SE467022B - Saett att maeta koncentrationen av ett aemne i en baervaetska, samt en koncentrationsmaetare - Google Patents

Description

467 022 2 komplicerade mätsystem, som t.ex. vätskekromatografi-, gaskroma- tografi- och kärnspinnresonansutrustningar kan en god selektivi- tet som regel erhållas vid koncentrationsmätningar. Dessa utrustningar innebär dock att ett komplicerat provtagningsför- farande måste tillämpas, vilket är tidskrävande antingen det utförs manuellt eller automatiskt; Mättiden är också för hög, vanligen.av storleksordningen 10-20 minuter, och utrustningen kan oftast ej anordnas att avge någon kontinuerlig elektrisk utsignal.

Koncentrationsmätare som baseras på membranteknik kan i detta sammanhang potentiellt erbjuda stora fördelar om de tekniska problem, som uppkommer i samband med utnyttjandet av denna teknik, kan lösas. Genom den varierande permeabiliteten för ämnen med olika molekylstorlek, som membraner uppvisar, och genom den differens i kemisk potential som uppkommer över membraner då lösningar med olika kemiska sammansättningar anbringas på membranets båda sidor, kan en selektiv diffusion av valda ämnen genom membraner anordnas. Ett av de stora problem, till vilket en fungerande teknisk lösning måste kunna realiseras vid industriell användning av den ovan beskrivna tekniken, är utförandet av en ytterst känslig och noggrann detektering, som dessutom skall vara stabil över långa tider, av den minimala mängd av det utvalda ämnet som kan fås att passera genom membranet i realistiskt utförda utrustningar baserade på sådana koncept.

Kända koncentrationsmätare, som är uppbyggda kring membransepara- tionsteknik, är därför anordnade med t.ex. system för till- sättning av s.k. reagenser till den lösning som passerat membranets sekundärsida och därvid anrikats på det valda ämnet som förefinnes på membranets primärsida. Sådana reagenser ökar möjligheterna att detektera det valda ämnet genom t.ex. metoder baserade på fotometri eller fluormetri. Utrustningar av detta slag får emellertid en hög grad av komplexitet och som regel en låg känslighet. Sekundärlösningen kan dessutom inte recirkuleras i ett slutet system eftersom den förändras genom tillsatsen av 467 022 3 reagens. Detta är en ytterst allvarlig begränsning i de fall utrustning av detta slag är avsedd för permanent installation, eftersom lagring av stora mängder sekundärvätska med väldefinie- rad sammansättning, vilket erfordras vid en längre kontinuerlig användning, är praktiskt sett ohanterlig. Tillsättandet av reagens innebär också att koncentrationsbestämningen blir osäker ty den kemiska reaktionen som reagensen utlöser kan vara mer eller mindre ofullständig t§ex. på grund av temperaturför- hållanden.

Från litteraturen är också känt metoder att mäta permeabilitets- egenskaper för membraner med avseende på diffusion av olika ämnen, vilka är baserade på en optisk detektering i vätskesyste- met på membranets sekundärsida med olika lösningar anordnade på dess primärsida. Dessa förut kända metoder uppvisar dock låg känslighet och är oftast begränsade till speciella ämnen vilka t.ex. uppvisar kraftig ljusabsorption i lämpliga våglängds- intervall.

Föreliggande uppfinning syftar till att åstadkomma ett sätt och en anordning för mätning av koncentrationen av ett ämne i en bärvätska med undanröjande av nackdelarna med tidigare kända anordningar för'koncentrationsmätning. Sättetzkännetecknas av att en koncentrationsförändring i sekundärvätskan uppmäts genom att fasskillnaden mellan en ljusstràle som passerar sekundärvätskan före dess passage förbi membranet och en ljustråle som passerar sekundärvätskan efter dess passage förbi membranet bestäms med ett interferometriskt förfarande där interferometerns båda armar utgörs av varsin flödescell. Det utmärkande för anordningen är en referenscell genomströmmad av sekundärvätska och inkopplad mellan en källa för sekundärvätska och inloppet till sekundärkam- maren, en mätcell ansluten till sekundärkammarens utlopp varvid referens och mätcellen bildar delar av en optisk interferometer för bestämning av fasskillnaden mellan ljusstrålar i interferome- terns två armar, vilken fasskillnad representerar den nämnda koncentrationen. 467 022 4 Med anordningen enligt uppfinningen blir det härigenom möjligt att erhålla en känslig och stabil detektering av ett utvalt ämne i primärvätskan. Uppfinningen möjliggör dessutom att sekundär- vätskan kan anordnas i ett slutet recirkulerande system, vilket medger att utrustningen kan utnyttjas i stationär kontinuerlig drift under långa tidsperioder med små krav på tillsyn.

Uppfinningen kommer att förklaras närmare nedan i anslutning till de bifogade figurerna av vilka fig. l visar systemlösningen och fig. 2 visar det optiska systemet.

Den i fig. 1 schematiskt visade anordningen enligt uppfinningen visar funktionen i princip. En primärvätska 1 transporteras genom ett rör 2 i anslutning till vilken en provtagningsventil 3 är anordnad. En liten mängd av primärvätskan 1 transporteras därvid genom ett provflödesrör 4 till ett membranhus 5 med en primärkam- mare och en sekundärkammare och strömmar genom detta membranhus på ett membrans 6 ena sida och ut genom ett utlopp 7. Genom ett inlopp 8 till membranhuset 5 föres en sekundärvätska 9 vilken härvid förbiströmmar membranets 6 andra sida och därvid anrikas på det ämne som genom diffusion, alstrad genom skillnad i kemisk aktivitet eller tryck, vandrar genom membranet från dess ena till dess andra sida. Benägenheten för olika ämnen att diffundera genom membranet 6 kan styras genom val av membranmaterial hos membranet 6 och genom val av den kemiska sammansättningen av sekundärvätskan 9.

Sekundärvätskan 9 transporteras genom ett rör 10 till en optisk detektionsanordning ll vid vilken en bestämning av brytningsindex är anordnad. Denna bestämning av brytningsindex är realiserad genom en optisk, interferometrisk metod varvid den optiska detektionsanordningen 11 är försedd med två celler, en mätcell 12 och en referenscell 13. Den interferometriska metoden ger som resultat skillnaden i fasläge för strålen genom vätskan i 467 022 5 mätcellen 12 jämfört med strålen genom vätskan i referenscellen 13. Metoden beskrivs i större detalj nedan. Sammanfattningsvis kan sägas om denna metod att bestämningen av ändringar i fasläge kan utföras känsligt och med hög stabilitet och att denna mätning kan utföras utan kännedom om det absoluta värdet för t.ex. brytningsindex eller temperatur av sekundärvätskan vilket är av avgörande betydelse för att utnyttjandet av membraner och recirkulering av sekundärvätskan skall vara.möjlig i en anordning enligt uppfinningen. Den ändring av fasskillnaden som uppmätes på detta sätt är direkt beroende av de ändringar av koncentratio- nen av det valda ämnet i sekundärvätskan 8 som inträffar dà denna passerar membranhuset 5, vilket i sin tur är direkt relaterad till koncentrationen av det valda ämnet i primärvätskan 1.

Den interferometriska metoden karakteriseras av att bestämningen av fasändringen, vilken uppmäts i den optiska detekteringsanord- ningen ll, kan ske med stor noggrannhet, oberoende av det absoluta värdet av fasen hos de bägge interfererande ljusstràlar- na. Detta, vilket är en utmärkande egenskap hos interferometriska metoder för bestämning av fasskillnaden mellan ljusstrålar, innebär för anordningen enligt uppfinningen att sekundärvätskan kan anordnas att cirkulera i ett slutet system. Detta system visas i fig. 1 genom en behållare 14, en pump samt ett rörsystem 16.

En flödesvakt l6B övervakar primärflödet. En ventil 17 är en avstängningsventil och tillika en flödesregleringsventil. En ventil 18 är anordnad för åstadkommande av en inkoppling av en referensvätska 19 från en behållare 20 genom ett rör 21 med utnyttjande av en pump 22.

Fig. 2 visar systemet för optisk detektering av fasändringar i större detalj. En mätcell 101 och en referenscell 102 motsvarar cellerna 12 och 13 i fig. 1. En ljuskälla 104, vilken t.ex. kan vara en lysdiod, belyser en bländare 105. Ljuset fortplantas genom en polarisator 106 varvid ljusstrålen planpolariseras. I ett prisma 107 uppdelas ljusstrálen i två komponenter med 467 022 6 cirkulär polarisation med olika rotationsriktningar på polarisa- tionsvektorn för de bägge utgående strålarna (högervridning i en stråle 108 resp. vänstervridning i en stråle 109). En lins 110 kollimerar strålarna vilka därefter leds genom mätcellen 101 resp. referenscellen 102. Med en lins 111 riktas ljusstrålarna genom en prisma 112 och en kvartsvåglängdsplatta 113. Härvid erhålls en planpolariserad ljusstråle, varvid vinkeln mellan polarisationsvektorn för denna ljusstràle och. polarisations- riktningen för den ursprungliga ljusstrålen (efter polarisatorn 106) bestäms av skillnaden i fas mellan ljusstrålarna som passerat mätcellen 101 och referencellen 102.

En ändring av koncentrationen av ett ämne i vätskan i mätcellen 101 jämfört med koncentrationen av ämnet i vätskan i referenscel- len 102 innebär just en sådan förändring i det inbördes fasläget mellan de bägge ljusstrålarna. Denna fasförändring omvandlas till en förändring av intensiteten hos ljusstrålen vid passagen av en analysator 114. Den optiska intensiteten omvandlas till en elektrisk signal i en optisk detektor 115, vilken t.ex. kan vara en fotodiod. Denna elektriska signal representerar således koncentrationen av det valda ämnet i sekundärvätskan och därmed även i primärvätskan.

De ovan beskrivna utföringsformerna kan på många olika sätt varieras och modifieras inom ramen för uppfinningens grundtanke.

Claims (5)

1. 467 022 7 PATENTKRAV Sätt att mäta koncentrationen av ett ämne i en bärvätska, kallad primärvätska (1), innefattande följande: k ä n n e t e c k n a t

2. att primärvätskan (1) leds förbi ena sidan av ett membran (6), att en sekundärvätska (9) motstående sida, leds förbi membranets (6) varvid koncentrationen av det nämnda ämnet i sekundärvätskan påverkas, och att koncentrationsändringen av det nämnda ämnet i sekun- därvätskan mäts med ett optiskt förfarande, av att en koncentrationsförändring i sekundärvätskan uppmäts genom att fasskillnaden mellan en ljusstrále som passerar sekundärvätskan före dess passage förbi membranet (6) och en ljusstrále som passerar sekundärvätskan efter dess passage förbi membranet (6) bestäms med ett interfe- rometriskt förfarande där interferometerns båda armar utgörs av varsin flödescell (13, 12). Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att sekundärvätskan recirkuleras.

3. k ä n n e t e c k n a d Koncentrationsmätare innefattande ett hus (5) med dels ett semipermeabelt membran (6) uppdelande huset i en primärkammare och en sekundärkammare, ett inlopp till primärkammaren för en primärvätska (1) innehållande det för koncentrationsbestämning avsedda ämnet, ett inlopp till sekundärkammaren för en sekundärvätska, vilken vid passage förbi membranet anrikas, utarmas eller är oförändrad med avseende på koncentration av det avsedda ämnet och i vilket koncentrationsförändringar är anordnade att uppmätas pà optisk väg, samt ett utlopp från vardera kammaren, av att 467 022 8 - en referenscell (13) genomströmmad av sekundärvätskan (9) och inkopplad mellan en källa (14) för sekundärvätska och inloppet till sekundärkammaren, - en mätcell (12) ansluten till sekundärkammarens utlopp, - varvid referens- och mätcellen bildar delar av en optisk interferometer för bestämning av fasskillnaden. mellan 'ljusstràlar i interferometerns två armar, vilken fas- skillnad representerar den nämnda koncentrationen.

4. Koncentrationsmätare enligt krav 3, k ä n n e t e c k- n a d av att sekundärkammarens utlopp är anslutet till källan (14) för sekundärvätska.

5. Koncentrationsmätare enligt krav 3 eller 4, k ä n n e- t e c k n a d av - en flervägsventil (18) med åtminstone ett utlopp anslutet till inloppet av primärkammaren, med ett inlopp för primärvätskan och med ett tillkommande inlopp för en för kalibreringsändamál avsedd vätska.