetzt wird, ohne das Innere des Hohlraumes zu waschen oder zu spülen, dann werden die lichtdurchlässigen Fensterflächen der Probenzelle verschmutzt, und eine genaue Messung wird unmöglich. Indem man sich einer solchen Verschmutzung annimmt, wird eine genauere Messung durch Anbringen einer Korrektur in der folgenden Weise möglich.
Wenn die Verschmutzung einer Substanz zugeordnet werden kann, die keine optische Aktivität zeigt, dann entspricht die Verschmutzung einer wesentlichen Abnahme des Wertes "T" in der Gleichung (2), und sie macht die Position des Extinktionspunktes unklar. Infolge dieser Tatsache wird die Genauigkeit des Messwertes verringert. In diesem Fall wird ein Verhältnis der Änderung bei dem Wert "I" zu der Änderung bei dem Wert "θ" in der Gleichung (3) oder ein Verhältnis des Wertes "S" zu dem Wert "β" in der Gleichung (9) klein. Es ist deshalb möglich, einen von der Verschmutzung abhängigen Wert durch Messen einer Referenzprobe, deren "T" bekannt ist, abzuleiten, und die erhaltene Verminderung bei diesem Wert zu berücksichtigen. Wenn der von der Verschmutzung abhängige Wert einen bestimmten Wert übersteigt, dann wird damit ein Waschen oder Auswechseln der Probenzelle durchaus angewiesen. In dem Prozess ist es nicht zwingend, die Referenzprobe zu verwenden, und der von der Verschmutzung abhängige Wert kann alternativ dazu von einem Ergebnis einer Messung abgeleitet werden, die unter Verwendung einer Probe durchgeführt wird, deren Minimalwert von "T" bekannt ist.
Wenn die Verschmutzung einer Substanz zugeordnet werden kann, die eine optische Aktivität aufweiset, dann verschiebt sich die Position des Extinktionspunktes, d.h. der erhaltene Drehungswinkel so weit wie der Versatz in der Position. Der Wert "I_α" in der Gleichung (3) und der Wert "S" in der Gleichung (9) variieren auch. Der Versatz ist ein von der Verschmutzungssubstanz abhängiger Drehungswinkel und kann einfach zu dem der zu bestimmenden Probe zuzuordnenden Drehungswinkel addiert werden. Wenn zuvor eine Messung an einer Referenzprobe durchgeführt wurde, deren Drehungswinkel bekannt ist, und eine Korrektur an dem Messwert der zu bestimmenden Probe durch die Differenz zwischen dem früheren Messwert und dem bekannten Drehungswinkel angebracht wird, dann ist es aus diesem Grund möglich, einen durch die Verschmutzungssubstanz erzeugten Fehler zu ignorieren.
Infolge derartiger Korrekturen ist es möglich, eine Messung mit hoher Genauigkeit auch dann durchzuführen, wenn die gleiche Probenzelle wiederholt für einen langen Zeitraum verwendet wird. Es ist deshalb möglich, eine für das Waschen oder Auswechseln der Probenzelle gesetzte Frist erheblich zu verlängern (beispielsweise bis die Durchlässigkeit des lichtdurchlässigen Fensters bis auf einen vorgegebenen Wert abfällt), und die Wartung und Handhabung leicht zu machen.
In dem Fall einer Verwendung dieses Polarimeters insbesondere als eine Urinanalyseeinrichtung für die Verwendung im Haushalt fördert die Leichtigkeit seiner Wartung und Handhabung seine Verbreitung erheblich.
In den folgenden Abschnitten werden bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
BEISPIEL 1
1A und 1B zeigen eine Probenzelle, die nicht Teil der Erfindung bildet. Die Probenzelle 1 erhält man auf die folgende Weise.
Ein Basiselement 2 erhält man durch Zuschneiden eines rechteckigen massiven Aluminiumblockes.
Zuerst wird durch Zuschneiden von Seitenflächen eines Aluminiumblockes mit einem quadratischen Querschnitt mit einer Seitenabmessung von 25 mm und einer Längenabmessung von 55 mm ein zylindrischer Teil mit einem Durchmesser von 12 mm in der Mitte desselben ausgebildet, während man an den beiden Enden Teile mit einer Breite von 10 mm unberührt lässt, so dass Flansche 2a und 2b gebildet werden. Sodann erhält man durch Ausbilden eines zylindrischen Hohlraumes 3 mit einem Durchmesser von 8 mm, welcher koaxial zu dem zylindrischen Teil zwischen den beiden Endflächen ist, das Basiselement 2. An den beiden offenen Enden des Hohlraumes 3 werden flache Vertiefungen mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Tiefe von 2,5 mm vorgesehen, und Glasplatten 4 mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Dicke von 2,5 mm werden abdichtend in die jeweiligen Vertiefungen eingepasst. Der Hohlraum 3 hat eine Länge, d.h. die Länge eines optischen Weges, von 50 mm, und sie kann eine Probe von etwa 2,5 cm³ aufnehmen.
Durch Wickeln eines im emaillierten Drahtes mit einem Durchmesser von 0,7 mm in 600 Windungen um den zwischen den Flan schen 2a und 2b des Basiselementes 2 ausgeschnittenen zylindrischen Teil wird eine Solenoidspule 5 mit einer Länge von 35 mm gebildet. Die Solenoidspule 5 dient zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf die in dem Hohlraum 3 untergebrachte Probe. Wie gezeigt ist, wird durch Vorsehen der Flansche 2a und 2b die Bildung der Solenoidspule 5 leicht gemacht. Gewindelöcher 6a bzw. 6b sind jeweils an den Flanschen 2a bzw. 2b vorgesehen, um die Probenzelle 1 auf einem Polarimeter zu befestigen. Der Durchmesser der Gewindelöcher 6a und 6b ist 3 mm, und ihre Tiefe ist 5 mm. Nur weil die Flansche 2a und 2b an dem Basiselement 2 vorgesehen sind, wird eine Anordnung dieser Gewindelöcher 6a und 6b möglich. Mit dieser Maßnahme wird eine Installierung der Probenzelle 1 auf dem Polarimeter leicht gemacht.
Ein Beispiel des Polarimeters, welches die Probenzelle 1 verwendet, ist in 2 gezeigt. Ein Halbleiterlaser-Projektormodul 8 projiziert einen Halbleiterlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 780 nm von elliptischem Querschnitt mit einem großen Durchmesser von etwa 4 mm und einem kleinen Durchmesser von etwa 2 mm als einen im wesentlichen parallelen Strahl, wie in der Figur durch die gestrichelte Linie angezeigt ist. Der Halbleiterlaser-Projektormodul 8 enthält auch einen Treibschaltkreis für den Halbleiterlaser, welcher den Halbleiterlaser kontinuierlich oszillieren lässt. Ein Polarisator 9 überträgt nur eine solche spezifizierte polarisierte Komponente des projizierten Halbleiterlasers, welche eine Schwingungsebene hat, die beispielsweise parallel zu der Ebene des Zeichnungsblattes ist. Ein Analysator 10 ist so angeordnet, dass er nur eine solche polarisierte Komponente des durch die Probenzelle 1 übertragenen Lichtes überträgt, die senkrecht zu der Übertragungsachse des Polarisators 9 ist. Der Photosensor 11 detektiert das durch den Analysator 10 übertragene Licht. Alle diese Komponenten sind auf einer übertragene Licht. Alle diese Komponenten sind auf einer schienenförmigen Basisplatte 7 befestigt, die eine Länge von 150 mm hat.
Eine Stromquelle 12 kann einen Ablenkstrom von –5 A bis +5 A auf ein Anweisungssignal von einem Computer 13 an die Solenoidspule 5 liefern. Der Computer 13 speichert und analysiert auch ein Ausgabesignal von einem synchronisierten Verstärker 15. Ein Signalgenerator 14 liefert ein Modulationssignal an die Stromquelle 12, um den an die Solenoidspule 5 der Probenzelle 1 zu liefernden Strom zu modulieren. Die Stromquelle 12 fügt den durch das Modulationssignal bedingten Modulationsstrom in den von dem Computer 13 angewiesenen Ablenkstrom ein, und liefert den eingefügten Strom an die Solenoidspule 5. In dieser Ausgestaltung liefert die Stromquelle 12 den Modulationsstrom mit einer Amplitude = 0,02 A auf der Basis des Modulationssignals von 1,3 kHz an die Solenoidspule 5. Der synchronisierte Verstärker 15 führt eine phasensensitive Detektierung an dem Ausgabesignal des Photosensors 11 durch, wobei er das Modulationssignal des Signalgenerators 14 als Referenzsignal nimmt. Das Ausgabesignal des synchronisierten Verstärkers 15 entspricht der Komponente der Winkelfrequenz "ω" des Ausgabesignals des Photosensors 15 in der Gleichung (8), d.h. dem Wert "S" in der Gleichung (9). Deshalb liegt ein Zeitpunkt, zu dem "S" gleich Null ist, in dem Extinktionspunkt.
3 zeigt das Ausgabesignal des synchronisierten Verstärkers 15, wenn der an die Spule 5 zu liefernde Strom in einem Bereich zwischen –1,5 A und +1,5 A abgelenkt wird. In 3 gibt die Abszisse den Strom "J" an, welcher an die Spule 5 geliefert werden soll, und die Ordinate stellt das Ausgabesi gnal (willkürlicher Wert) des synchronisierten Verstärkers 15 dar.
In der Figur stellt die durchgehende Linie "a" den Fall dar, bei welchem reines Wasser, das keine optische Aktivität zeigt, als Probe gemessen wird. In diesem Fall erscheint, wenn "J" gleich Null wird, d.h. irgendein magnetisches Feld nicht an das reine Wasser als Probe angelegt ist, ein Extinktionspunkt. Wenn "J" variieren darf, dann dreht sich die Schwingungsebene des Lichtes infolge des optischen Faraday-Effektes, und das Ausgabesignal "S" des synchronisierten Verstärkers 15 variiert wie in dem Fall eines Variierens von β in der Gleichung (6), d.h. eines Drehens des Analysators 10.
Im Gegensatz dazu gibt die gestrichelte Linie "b" in 3 den Fall an, bei welchem eine wässrige Saccharoselösung mit einer Konzentration von 250 mg/dl bei 20°C als Probe verwendet wird. In diesem Fall erscheint ein Extinktionspunkt bei J = 1,21 A. Und zwar fällt die gestrichelte Linie "b" mit einer geraden Linie zusammen, die man durch parallele Verschiebung der durchgehenden Linie "a" entlang der Abszisse um +1,21 A erhält. Die Breite dieser Verschiebung des Extinktionspunktes entspricht dem durch die Probe bedingten Drehungswinkel.
In der folgenden Beschreibung wird die oben beschriebene Tatsache quantitativ bestätigt.
Auf der Basis der Gleichung (1) ist der der Saccharose in der Probe zuzuordnende Drehungswinkel "α" α = [α]/10000 × 0,05 × 250 = 0,0831 [Grad]
Wenn ein Drehungswinkel in der Richtung der Polarisierung infolge des optischen Faraday-Effektes "a" unter Verwendung der Gleichung (4) berechnet wird, dann erhält man das folgende Ergebnis:
Auf der Basis der Charakteristiken der Solenoidspule 5 wird abgeleitet, dass das magnetische Feld H = 6.05 × 10³ A/m ist unter der Bedingung von J = 1,21 A. Aus diesem Wert und der in der Tabelle 1 gezeigten Verdetschen Konstante "V" von Wasser wird abgeleitet: a = 1, 645 × 10–2 × 0,05 × 104 × 0,05 = 4.976 [Minute] ≒ 0,083[Grad]
Wie oben beschrieben wurde, wird damit bestätigt, dass der durch die Probe bedingte Drehungswinkel mit dem durch den optischen Faraday-Effekt bedingten Drehungswinkel übereinstimmt.
In einer ähnlichen Weise wie oben beschrieben, werden die Drehungswinkel zusätzlich bei 20°C unter Verwendung von wässrigen Saccharoselösungen mit jeweiligen Konzentrationen von 50, 100, 150 und 250 mg/dl gemessen. Die Ergebnisse davon sind in 4 gezeigt. In 4 stellt die Abszisse die Konzentration der Saccharose dar, und die Ordinate stellt den Strom "J" zum Erreichen des Extinktionspunktes dar. Wie man aus 4 sieht, ist zu bemerken, dass das eine proportional zum anderen ist.
Wenn auch ein Fall, bei welchem der Extinktionspunkt in dem Bereich einer Ablenkung des magnetischen Feldes existiert, in dieser Ausgestaltung gezeigt ist, so kann doch sogar in einem anderen Fall, in welchem kein Extinktionspunkt in dem Ablenk bereich existiert, der Drehungswinkel auch durch Extrapolieren der Kennlinie in dem Bereich berechnet werden, weil das Ausgabesignal "S" des synchronisierten Verstärkers 15 ^linear mit Bezug auf das magnetische Feld, d.h. den Strom "J" variiert, wie durch die 3 dargestellt und die Gleichung (9) angegeben ist. Da "J" und "S" in einer proportionalen Beziehung stehen, ist es außerdem nicht zwingend, das magnetische Feld kontinuierlich abzulenken; vielmehr kann der Drehungswinkel anstelle dessen durch Interpolieren oder Extrapolieren der Ergebnisse der Messungen an wenigstens zwei Punkten berechnet werden. Durch dieses Verfahren ist es auch möglich, die Zeit zum Durchführen der Messung abzukürzen.
Als nächstes wird eine ähnliche Messung an reinem Wasser als Probe unter Verwendung einer Probenzelle durchgeführt, deren durchlässige Fenster als Folge eines Einsatzes über einen langen Zeitraum ohne Waschen verschmutzt sind. In diesem Fall erscheint ein Extinktionspunkt bei J = 0,02 A. Aus diesem Wert wird der Drehungswinkel "d", welcher der verschmutzenden Substanz auf den lichtdurchlässigen Fenstern der Probenzelle zuzuordnen ist, auf der Basis der Gleichung (4) und der Tabelle 1 abgeleitet wie folgt: d = 1.645 × 10–2 × 102 × 0,05 ≒ 0,082 [Minute] ≒ 1,4 × 10–3 [Grad].
In dem Fall einer Messung des einer frischen Probe zuzuordnenden Drehungswinkels unter Verwendung dieser Probenzelle kann ein genauer Drehungswinkel durch eine Korrektur des Messwertes erhalten werden, indem man "d" davon subtrahiert. Und zwar ist es sogar in einem solchen Fall einer wiederholten Verwendung der gleichen Probenzelle über einen langen Zeitraum möglich, eine Messung mit hoher Genauigkeit durchzu führen, indem man den Messwert der Probe mit einem Messwert einer Referenzprobe korrigiert, deren Drehungswinkel bekannt ist. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die für das Waschen oder den Austausch der Probenzelle vorgegebene Zeitperiode auszudehnen, bis die Durchlässigkeit der lichtdurchlässigen Fenster auf einen vorgegebenen Wert abfällt.
Ferner ist es durch Ablenken des magnetischen Feldes, d.h. durch Variieren des magnetischen Feldes von einer spezifizierten Intensität zu einer anderen spezifizierten Intensität (einschließlich eines Wechsels der Polarität in dem magnetischen Feld) möglich, die Schwingungsebene des Lichtes kontinuierlich zu drehen. Durch dieses Verfahren ist es möglich, einen Effekt zu erzielen, welcher der gleiche ist wie die Drehung des Analysators. Indem man den Polarisator und den Analysator in einen orthogonalen Nicolschen Zustand einstellt, oder mit anderen Worten, indem man den zwischen den Übertragungsachsen der beiden gebildeten relativen Winkel bei 90 Grad hält, ist es deshalb möglich, die der optisch aktiven Substanz in der Probe zuzuordnende optische Drehung zu negieren, indem man die Intensität des in der Probe erzeugten magnetischen Feldes ablenkt und dadurch den auf der Intensität des magnetischen Feldes zu dieser Zeit basierenden Drehungswinkel berechnet.
Mit anderen Worten ist es möglich, den Drehungswinkel durch Auslesen des der Spule gelieferten Stromwertes beim Erscheinen eines Extinktionspunktes und durch Konvertieren desselben in die Intensität des magnetischen Feldes und weiter in den dem optischen Faraday-Effekt zuzuordnenden Drehungswinkel zu messen. Gemäß diesem Verfahren kann der Drehungswinkel basierend im wesentlichen auf der Intensität des magnetischen Feldes zu dem Zeitpunkt abgeleitet werden, zu dem der durch die optisch aktive Substanz in der Probe erzeugte Drehungswinkel mit dem durch den optischen Faraday-Effekt bedingten Drehungswinkel in der Schwingungsebene übereinstimmt.
Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß dieser Ausgestaltung möglich, durch Wickeln einer Spule direkt um die Probenzelle herum ein magnetisches Feld an die Probe anzulegen.
BEISPIEL 2
Eine Probenzelle entsprechend einer anderen Ausgestaltung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung darstellt, ist in 5A und 5B gezeigt.
Die Probenzelle 22 hat die gleiche Struktur wie die im Beispiel 1 verwendete. Ein Einlass-/Auslasskanal 23 mit einem Durchmesser von 6 mm ist jedoch an der Probenzelle 22 vorgesehen, um das Innere des Hohlraumes 3 mit der Außenseite zu verbinden. Der Einlass-/Auslasskanal 23 ist oberhalb des Hohlraumes 3 angeordnet, und insbesondere so, dass er an einer Oberseite des optischen Weges für das projizierte Licht positioniert ist.
Die Probe wird durch den Einlass-/Auslasskanal 23 in den Hohlraum 3 eingeführt. Während des Einführens wird innerhalb der Probenzelle 22 befindliche Luft durch den Einlass-/Auslasskanal 23 zur Außenseite hin ausgeschoben. Da der Einlass-/Auslasskanal 23 oberhalb des optischen Weges ausgebildet ist, bleibt hier keine Luft in dem optischen Weg des Lichtes nach dem Einführen der Probe. Deshalb wird eine genaue Messung möglich gemacht.
Die Probe wird aus dieser ausgeschoben, indem sie durch den Einlass-/Auslasskanal 23 abgesaugt wird. Während des Waschens des Hohlraumes 3 der Probenzelle 22 wird Wasser oder eine Reinigungslösung durch den Einlass-/Auslasskanal 23 in den Hohlraum eingeleitet.
Indem man einen Einlass-/Auslasskanal 23 an der Probenzelle 22 vorsieht, wie in dieser Ausgestaltung, wird ein Auswechseln der Probe oder ein Waschen der Probenzelle leicht gemacht.
BEISPIEL 3
Eine Probenzelle entsprechend einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der 6A und der 6B gezeigt.
Die Probenzelle 24 dieser Ausgestaltung erhält man auf die folgende Weise.
Zuerst wird durch Zuschneiden der Seitenflächen eines Aluminiumblockes von rechteckigem Querschnitt mit einer Seitenabmessung von 25 mm und einer Längenabmessung von 55 mm ein zylindrischer Teil mit einem Durchmesser von 17 mm an dessen Mitte ausgebildet, während man Teile mit einer Breite von 10 mm an seinen jeweiligen beiden Enden unberührt lässt, so dass Flansche 25a und 25b gebildet werden. Sodann wird ein Hohlraum 26 mit einem rechteckigen Querschnitt zwischen den beiden Endflächen ausgebildet. Der Querschnitt eines offenen Endes des Hohlraumes 26 ist ein Rechteck mit 8 mm × 13 mm, und der Querschnitt des anderen offenen Endes ist ein Q^uadrat mit 8 mm × 8 mm. Die Oberseite des Hohlraumes 26 hat eine Neigung von etwa 5,7 Grad (tan^–1 (5/50)) zwischen den beiden offenen Enden. An dem breiteren offenen Ende des Hohlraumes 26 ist eine kreisförmige Vertiefung mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Tiefe von 2,5 mm vorgesehen, und eine Glasplatte 27a mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Dicke von 2,5 mm ist abdichtend in die Vertiefung eingepasst. An dem engeren offenen Ende des Hohlraumes 26 ist eine kreisförmige Vertiefung mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Tiefe von 2,5 mm vorgesehen, und eine Glasplatte 27b mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Dicke von 2,5 mm ist abdichtend in die Vertiefung eingepasst.
An dem oberen Ende des Hohlraumes 26, d.h. auf Seiten des breiteren offenen Endes der geneigten Oberseite des Hohlraumes 26 ist ein Einlass-/Auslasskanal 28 mit einem kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 6 mm vorgesehen.
Die Länge des optischen Weges der Probenzelle 24, die man so erhält, ist 50 mm, und der Hohlraum 26 derselben kann eine Probe von etwa 4,2 cm³ aufnehmen.
Die Probe wird in den Hohlraum 26 durch den Einlass-/Auslasskanal 28 eingeführt. Beim Einführen wird innerhalb des Hohlraume 26 befindliche Luft aus diesem durch den Einlass-/Auslasskanal 28 zur Außenseite hin ausgeschoben. Da der Einlass-/Auslasskanal 28 oberhalb eines optischen Weges vorgesehen ist, bleibt hier keine Luft in dem optischen Weg nach dem Einführen der Probe zurück.
Da die Oberseite des Hohlraumes 26 geneigt und der Einlass-/Auslasskanal 28 in dem obersten Bereich derselben vorgesehen ist, bewegen sich außerdem während des Einführens der Probe gebildete Blasen, nachdem diese nach oben geschwebt sind, entlang der geneigten Oberseite bis hinauf zu dem Einlass-/Auslasskanal 28. Insbesondere ist es möglich, eine Stö rung an einem hindurchtretenden Licht durch die mit der in dem Hohlraum 26 befindlichen Probe vermischten Blasen zu verhindern. Deshalb kann eine Messung an dem Drehungswinkel im Vergleich mit der Probenzelle 22 des Beispieles 2 genauer durchgeführt werden. Die in den Hohlraum 26 eingeführte Probe wird aus dieser ausgeschoben, indem sie durch den Einlass-/Auslasskanal 28 abgesaugt wird. Während des Waschens des Hohlraumes 26 wird Wasser oder eine Reinigungslösung durch den Einlass-/Auslasskanal 28 in diesen eingeführt.
BEISPIEL 4
Eine Probenzelle entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der 7A und der 7B gezeigt.
Die Probenzelle 30 hat eine Struktur ähnlich der Probenzelle 24, die im Beispiel 3 verwendet wird. Allerdings hat die Probenzelle 30 anstelle des Einlass-/Auslasskanals 28 eine Entlüftungsöffnung 31 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 1,0 mm, welche in dem obersten Bereich der geneigten Oberseite des Hohlraumes 26, d.h. auf Seiten des breiteren offenen Endes, vorgesehen ist, um das Innere mit der Außenseite zu verbinden. An der Unterseite auf Seiten des engeren offenen Endes, d.h. im untersten Teil des Hohlraumes 26 ist ein Einlass-/Auslasskanal 32 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm angeordnet. Die Probe wird in den Hohlraum 26 durch den Einlass-/Auslasskanal 32 eingeführt. Bei Einführen wird innerhalb des Hohlraumes 26 befindliche Luft aus diesem durch die Entlüftungsöffnung 31 ausgeschoben. Nach der Messung wird die Probe aus dieser durch den Einlass-/Auslasskanal 32 ausgeschoben. Zu diesem Zeitpunkt strömt Luft durch die Entlüftungsöffnung 31 in den Hohlraum 26. Während des Waschens des Hohlraumes 26 wird Was ser oder eine Reinigungslösung durch den Einlass-/Auslasskanal 32 eingeführt und ausgeschoben.
Im Falle einer Probenzelle dieser Ausgestaltung wird dank des Vorsehens des Einlass-/Auslasskanals 32 im untersten Bereich des Hohlraumes 26 das Ausschieben der Probe einfacher im Vergleich zu der Probenzelle 24 des Beispiels 3. Außerdem ist es möglich, ein Mischen der in den Hohlraum 26 eingeführten Probe mit Luft zu unterdrücken und so die Menge der während des Einführens der Probe erzeugten Blasen erheblich zu reduzieren.
BEISPIEL 5
Eine Probenzelle entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der 8A und der 8B gezeigt.
Die Probenzelle 34 verwendet ein Basisteil 35, welches durch Bearbeiten eines Aluminiumblockes ähnlich denen der oben beschriebenen Ausgestaltungen konfiguriert ist, wobei eine Achse des zylindrischen Hohlraumes 36 geneigt ist. Die Probenzelle 34 wird auf folgende Weise hergestellt.
Zuerst wird durch Zuschneiden von Seitenflächen eines Aluminiumblockes ein zylindrischer Teil mit einem Durchmesser von 17 mm in dessen Mitte ausgebildet, während Teile mit einer Breite von 10 mm an den beiden Enden unberührt bleiben, wodurch Flansche 35a und 35b gebildet werden. Sodann wird ein zylindrischer Hohlraum 36 mit einem Durchmesser von 12 mm und einer um etwa 5,7 Grad (tan^–1 (5/50)) gegenüber der Achse des zylindrischen Teils geneigten Achse zwischen den beiden Endflächen vorgesehen. An beiden offenen Enden des Hohlraumes 36 sind Vertiefungen mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Tiefe von 2,5 mm vorgesehen, und Glasplatten 37a und 37b mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Dicke von 2,5 mm sind jeweils abdichtend in die Vertiefungen eingepasst. Der Hohlraum 36 hat eine Länge, d.h. eine Länge des optischen Weges, von 50 mm, und sie kann die Probe von etwa 5,7 cm³ aufnehmen.
Die Probenzelle 34 hat eine Entlüftungsöffnung 38 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 1,0 mm, welche in dem obersten Bereich des Hohlraumes 36 vorgesehen ist, um das Innere mit der Außenseite zu verbinden. Außerdem ist ein Einlass-/Auslasskanal 39 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm in dem untersten Bereich des Hohlraumes 36 vorgesehen.
Dank der Tatsache, dass eine Neigung bei der Unterseite des Hohlraumes 36 zum Aufnehmen der Probe vorgesehen ist, wie in der Probenzelle 34 dieser Ausgestaltung, wird das Ausschieben der Probe im Vergleich zu der Probenzelle 30 des Beispiels 4 einfacher.
BEISPIEL 6
Eine Probenzelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der 9A und der 9B gezeigt.
Die Probenzelle 41 hat eine Struktur ähnlich der Probenzelle 24, die im Beispiel 3 verwendet wird. Die Probenzelle 41 hat jedoch eine Auslass-/Entlüftungsöffnung 42 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm, die anstelle des Einlass-/Auslasskanals 28 vorgesehen ist. Außerdem ist auf Seiten des engeren offenen Endes der Unterseite des Hohlraumes 26 ein Einlasskanal 43 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm vorgesehen.
Bei dem Auswechseln der Probe wird eine frische Probe durch den Einlasskanal 43 in den Hohlraum 26 eingeführt, und die gebrauchte Probe wird aus dieser ausgeschoben, indem sie durch die Auslass-/Entlüftungsöffnung 42 gedrückt wird. Während des Waschens des Hohlraumes 26 wird Wasser oder eine Reinigungslösung kontinuierlich durch den Einlasskanal 43 eingeführt und durch die Auslass-/Entlüftungsöffnung 42 ausgeschoben.
BEISPIEL 7
Eine Probenzelle entsprechend einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist in der 10A und der 10B gezeigt.
Die Probenzelle 45 hat eine Struktur ähnlich der Probenzelle 34, die in der Ausgestaltung 5 verwendet wird. Allerdings hat die Probenzelle 45 eine Einlass-/Entlüftungsöffnung 46 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm, die anstelle der Entlüftungsöffnung 38 vorgesehen ist. Ein Auslasskanal 47 mit einer ähnlichen Konfiguration wie diejenige des Einlass-/Auslasskanals 39 wird ausschließlich zum Ausschieben der Probe aus dem Hohlraum 36 verwendet. Die Probe wird in den Hohlraum durch die Einlass-/Entlüftungsöffnung 46 eingeführt.
Gleichzeitig wird innerhalb des Hohlraumes 36 befindliche Luft aus diesem durch die Einlass-/Entlüftungsöffnung 46 ausgeschoben. Beim Auswechseln der Probe wird eine zu bestimmende frische Probe in den Hohlraum 36 durch die Einlass-/Entlüftungsöffnung 46 eingeführt, während die bereits geprüfte Probe noch in dem Hohlraum 36 verbleibt, und die geprüfte Probe, die zuvor in den Hohlraum 36 eingeführt worden ist, wird durch den Auslasskanal 47 ausgeschoben. Während des Waschens des Hohlraumes 36 wird Wasser oder eine Reinigungslösung in diesen durch die Einlass-/Entlüftungsöffnung 46 eingeführt und durch den Auslasskanal 47 ausgeschoben.
Wie oben erwähnt wurde, ist es durch eine Konstruktion des Basisteils in der Weise, dass die frische Probe in den Hohlraum von oben her eingeführt und die in dem Hohlraum befindliche geprüfte Probe nach unten ausgeschoben wird, kaum wahrscheinlich, dass sich die beiden Proben miteinander vermischen, und das Auswechseln der Proben in dem Hohlraum wird einfach. Aus dem gleichen Grund wird das Waschen des Hohlraumes leicht gemacht.
BEISPIEL 8
Ein Probenzelle gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in der 11A und der 11B gezeigt.
Die Probenzelle 49 hat eine Struktur ähnlich der Probenzelle 34, die im Beispiel 5 verwendet wird. Allerdings hat die Probenzelle 49 einen Einlasskanal 51, welcher zusätzlich am Boden des Hohlraumes 36 in einer Position vorgesehen ist, die der Entlüftungsöffnung 38 gegenüberliegt. Außerdem wird ein Auslasskanal 50 mit einer ähnlichen Konfiguration wie diejenige des Einlass-/Auslasskanal 39 ausschließlich zum Ausschieben der Probe verwendet.
Eine zu prüfende Probe wird durch den Einlasskanal 51 in den Hohlraum 36 eingeführt. Innerhalb des Hohlraumes 36 befindliche Luft wird aus diesem durch die Entlüftungsöffnung 38 ausgeschoben. Wie gezeigt, beeinflussen dank der Neigung der Achse des zylindrischen Hohlraumes 36 auch in einem Fall der Einbeziehung von Blasen in dem Hohlraum 36 diese Blasen das hindurchtretende Licht nicht, weil die Blasen sich entlang der Wand des Hohlraumes 36 bewegen.
Außerdem ist es durch Vorsehen des Einlasskanals 51 am Boden möglich, ein Mischen der innerhalb des Hohlraumes 36 befindlichen Luft mit der Probe während des Einführens der Probe zu unterdrücken und eine Blasenbildung weitgehend zu reduzieren. Die in dem Hohlraum 36 befindliche Probe wird aus dieser durch den Auslasskanal 50 ausgeschoben. Dabei wird Luft durch die Entlüftungsöffnung 38 in den Hohlraum 36 geleitet. Dank der Neigung der Achse des zylindrischen Hohlraumes 36 ist das Ausschieben einfach. Beim Austauschen der Probe wird eine frische Probe in den Hohlraum 36 durch den Einlasskanal 51 eingeführt, und die geprüfte Probe, die zuvor in den Hohlraum 36 eingeführt worden ist, wird durch den Auslasskanal 40 ausgeschoben, indem sie herausgedrückt wird. Während des Waschens des Hohlraumes 36 wird Wasser oder eine Reinigungslösung in diesen durch den Einlasskanal 51 eingeführt und aus diesem durch den Auslasskanal 50 ausgeschoben.
BEISPIEL 9
Eine Probenzelle gemäß einer Ausgestaltung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist in 12A und 12B gezeigt.
Die Probenzelle 53 hat die gleiche Struktur wie diejenige, die im Beispiel 1 verwendet wird. Allerdings ist eine Entlüftungsöffnung 54a von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 1,0 mm an der Oberseite des Hohlraumes 3 auf Seiten des einen offenen Endes vorgesehen. An der Oberseite des Hohlraumes 3 auf Seiten des anderen offenen Endes ist ei ne weitere Entlüftungsöffnung 54b vorgesehen. Außerdem sind am Boden des Hohlraumes auf Seiten der beiden offenen Enden jeweils ein Einlasskanal 55 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm und ein Auslasskanal 56 von kreisförmigem Querschnitt mit einem Durchmesser von 2,5 mm vorgesehen.
Dank der Tatsache, dass der Einlasskanal 55 am Boden vorgesehen ist, wie gezeigt ist, ist es möglich, die Blasenbildung beim Einführen von Proben erheblich zu reduzieren. Wenn die geprüfte Probe durch den Auslasskanal 56 aus diesem ausgeschoben wird, wird durch die Entlüftungsöffnungen 54a und 54b Luft in den Hohlraum 3 geleitet.
Beim Austauschen der Proben wird eine frische Probe durch den Einlasskanal 55 eingeführt, und die geprüfte Probe wird aus diesem ausgeschoben, indem sie durch den Auslasskanal 56 herausgedrückt wird. Während des Waschens des Hohlraumes 3 wird Wasser oder eine Reinigungslösung durch den Einlasskanal 55 in diesen eingeführt.
BEISPIEL 10
Dank der Neigung der Oberseite oder der Unterseite des Hohlraumes in der Probenzelle oder der Neigung der Achse des zylindrischen Hohlraumes, wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen erläutert wurde, ist es möglich, die Blasenbildung beim Einführen von Proben zu unterdrücken. Allerdings bedeutet der Bearbeitungsaufwand an dem Hohlraum derart, dass er solche besonderen Konfigurationen aufweist, eine geringe Produktivität. Außerdem benötigt der Hohlraum dieser besonderen Konfiguration eine große Probenmenge. Beispielsweise erfordert die Probenzelle 34 der Ausgestaltung 5, die in 8A und 8B gezeigt ist, einen größeren Durchmesser des zylindrischen Hohlraumes 36, um eine äquivalente optische Weglänge entsprechend derjenigen der Probenzelle 1, die in 1A und 1B gezeigt ist, sicherzustellen.
Unter diesen Umständen wird ein Verfahren zum Durchführen einer Polarimetrie an einer kleineren Probenmenge unter Verwendung einer Probenzelle ähnlich der Probenzelle 1 des Beispiels 1, die hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit ausgezeichnet ist, in dieser Ausführungsform beschrieben, die nicht Teil der Erfindung ist.
Die in 13 gezeigte Probenzelle 61 hat eine Struktur ähnlich der Probenzelle 1 des Beispiels 1.
An einem offenen Ende des Hohlraumes 3 der Probenzelle 61 ist ein Einlass-/Auslasskanal 62 mit einem Durchmesser von 1,0 mm angeordnet, welcher mit der äußeren Seitenwand in Verbindung steht. An dem anderen offenen Ende des Hohlraumes 3 und in einer axial um 180 Grad gegenüber der Position, in der der Einlass-/Auslasskanal 62 angeordnet ist, verdrehten Position, ist eine Entlüftungsöffnung 63 mit dem gleichen Durchmesser von 1,0 mm angeordnet, welche auch mit der äußeren Seitenwand in Verbindung steht.
Die Probenzelle 61 wird in einer Weise eingesetzt, wie beispielsweise in 14 gezeigt ist.
Wie gezeigt, ist bei einem Einsatz eines Polarimeters ähnlich demjenigen in Beispiel 1 die Achse der Probenzelle, d.h. die Richtung des Fortschreitens des hindurchtretenden Lichtes, in einem Winkel von beispielsweise 45 Grad geneigt.
Die Probenzelle 61 ist so angeordnet, dass der Einlass-/Auslasskanal 62 an ihrem unteren Ende angeordnet ist, und dass ihre Entlüftungsöffnung 63 an ihrem oberen Ende angeordnet ist.
Beim Einführen einer zu prüfenden Probe wird die Probe unter Verwendung einer Spritze, einer Pumpe oder dergleichen durch den Einlass-/Auslasskanal 62 in die Probenzelle 61 eingeführt. Da im Inneren des Hohlraumes 3 befindliche Luft durch die Entlüftungsöffnung 63 ausgeschoben wird, ist es zu dieser Zeit möglich, eine flüssige Probe ruhig einzuführen. Da die Oberseite des Hohlraumes 3 geneigt ist, werden hier während des Einführens der Probe kaum Blasen erzeugt, und da sich die erzeugten Blasen, nachdem sie innerhalb der Probe nach oben geschwebt sind, zu dem oberen Ende des Hohlraumes entlang der Oberseite des Hohlraumes 3 bewegen, stören die Blasen den Durchgang des projizierten Lichtes nicht.
Wenn die Probe nach einer Messung ausgetauscht wird, dann wird die in dem Hohlraum 3 befindliche geprüfte Probe aus diesem durch den Einlass-/Auslasskanal 62 ausgeschoben.
In einem Fall, in welchem die Probenmenge für die Messung größer als das Volumen des Hohlraumes ist, kann eine frische Probe durch den Einlass-/Auslasskanal 62 in einem Zustand, bei welchem die Probe, die zuvor gemessen wurde, in dem Hohlraum verbleibt, eingeführt werden.
Während des Waschens der Probenzelle 61 wird Wasser oder eine Reinigungslösung gleichfalls durch den Einlass-/Auslasskanal 62 in den Hohlraum eingeführt. Durch Einführen einer Menge an Reinigungslösung oder dergleichen durch den Einlass-/Auslasskanal 62, die größer als das Volumen des Hohlraumes 3 ist, um dadurch die Reinigungslösung kontinuierlich dem Hohlraum 3 zuzuführen und diese durch den Lüftungskanal 63 auszuschieben, wird es möglich, die Probenzelle 61 wirksam zu waschen.
Wenn auch das Licht so dargestellt ist, dass es vom Boden her nach oben projiziert wird, so ist in dieser Ausgestaltung ein ähnlicher technischer Vorteil zu erzielen, wenn man das Licht von der Oberseite nach unten projiziert.
Bezüglich der Unterdrückung der Blasenbildung in der Probe wird ein ähnlicher technischer Vorteil im Fall einer Messung unter Verwendung der Probenzelle 34 des Beispiels 5 und einer Projektion des Lichtes in der horizontalen Richtung erzielt. Um jedoch die Refraktion des auf die Probe einfallenden Lichtes zu verhindern, sollte die Glasplatte 37a für die Lichtdurchtrittsebene senkrecht zu der Einfallsrichtung des Lichtes angeordnet sein. Deshalb besteht im Fall eines Neigens der Achse des Hohlraumes 36 der Probenzelle 34 eine Notwendigkeit zum Vergrößern der Länge des Hohlraumes 36, um eine optische Weglänge wie diejenige der Probenzelle 61 sicherzustellen, die in dieser Ausgestaltung eingesetzt wird.
Außerdem besteht im Fall des Neigens der Achse des Hohlraumes 36 entsprechend einem größeren Winkel eine Notwendigkeit, die Querschnittsfläche des Hohlraumes 36 zu vergrößern. Deshalb wird eine größere Probenmenge im Vergleich zu der Probenzelle 61 dieser Ausgestaltung erforderlich. Da ferner eine weitere Notwendigkeit für eine Neigung der Normalen zur Durchtrittsebene bezüglich der Achse des Hohlraumes 36 besteht, ist die Bearbeitbarkeit der Probenzelle schlecht.
Im Fall des Anlegens eines magnetisches Feldes an die Probe in der Probenzelle 34 durch die Spule, wie in dem Fall der Probenzelle 61 dieser Ausgestaltung, besteht eine Notwendigkeit zum Erhöhen der Windungsanzahl der Spule 5 oder des der Spule 5 zuzuführenden Stromwertes, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, welches demjenigen für die Probenzelle 61 äquivalent ist, weil die Probenzelle 34 einen Hohlraum 26 mit größerem Durchmesser oder größerer Länge hat. Wenn die Windungsanzahl der Spule 5 vergrößert wird, dann erhöht sich die in der Spule 5 erzeugte Wärme. Wenn der der Spule 5 zuzuführende Stromwert vergrößert wird, dann vergrößert sich die in der Spule 5 erzeugte Wärme, und die Genauigkeit bei der Messung wird verschlechtert.
Wie zuvor beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Messung an der optischen Eigenschaft der Probe mit einer guten Bedienbarkeit durchgeführt werden, weil kein Erfordernis für eine Demontage der Probenzelle bei der Messung der optischen Eigenschaft besteht. Da es möglich ist, den schädlichen Effekt der Blasen zu unterdrücken, die während des Einführens der Probe erzeugt werden, ist außerdem eine Polarimetrie mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Ferner ist es möglich, die für die Messung erforderliche Menge zu reduzieren.

Claims

Probenzelle (24; 30; 34; 41; 45; 49) für die Polarimetrie, umfassend: Ein rohrförmiges Basisteil (35) mit einem Hohlraum (26; 36), welcher das Basisteil (35) durchsetzt und ein Paar Endflächen des Basisteils miteinander verbindet, zum Aufnehmen einer zu prüfenden Probe, ein Paar lichtdurchlässiger Fenster (27a, 27b; 37a, 37b), die so angeordnet sind, dass sie ein Paar offener Enden des Hohlraums (26; 36) dicht abschließen, eine Spule (5), die durch Wickeln eines Drahtes auf das Basisteil (35) gebildet ist, und wenigstens einen Kanal (28; 31; 38; 42; 46), welcher eine Verbindung des Hohlraums (26; 36) mit der Außenumgebung ermöglicht, wobei der Kanal einen Einlass zum Einführen einer Probe sowie einen Auslass zum Ausleeren einer Probe darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Hohlraums zwischen dem Paar offener Enden des Hohlraums gegenüber der Längsachse des rohrförmigen Basisteils (35) geneigt ist, und dass der Kanal (28; 31; 38; 42; 46) im oberen Teil der geneigten Oberseite des Hohlraums (26; 36) vorgesehen ist.
Probenzelle (24; 30) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 1, wobei der Kanal einen Einlass-/Auslasskanal (28; 32) zum Einführen und Ausleeren der Probe umfasst.
Probenzelle (24; 30) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 2, wobei der Einlass-/Auslasskanal (28; 32) oberhalb einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum (26) hindurchtretenden Lichtes vorgesehen ist.
Probenzelle (30; 34) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 2, wobei der Kanal (32; 39) ferner eine Entlüftungsöffnung (31; 38) umfasst, um eine Luftströmung zwischen dem Hohlraum (26) und dessen Außenumgebung zu ermöglichen.
Probenzelle (49) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 4, wobei der Einlass-/Auslasskanal (51; 50) im untersten Teil des Hohlraums (36) vorgesehen ist, und wobei die Entlüftungsöffnung (38) oberhalb einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum (36) hindurchtretenden Lichtes vorgesehen ist.
Probenzelle (41) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 1, wobei der Kanal eine Auslass-/Entlüftungsöffnung (42) zum Ausleeren der Probe und dazu, eine Luftströmung zu ermöglichen, umfasst.
Probenzelle (41) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 6, wobei die Auslass-/Entlüftungsöffnung (42) oberhalb einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum (26) hindurchtretenden Lichtes vorgesehen ist.
Probenzelle (24; 30; 34; 41; 45) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 1, wobei der Einlasskanal (28; 31; 46) oberhalb einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum (26; 36) hindurchtretenden Lichtes vorgesehen ist, und wobei der Auslasskanal (39; 47) im untersten Teil des Hohlraums (26; 36) vorgesehen ist.
Probenzelle (49) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 1, wobei der Kanal umfasst: Einen Einlasskanal (51) zum Einführen der Probe, einen Auslasskanal (50) zum Ausleeren der Probe und eine Entlüftungsöffnung (38) für eine Luftverbindung zwischen dem Hohlraum (36) und dessen Außenumgebung.
Probenzelle (49) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 8, wobei der Auslasskanal (50) in dem untersten Teil des Hohlraums (36) vorgesehen ist, und wobei die Entlüftungsöffnung (38) oberhalb der optischen Strecke vorgesehen ist.
Probenzelle (24; 30; 34; 41; 45) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 9, wobei der Auslasskanal (39; 47) und die Entlüftungsöffnung (38) oberhalb einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum hindurchtretenden Lichtes vorgesehen ist.
Probenzelle (39; 45; 49) für eine Polarimetrie gemäß Anspruch 2, wobei die Unterseite des Hohlraums (36) entlang einer optischen Strecke eines durch den Hohlraum (36) hindurchtretenden Lichtes geneigt ist, und wobei der Kanal in dem untersten Teil der Bodenseite vorgesehen ist.
Polarimeter, umfassend: Eine Probenzelle, umfassend ein rohrförmiges Basisteil (35) mit einem Hohlraum (26; 36), welcher das Basisteil (35) durchsetzt und ein Paar Endflächen des Basisteils miteinander verbindet, zum Aufnehmen einer zu prüfenden Probe, ein Paar lichtdurchlässiger Fenster (27a, 27b; 37a, 37b), die so angeordnet sind, dass sie ein Paar offener Enden des Hohlraums (26; 36) dicht abschließen, eine Spule (5), die durch Wickeln eines Drahtes auf das Basisteil (35) gebildet ist, und eine Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie Licht durch die Probenzelle hindurch schickt; eine Polarisiereinrichtung, welche so angeordnet ist, dass sie eine Komponente des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes, die eine spezifische Schwingungsebene hat, welche mit ihrer Übertragungsachse zusammenfällt, überträgt; und wenigstens einen Kanal (28; 31; 38; 42; 46), welcher eine Verbindung des Hohlraums (26; 36) mit der Außenumgebung ermöglicht, wobei der Kanal einen Einlass zum Einführen einer Probe und einen Auslass zum Ausleeren einer Probe darstellt; eine Analysiereinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie eine Komponente des durch die Probenzelle hindurch geschickten Lichtes, welche eine spezifische Schwingungsebene hat, die mit einer Übertragungsachse derselben zusammenfällt, überträgt; und einen Lichtsensor, der so angeordnet ist, dass er das durch die Analysiereinrichtung hindurch geschickte Licht detektiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Hohlraums zwischen dem Paar offener Enden des Hohlraums gegenüber der Längsachse des rohrförmigen Basisteils (35) geneigt ist, und dass der Kanal (28; 31; 38; 42; 46) im obersten Teil der geneigten Oberseite des Hohlraums (26; 36) vorgesehen ist.