DK2548002T3 - Kuvetteholder, afbøjningskuvette og optisk analyseapparat. - Google Patents

Description

Kuvetteholder, afbøininaskuvette oa optisk analvseapparat.

Opfindelsen angår et system, omfattende en kuvetteholder til et optisk analyseapparat og en afbøjningskuvette til anvendelse i kuvetteholderen, samt et optisk analyseapparat, fortrinsvis et spektrometer, udstyret med systemet.

Optiske analyseapparater såsom f.eks. spektrometre til undersøgelse af substanser på grundlag af deres optiske egenskaber har længe været et standardanalyseværktøj. Sædvanligvis har et sådant apparat en lyskilde, en optagelsesindretning til en prøve, der skal undersøges og f.eks. befinder sig i en kuvette, samt en analyseenhed, ved hjælp af hvilken de optiske hhv. spektrale egenskaber af lyset, der udsendes af prøven efter modsvarende belysning, undersøges.

For at opnå gode undersøgelsesresultater er det nødvendigt konstruktionsmæssigt at integrere såvel højkvalitetslyskilder som højkvalitetsanalyseenheder i et optisk analyseapparat. I analyse- og laboratoriedriften er der dog jævnligt behov for blot at stille en højkvalitetsanalyseenhed til rådighed for en forhåndenværende lyskilde eller at stille en højkvalitetslyskilde til rådighed for en forhåndenværende analyseenhed. Den kendte tekniks optiske analyseapparater tillader dog betinget af konstruktionsforhold kun i meget begrænset omfang slige variationsmuligheder. DE 1273225 B angår et kolorimetrisk analyseapparat med en anordning til afledning af prøve- og/eller absorptionsvæske fra målekuvetterne. EP 1847827 Al angår en ikke-dispersiv infrarød-gasanalysator til måling af gaskoncentrationer, omfattende et sammenligningskammer af underinddelte målekuvetter, anbragt i et målekammer samt i tilslutning langs hermed, hvilket sammenligningskammer gennemlyses af en ved indgangssiden anbragt IR-strålingskilde med modulationsanordning parallelt i længderetningen, hvis til en hver tid på grund af absorptionstab svækkede lysstråling registreres af en ved udgangssiden anbragt måler til gaskoncentrationsbestemmelse, hvor der er tilvejebragt spejlmidler til udspaltning af målekammerets strålegang, for at lede denne gennem en langvejskuvette påsat ved udspaltningsstedet på målekuvetten. US 3806259 A beskriver en kombineret støtteanordning og et modulært instrumentelt analysesystem, hvor der forefindes flere moduler, som hver især udviser en særskilt funktion, og hvori de forskellige moduler kan sammensættes i forskellige kombinationer for at tilvejebringe forskellige optiske analyseinstrumenter. Modulerne omfatter en lyskilde til forsyning med lys, et registreringsmodul til modtagelse af lys fra et prøvekammermodul, som kan optage en eller flere prøver, der skal analyseres, og kan omfatte visningsmidler i form af et måleapparat eller lignende, for at læse registreringsmodulets resultater. Kombinationen kan også omfatte en monokromatorenhed til tilvejebringelse af i det væsentlige monokromatisk lys og et filtermodul, som er indrettet til at indeholde et eller flere filtre, gennem hvilke kan ledes en lysstråle til opnåelse af en stråle med ønsket frekvens.

Det er således den foreliggende opfindelses opgave at anvise en anordning, ved hjælp af hvilken anvendelsesområdet for forhåndenværende optiske analyseapparater så- som spektrometre kan udvides.

Denne opgave løses ved hjælp af anordningerne med de i de uafhængige krav angivne kendetegn. Underkravene angår fordelagtige udførelsesformer og varianter af opfindelsen.

Kuvetteholderen i et system ifølge opfindelsen til et optisk analyseapparat udviser mindst en belysningsindgang, mindst en detektionsudgang, flere strålingskanaler samt mindst to kuvetterum til indsættelse af kuvetter; yderligere kan der ifølge opfindelsen indsættes en afbøjningskuvette i mindst et af kuvetterummene til afbøjning af stråling fra en første strålingskanal til en anden strålingskanal. Almindeligvis tjener en kuvetteholder til at fastholde stofprøver i definerede positioner i strålegangen i f.eks. et spektrometer for at muliggøre undersøgelse af de pågældende prøver. I det foreliggende tilfælde er kuvetteholderen ifølge opfindelsen udrustet med en sådan yderligere funktionalitet, at en ønsket strålingsvej i kuvetteholderen kan realiseres på grund af muligheden for som ovenfor beskrevet at indsætte en afbøjningskuvette regulerbart i kuvetterummene. Kuvetteholderen i systemet ifølge opfindelsen har således i forhold til konventionelle kuvetteholdere den yderligere funktionalitet målrettet at overføre valgfri elektromagnetisk stråling til analyseformål. Ved at kuvetteholderen anvendes i et optisk analyseapparat, åbner der sig på enkel vis mulighed for eksempelvis at benytte den indbyggede lyskilde i et optisk analyseapparat til bestråling af en ekstern prøve, hvor der til analyse af lyset udsendt af prøven kan anvendes en hvilken som helst anden detektionsenhed end detektionsenheden i det kuvet-teholderudstyrede optiske analyseapparat. Ved denne driftsform anvendes det optiske analyseapparat ved hjælp af kuvetteholderen udelukkende som lyskilde af høj kvalitet.

Omvendt muliggør opfindelsen også at anvende det optiske analyseapparat udelukkende som detektionsenhed ved egnet udrustning af kuvetteholderen med afbøjningsku-vetter, hvorved der kan gribes tilbage til en ekstern lyskilde, og brugen af den i det optiske analyseapparat i forvejen indbyggede lyskilde spares.

Afbøjningskuvetten er som allerede antydet med hensyn til sin geometri udformet analogt med en sædvanlig prøvekuvette til optagelse af prøven, der skal undersøges, med den forskel, at den udviser et afbøjningselement som eksempelvis et spejl, en prisme eller et gitter til afbøjning eller refleksion af elektromagnetisk stråling. Afbøjningskuvetten har i denne forbindelse i det væsentlige den sammen ydergeometri som en sædvanlig prøvekuvette og kan således let udskiftes med denne.

Også yderligere konstruktionsformer af afbøjningselementet kan tænkes, som eksempelvis under anvendelse af indkoblingsoptikker i lysbølgeledere.

Til fluorescensmålinger er det særligt fordelagtigt, når der er anbragt et reflekterende element såsom et planspejl på en over for en strålingskanel liggende side af et kuvetterum. Denne forholdsregel har den virkning, at elektromagnetisk stråling, der transmitteres gennem prøven i kuvetterummet, kan tilbagereflekteres i prøven, hvormed niveauet af fluorescensstrålingen, der skal måles, stiger og dermed forbedrer måleresultaternes kvali- tet.

Til kollimation og/eller fokusering af den anvendte elektromagnetiske stråling kan kuvetteholderen være udstyret med optiske elementer som eksempelvis linser eller lignende. Således kan eksempelvis en kollimator finde anvendelse til en absorptionsmåling og en fokuseret optik til en fluorescensmåing. Særligt fordelagtigt er det, når de nævnte optikker er anbragt aftageligt som moduler i kuvetteholderen, navnlig når de er skruet ind.

Desforuden kan kuvetteholderen frembyde filtre til elektromagnetisk stråling, fortrinsvis kantfiltre og filtre med definerede optiske densiteter. I denne forbindelse er det en fordel, hvis der forefindes en filterskifter til indskiftning af filteret i strålegangen.

Anvendelsesmuligheder for kuvetteholderen ifølge opfindelsen kan udvides ved, at kuvetteholderen frembyder belysningsindgange til mindst en lyskilde til måling af udspaltningen.

Det kan ydermere være arrangeret, at kuvetteholderen har en referencekanal til afbøjning af strålegangen, således at denne ikke passerer en målekuvette. Herved kan der især tages højde for ændringer i den anvendte lyskildes emissionskarakteristik.

Analyseapparatet udrustet med kuvetteholderen udmærker sig således som vist ved forøget anvendelsesfleksibilitet og forbedrede anvendelsesmuligheder, også under anvendelse af allerede tilstedeværende bestanddele. I det følgende beskrives opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen. Heri viser:

Fig. 1 En eksemplarisk udførelsesform af en kuvetteholder i snitbillede,

Fig. 2 en afbøjningskuvette til anvendelse i en kuvetteholder,

Fig. 3 en første udformning af kuvetteholderen med indsat afbøjningskuvette,

Fig. 4 en yderligere konfiguration af kuvetteholderen,

Fig. 5 en udførelsesform af anordningen, der egner sig særligt til målinger på eksterne måleceller,

Fig. 6 en perspektivisk fremstilling afen kuvetteholder,

Fig. 7 et optisk analyseapparat med indbygget kuvetteholder,

Fig. 8 en yderligere variant af kuvetteholderen med referencekanal; og Fig. 9 en udførelsesform af opfindelsen, hvor der forefindes en filterskifter.

Fig. 1 viser et snitbillede af en eksemplarisk udførelsesform af en kuvetteholder. Kuvetteholderen 1 er i det viste eksempel udformet som et legeme med flere strålingskanaler 10, 11, 12, 20 og 30 samt med belysningsindgangen 4, detektionsudgangen 5 og den første eksterne strålingssnitflade 6 samt den anden eksterne strålingssnitflade 7. Derudover udviser kuvetteholderen 1 de to kuvetterum 2 og 3, i hvilke der i den viste fremstilling ingen kuvetter befinder sig. Det første kuvetterum 2 befinder sig i den mellem belysningsindgangen 4 og den første eksterne strålingssnitflade 6 dannede første strålingskanal 10 mellem de to delkanaler 11 og 12. Det ses tydeligt i Fig. 1, at de to delkanaler 11 og 12 er udformet flugtende, således at den første strålingskanal 10 som vist frit kan gennemstråles ved fravær af en kuvette i det første kuvetterum 10. Ligeledes erkendes tydeligt det flugtende arrangement af de to kuvetterum 2 og 3 i den anden strålingskanal 20, som er vist til højre i billedet forsynet med detektionsudgangen 5. Den tredje strålingskanal 30 forløber i det viste eksempel i det væsentlige parallelt med den første strålingskanal 10 og dermed som vist praktisk vertikalt på den anden strålingskanal 20 og udmunder i det andet kuvetterum 3. De to eksterne strålingssnitflader 6 og 7 er eksempelvis forsynet med fiberstik eller lignende optiske tilslutninger og kan især være skruet aftageligt sammen med kuvetteholderen 1, således at de - eventuelt sammen med en til den pågældende anvendelse optimeret optik - let lader sig fjerne og indsætte. Det ses tydeligt, at de to kuvetterum 2 og 3 har et praktisk taget identisk tværsnit, således at kuvetterummene 2 og 3 er udformede således, at de udviser en firfoldig drejesymmetri og en vertikalt til snitfladerne forløbende akse. Denne udformning af kuvetterummene 2 og 3 muliggør på den ene side den lette udskiftelighed af kuvetter mellem de to kuvetterum 2 og 3, samt også muligheden for at anbringe en forhåndenværende kuvette, eksempelvis en som i Fig. 2 vist afbøjningskuvette 8 med spejl 9 i et af de to kuvetterum 2 eller 3. Drejesymmetrien skal herved ikke nødvendigvis være udformet firfoldigt; det kan ligeledes tænkes at udforme inderkonturerne af kuvetterummene 2 eller 3 samt yderkonturerne af de tilhørende kuvetter således, at anvendelsen af kuvetterne i et teknisk meningsløst arrangement på forhånd kan udelukkes.

Afbøjningskuvetten 8 har, som vist i Fig. 2, et planspejl, som forløber i diagonalfladen af afbøjningskuvettens 8 kvadratiske tværsnit.

Fig. 3 viser en første konfiguration af kuvetteholderen 1, som navnlig egner sig til fluorescensmålinger med en ekstern lyskilde og til absorptionsmålinger med en intern lyskilde. I Fig. 3 ses en i det første kuvetterum 2 anbragt afbøjningskuvette 8, hvis spejl 9 er indstillet således, at den fra belysningsindgangen 4 indkoblede stråling fra eksempelvis en intern lyskilde i et spektrometer træder gennem den første strålingskanal 12 og efterfølgende rammer spejlet 9 på afbøjningskuvetten 8. Ved hjælp af spejlet 9 reflekteres den indfaldende stråling i den anden strålingskanal 20 i retning af det andet kuvetterum 3. I det andet kuvetterum 3 kan prøven, der skal undersøges, være anbragt, hvilken absorberer en del af den af spejlet 9 reflekterende stråling og transmitterer en anden andel. Den transmitterede andel træder efterfølgende gennem det resterende afsnit af den anden strålingskanal 20 til detektionsudgangen 5 og tilføres efterfølgende en i Fig. 3 ikke vist detektionsenhed, som ligeledes kan være integreret i spektrometeret. I den viste konfiguration benyttes den første eksterne strålingssnitflade 6 ikke. Den anden eksterne strålingssnitflade 7 kan i den viste konfiguration med fordel anvendes til en fluorescensmåling med en ekstern lyskilde. Til denne brug indkobles lyset fra en ekstern lyskilde (ikke vist i Fig. 3) via den anden eksterne strålingssnitflade 7 i den tredje strålingskanal 30 og rammer efterfølgende prøven og anslår denne til fluorescens. Denne virkning kan forstærkes ved, at der er anbragt et spejl 15 på den side af det andet kuvetterum 3, der vender bort fra den an den eksterne strålingssnitflade 7 og den tredje strålingskanal 30, hvilket spejl kaster den transmitterede andel af den indfaldende stråling tilbage på prøven anbragt i kuvetterum-met 3 og således forstærker fluorescensanslaget. Spejlet 15 kan være et planspejl eller et sfærisk spejl. Fluorescensstrålingen, der udsendes af prøven, kan så føres i den til den tredje strålingskanal 30 ortogonale retning gennem detektionsudgangen af en ikke vist detektionsenhed. Sålunde lader sig på fordelagtig vis virkeliggøre to driftsarter til spektro-skopisk analyse af et stof, der skal undersøges, ved den viste konfiguration af kuvettehol-deren 1.

Fig. 4 viser en yderligere konfiguration af kuvetteholderen 1, som egner sig til absorptionsmålinger med ekstern lyskilde. Til dette formål er afbøjningskuvetten 8 i forhold til den i Fig. 3 viste stilling anbragt 180 ° drejet i det første kuvetterum 2. Således kan nu indkobles en ekstern lyskilde i delkanalen 11 af den første strålingskanal via den første eksterne strålingssnitflade 6, hvorefter strålingen rammer spejlet 9, der reflekterer den i retning af det andet kuvetterum 3, hvori prøven, der skal analyseres, er anbragt. Strålingsandelen, der ikke absorberes af prøven anbragt i det andet kuvetterum 3, forlader derefter på kendt vis kuvetteholderen 1 gennem detektionsudgangen 5 og føres til den ovenomtalte detektionsenhed.

En yderligere udførelsesform af anordningen ifølge opfindelsen er vist i Fig. 5. Den egner sig særligt til målinger med intern eller ekstern lyskilde på eksterne måleceller. I denne konfiguration er det første kuvetterum 2 ikke i brug, hvorimod det andet kuvetterum 3 er monteret med afbøjningskuvetten 8, således at stråling, der falder ind fra den tredje strålingskanal 30 via den anden eksterne strålingssnitflade 7, umiddelbart afbøjes i retning af detektionsudgangen 5. Denne variant gør det muligt at analysere en ekstern målecelle ved hjælp af detektionsenheden, hvor der enten anvendes stråling fra en intern lyskilde, som via den første strålingskanal 10 og den første eksterne strålingssnitflade 6 forlader kuvetteholderen 1, til belysning af målecellen (ikke vist). Alternativt eller derudover kan en ikke vist ekstern lyskilde benyttes.

For yderligere at tydeliggøre opfindelsen er der i figurerne 6 og 7 vist perspektiviske fremstillinger af kuvetteholderen alene og indsat i et spektrometer. Af figur 7 kan det ses, at en klap 40 er anbragt i området for belysningsindgangen 40, med hvilken klap indtræden af lys fra en belysningsanordning i kuvetteholderen kan afskæres. Klappen 40 kan alternativt også være anbragt foran kuvetteholderens 1 detektionsudgang 5, hvorved en spærring af strålingsvejen muliggøres også ved anvendelse af en ekstern lyskilde. I Figur 8 vises en udførelsesform af en kuvetteholder 1' med integreret referencekanal 50. Ved hjælp af referencekanalen 50 kan fortrinsvis ændringer i lyskildens emissionskarakteristik uafhængigt af mediet i kuvetterummet 2' registreres, og måleresultatet kan korrigeres tilsvarende. I referencekanalen 50 kan forefindes afbøjningselementer 51, 52, 53, som eksempelvis kan være udformet som yderligere lysaflukkere eller drejeligt anbragte spejle. I Figur 8 er de bestanddele, der svarer til bestanddele, der allerede kendes fra de foregående figurer, forsynet med tilsvarende mærkede henvisningstal.

Figur 9 viser en kuvetteholder 1" med integreret filterskifter 60, som tillader indskift-ning af forskellige filtre som for eksempel neutraldensitetsfilter (forøgelse af dynamikområdet), kantfilter (korrektion af diffust lys), holmiumfilter (kontrol af bølgelængderigtig-hed), båndpasfilter (fluorescensanslag). Desforuden er i Figur 9 vist to belysningsindgange 4" og 104 med strålingskanalerne 10" og 110, til hvilke der kan tilsluttes mindst en lyskilde til måling og kompensation af optisk tætte mediers sløringsegenskaber i kuvetteholderen. Ved at strålingen, der anvendes til belysning af prøven, indkobles en gang i den første belysningsindgang 4" og en gang i belysningsindgangen 104, drejes vinklen i forhold til de-tektionsudgangen 5", i hvilken strålingen falder ind på prøven i kuvetterummet 2", i foreliggende tilfælde med 90 °. Dermed kan forholdet mellem spredt og absorberet stråling bestemmes ved hjælp af spredningens vinkelafhængighed, således at der med den beskrevne anordning kan foretages såvel sprednings- som absorptionsmålinger. I Figur 9 er de bestanddele, der svarer til bestanddele, der allerede kendes fra de foregående figurer, forsynet med tilsvarende dobbeltmærkede henvisningstal.

Af den foregående redegørelse kan det noteres, at et forhåndenværende optisk analyseapparat ved hjælp af den foreliggende opfindelse på enkel vis lader sig benytte som ren lyskilde, ren detektionsenhed eller som lyskilde med detektionsenhed. Hertil kræves udelukkende indsættelse af de tilsvarende udvalgte afbøjningskuvetter i kuvetteholderen. Ved indskiftning af allehånde filtre i strålegangen kan ydelsen endvidere forbedres af et analysesystem, for eksempel med hensyn til dynamikområdet, diffustlysforholdet eller kompensationen eller udspaltningen af spredning (sløring) fra absorptionen.

Claims (13)

1. System, omfattende en kuvetteholder (1) til et optisk analyseapparat og en afbøj-ningskuvette (8) til anvendelse i kuvetteholderen (1), hvor: - kuvetteholderen (81) frembyder en belysningsindgang (4), en detektionsudgang (5), mindst en første, anden og tredje strålingskanal (10,20,30), mindst en første og en anden ekstern strålingssnitflade (6,7) samt mindst et første og et andet kuvetterum (2,3) til indsætning af kuvetter; - i mindst et af kuvetterummene (2,3) kan afbøjningskuvetten (8) indsættes regulerbart til afbøjning af stråling, hvor afbøjningskuvetten (8) frembyder et afbøjningselement til afbøjning eller refleksion af elektromagnetisk stråling; - den første strålingskanal (10), hvori det første kuvetterum (2) befinder sig, er dannet mellem belysningsindgangen (4) og den første eksterne strålingssnitflade (6); - den anden strålingskanal (20), hvori det første og det andet kuvetterum (2,3) er anbragt flugtende, forløber praktisk taget vertikalt på den første strålingskanal (10) og udmunder i detektionsudgangen; og - den tredje strålingskanal (30) udgående fra den anden eksterne strålingssnitflade (7) forløber i det væsentlige parallelt med den første strålingskanal (10) og udmunder i det andet kuvetterum (3).

2. System ifølge krav 1, kendetegnet ved, at afbøjningselementet er et spejl (9), en prisme eller et gitter.

3. System ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der er anbragt et reflekterende element, fortrinsvis et planspejl, på en side af et kuvetterum (2,3), der ligger over for en strålingskanal (10,20, 30).

4. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at kuvetteholderen (1) frembyder optiske elementer til kollimation og/eller fokusering.

5. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at kuvetteholderen (1") frembyder filtre til elektromagnetisk stråling, navnlig kantfiltre og filtre med definerede optiske densiteter.

6. System ifølge krav 5, kendetegnet ved, at der forefindes en filterskifter (60) til indskiftning af filtrene i strålegangen.

7. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at kuvetteholderen (1") frembyder belysningsindgange (4" og 104) til mindst en lyskilde til måling af tur-biditeten.

8. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at kuvetteholderen (1') frembyder en referencekanal (50) til afbøjning af strålegangen, således at denne ikke passerer en målekuvette.

9. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at afbøjningskuvetten (8) har en yderkontur, der svarer til inderkonturen af et kuvetterum (2,3).

10. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at et afbøj- ningselement i afbøjningskuvetten (8) anbragt i det første kuvetterum (2) er afpasset på en sådan vis, at stråling indkoblet fra belysningsindgangen (4) træder gennem den første strålingskanal (10) og ved hjælp af afbøjningselementet reflekteres i den anden strålingskanal (20) i retning af det andet kuvetterum (3) (Fig. 3).

11. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at et afbøjningselement i afbøjningskuvetten (8) anbragt i det første kuvetterum (2) er afpasset på en sådan vis, at en ekstern lyskildes elektromagnetiske stråling indkoblet via den første eksterne strålingssnitflade (6) reflekteres af afbøjningselementet i den anden strålingskanal (20) i retning af det andet kuvetterum (3) (Fig. 4).

12. System ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at det andet kuvetterum (3) er forsynet med afbøjningskuvetten (8) således, at stråling, der falder ind fra den tredje strålingskanal (30) via den anden eksterne strålingssnitflade (7), umiddelbart afbøjes (Fig. 5) i retning af detektionsudgangen (5).

13. Optisk analyseapparat, fortrinsvis et spektrometer, med et system ifølge et af kravene 1 til 12.