WO2010146110A1 - Küvettenloses spektrometer - Google Patents

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WO2010146110A1
WO2010146110A1 PCT/EP2010/058533 EP2010058533W WO2010146110A1 WO 2010146110 A1 WO2010146110 A1 WO 2010146110A1 EP 2010058533 W EP2010058533 W EP 2010058533W WO 2010146110 A1 WO2010146110 A1 WO 2010146110A1
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Thomas Willuweit
Achim Sack
Ralf Griesbach
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Ife Innovative Forschungs- Und Entwicklungs Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a cuveless spectrometer.
  • Spectrometers for measuring the concentration of at least one analyte in a fluid sample are well known.
  • the measuring methods on which the spectrometers are based are based on the known physical phenomenon that a light beam experiences a weakening (extinction) when it penetrates a fluid.
  • the attenuation is proportional to the concentration of the analyte and the measurement path in the fluid which must be penetrated by the light beam. This physical relationship is described by the Lambert-Beersche extinction law.
  • spectrometers as described for example in the document DE 28 38 498 C2, are relatively large-dimensioned devices which are operated stationarily in the laboratory. In order to measure the concentration of an analyte in a fluid sample by means of the known spectrometers, the fluid sample must first be placed in a cuvette, which is then arranged in the corresponding spectrometer.
  • a cuveless spectrometer for measuring the concentration of at least one analyte in a fluid sample, comprising: a light source for generating a light beam, a photosensor for receiving the light beam, and a measurement path in the optical path of the light beam into which the fluid sample can be introduced the measuring section is provided variable.
  • the idea underlying the present invention is to completely dispense with the use of cuvettes and at the same time to provide a variable measuring path.
  • a "fluid” is to be understood as meaning a liquid, a gas or a mixture thereof, and a fluid may also have a solids content.
  • light preferably means not only visible light, but also, for example, infrared, UV radiation of X-rays.
  • the light source and the photodetector for changing the measuring path are provided to each other movable.
  • the measuring path can be changed in a simple manner.
  • the measuring section between the light source or the photosensor and a light guide arranged in the beam path is defined, wherein the light source and the light guide and / or the photosensor and the light guide for changing the measuring section are provided to each other movable , This also allows the measurement path to be changed in a simple manner.
  • the optical fiber protrudes into a sleeve, the measuring path between an end face of the
  • the measuring section can thus either - -
  • front side is meant the end of the light guide at which the light beam enters or exits.
  • the sleeve has at least one opening which allows the introduction of the fluid sample into the measuring section.
  • the fluid sample can be easily introduced into the measuring section.
  • this also makes it easy to use the spectrometer as
  • dip spectrometer is meant that the spectrometer is dipped into the fluid to withdraw a fluid sample from a fluid having a portion of the spectrometer and thereby receive the fluid sample from the fluid.
  • two of the openings are provided spaced apart from one another in the sleeve along the beam path.
  • the light guide is fixedly attached to a handling part of the spectrometer and / or the sleeve extends in sections in a receiving area in the handling part and is displaceable within ⁇ 3 -
  • the spectrometer can be easily held with one hand on its handling part, wherein an operator with the other hand can move the sleeve relative to the light guide and thereby change the measuring path. It should be noted that this displacement of the sleeve with respect to the light guide as well as the mobility of the light source and the photodetector to each other in stages, for example by means of corresponding notches, or may be provided continuously.
  • the end piece of the sleeve has a lens and / or the photosensor.
  • the lens limits the measuring path opposite the front side of the light guide. More preferably, the lens receives the light from the end face of the light guide and focuses it on the photosensor. This means that, from the point of view of the light guide, the photosensor is arranged behind the lens.
  • the photosensor is preferably designed as a photodiode. Photodiodes transform your light into electric by taking advantage of the photoeffect
  • the light source couples the light beam to the other end face of the light guide. Accordingly, the light source is preferably arranged in the handling part.
  • the light guide is formed as an acrylic rod, Macrolonstab, glass rod or fiber optic cable.
  • fiber optic cables are easily available and are further characterized by the fact that, for example, within the handling part on non-straight paths to the - -
  • Light source can be performed.
  • a first and a second light source are provided for optionally generating the light beam with a first or second wavelength / wavelength range.
  • the first and second wavelengths are different from each other. The same applies to the wavelength ranges. However, the wavelength ranges may overlap. Depending on the fluid sample or on the analyte whose concentration is to be measured, it may be necessary for different wavelengths or different wavelength ranges to be required in order to carry out a corresponding measurement.
  • the first or second light source generates the light beam can be set manually by a user, for example. Alternatively, the adjustment can be automated by means of a control device of the spectrometer.
  • the choice between the first or second light source can be made as a function of a selected evaluation mode which will be described in more detail later.
  • more than two light sources can be provided.
  • the one or more light sources emit nearly monochromatic light having a wavelength range of 250-5000 nm.
  • the one or more light sources are designed as light-emitting diodes, in particular as laser diodes.
  • a laser diode is a light-emitting diode (LED), which generates laser radiation.
  • a control device is provided, - -
  • An evaluation mode herein includes one or more instructions to determine the concentration of an analyte in the fluid sample in a recognized, repeatable, and comparable manner. For example, these instructions may define the calibration or wavelength of the light beam to be used.
  • characteristic is meant in particular a characteristic absorption spectrum of the fluid or analyte in the fluid, which is also referred to as "spectral fingerprint”.
  • the spectrometer is designed to be portable. That is, the spectrometer has such dimensions as to allow for manual carrying and handling of the spectrometer, and the spectrometer need not be connected to a table such as a benchtop or other carrier.
  • this is formed independent of the mains.
  • the spectrometer does not require a power connection to a power grid, but one in the
  • the energy source integrated in the spectrometer may be a battery or a rechargeable battery. - -
  • a use of the spectrometer according to the invention for determining a volume of a fluid (hereinafter referred to as first fluid) is provided in a vessel.
  • a "vessel” is understood to mean any type of receptacle for receiving a fluid of defined volume. Accordingly, the term “vessel” herein includes any type of container, pond limitation, etc.
  • a second fluid having a known volume and a known concentration of an analyte is first added to the vessel, which then mixes with the first fluid.
  • the concentration of the analyte in the mixture of the first and second fluids is measured by means of the spectrometer.
  • the spectrometer determines on the basis of
  • Concentration of the analyte in the mixture the volume of the first fluid.
  • the known volume of the second fluid and the known concentration of the analyte in the second fluid are previously provided to the spectrometer.
  • the concentration of the analyte in the second fluid can also be determined with the spectrometer.
  • a portable cuveless dive spectrophotometer for determining analyte concentrations in fluid samples with a) a light source and a photodetector, which are arranged on a common optical axis, wherein the light source of several light of different wavelength emit- ⁇ -
  • a control / evaluation device which determines the analyte concentration in the fluid sample on the basis of the measured values supplied by the photodetector, in which c) the .DELTA.-LED (LED array) is arranged substantially parallel to the optical axis
  • Light source and the photodetector are arranged on or in a sufficiently rigid and rigid support system and define between them a cuvette-free measurement section, which is filled by immersing the spectrophotometer in the fluid sample to be measured independently, wherein the light source and / or the photodetector in the beam path relative to each other are movable, and d) the portable spectrophotometer is provided with a mains-independent power supply and a digital display device for the measurement result,
  • Fluid is the generic term for liquids and gases.
  • the support system for the light source and the photodetector may be e.g. a rail or a bar made of a plastic of sufficient torsional and bending stiffness. Suitable plastics can be determined by simple tests. The same applies to suitable dimensions of the carrier system. It is clear that the material properties and the dimensions of the carrier system influence each other. So if a material is e.g. has a high flexural rigidity, may e.g. a carrier rail thinner.
  • the carrier system may, for example, also be tubular or pin-shaped.
  • Light source and photodetector can then be arranged for example on the inside of the tube or pin.
  • the LEDs of the light source emit nearly monochromatic light in the wavelength range of 200 to 100 ⁇ m, e.g. 250-750 nm or 900 nm.
  • the measurement wavelengths can also be in the range of 1,000 to 5,000 nm.
  • the wavelength ranges depend on the analyte to be determined. LEDs or LED arrays with suitable wavelength ranges and appropriate sizing are commercially available. Because the spectrophotometer is immersed in the fluid sample for measurement, the light source (e.g., LED or LED array) is in a fluid-sealed and fluid-resistant housing of suitable size.
  • photodetector e.g. a photodiode.
  • Photodiodes with appropriate sensitivity, spectral bandwidth, and appropriate sizing are commercially available. Since the spectrophotometer is immersed in fluid sample for measurement, the photodetector is in a fluid-sealed and fluid-resistant housing of suitable size.
  • one or more optical elements for efficiently directing the light of the emitter onto the photodetector.
  • narrow-band optical filters can be located in the beam path between emitter and photodetector.
  • apertures for filtering scattered or reflected light are arranged in the beam path between the light source and the photodetector.
  • the diaphragms can be integrated in the fluid-tight housing of the photodetector. In the simplest case, it is a pinhole in which the incident light from the light source falls through a window permeable to light of the selected wavelength, e.g. a window made of quartz glass or a UV-permeable plastic. Also, the light source can be provided with such a panel, if necessary or desired.
  • the photodetector is connected to an analog-to-digital converter, which digitizes the recorded analog measurement data and thus brings it into an electronically processable form.
  • a programmable microprocessor handles the control of the spectrophotometer, e.g. the control of the LEDs, the analog-to-digital converter and the digital display device, the calibration or calibration, as well as the evaluation of the measurement results, e.g. the determination of the analyte concentration from the measured absorbance at a certain measurement wavelength or from the measured absorbances at one or more predetermined measurement wavelengths, the known molar extinction coefficient and the known layer thickness of the fluid sample.
  • the measured values can be converted into a suitable
  • the spectrophotometer is particularly suitable for outdoor use due to its small dimensions and off-grid power supply (e.g., via a battery). outside the laboratory, suitable.
  • off-grid power supply e.g., via a battery.
  • the ease of use in conjunction with the automatic evaluation makes it particularly suitable for amateur users, for example in wastewater analysis in third world countries or for monitoring swimming pool water.
  • the spectrophotometer is that the light source and the photodetector in the beam path in the range 0.5 - 5 cm are relatively movable, so that layer thicknesses of 0.5 cm to 5 cm can be adjusted.
  • the carrier system itself may be telescopically extendable or contractible, for example by means of a spring mechanism with correspondingly spaced detents.
  • a suitable screw thread could be used, which is turned in or out depending on the desired layer thickness.
  • there are no special restrictions as long as the set distance and thus the layer thickness can be set with sufficient accuracy and this remains.
  • the exact set distance can be determined, for example, with a standard-colored solution by measuring its extinction and comparing it with its known extinction and concentration with the aid of Lambert-Beer's law. _
  • layer thicknesses can be set, which may be desirable at very low measurement concentrations. Conversely, at very high measurement concentrations, a smaller layer thickness can easily be set.
  • layer thicknesses below 0.5 cm or above 5 cm could also be set, as there is basically nothing physically wrong with them. This is only the area in which commercially available cuvettes are dimensioned.
  • too concentrated samples can be thinned instead of reducing the layer thickness.
  • the beam path can be extended by the fluid sample at too low a concentration by a mirror system.
  • the portable spectrophotometer is suitable for measuring a wide variety of fluids.
  • the fluid sample may be, for example, a gas, a liquid (eg also a body fluid such as serum) or a mixture (eg mist or smoke) thereof.
  • the nature of the measurement also allows, to some extent, to measure cloudy fluid samples (ie, thin suspensions of solids in fluids), such as cloudy sample waters, pore waters, landfill, sewage, suspensions from soil samples, and fertilizers.
  • the portable spectrophotometer is used to determine the concentration of dissolved water ingredients.
  • the water sample can come from an aquarium, garden pond or swimming pool. Regarding the origin of the water there are no restrictions. - -
  • water constituents determinable with the portable spectrophotometer are oxygen, ozone, chlorine (free chlorine, total chlorine), nitrogen compounds (total nitrogen), potassium, iron, zinc, heavy metals, ammonium, cyanuric acid, cyanide, urea, carbonate (water hardness), hydrogen peroxide , Chloride, nitrite, nitrate or phosphate, in particular can be determined with the portable spectrophotometer and the pH of a water sample.
  • the indicator used is automatically detected by the device.
  • nephelometric turbidity measurements can also be made with the portable spectrophotometer.
  • the portable spectrophotometer can also be used for nutrient control of soils in agriculture and forestry.
  • the portable spectrophotometer is also suitable for measuring gas samples, e.g. for determining the concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, water or alcohols or dusts in the air.
  • Suitable regulations eg for sample collection, preparation and handling, standards, detection reagents, suitable measuring wavelengths, etc.
  • DEV German Unitary Methods
  • Another advantage of the portable spectrophotometer is its compatibility with commercial rapid tests or photometric tests. Quick tests for almost every analyte, eg for chlorine, are available, for example, from the companies Fluka or Merck.
  • the portable spectrophotometer When measuring the standards for calibration or calibration supplied with such rapid tests, the portable spectrophotometer automatically recognizes the measuring method to be used (eg the appropriate measuring wavelength) with the aid of a suitably programmed database containing, for example, the characteristic absorption spectrum as a spectral "fingerprint".
  • the selected measurement method is displayed on the digital display device of the portable spectrophotometer.
  • Manufacturer-specific variations of a specific standard are also taken into account in the database and corrected if necessary.
  • a light source in the form of an array of LEDs e.g., type: OP291A, HLMP-CM36, L-7113UVC, L-53SRC-DV
  • each LED can be individually driven.
  • series resistors are installed.
  • a photodetector in the form of a photodiode (eg type: FH229) with evaluation circuit.
  • the voltage thus obtained is directly proportional to the light intensity incident on the photodiode.
  • the voltage Uphoto is applied to the input of an 18-bit delta-sigma analog-to-digital converter (e.g., type: MCP 3421A0T-E / OT) and converted by it into a digital signal.
  • the AD converter already has a software-adjustable gain of 1 to 8 times internally. If necessary, the measuring range can be adjusted.
  • a microprocessor or microcontroller (for example, type: PIC18F1220), which controls the LEDs and the AD converter controls the measurement process and outputs the measured values in plain text and in a suitable unit converted to a display.
  • a step-up voltage converter (e.g., type: XC9119DlOAMR) that supplies the electronics with 5V stabilized voltage during measurement.
  • the unstabilized battery voltage of the CR2032 button cell becomes
  • the entire periphery (photodiode, A / D converter and display) is de-energized in standby mode.
  • the mechanical structure is similar in one embodiment to a pen, with most of the front being occupied by the display. A few buttons allow you to set the parameter to be measured and to trigger a measurement.
  • the measuring cell is part of the housing.
  • a calibration of the portable spectrophotometer may be due to the cuffless No need for operation, since unlike known devices no changing cuvettes are used.
  • the LED array and the photodiode for absorption measurement are located on two surfaces of the measuring cell that are plane-parallel to each other, so that the measuring volume is transmitted directly and the transmitted light falls onto the photodiode.
  • simple shutters are provided in order to shield ambient light and light of the LEDs, which is reflected within the measuring cell.
  • the starting point is an ion concentration C (ion) in the solution to be investigated.
  • a dye complex is formed by the addition of a detection reagent from the ions.
  • the detection reagent is added in excess to the solution, so that complete conversion of all the ions to be detected into the dye complex is achieved.
  • the amount of the dyes formed is thus linearly related to the concentration of the ions:
  • these range from the infrared range to the ultraviolet range. It does not have to be measured in the absorption maximum (so-called Laiabda-max measurement).
  • Laiabda-max measurement By irradiating the sample with the light of a suitably chosen LED, the absorption of the dye can be measured, and Lambert-Beer's law can be used to calculate the dye and thus also the ion concentration.
  • IO is the intensity of the LED without dye complex received by the photodiode
  • the intensity of the dye-complex LED a received by the photodiode indicates how sensitive the photodiode reacts to the light of the LED b expresses the specific absorption behavior of the dye
  • the brightness received by the photodiode is made up of two components: the light from the LED emitted by the measuring cell and the ambient light from the side.
  • the photovoltage that the A / D converter converts behaves as follows:
  • a is a proportionality factor, which depends on the sensitivity of the LED, the optical design and the electrical amplification of the photocurrent.
  • this measurement In order to determine the transmissivity, this measurement must be carried out twice: once with the sample to be examined, in which, however, no detection reagent was given, and once with the reagent-added sample.
  • Fig. 1 shows schematically a spectrometer according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a plan view of a spectrometer according to another embodiment of the present invention, wherein the sleeve is shown partially transparent.
  • FIG. 3 shows the view from FIG. 2, wherein additionally the handling part is shown partially transparent;
  • FIG. 4 is a side view of Fig. 3rd
  • Fig. 1 shows schematically a spectrometer 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the spectrometer 1 is a cuveless spectrometer for measuring the concentration of at least one analyte in a fluid sample 2.
  • the spectrometer 1 has a light source 3 for generating a light beam 4.
  • the spectrometer 1 has a photosensor 5 for receiving the light beam 4.
  • the spectrometer 1 has a measuring section 6 in the beam path of the light beam 4.
  • the fluid sample 2 is introduced into the measuring section 6, the volume of the introduced fluid sample 2 being determined on the basis of the measuring section 6.
  • the measuring section 6 specifies a layer thickness of the fluid sample 2, which the light beam 4 has to penetrate in order to get from the light source 3 to the photosensor 5.
  • the measuring section 6 is variably provided in order thereby to change the volume of the injectable or introduced fluid sample 2. As a result, it is also possible to determine analytes in very low or very high concentrations in the fluid sample 2. For example, in the case that it is an analyte which is present in only a very low concentration in the fluid sample, the measuring path 6 is provided comparatively large.
  • an initial volume 2a of the fluid sample 2 can be increased by an additional volume 2b.
  • the volumes 2a and 2b are shown in FIG. 1 at the top and bottom of a dashed line and left and right each bounded by a solid line, wherein a vertical dashed line the two volumes 2a and 2b separated from each other.
  • the changing of the measuring section 6 can now take place in various ways:
  • a light guide 7 is provided, which is arranged in the beam path of the light beam 4.
  • the measuring section 6 is defined between the light guide 7 and the photosensor 5.
  • the measuring 6 are either changed by the fact that the photo-sensor 5 is moved with respect to the light guide 7 or the light guide 7 with respect to the photosensor 5.
  • the measuring section 6 is defined directly between the photosensor 5 and the light source 3, that is, the light guide 7 is dispensed with. Then, the measuring section 6 is changed by moving either the photosensor 5 with respect to the light source 3 or the light source 3 with respect to the photosensor 5.
  • the movements described above relate to a movement along the beam path of the light beam 4.
  • the photosensor 5 and the light source 3 in the exemplary embodiment according to FIG. 1 could also be exchanged, that is to say that the measuring path 6 between the light source 3 and the light guide 7 is defined.
  • the described spectrometer 1 thus does without the cuvettes described in the introduction, that is to say, in particular no cuvette is needed to measure the concentration of the analyte. It is therefore a cuveless spectrometer 1.
  • the cuveless spectrometer 1 serves to measure the concentration of at least one analyte in a fluid sample 2'.
  • the fluid sample 2 ' is shown in FIG. 2 at the top and bottom by a dashed line and laterally by two dashed lines. limited lines.
  • the fluid sample 2 ' may be a gas, a liquid or a mixture thereof.
  • the fluid sample 2 may also contain some solids, for example dust.
  • the analyte is preferably an ingredient preferably dissolved in water.
  • ingredients are oxygen, ozone, chlorine (free chlorine, total chlorine), nitrogen compounds (total nitrogen), magnesium, calcium, copper, potassium, iron, zinc, heavy metals, ammonium, cyanuric acid, cyanide, urea, carbonate (water hardness), hydrogen peroxide , Chloride, nitrite, nitrate or phosphate.
  • the fluid sample 2 ' can also be a gas, in particular air.
  • the concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, water fractions, alcohols, turbidity, dusts in the air can be measured.
  • the fluid samples 2 ' may also be soil samples or fertilizers.
  • the measurement of a pH in the fluid sample 2 'by means of the spectrometer I 1 is possible.
  • the fluid sample 2 'and / or the analyte it may be necessary to initially provide an indicator in excess in the fluid sample 2' or in the fluid 20 '.
  • an indicator in excess in the fluid sample 2' or in the fluid 20 ' For example, to determine a pH value, the fluid sample 2 'or the fluid 20' can be mixed with phenol red.
  • the spectrometer 1 ' has a plurality of light sources 3', see FIG. 3.
  • the light sources 3 'are preferably LEDs, more preferably laser LEDs.
  • Wavelength of preferably 250-750 nm to emit is preferably adapted to emit light of different wavelengths or different wavelength ranges.
  • one light source 3 ' may be configured to emit light having a wavelength between 610 and 750 nm
  • the other light source 3' may be configured to emit light having a wavelength between 590 and 610 nm.
  • the choice of the respective light source 3 ' can depend on the fluid sample 2' and / or the analyte concentration which it is to be measured and also be selected automatically, as described in more detail below.
  • the plurality of light sources 3 ' can be arranged in approximately semicircular and more preferably form an array.
  • the spectrometer 1 'further comprises a photosensor 5' for receiving the light beam 4 '.
  • the photosensor 5 ' converts the impinging light beam 4' into electrical signals.
  • the electrical signals each depend on the impinging
  • the photosensor 5 is preferably a photodiode.
  • the spectrometer 1 is formed with a measuring path 6 'in the beam path of the light beam 4'.
  • the fluid sample 2 ' can be introduced into the measuring section 6', the volume of the injectable fluid sample 2 'being determined on the basis of the measuring section 6', as already explained in connection with FIG. 1 above.
  • the measuring section 6 ' is variably provided to thereby change the volume of the injectable fluid sample 2'.
  • the spectrometer 1 is designed, for example, as follows:
  • a light guide 7' for example in the form of an acrylic rod, Macrolonstabs, glass rod or fiber optic cable arranged.
  • the light guide 7 ' has a first portion 12', which is fixedly accommodated in a handling part 13 'designed as a housing.
  • the light guide 7 ' also has a second section 14', which extends out of the handling part 13 'out into a sleeve 15'.
  • the sleeve 15 ' has a substantially annular cross-section.
  • the inner diameter of the annular cross section of the sleeve 15 ' substantially corresponds to the outer diameter of the circular cross section of the optical waveguide 7'.
  • the sleeve 15 ' is preferably provided with a plurality of oblong holes 19'.
  • two elongated holes 19 ' are opposite.
  • two such pairs of opposing ones may be used
  • Oblong holes 19 'along the beam path of the light beam 4' spaced from each other along the sleeve 15 ' may be provided. Regardless of the position of the sleeve 15 'with respect to the handling part 13' or the light guide 7 'is always one of the slots 19' in connection with the measuring section
  • the sleeve 15 ' has a first portion 16' with which it extends into the handling part 13 '.
  • the section 16 ' is movably received along the beam path of the light beam 4' in the handling part 13 'in a receiving space 21' thereof.
  • the section 16 ' may be provided with an external thread, which engages in a corresponding internal thread in the handling part 13'.
  • the section 16 ' may be provided on the outside with detents, which engage with corresponding counter-detents in the handling part 13' and thus allow a stepwise displaceability of the sleeve 15 'with respect to the handling part 13'.
  • a second portion 17 'of the sleeve 15' extends outwardly from the handling part 13 'out and surrounds the second portion 14' of the light guide 7 '.
  • To the second portion 17 'of the sleeve 15' is followed by a third portion 18 'of the sleeve 15', which limits the fluid sample 2 'at its periphery.
  • an end piece 22 ' adjoins the third section 18'.
  • the end piece 22 ' closes the annular cross section of the sleeve 15' fluid-tight.
  • the measuring section 6 ' is thus defined between the end piece 22' and an end face 23 'of the light guide 7'.
  • the volume of the fluid sample 2 ' is limited along the path of the light beam 4' from the end piece 22 'and the end face 23' and, as mentioned, circumferentially from the third portion 18 'of the sleeve 15'. - -
  • the end piece 22 ' has the photosensor 5' and preferably a lens 24 ', which bundles the incident light beam 4' on the photosensor 5 '.
  • the measuring section 6' is set and thus can be easily adapted to the requirements for a concentration measurement of each analyte. It is also conceivable here that the sleeve is automated, for example by means of a corresponding servomotor, from the handling part 13 'in and out.
  • the light beam 4 ' is coupled.
  • means 26 ' may be provided in order to selectively connect one or the other light source 3' in a light-conducting manner to the light guide 7 '.
  • the spectrometer 1 'further has a control device 27', see FIG. 4, which actuates the light sources 3 '. Furthermore, the control device 27 'controls the photosensor 5', for example to calibrate it. In addition, the photosensor 5 'supplies the electrical signals generated by the latter to the control device 27' for evaluation by the latter.
  • the spectrometer 1 is designed with a display device 28 'for displaying, for example, the measured analyte concentrations. Furthermore, a menu selection can be displayed on the display device 28 'by means of which a user can operate the control device 27'.
  • the spectrometer 1 ' may be in addition to an on / off button _
  • the spectrometer 1 ' may further comprise a memory 34', which is integrated, for example, in the control device 27 '.
  • Various evaluation modes can be stored on the memory 34 '. For example, a user who wishes to determine the concentration of a particular analyte, for example oxygen, may select a corresponding evaluation mode stored on the memory 34 'by means of the menu selection of the display device 28'.
  • the control device 27 'then controls the light sources 3' and the photosensor 5 'as a function of the selected evaluation mode and carries out corresponding evaluations, which are then displayed on the display device 28'.
  • an evaluation as described below can be carried out, wherein a suitable evaluation mode is automatically selected:
  • the control device 27 controls the plurality of light sources 3' and the photosensor 5 'to determine a characteristic of the fluid sample 2' , The characteristic is, for example, a specific absorption spectrum of the fluid sample 2 '.
  • the controller 27 selects one of a plurality of evaluation modes stored on the memory 34' as a function of the characteristic. For example, the determined characteristic can be stored on the memory 34 '
  • Characteristics are compared and are selected in a corresponding match of a respective stored characteristic associated evaluation mode.
  • the light sources 3 'and the photosensor 5' are then activated as a function of the selected evaluation mode and corresponding evaluations of the signals from the photosensor 5 'are made.
  • the type of fluid sample 2 ' can be determined independently by the spectrometer 1, for example a fertilizer, and then the appropriate evaluation mode can be selected, whereupon the concentrations of the analytes relevant for the respective fluid sample measured and displayed on the display device 28 '.
  • the selection of a particular light source 3 'among the plurality of light sources 3', which is used for determining the concentration of a particular analyte in the fluid sample 2 ' can be made depending on the evaluation mode.
  • control device 27 ', the display 28', the operating elements 32 ', 33' and the storage 34 ' are preferably integrated in the handling part 13' and protected from environmental influences, in particular from liquid and dust.
  • the handling part 13 ' has an energy source 35', for example in the form of a battery, which supplies the electrical components 3 ', 5', 27 ', 28', 33 'and 34' with energy.
  • an energy source 35' for example in the form of a battery, which supplies the electrical components 3 ', 5', 27 ', 28', 33 'and 34' with energy.
  • the spectrometer 1 ' may have a data interface, for example a USB connection or an RS-232 connection, in order to connect the spectrometer 1' or the electrical components 3 ', 5', 27 ', 28', 33 '. and 34 'of the same externally to control and / or to provide energy.
  • a data interface for example a USB connection or an RS-232 connection
  • the spectrometer 1 ' is thus network-independent.
  • the spectrometer 1 'can also be provided stationary, for example for turbidity measurement in pipes.
  • the spectrometer 1 'can be used as a signal generator for automatic titration stands in a laboratory.
  • this may be formed with the following electronic components:
  • each LED can be individually driven;
  • each series resistors are installed;
  • a photosensor 5 in the form of a photodiode (e.g., type: OP950) with evaluation circuitry; the photodiode is connected to an operational amplifier (e.g., type: OP07) so that the output current Iphoto produced by the photodiode is converted into a current linear voltage Uphoto ⁇ iphoto; the voltage thus obtained is directly proportional to the light intensity incident on the photodiode; the voltage Uphoto is applied to the input of an analog-to-digital converter (e.g., type: AD7450) and converted by it into a digital signal;
  • an analog-to-digital converter e.g., type: AD7450
  • a control device 27 'in the form of a microprocessor or microcontroller (eg type: MC9S08QG8CDTE), which takes over the control of the LEDs 3' and the AD converter, controls the measuring process and outputs the measured values in plain text and in a suitable unit converted on the display device 28 'in the form of a screen;
  • a microprocessor or microcontroller eg type: MC9S08QG8CDTE
  • a step-up voltage converter (e.g., type: NCP1400A) which supplies the electronics with stabilized 5V voltage in measurement mode; when the spectrometer 1 is in standby, the unstabilized battery voltage of the CR2032 button cell (about 3V, type only by way of example) is used to power the processor; To save power, the entire periphery (photodiode, A / D converter and display) is de-energized in standby mode.
  • the liter of water is placed in a pond and waited for a certain time until the calcium ions have spread in the pond. Then, by means of the spectrometer 1, 1 ', the concentration of calcium ions in the pond is determined, which is referred to below as the second concentration.
  • a defined evaluation mode of the spectrometer 1, 1 ' is started, which determines the volume of the pond on the basis of the first and second concentration and on the basis of the volume of one liter of water.
  • Portable cuveless dive spectrophotometer for the determination of analyte concentrations in fluid samples with a) a light source and a photodetector, which are arranged on a common optical axis, wherein the light source consists of a plurality of light of different wavelength emitting diodes (LED array) or laser diodes, b) a control / evaluation device which determines the analyte concentration in the fluid sample on the basis of the measured values supplied by the photodetector, wherein c) the light source and the photodetector on or in a sufficient warping - and rigid support system ange- - -
  • a cuvette-free measuring section which is filled independently by immersing the spectrophotometer in the fluid sample to be measured, the light source and / or the photodetector in the beam path are relatively movable, and d) the portable spectrophotometer with a mains-independent power supply and a digital display device is provided for the measurement result.
  • Portable spectrophotometer according to embodiment 1, characterized in that the LEDs emit almost monochromatic light of wavelengths 250-750 nm.
  • Portable spectrophotometer according to embodiment 1 or 2, characterized in that the photodetector a
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that in the beam path between the light source and the photodetector diaphragms for
  • Filtering scattered or reflected light are arranged.
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that the photodetector is connected to an analog-to-digital converter.
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that the control / evaluation device is based on a programmable microprocessor. 7. Portable spectrophotometer according to Embodiment 6, characterized in that the microprocessor takes over the control of the LEDs, the analog-to-digital converter and the digital display device.
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that the digital display device displays the measured values alphanumerically and converted into a suitable unit.
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that the light source and the photodetector in the beam path in the range 0.5 - 5 cm are movable relative to each other.
  • Portable spectrophotometer according to one of the preceding embodiments, characterized in that the off-grid power supply is a battery.
  • the fluid sample to be measured is a gas, a liquid or a mixture thereof.

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Spektrometer (1; 1') zum Messen der Konzentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe (2; 2'), mit einer Lichtquelle (3; 3') zum Erzeugen eines Lichtstrahls (4; 4'), mit einem Photosensor (5; 5') zum Empfangen des Lichtstrahls (4; 4'), und mit einer Messstrecke (6; 6') im Strahlengang des Lichtstrahls (4; 4'), in welche die Fluidprobe (2; 2') einbringbar ist, wobei die Messstrecke (6; 6') veränderlich vorgesehen ist.

Description

Küvettenloses Spektrometer
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein küvettenloses Spektrometer .
Spektrometer zum Messen der Konzentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe sind allgemein bekannt. Das Spektrometern zugrunde liegende Messverfahren beruht auf dem bekannten physikalischen Phänomen, dass ein Lichtstrahl eine Schwächung (Extinktion) erfährt, wenn er ein Fluid durchdringt. Die Schwächung ist proportional zur Konzentration des Analyts und zur Messstrecke in dem Fluid, welche von dem Lichtstrahl durchdrungen werden muss. Dieser physikalische Zusammenhang wird durch das Lambert-Beersche- Extinktionsgesetz beschrieben.
Bei bekannten Spektrometern, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 28 38 498 C2 beschrieben, handelt es sich um ver- gleichsweise groß dimensionierte Geräte, die stationär im Labor betrieben werden. Um mittels der bekannten Spektrometer die Konzentration eines Analyts in einer Fluidprobe zu messen, muss die Fluidprobe zunächst in eine Küvette gegeben werden, die daraufhin in dem entsprechenden Spektrometer an- geordnet wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ansatz hat es sich als nachteilig herausgestellt, dass handelsübliche Küvetten eine feste Messstrecke definieren, welche durch die planparallelen Seitenflächen einer jeweiligen Küvette vorgegeben ist. Benötigt man nun aber eine größere Messstrecke, zum Beispiel bei sehr niedrigen Konzentrationen des Analyts in der Fluidprobe, muss eine entsprechend anders dimensionierte Küvette verwendet werden. Dies ist vergleichsweise umständlich. Hinzu kommt, dass Küvetten durch die Berührung mit den Fingern leicht verschmutzen oder auch leicht versehentlich fallengelassen werden und zerbrechen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Spektrometer bereitzustellen, welches insbesondere die beschriebene, umständliche Handhabung der Küvetten vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein küvettenloses Spektrometer gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Demgemäß wird ein küvettenloses Spektrometer zum Messen der Konzentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe bereitgestellt, welches Folgendes aufweist: eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls, einen Photosensor zum Empfangen des Lichtstrahls und eine Messstrecke im Strahlengang des Lichtstrahls, in welche die Fluidprobe einbringbar ist, wobei die Messstrecke veränderlich vorgesehen ist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, komplett auf die Verwendung von Küvetten zu verzichten und gleichzeitig eine veränderliche Messstrecke vorzusehen.
Somit entfällt die umständliche Handhabung der Küvetten und gleichzeitig wird das Messen von sehr hohen und sehr niedrigen Konzentrationen eines Analyts in einer Fluidprobe ermöglicht. Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung.
Unter einem „Fluid" ist vorliegend eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Gemisch dieser zu verstehen. Bevorzugt kann ein Fluid auch einen Feststoffanteil aufweisen.
Vorliegend ist mit „Licht" vorzugsweise nicht nur sichtbares Licht gemeint, sondern auch beispielsweise Infrarot, UV- der Röntgenstrahlung .
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers sind die Lichtquelle und der Photodetektor für ein Verändern der Messstrecke zueinander beweglich vorgesehen. Dadurch kann auf einfache Weise die Messstrecke verändert werden .
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers ist die Messstrecke zwischen der Lichtquelle oder dem Photosensor und einem im Strahlengang angeordneten Lichtleiter definiert, wobei die Lichtquelle und der Lichtleiter und/oder der Photosensor und der Lichtleiter für das Verändern der Messstrecke zueinander beweglich vorgesehen sind. Auch dadurch kann auf einfache Weise die Messstrecke verändert werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers ragt der Lichtleiter in eine Hülse hin- ein, wobei die Messstrecke zwischen einer Stirnseite des
Lichtleiters und einem Endstück der Hülse gebildet und mittels Verschiebens der Hülse und des Lichtleiters zueinander veränderlich. Die Messstrecke kann also entweder dadurch ver- - -
ändert werden, dass der Lichtleiter weiter in die Hülse hineingeschoben wird, wobei die Hülse stationär zu einem an späterer Stelle noch näher beschriebenen Handhabungsteil des Spektrometers bleibt, oder aber die Hülse weiter auf den Lichtleiter aufgeschoben wird, wobei der Lichtleiter zu dem erwähnten Handhabungsteil stationär vorgesehen ist. Mit „Stirnseite" ist das Ende des Lichtleiters gemeint, an welchem der Lichtstrahl ein- oder austritt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers weist die Hülse wenigstens eine Öffnung auf, welche das Einbringen der Fluidprobe in die Messstrecke erlaubt. Dadurch kann die Fluidprobe auf einfache Weise in die Messstrecke eingebracht werden. Außerdem ergibt sich da- mit auch einfach die Möglichkeit, das Spektrometer als
Tauchspektrometer vorzusehen. Mit „Tauchspektrometer" ist gemeint, dass das Spektrometer zur Entnahme einer Fluidprobe aus einem Fluid mit einem Abschnitt des Spektrometers in das Fluid getaucht wird und dadurch die Fluidprobe aus dem Fluid aufgenommen wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers sind entlang des Strahlengangs zwei der Öffnungen voneinander beabstandet in der Hülse vorgesehen. Dadurch kann in dem Fall, dass eine große Messstrecke vorgesehen wird, die entsprechend große Fluidprobe vergleichsweise schnell in die Messstrecke eingebracht werden.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers ist der Lichtleiter an einem Handhabungsteil des Spektrometers fest angebracht und/oder erstreckt sich die Hülse abschnittsweise in einem Aufnahmebereich in dem Handhabungsteil und ist verschieblich innerhalb ~ 3 —
des Aufnahmebereichs vorgesehen. Dadurch kann das Spektrome- ter einfach mit einer Hand an dessen Handhabungsteil gehalten werden, wobei eine Bedienerperson mit der anderen Hand, die Hülse bezüglich des Lichtleiters verschieben und dadurch die Messstrecke verändern kann. Es sei darauf hingewiesen, dass dieses Verschieben der Hülse bezüglich des Lichtleiters wie auch die Beweglichkeit der Lichtquelle und des Photodetektors zueinander in Stufen, beispielsweise mittels entsprechender Rasten, oder stufenlos vorgesehen sein kann.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers weist das Endstück der Hülse eine Linse und/oder den Photosensor auf. Vorzugsweise begrenzt die Linse die Messstrecke gegenüberliegend der Stirnseite des Lichtlei- ters . Weiter bevorzugt empfängt die Linse das Licht von der Stirnseite des Lichtleiters und fokussiert dieses auf den Photosensor. Das heißt, dass aus Sicht des Lichtleiters der Photosensor hinter der Linse angeordnet ist. Der Photosensor ist vorzugsweise als Photodiode ausgebildet. Photodioden wan- dein Licht unter Ausnutzung des Photoeffekts in elektrischen
Strom um.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers koppelt die Lichtquelle den Lichtstrahl an der anderen Stirnseite des Lichtleiters ein. Demnach ist die Lichtquelle bevorzugt in dem Handhabungsteil angeordnet.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers ist der Lichtleiter als ein Acrylstab, Macrolonstab, Glasstab oder Glasfaserkabel ausgebildet. Derartige Glasfaserkabel sind einfach erhältlich und zeichnen sich weiterhin dadurch aus, dass sie beispielsweise innerhalb des Handhabungsteils auch auf nicht geradem Wege zu der - -
Lichtquelle geführt werden können.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Spektrometers sind eine erste und eine zweite Licht- quelle zum wahlweise Erzeugen des Lichtstrahls mit einer ersten oder zweiten Wellenlänge/Wellenlängenbereich vorgesehen. Die ersten und zweiten Wellenlängen sind voneinander unterschiedlich. Gleiches gilt für die Wellenlängenbereiche. Jedoch können sich die Wellenlängenbereiche überlappen. Je nach Fluidprobe bzw. je nach Analyt, dessen Konzentration zu messen ist, kann es erforderlich sein, dass unterschiedliche Wellenlängen bzw. unterschiedliche Wellenlängenbereiche erforderlich sind, um eine entsprechende Messung durchzuführen. Ob nun die erste oder zweite Lichtquelle den Lichtstrahl er- zeugt, kann beispielsweise manuell von einem Benutzer eingestellt werden. Alternativ kann die Einstellung automatisiert mittels einer Steuereinrichtung des Spektrometers erfolgen. Insbesondere kann die Wahl zwischen der ersten oder zweiten Lichtquelle in Abhängigkeit von einem an späterer Stelle noch näher beschriebenen ausgewählten Auswertemodus erfolgen. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Lichtquellen vorgesehen sein. Vorzugsweise emittieren die eine oder mehreren Lichtquellen nahezu monochromatisches Licht mit einem Wellenlängenbereich von 250-5000 nm.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers sind die eine oder mehreren Lichtquellen als Leuchtdioden, insbesondere als Laserdioden ausgebildet. Eine Laserdiode ist eine Leuchtdiode (LED), welche La- serstrahlung erzeugt.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, - -
welche in einem ersten Schritt die eine oder mehreren Lichtquellen sowie den Photosensor ansteuert, um eine Charakteristik der Fluidprobe zu ermitteln, in einem zweiten Schritt einen von mehreren auf einem Speicher des Spektrometers gespei- cherten Auswertemodi in Abhängigkeit von der Charakteristik auswählt und in einem dritten Schritt die eine oder mehreren Lichtquellen sowie den Photosensor in Abhängigkeit von dem ausgewählten Auswertemodus ansteuert. Ein Auswertemodus enthält vorliegend eine oder mehrere Anweisungen, um die Kon- zentration eines Analyts in der Fluidprobe auf anerkannte, wiederholbare und vergleichbare Weise zu bestimmen. Diese Anweisungen können beispielsweise die Kalibrierung oder die Wellenlänge des zu verwendenden Lichtstrahls definieren. Mit der "Charakteristik" ist insbesondere ein charakteristisches Absorptionsspektrum des Fluids oder des Analyts in dem Fluid gemeint, welches auch als „spektraler Fingerabdruck" bezeichnet wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers ist dieses portabel ausgebildet. Das heißt, dass das Spektrometer derartige Abmessungen aufweist, die ein manuelles Tragen und Handhaben des Spektrometers ermöglicht und dass das Spektrometer nicht mit einem Tisch, beispielsweise einem Labortisch, oder einem sonstigen Träger verbunden sein muss.
Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung des erfindungs- gemäßen Spektrometers ist dieses netzunabhängig ausgebildet. Damit ist gemeint, dass der Spektrometer keinen Stroman- Schluss an ein Stromnetz benötigt, sondern eine in dem
Spektrometer integrierte Energiequelle aufweist. Bei der in dem Spektrometer integrierten Energiequelle kann es sich um eine Batterie oder einen Akku handeln. — —
Weiterhin wird eine Verwendung des erfindungsgemäßen Spektro- meters zur Bestimmung eines Volumens eines Fluids (nachfolgend als erstes Fluid bezeichnet) in einem Gefäß bereitgestellt.
Unter einem "Gefäß" ist vorliegend jede Art von Aufnahme zu verstehen, um ein Fluid definierten Volumens aufzunehmen. Demnach umfasst der Begriff "Gefäß" vorliegend jede Art von Behältnis, Teichbegrenzung usw..
Dazu wird zunächst ein zweites Fluid mit einem bekannten Volumen und einer bekannten Konzentration eines Analyts in das Gefäß gegeben, welches sich daraufhin mit dem ersten Fluid vermischt .
Hiernach wird die Konzentration des Analyts in dem Gemisch aus dem ersten und zweiten Fluid mittels des Spektrometers gemessen.
Anschließend ermittelt das Spektrometer auf Grundlage der
Konzentration des Analyts in dem Gemisch das Volumen des ersten Fluids . Dazu wird zuvor das bekannte Volumen des zweiten Fluids und die bekannte Konzentration des Analyts in dem zweiten Fluid dem Spektrometer bereitgestellt. Die Konzentra- tion des Analyts in dem zweiten Fluid kann auch mit dem Spektrometer ermittelt werden.
Weiterhin wird ein portables küvettenloses Tauchspektrophoto- meter zur Bestimmung von Analyten-Konzentrationen in FIu- idproben mit a) einer Lichtquelle und einem Photodetektor, die auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, wobei die Lichtquelle aus mehreren Licht unterschiedlicher Wellenlänge emit- ~~ —
tierenden Dioden (LED-Array) besteht, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse angeordnet sind, b) einer Steuer/Auswerteeinrichtung, welche die Analyten- Konzentration in der Fluidprobe aufgrund der von dem Photode- tektor gelieferten Messwerte ermittelt, bei dem c) die Lichtquelle und der Photodetektor auf oder in einem ausreichend verwindungs- und biegesteifen Trägersystem angeordnet sind und zwischen sich eine küvettenlose Messstrecke definieren, die durch Eintauchen des Spektrophotometers in die zu messenden Fluidprobe selbständig gefüllt wird, wobei die Lichtquelle und/oder der Photodetektor im Strahlengang relativ zueinander bewegbar sind, und d) das portable Spektrophotometer mit einer netzunabhängigen Stromversorgung und einer digitalen Anzeigeeinrichtung für das Messergebnis versehen ist,
bereitgestellt .
"Fluid" ist der Oberbegriff für Flüssigkeiten und Gase.
Das Trägersystem für die Lichtquelle und den Photodetektor kann z.B. eine Schiene oder ein Stab aus einem Kunststoff ausreichender Verwindungs- und Biegesteifigkeit sein. Geeig- nete Kunststoffe lassen sich durch einfache Versuche ermitteln. Das gleiche gilt auch für geeignete Abmessungen des Trägersystems. Es ist klar, dass die Materialeigenschaften und die Abmessungen des Trägersystems sich gegenseitig beeinflussen. Wenn also ein Material z.B. eine hohe Biegesteifig- keit hat, kann z.B. eine Trägerschiene daraus dünner sein.
Das Trägersystem kann z.B. auch röhr- bzw. stiftförmig sein. Lichtquelle und Photodetektor können dann z.B. auf der Innenseite des Rohres oder Stiftes angeordnet sein. - -
Vorzugsweise emittieren die LEDs der Lichtquelle nahezu monochromatisches Licht im Wellenlängenbereich 200 bis 100O um, z.B. 250-750 nm oder 900 nm. Bei Messungen in Gasen können die Messwellenlängen auch im Bereich 1.000 bis 5.000 nm liegen. Grundsätzlich lassen sich alle Messwellenlängen realisieren, die für ein bestimmtes Messproblem zweckdienlich oder erwünscht sind. Es kann sich um mehrere unterschiedliche LEDs handeln, z.B. in Form eines LED-Arrays , deren Emissionswel- lenlängenbereiche unterschiedlich sind, sich aber auch teilweise überlappen können. Die Wellenlängenbereiche hängen dabei von dem zu bestimmenden Analyten ab. LEDs oder LED-Arrays mit geeigneten Wellenlängenbereichen und geeigneter Dimensionierung sind im Handel erhältlich. Da das Spektralphotometer zum Messen in die Fluidprobe eingetaucht wird, befindet sich die Lichtquelle (z.B. LED oder LED-Array) in einem gegen Eindringen des Fluids abgedichteten und gegen das Fluid resistenten Gehäuse geeigneter Dimensionierung.
Als Photodetektor dient z.B. eine Photodiode. Photodioden mit geeigneter Empfindlichkeit, spektraler Bandbreite und geeigneter Dimensionierung sind im Handel erhältlich. Da das Spektralphotometer zum Messen in Fluidprobe eingetaucht wird, befindet sich der Photodetektor in einem gegen Eindringen des Fluids abgedichteten und gegen das Fluid resistenten Gehäuse geeigneter Dimensionierung.
In dem Strahlengang zwischen Lichtquellen und Photodetektor befinden sich ein oder mehrere optische Elemente, um das Licht des Emitters effizient auf den Photodetektor zu lenken.
Diese können als optische Linsen oder eine Anordnung von Linsen oder als optische Spiegel oder eine Kombination aus Spiegeln und Linsen ausgeführt sein. ~ —
Um die spektrale Reinheit des von den Emittern ausgesendeten Lichtes zu erhöhen, können sich in Strahlengang zwischen Emitter und Photodetektor schmalbandige optische Filter be- finden.
Vorzugsweise sind im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Photodetektor Blenden zum Ausfiltern von gestreutem oder reflektiertem Licht angeordnet. Die Blenden können in das flu- iddichte Gehäuse des Photodetektors integriert sein. Im einfachste Fall handelt es sich um eine Lochblende, bei der das einfallende Licht von der Lichtquelle durch ein für Licht der gewählten Wellenlänge durchlässiges Fenster fällt, z.B. ein Fenster aus Quarzglas oder aus einem UV-durchläseigen Kunst- stoff. Auch die Lichtquelle kann mit einer derartigen Blende versehen werden, wenn dies erforderlich oder gewünscht ist.
Der Photodetektor ist mit einem Analog-Digitalwandler verbunden, der die aufgenommenen analogen Messdaten digitalisiert und so in eine elektronisch verarbeitbare Form bringt. Ein programmierbarer Mikroprozessor übernimmt die Steuerung des Spektralphotometers, z.B. die Ansteuerung der LEDs, des Ana- log-Digitalwandlers und der digitalen Anzeigeeinrichtung, die Kalibrierung bzw. Eichung, sowie die Auswertung der Messer- gebnisse, z.B. die Bestimmung der Analyten-Konzentration aus der gemessenen Extinktion bei einer bestimmten Messwellenlänge bzw. aus den gemessenen Extinktionen bei einer oder mehreren festgelegten Messwellenlängen, dem bekannten molaren dekadischen Extinktionskoeffizienten und der bekannten Schicht- dicke der Fluidprobe. Die Messwerte können in eine geeignete
Einheit umgerechnet und alphanumerisch von der digitalen Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Geeignete Analog- Digitalwandler, digitale Anzeigeeinrichtungen und program- - -
mierbare Mikroprozessoren oder -Controller sind im Handel erhältlich und bedürfen keiner weiteren Erläuterung
Das Spektralphotometers ist aufgrund seiner geringen Abmes- sungen und der netzunabhängigen Stromversorgung (z.B. über eine Batterie) besonders für den Außeneinsatz, d.h. außerhalb des Labors, geeignet. Die einfache Bedienbarkeit (gemessen wird durch Eintauchen in die Fluidprobe) in Verbindung mit der automatischen Auswertung macht es besonders auch für Lai- enanwender geeignet, beispielsweise bei der Abwasseruntersuchung in Drittweltländern oder zur Überwachung von Schwimmbadwasser.
Ein Vorteil des Spektralphotometers ist, dass die Lichtquelle und der Photodetektor im Strahlengang im Bereich 0,5 - 5 cm relativ zueinander bewegbar sind, so dass Schichtdicken von 0,5 cm bis 5 cm eingestellt werden können. Beispielsweise können Lichtquelle und Photodetektor auf dem Trägersystem auf Schienen gegeneinander verschiebbar sein. Alternativ kann das Trägersystem selbst teleskopartig verlänger- oder verkürzbar sein, beispielsweise mit Hilfe eines Federmechanismus mit entsprechend beabstandeten Arretierungen. Bei einem rohr- oder stiftförmigen Trägersystem könnte ein geeignetes Schraubengewinde eingesetzt werden, das je nach gewünschter Schichtdicke rein- oder rausgedreht wird. Grundsätzlich bestehen hier keine besonderen Beschränkungen solange der eingestellte Abstand und damit die Schichtdicke hinreichend genau eingestellt werden kann und dies auch bleibt. Der genaue eingestellte Abstand kann beispielsweise mit einer normge- färbten Lösung durch Messen von deren Extinktion und Vergleich mit deren bekannten Extinktion und Konzentration mit Hilfe des Lambert-Beerschen Gesetzes bestimmt werden. _
Daher können anders als bei bekannten Geräten leicht variable, z.B. größere, Schichtdicken eingestellt werden, was bei sehr niedrigen Messkonzentrationen erwünscht sein kann. Umgekehrt kann bei sehr hohen Messkonzentrationen leicht eine kleinere Schichtdicke eingestellt werden. Bei den bekannten Geräten müssten mehrere Küvetten mit unterschiedlichen Schichtdicken mitgeführt werden, um bei einem Außeneinsatz auf alle Eventualitäten vorbereitet zu sein. Selbstverständlich könnten auch Schichtdicken unterhalb 0,5 cm oder ober- halb 5 cm eingestellt werden, da physikalisch grundsätzlich nichts dagegen spricht. Es handelt sich hierbei nur um den Bereich, in dem handelsübliche Küvetten dimensioniert sind.
Zu stark konzentrierte Proben können, anstatt die Schichtdi- cke zu verringern, natürlich auch verdünnt werden. Ebenso kann der Strahlengang durch die Fluidprobe bei zu geringer Konzentration auch durch ein Spiegelsystem verlängert werden.
Das portable Spektrophotometer eignet sich zur Messung der unterschiedlichsten Fluide. Bei der Fluidprobe kann es sich z.B. um ein Gas, eine Flüssigkeit (z.B. auch eine Körperflüssigkeit wie Serum) oder ein Gemisch (z.B. Nebel oder Rauch) daraus handeln. Die Art der Meßwertbestimmung erlaubt es auch zu einem gewissen Grad, trübe Fluidproben (d.h. dünne Suspen- sionen aus Feststoffen in Fluiden) zu vermessen, wie etwa trübe Probenwässer, Porenwässer, Deponiewässer, Abwasser, Suspensionen aus Bodenproben und Düngemittel. Vorzugsweise wird das portable Spektrophotometer zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Wasserinhaltsstoffen eingesetzt. Die Wasserprobe kann beispielsweise aus einem Aquarium, Gartenteich oder Schwimmbad stammen. In Bezug auf die Herkunft des Wasser gibt es keine Beschränkungen. - -
Beispiele für mit dem portable Spektrophotometer bestimmbare Wasserinhaltsstoffe sind Sauerstoff, Ozon, Chlor (freies Chlor, Gesamtchlor) , Stickstoffverbindungen (Gesamtstickstoff) , Kalium, Eisen, Zink, Schwermetalle, Ammonium, Cyanur- säure, Cyanid, Harnstoff, Carbonat (Wasserhärte) , Wasserstoffperoxid, Chlorid, Nitrit, Nitrat oder Phosphat, insbesondere kann mit dem portablen Spektrophotometer auch der pH-Wert einer Wasserprobe bestimmt werden. Dazu wird cliese mit z.B. einem einkomponentigen Indikator wie Phenolrot oder mit einem zweikomponentigen Mischindikator (z.B. Bromthy- molblau/Thymolblau) versetzt, der dann photometrisch vermessen wird. Der verwendete Indikator wird vom Gerät automatisch erkannt .
Selbstverständlich können mit dem portablen Spektrophotometer auch nephelometrische Trübungsmessungen durchgeführt werden.
Das portable Spektrophotometer kann auch zur Nährstoffkon- trolle von Böden in der Land- und Forstwirtschaft verwendet werden .
Das portable Spektrophotometer eignet sich ferner zur Messung von Gasproben, z.B. zur Bestimmung der Konzentration von Koh- lenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser oder Alkoholen oder Stäuben in der Luft.
Geeignete Vorschriften (z.B. zur Probengewinnung, - Vorbereitung und -handhabung, Standards, Nachweisreagenzien, geeignete Messwellenlängen etc.) zur photometrischen Bestim- mung einer Vielzahl von Analyten in Wasser finden sich in z.B. "Deutsche Einheitsverfahren (DEV) zur Wasseruntersuchung" , die dem Fachmann geläufig sind. Ein weiterer Vorteil des portablen Spektrophotometers ist seine Kompatibilität zu handelsüblichen Schnelltests bzw. photometrischen Tests. Schnelltests für nahezu jeden Analy- ten, z.B. für Chlor, sind beispielsweise von den Firmen Fluka oder Merck erhältlich. Bei der Vermessung der bei solchen Schnelltests mitgelieferten Standards zur Kalibrierung bzw. Eichung erkennt das portable Spektrophotometer mit Hilfe einer entsprechend programmierten Datenbank, die z.B. das charakteristische Absorptionsspektrum als spektralen "Fingerab- druck" enthält, automatisch das einzusetzende Messverfahren (z.B. die geeignete Messwellenlänge) . Das gewählte Messverfahren wird auf der digitalen Anzeigeeinrichtung des portablen Spektrophotometers angezeigt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, das einzusetzende Messverfahren manuell zu wählen. Herstellerbedingte Variationen eines bestimmten Standards werden ebenfalls in der Datenbank berücksichtigt und ggf. korrigiert.
Eine Ausführungsform des portablen Spektrophotometers besteht im wesentlichen aus den folgenden Bausteinen:
- Einer Lichtquelle in Form eines Arrays aus LEDs (z.B. Typ: OP291A, HLMP-CM36, L-7113UVC, L-53SRC-DV) , von dem jede Leuchtdiode einzeln angesteuert werden kann. Zur Strombegren- zung sind jeweils Vorwiderstände eingebaut.
- Einem Photodetektor in Form einer Photodiode (z.B. Typ: FH229) mit AuswertSchaltung. Die Photodiode ist mit einem Operationsverstärker (z.B. Typ: MCP 6001-E/OT) so beschaltet, dass der von der Photodiode erzeugte Ausgangsstrom Iphoto in eine zu dem Strom lineare Spannung Uphoto = Iphoto*10000*V/A umgewandelt wird. Die so erhaltene Spannung ist direkt proportional zu der auf die Photodiode fallenden Lichtintensi- - -
tät . Die Spannung Uphoto wird auf den Eingang eines 18 Bit Delta Sigma Analog-zu-Digital-Wandlers (z.B. Typ: MCP 3421A0T-E/OT) gegeben und von diesem in ein digitales Signal umgewandelt. Der AD-Wandler hat bereits intern noch einmal eine über Software einstellbare Verstärkung von 1- bis 8- fach. Bei Bedarf kann damit der Messbereich angepasst werden.
- Einem Mikroprozessor bzw. MikroController (z.B. Typ: PIC18F1220), der die Ansteuerung der LEDs und des AD-Wandlers übernimmt, den Messablauf steuert und die Messwerte in Klartext und in eine geeignete Einheit umgerechnet auf einem Display ausgibt .
- Einem Display, auf dem die Messwerte alphanumerisch ausge- geben werden können.
- Einem Step-Up-Spannungswandler (z.B. Typ: XC9119DlOAMR) , der die Elektronik im Messbetrieb mit stabilisierten 5V- Spannung versorgt. Befindet sich das Gerät im Standby, wird die unstabilisierte Batteriespannung der CR2032-Knopfzelle
(etwa 3V, Typ lediglich beispielhaft) zur Versorgung des Prozessors verwendet. Um Strom zu sparen, ist im Standby die gesamte Peripherie (Photodiode, A/D-Wandler und Display) stromlos .
Der mechanische Aufbau ähnelt bei einer Ausführungsform einem Stift, wobei der größte Teil der Vorderseite von dem Display eingenommen wird. Einige wenige Taster ermöglichen das Einstellen des zu messenden Parameters und das Auslösen einer Messung.
Die Messzelle ist ein Teil des Gehäuses. Eine Kalibrierung des portablen Spektrophotometers kann wegen des küvettenlosen Betriebs entfallen, da anders als bei bekannten Geräten keine sich ändernden Küvetten verwendet werden.
Das LED-Array und die Photodiode zur Absorptionsmessung be- finden sich auf zwei zueinander planparallelen Flächen der Messzelle, so dass das Messvolumen direkt durchstrahlt wird, und das transmittierte Licht auf die Photodiode fällt. Um Umgebungslicht und Licht der LEDs, das innerhalb der Messzelle reflektiert wird, abzuschirmen, sind einfache Blenden vorge- sehen.
Messung
Ausgegangen wird von einer Ionenkonzentration C (Ion) in der zu untersuchenden Lösung.
In einen ersten Schritt wird durch die Zugabe eines Nachweisreagenz aus den Ionen ein Farbstoffkomplex gebildet. Das Nachweisreagenz wird hierbei im Überschuss in die Lösung ge- geben, so dass eine vollständige Umsetzung aller nachzuweisenden Ionen in den Farbstoffkomplex gegeben ist. In der Reaktion
Ion + Nachweisreagenz -> Farbstoffkomplex + Nachweisreagenz
liegt das Reaktionsgleichgewicht auf der rechten Seite.
Die Menge des gebildeten Farbstoffe steht damit in linearem Zusammenhang mit der Konzentration der Ionen:
C (Farbstoff) = A * C (Ion)
Der gebildete Farbstoff zeigt charakteristische Absorptions- — o —
banden, die je nach verwendetem Nachweisreagenz vom Infrarotbereich bis in den ultravioletten Bereich reichen. Es muss nicht im Absorptionsmaximum gemessen werden (sog. Laiabda-max- Messung) . Indem die Probe mit dem Licht einer geeignet ge- wählten LED durchstrahlt wird, lässt sich die Absorption des Farbstoffes messen, und über das Lambert-Beersche Gesetz die Farbstoff- und damit auch die Ionenkonzentration berechnen.
In folgenden ist: IO die von der Photodiode empfangene Intensität der LED ohne Farbstoffkomplex
I die von der Photodiode empfangene Intensität der LED mit Farbstoffkomplex a gibt an, wie empfindlich die Photodiode auf das Licht der LED reagiert b drückt das spezifische Absorptionsverhalten des Farbstoffes aus
(a und b sind wellenlängenabhängig)
Das Lambert-Beersche Gesetz
I/IO = -exp (-b * C(Farbstoff) )
gibt die Abschwächung des transmittierten Lichts als Funktion der Ionenkonzentration an.
Ist die Transmittivität
T = I/IO
bekannt, kann daraus auf die Ionenkonzentration C (Ion) geschlossen werden: C (Ion) = C (Farbstoff ) /A = -l/(A*b) * In(T)
Die von der Photodiode empfangene Helligkeit setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: Aus dem durch die Messzelle ge- strahlten Licht der LED und aus dem seitlich eingestrahlten Licht der Umgebung. Die Photospannung, die der A/D-Wandler umwandelt, verhält sich also folgendermaßen:
U_photo = a * (I (Umgebung) + 1(LED))
Dabei ist a ein Proportionalitätsfaktor, der von der Empfindlichkeit der LED, dem optischen Aufbau und der elektrischen Verstärkung des Photostroms abhängig ist.
Durch eine Dunkelmessung mit abgeschalteter LED
U_photo_dunkel = a * I (Umgebung)
und der Subtraktion von der Photospannung mit eingeschalteter LED lässt sich bis auf den Faktor a die scheinbare Helligkeit der LED bestimmen:
U_photo - U_photo_dunkel = a * I (LED) => I (LED) * a = U_photo - U_photo_dunkel
Um die Transmittivität zu bestimmen muss diese Messung zweimal durchgeführt werden: Einmal mit der zu untersuchenden Probe, in die allerdings noch keine Nachweisreagenz gegeben wurde, und einmal mit der mit Reagenz versetzten Probe.
Der erhaltene Wert für I (LED) * a OHNE Reagenz wird 10 genannt , der MIT Reagenz I . — —
Bei der Berechnung der Transmittivität T = I/IO fällt der Faktor a weg.
Zusammengefasst erhält man:
Ci \nn\ — ^ In Photo' lr'tFarbstolf ~ ^ photo, dunkel, Mt Farbstoff A' U U P110I01 onneFarbäoff — U Pf1010^ dunkä: ohneFarbstoff
Es sei darauf hingewiesen, dass sich in der Konstanten a nicht nur die Empfindlichkeit der Photodiode für die verwendete Wellenlänge ausdrückt, sondern auch eine durch eine Trübung der Probe hervorgerufene Abschwächung des Lichts der LED und der Umgebung. Indem mit einer ersten Messung ohne Farbstoff die scheinbare Helligkeit der LED vermessen wird, kann dieser Faktor vollständig eliminiert werden, so dass auch leicht trübe Proben vermessen werden können.
Bestimmung der Art des in der Probe enthaltenen Farbstoffes
Da in dem Spektrometer verschieden farbige LEDs verbaut sind, ist es möglich das Absorptionsspektrum des Farbstoffes an mehreren Stellen abzutasten. Das so erhaltene Punktspektrum ist für jeden Farbstoff charakteristisch, und durch den Vergleich mit in einer Datenbank abgespeicherten Spektren kann auf den vorliegenden Farbstoff, und damit auch auf die nachzuweisenden Ionen geschlossen werden. Eine manuelle Eingabe, welche Ionen nachgewiesen werden sollen, entfällt damit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert . Es zeigen :
Fig. 1 schematisch ein Spektrometer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 in einer Draufsicht ein Spektrometer gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Hülse teilweise durchsichtig dargestellt ist;
Fig. 3 die Ansicht aus Fig. 2, wobei zusätzlich das Handhabungsteil teilweise durchsichtig dargestellt ist; und
Fig. 4 eine Seitenansicht aus Fig. 3.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Spektrometer 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Spektrometer 1 handelt es sich um ein küvettenloses Spektrometer zum Messen der Konzentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe 2.
Das Spektrometer 1 weist eine Lichtquelle 3 zum Erzeugen eines Lichtstrahls 4 auf.
Ferner weist das Spektrometer 1 einen Photosensor 5 zum Empfangen des Lichtstrahls 4 auf. Darüber hinaus weist das Spektrometer 1 eine Messstrecke 6 im Strahlengang des Lichtstrahls 4 auf. In die Messstrecke 6 ist die Fluidprobe 2 eingebracht, wobei sich anhand der Messstrecke 6 das Volumen der eingebrachten Fluidprobe 2 bestimmt. Mit anderen Worten gibt die Messstrecke 6 eine Schichtdicke der Fluidprobe 2 vor, welche der Lichtstrahl 4 durchdringen muss, um von der Lichtquelle 3 zu dem Photosensor 5 zu gelangen.
Die Messstrecke 6 ist veränderlich vorgesehen, um dadurch das Volumen der einbringbaren bzw. der eingebrachten Fluidprobe 2 zu verändern. Dadurch können auch Analyten in sehr niedriger oder sehr hoher Konzentration in der Fluidprobe 2 bestimmt werden. Beispielsweise wird die Messstrecke 6 in dem Fall, dass es sich um einen Analyten handelt, welcher in nur sehr niedriger Konzentration in der Fluidprobe vorhanden ist, vergleichsweise groß vorgesehen.
Mittels Veränderns der Messstrecke 6 kann beispielsweise ein Ausgangsvolumen 2a der Fluidprobe 2 um ein Zusatzvolumen 2b vergrößert werden. Die Volumina 2a und 2b sind in Fig. 1 oben und unten jeweils von einer gestrichelten Linie und links und rechts jeweils von einer durchgezogenen Linie begrenzt dargestellt, wobei eine senkrecht gestrichelte Linie die beiden Volumina 2a und 2b voneinander trennt.
Das Verändern der Messstrecke 6 kann nun auf verschiedene Art und Weise erfolgen:
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Lichtleiter 7 vorgesehen, welcher im Strahlengang des Lichtstrahls 4 angeordnet ist. Die Messstrecke 6 wird zwischen dem Lichtleiter 7 und dem Photosensor 5 definiert. Somit kann die Mess- strecke 6 entweder dadurch verändert werden, dass der Photo- sensor 5 bezüglich des Lichtleiters 7 oder der Lichtleiter 7 bezüglich des Photosensors 5 bewegt wird.
Alternativ ist auch denkbar, dass die Messstrecke 6 direkt zwischen dem Photosensor 5 und der Lichtquelle 3 definiert wird, also auf den Lichtleiter 7 verzichtet wird. Sodann wird die Messstrecke 6 dadurch verändert, dass entweder der Photosensor 5 bezüglich der Lichtquelle 3 oder die Lichtquelle 3 bezüglich des Photosensors 5 bewegt wird.
Die vorstehend beschriebenen Bewegungen beziehen sich auf eine Bewegung entlang des Strahlengangs des Lichtstrahls 4.
Ferner könnten der Photosensor 5 und die Lichtquelle 3 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auch vertauscht sein, das heißt, dass die Messstrecke 6 zwischen der Lichtquelle 3 und dem Lichtleiter 7 definiert wird.
Das beschriebene Spektrometer 1 kommt somit völlig ohne die einleitend beschriebenen Küvetten aus, d.h., es wird insbesondere keine Küvette zum Messen der Konzentration des Ana- lyts benötigt. Es handelt sich daher um ein küvettenloses Spektrometer 1.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit den Fig. 2-4 ein Spektrometer 1' beschrieben, für welches die Ausführungen zu Fig. 1 entsprechend gelten.
Das küvettenlose Spektrometer 1' dient zum Messen der Konzentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe 2 ' . Die Fluidprobe 2' ist in Fig. 2 oben und unten durch eine gestrichelte Linie und seitlich durch jeweils zwei durchgezoge- ne Linien begrenzt dargestellt.
Bei der Fluidprobe 2' kann es sich um ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch daraus handeln. Die Fluidprobe 2 kann außerdem auch einen gewissen Feststoffanteil enthalten, beispielsweise Staub.
Bei dem Analyt handelt es sich vorzugsweise um einen bevorzugt in Wasser gelösten Inhaltsstoff. Beispiele für derartige Inhaltsstoffe sind Sauerstoff, Ozon, Chlor (freies Chlor, Gesamtchlor) , Stickstoffverbindungen (Gesamtstickstoff) , Magnesium, Calzium, Kupfer, Kalium, Eisen, Zink, Schwermetalle, Ammonium, Cyanursäure, Cyanid, Harnstoff, Carbonat (Wasserhärte) , Wasserstoffperoxid, Chlorid, Nitrit, Nitrat oder Phosphat. Genauso kann es sich bei der Fluidprobe 2' aber auch um ein Gas, insbesondere Luft handeln. Mittels des Spektrometers 1' kann beispielsweise die Konzentration von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasseranteile, Alkohole, Trübungen, Stäuben in der Luft gemessen werden. Beispielsweise kann es sich bei den Fluidproben 2' auch um Bodenproben oder Düngemitteln handeln. Auch die Messung eines pH-Werts in der Fluidprobe 2' mittels des Spektrometers I1 ist möglich.
In Abhängigkeit von der Fluidprobe 2 ' und/oder des Analyts kann es erforderlich sein, zunächst einen Indikator im Über- schuss in die Fluidprobe 2' bzw. in das Fluid 20' zu geben. Beispielsweise kann zur Bestimmung eines pH-Werts die Fluidprobe 2' bzw. das Fluid 20' mit Phenolrot versetzt werden.
Das Spektrometer 1' weist mehrere Lichtquellen 3', siehe Fig. 3, auf. Bei den Lichtquellen 3' handelt es sich bevorzugt um LEDs, weiter bevorzugt Laser-LEDs. Die Lichtquellen 3' sind dazu eingerichtet, nahezu monochromatisches Licht mit einer - -
Wellenlänge von bevorzugt 250-750 nm zu emittieren. Bevorzugt sind die Lichtquellen 3' dazu eingerichtet, jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlängen bzw. unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu emittieren. Beispielsweise kann die eine Lichtquelle 3' dazu eingerichtet sein, Licht mit einer Wellenlänge zwischen 610 und 750 nm und die andere Lichtquelle 3' kann dazu eingerichtet sein, Licht mit einer Wellenlänge zwischen 590 und 610 nm zu emittieren. Die Wahl der jeweiligen Lichtquelle 3' kann von der Fluidprobe 2' und/oder der Analyt-Konzentration, welche es zu messen gilt, abhängen und auch automatisch ausgewählt werden, wie an späterer Stelle noch näher beschrieben.
Die eine oder mehreren Lichtquellen 3' erzeugen einen Licht- strahl 4', welcher in Fig. 3 strichpunktiert angedeutet ist. Die mehreren Lichtquellen 3 ' können in etwa halbkreisförmig angeordnet sein und weiter bevorzugt ein Array ausbilden.
Das Spektrometer 1' weist weiterhin einen Photosensor 5' zum Empfangen des Lichtstrahls 4' auf. Der Photosensor 5' wandelt den auftreffenden Lichtstrahl 4' in elektrische Signale um.
Die elektrischen Signale hängen jeweils von der auftreffenden
Lichtleistung und/oder Wellenlänge des Lichtstrahls 4' ab.
Bei dem Photosensor 5 handelt es sich bevorzugt um eine Pho- todiode.
Ferner ist das Spektrometer 1 mit einer Messstrecke 6' im Strahlengang des Lichtstrahls 4' ausgebildet. In die Messstrecke 6' ist die Fluidprobe 2' einbringbar, wobei sich an- hand der Messstrecke 6' das Volumen der einbringbaren Fluidprobe 2' bestimmt, wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 vorstehend erläutert. Die Messstrecke 6' ist veränderlich vorgesehen, um dadurch das Volumen der einbringbaren Fluidprobe 2' zu verändern. Dazu ist das Spektrometer 1 beispielsweise wie folgt ausgebildet:
In dem Strahlengang des Lichtstrahls 4' ist ein Lichtleiter 7', beispielsweise in Form eines Acrylstabs, Macrolonstabs , Glasstabs oder Glasfaserkabels, angeordnet.
Der Lichtleiter 7' weist einen ersten Abschnitt 12', welcher fest in einem als Gehäuse ausgebildeten Handhabungsteil 13' untergebracht ist. Der Lichtleiter 7' weist weiterhin einen zweiten Abschnitt 14' auf, welcher sich aus dem Handhabungs- teil 13' heraus in eine Hülse 15' erstreckt.
Die Hülse 15' weist einen im Wesentlichen ringförmigen Querschnitt auf. Der Innendurchmesser des ringförmigen Querschnitts der Hülse 15 ' entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Lichtleiters 7' .
Die Hülse 15' ist bevorzugt mit mehreren Langlöchern 19' vorgesehen. Dabei können sich, wie in Fig. 4 gezeigt, jeweils zwei Langlöcher 19' gegenüberliegen. Weiterhin können bei- spielsweise zwei derartiger Paare von gegenüberstehenden
Langlöchern 19' entlang des Strahlengangs des Lichtstrahls 4' voneinander beabstandet entlang der Hülse 15' vorgesehen sein. Unabhängig von der Stellung der Hülse 15' in Bezug auf das Handhabungsteil 13' bzw. den Lichtleiter 7' steht immer eines der Langlöcher 19' in Verbindung mit der Messstrecke
6', das heißt, dass die Fluidprobe 2' aus dem Fluid 20', beispielsweise einem Gewässer, entnommen werden kann. Eine derartige Probenentnahme kann gemäß dem vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel einfach durch Eintauchen der Langlöcher 19 ' , damit also auch Eintauchen der Hülse 15' samt dem Endstück 22', in das Fluid 20' vorgenommen werden.
Die Hülse 15' weist einen ersten Abschnitt 16' auf, mit welchem sie sich in das Handhabungsteil 13' erstreckt. Der Abschnitt 16' ist entlang des Strahlengangs des Lichtstrahls 4' in dem Handhabungsteil 13' in einem Aufnahmeraum 21' desselben beweglich aufgenommen. Beispielsweise kann der Abschnitt 16' mit einem Außengewinde vorgesehen sein, welches in ein entsprechendes Innengewinde in dem Handhabungsteil 13 ' eingreift. Alternativ kann der Abschnitt 16' außenseitig mit Rasten vorgesehen sein, welche mit entsprechenden Gegenrasten in dem Handhabungsteil 13' in Eingriff steht und somit eine stufenweise Verschiebbarkeit der Hülse 15' bezüglich des Handhabungsteils 13' erlauben.
Ein zweiter Abschnitt 17' der Hülse 15' erstreckt sich nach außen aus dem Handhabungsteil 13' heraus und umgibt dabei den zweiten Abschnitt 14' des Lichtleiters 7'. An den zweiten Abschnitt 17' der Hülse 15' schließt sich ein dritter Abschnitt 18' der Hülse 15' an, welcher die Fluidprobe 2' an ihrem Umfang begrenzt. An den dritten Abschnitt 18' schließt sich wiederum ein Endstück 22' an. Das Endstück 22' verschließt den ringförmigen Querschnitt der Hülse 15' fluiddicht.
Die Messstrecke 6' wird somit zwischen dem Endstück 22' und einer Stirnseite 23' des Lichtleiters 7' definiert. Das Volumen der Fluidprobe 2 ' wird entlang des Strahlengangs des Lichtstrahls 4' von dem Endstück 22' und der Stirnseite 23' und, wie erwähnt, umfangsmäßig von dem dritten Abschnitt 18' der Hülse 15' begrenzt. - -
Das Endstück 22' weist den Photosensor 5' sowie bevorzugt eine Linse 24' auf, welche den einfallenden Lichtstrahl 4' auf den Photosensor 5 ' bündelt .
Indem nun die Hülse 15' aus dem Aufnahmebereich 21' des Handhabungsteils 13 ' hinein oder herausbewegt wird, wird die Messstrecke 6' eingestellt und kann somit einfach an die Anforderungen für eine Konzentrationsmessung eines jeweiligen Analyts angepasst werden. Denkbar ist hier auch, dass die Hülse automatisiert, beispielsweise mittels eines entsprechenden Stellmotors, aus dem Handhabungsteil 13' herein- und herausgefahren wird.
An der anderen Stirnseite 25' des Lichtleiters 7' wird der Lichtstrahl 4' eingekoppelt. Dabei können Mittel 26' vorgesehen sein, um wahlweise die eine oder die andere Lichtquelle 3' lichtleitend mit dem Lichtleiter 7' zu verbinden.
Das Spektrometer 1' weist weiterhin eine Steuereinrichtung 27', siehe Fig. 4, auf, welche die Lichtquellen 3' ansteuert. Weiterhin steuert die Steuereinrichtung 27' den Photosensor 5' an, beispielsweise um diesen zu kalibrieren. Außerdem führt der Photosensor 5' die von diesem erzeugten elektrischen Signale der Steuereinrichtung 27' zwecks Auswertung durch diese zu.
Weiterhin ist das Spektrometer 1 mit einer Anzeigeeinrichtung 28' zum Anzeigen beispielsweise der gemessenen Analyt- Konzentrationen ausgebildet. Ferner kann auf der Anzeigeein- richtung 28' eine Menüauswahl dargestellt werden, mittels welcher ein Benutzer die Steuereinrichtung 27' bedienen kann.
Das Spektrometer 1' kann zusätzlich zu einem An- /Aus-Knopf _
32' weitere Bedienelemente 33' aufweisen, mittels derer eine Steuerung des Menüs der Anzeigeeinrichtung 28' und eine entsprechende Auswahl ermöglicht wird.
Das Spektrometer 1' kann weiterhin einen Speicher 34' aufweisen, welcher beispielsweise in die Steuereinrichtung 27' integriert ist. Auf dem Speicher 34' können verschiedene Auswertemodi gespeichert sein. Beispielsweise kann ein Benutzer, welcher die Konzentration eines bestimmten Analyts bestimmen möchte, beispielsweise von Sauerstoff, mittels der Menüauswahl der Anzeigeeinrichtung 28' einen entsprechenden auf dem Speicher 34' gespeicherten Auswertemodi auswählen. Anschließend steuert die Steuereinrichtung 27' in Abhängigkeit von dem ausgewählten Auswertemodus die Lichtquellen 3' sowie den Photosensor 5' entsprechend an und nimmt entsprechende Auswertungen vor, die daraufhin auf der Anzeigeeinrichtung 28' dargestellt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Auswertung wie nachfolgend beschrieben erfolgen, wobei ein geeigneter Auswertemodus automatisiert ausgewählt wird: In einem ersten Schritt steuert die Steuereinrichtung 27' die mehreren Lichtquellen 3' sowie den Photosensor 5' an, um eine Charakteristik der Fluidprobe 2' zu ermitteln. Bei der Charakteristik handelt es sich beispielsweise um ein spezifisches Absorptionsspektrum der Fluidprobe 2'. In einem zweiten Schritt wird von der Steuereinrichtung 27' einer von mehreren auf dem Speicher 34' gespeicherten Auswertemodi in Abhängigkeit von der Charakteristik ausgewählt. Beispielsweise kann die ermit- telte Charakteristik mit auf dem Speicher 34' gespeicherten
Charakteristiken verglichen werden und bei einer entsprechenden Übereinstimmung der einer jeweiligen gespeicherten Charakteristik zugeordnete Auswertemodus ausgewählt werden. In — —
einem dritten Schritt werden daraufhin die Lichtquellen 3' sowie der Photosensor 5' in Abhängigkeit von dem ausgewählten Auswertemodus angesteuert und entsprechende Auswertungen der Signale von dem Photosensor 5' vorgenommen.
Mittels der vorstehenden Verfahrensschritte kann also von dem Spektrometer 1 selbständig ermittelt werden, um welche Art von Fluidprobe 2' es sich handelt, beispielsweise ein Düngemittel, und daraufhin der dafür geeignete Auswertemodus aus- gewählt werden, woraufhin die Konzentrationen der für die jeweilige Fluidprobe relevanten Analyten gemessen und auf der Anzeigeeinrichtung 28' dargestellt werden. Insbesondere die Auswahl einer bestimmten Lichtquelle 3 ' unter den mehreren Lichtquellen 3 ' , welche für die Bestimmung der Konzentration eines bestimmten Analyts in der Fluidprobe 2' verwendet wird, kann in Abhängigkeit von dem Auswertemodus erfolgen.
Bevorzugt sind insbesondere die Steuereinrichtung 27', die Anzeige 28', die Bedienelemente 32', 33' sowie der Speicher 34' in dem Handhabungsteil 13' integriert und vor Umwelteinflüssen, insbesondere vor Flüssigkeit und Staub, geschützt untergebracht .
Außerdem weist das Handhabungsteil 13' eine Energiequelle 35' beispielsweise in Form eines Akkus auf, welche die elektrischen Komponenten 3', 5', 27', 28', 33' und 34' mit Energie versorgt.
Ferner kann das Spektrometer 1' eine Datenschnittstelle, bei- spielsweise einen USB-Anschluss oder einen RS-232-Anschluss, aufweisen, um das Spektrometer 1 ' bzw. die elektrischen Komponenten 3', 5', 27', 28', 33' und 34' desselben von extern zu steuern und/oder mit Energie zu versorgen. Damit ergibt sich ein Aufbau für das Spektrometer 1', der es erlaubt, dieses einfach manuell zu transportieren und zu handhaben. Außerdem ist das Spektrometer 1' somit netzunab- hängig. Selbstverständlich ist es natürlich genauso denkbar, das Spektrometer 1' mit Energie aus einem Stromnetz zu versorgen. Ferner kann das Spektrometer 1' auch stationär vorgesehen sein, beispielsweise zur Trübungsmessung in Rohren. Weiterhin kann das Spektrometer 1' als Signalgeber für auto- matische Titrationsstände in einem Labor verwendet werden.
In einer Ausgestaltung des Spektrometers 1' kann dieses mit folgenden elektronischen Komponenten ausgebildet sein:
- mehreren Lichtquellen 3 ' in Form eines Arrays aus LEDs
(z.B. Typ: TSAL5300, MARL: 100041, HLMP-Y801, TLSH180P) , von dem jede LED einzeln angesteuert werden kann; zur Strombegrenzung sind jeweils Vorwiderstände eingebaut;
- einem Photosensor 5' in Form einer Photodiode (z.B. Typ: OP950) mit Auswertschaltung; die Photodiode ist mit einem Operationsverstärker (z.B. Typ: OP07) so beschaltet, dass der von der Photodiode erzeugte Ausgangsstrom Iphoto in eine zu dem Strom lineare Spannung Uphoto ∞ iphoto umge- wandelt wird; die so erhaltene Spannung ist direkt proportional zu der auf die Photodiode fallenden Lichtintensität; die Spannung Uphoto wird auf den Eingang eines Analog-zu-Digital-Wandlers (z.B. Typ: AD7450) gegeben und von diesem in ein digitales Signal umgewandelt;
einer Steuereinrichtung 27 ' in Form eines Mikroprozessor bzw. MikroController (z.B. Typ: MC9S08QG8CDTE) , der die Ansteuerung der LEDs 3 ' und des AD-Wandlers übernimmt, den Messablauf steuert und die Messwerte in Klartext und in eine geeignete Einheit umgerechnet auf der Anzeigeeinrichtung 28' in Form eines Bildschirms ausgibt;
- einer Anzeigeeinrichtung 28', auf dem die Messwerte alphanumerisch ausgegeben werden können; und/oder
einem Step-Up-Spannungswandler (z.B. Typ: NCP1400A) , der die Elektronik im Messbetrieb mit stabilisierten 5V- Spannung versorgt; befindet sich das Spektrometer 1 im Standby, wird die unstabilisierte Batteriespannung der CR2032-Knopfzelle (etwa 3V, Typ lediglich beispielhaft) zur Versorgung des Prozessors verwendet; um Strom zu sparen, ist im Standby die gesamte Peripherie (Photodiode, A/D-Wandler und Display) stromlos.
Das Spektrometer 1, 1' kann dazu verwendet werden, das Volumen eines Fluids in einem Gefäß zu bestimmen. Konkret könnte sich die Bestimmung des Volumens eines Teichs wie folgt ges- talten:
Zunächst wird ein Volumen von einem Liter Wasser abgemessen. In das Wasser wird ein Teelöffel einer Calciumionen enthaltenden Verbindung gegeben. Hiernach wird mittels des Spektro- meters 1, 1' die Konzentration der Calciumionen in dem einen
Liter Wasser bestimmt, welche nachfolgend als erste Konzentration bezeichnet wird.
Anschließend wird der Liter Wasser in einen Teich gegeben und eine gewisse Zeit abgewartet, bis sich die Calciumionen in dem Teich verteilt haben. Daraufhin wird mittels des Spektrometers 1, 1' die Konzentration der Calciumionen in dem Teich ermittelt, welche nachfolgend als zweite Konzentration bezeichnet wird.
Hiernach wird ein definierter Auswertemodus des Spektrometers 1, 1' gestartet, welcher anhand der ersten und zweiten Konzentration sowie anhand des Volumens von einem Liter Wasser, das Volumen des Teichs bestimmt.
Somit können insbesondere Teichbesitzer auf einfache Weise das Volumen ihres Teichs bestimmen.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht be- schränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt :
1. Portables küvettenloses Tauchspektrophotometer zur Bestimmung von Analyten-Konzentrationen in Fluidproben mit a) einer Lichtquelle und einem Photodetektor , die auf einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, wobei die Lichtquelle aus mehreren Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittierenden Dioden (LED-Array) oder Laserdioden besteht, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse angeordnet sind, b) einer Steuer/Auswerteeinrichtung, welche die Analyten- Konzentration in der Fluidprobe aufgrund der von dem Photode- tektor gelieferten Messwerte ermittelt, wobei c) die Lichtquelle und der Photodetektor auf oder in einem ausreichend verwindungs- und biegesteifen Trägersystem ange- - -
ordnet sind und zwischen sich eine küvettenlose Messstrecke definieren, die durch Eintauchen des Spektrophotometers in die zu messenden Fluidprobe selbständig gefüllt wird, wobei die Lichtquelle und/oder der Photodetektor im Strahlengang relativ zueinander bewegbar sind, und d) das portable Spektrophotometer mit einer netzunabhängigen Stromversorgung und einer digitalen Anzeigeeinrichtung für das Messergebnis versehen ist.
2. Portables Spektrophotometer nach Ausführungsbeispiel 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LEDs nahezu monochromatisches Licht der Wellenlängen 250-750 nm emittieren.
3. Portables Spektrophotometer nach Ausführungsbeispiel 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor eine
Photodiode ist.
4. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass im Strah- lengang zwischen Lichtquelle und Photodetektor Blenden zum
Ausfiltern von gestreutem oder reflektiertem Licht angeordnet sind.
5. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Photodetektor mit einem Analog-Digitalwandler verbunden ist.
6. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steu- er/Auswerteeinrichtung auf einem programmierbaren Mikroprozessor basiert. 7. Portables Spektrophotometer nach Ausführungsbeispiel 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor die Ansteuerung der LEDs, des Analog-Digitalwandlers und der digitalen Anzeigeeinrichtung übernimmt.
8. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Anzeigeeinrichtung die Messwerte alphanumerisch und in eine geeignete Einheit umgerechnet anzeigt.
9. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und der Photodetektor im Strahlengang im Bereich 0,5 - 5 cm relativ zueinander bewegbar sind.
10. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die netzunabhängige Stromversorgung eine Batterie ist.
11. Portables Spektrophotometer nach einem der vorstehenden
Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zu messenden Fluidprobe um ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Gemisch daraus handelt.
12. Verwendung des portablen Spektrophotometers nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Wasserinhaltsstoffen.
13. Verwendung nach Ausführungsbeispiel 12, wobei die gelös- ten Wasserinhaltsstoffe unter Sauerstoff, Ozon, Chlor (freies
Chlor, Gesamtchlor) , Stickstoffverbindungen (Gesamtstickstoff) , Magnesium, Calcium, Kupfer, Kalium, Eisen, Zink, Schwermetalle, Ammonium, Cyanursäure, Cyanid, Harnstoff, Car- - -
bonat (Wasserhärte) , Wasserstoffperoxid, Chlorid, Nitrit, Nitrat oder Phosphat ausgewählt sind.
14. Verwendung des portablen Spektrophotometers nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, zur Nährstoffkontrolle von Böden in der Land- und Forstwirtschaft.
15. Verwendung des portablen Spektrophotometers nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Gehalte an
Wasser, Alkoholen, Trübungen und Stäube in der Luft, von Inhaltsstoffen in Suspensionen von Bodenproben und Düngemitteln.
16. Verwendung des portablen Spektrophotometers nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele, zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Wasserinhaltsstoffen auch in einer stationären technischen Ausführungsvariante.
Die vorliegend für das portable Spektrophotometer beschriebenen Weiterbildungen und Ausführungsbeispiele gelten entsprechend für das beschriebene küvettenlose Spektrometer, und umgekehrt .
- -
B e z u g s z e i c h e n l i s t e
1, 1' Spektrometer
2, 2' Fluidprobe
2a Volumen
2b Volumen
3 Lichtquelle
3, 3' Lichtquelle
4, 4' Lichtstrahl
5, 5' Photosensor
6, 6' Messstrecke
7, 7' Lichtleiter
12' erster Abschnitt
13' Handhabungsteil
14' zweiter Abschnitt
15' Hülse
16' erster Abschnitt
17' zweiter Abschnitt
18' dritter Abschnitt
19' Langloch
20' Fluid
21' Aufnahmebereich
22' Endstück
23' Stirnseite
24' Linse
25' Stirnseite
26' Mittel
27' Steuereinrichtung
28' Anzeigeeinrichtung
32' An- /Aus-Knopf
33' Bedienelement
34' Speicher
35' Energiequelle

Claims

- -P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Küvettenloses Spektrometer (1; 1') zum Messen der Kon- zentration wenigstens eines Analyts in einer Fluidprobe
mit einer Lichtquelle (3; 3') zum Erzeugen eines Lichtstrahls (4; 4'),
mit einem Photosensor (5; 5') zum Empfangen des Lichtstrahls (4; 4'), und
mit einer Messstrecke (6; 6') im Strahlengang des Licht- Strahls (4; 4'), in welche die Fluidprobe (2; 2') einbringbar ist,
wobei die Messstrecke (6; 6') veränderlich vorgesehen ist.
2. Spektrometer nach Anspruch 1 , dadurch gekenn z e i chne t , dass die Lichtquelle (3; 3') und der Photodetektor (5; 5') für ein Verändern der Messstrecke (6; 6') zueinander beweglich vorgesehen sind.
3. Spektrometer nach Anspruch 1 , dadur ch gekenn z e i chne t , dass die Messstrecke (6; 6') zwischen der Lichtquelle (3; 3') oder dem Photosensor (5; 5') und einem im Strahlengang angeordneten Lichtleiter (7; 7') definiert ist, wobei die Lichtquelle (3; 3') und der Lichtleiter- (7; 7') und/oder der Photosensor (5; 5') und der Lichtleiter (7,- 7') zueinander für das Verändern der Messstrecke (6; 6') beweglich vorgesehen sind.
4. Spektrometer nach Anspruch 3 , dadurch gekennz ei chnet , dass der Lichtleiter (7') in eine Hülse (15') hineinragt, wobei die Messtrecke (6') zwischen einer Stirnseite (23') des Lichtleiters (7') und einem die Hülse (15') verschließenden Endstück (22') gebildet und mittels Ver- Schiebens der Hülse (15') und des Lichtleiters (7') zueinander veränderlich ist.
5. Spektrometer nach Anspruch 4 , dadurch gekenn z e i chne t , dass die Hülse (15') wenigstens eine Öffnung (19') aufweist, welche das Einbringen der Fluidprobe (2') in die Messstrecke (6') erlaubt.
6. Spektrometer nach Anspruch 5, dadurch gekennz ei chnet , dass entlang des Strahlengangs zwei der Öffnungen (19') voneinander beabstandet in der Hülse (15') vorgesehen sind.
7. Spektrometer nach einem der Ansprüche 3-6, da du r c h g e k enn z e i c hn e t , dass der Lichtleiter (7') an einem Handhabungsteil (13') des Spektrometers (!') fest angebracht ist und/oder sich - -
die Hülse (15') abschnittsweise in einen Aufnahmebereich (21') in dem Handhabungsteil (13') erstreckt und verschieblich innerhalb des Aufnahmebereichs (21') vorgesehen ist.
8. Spektrometer nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennz ei chnet , dass das die Hülse (5') verschließende Endstück (23') der Hülse (15') eine Linse (24') und/oder den Photosen- sor (5') aufweist.
9. Spektrometer nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekenn z e i chne t , dass die Lichtquelle (3') den Lichtstrahl (4') an der anderen Stirnseite (25') des Lichtleiters (4') einkoppelt.
10. Spektrometer nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekenn z e i chne t , dass der Lichtleiter (7') als ein Acrylstab, Macro- lonstab, Glasstab oder Glasfaserkabel ausgebildet ist.
11. Spektrometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass eine erste Lichtquelle (3') und zumindest eine zweite Lichtquelle (3') zum wahlweise Erzeugen des Lichtstrahls (4') mit einer ersten oder zumindest zweiten Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich vorgesehen sind.
12. Spektrometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet , dass die eine oder mehreren Lichtquellen (3') als Leuchtdioden, insbesondere als Laserdioden, ausgebildet sind.
13. Spektrometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzei chnet , dass eine Steuereinrichtung (27') vorgesehen ist, welche in einem ersten Schritt die eine oder mehreren Lichtquellen (3') sowie den Photosensor (5') ansteuert, um eine Charakteristik der Fluidprobe (2') zu ermitteln, in einem zweiten Schritt einen von mehreren auf einem Speicher (34') des Spektrometers (1') gespeicherten Auswertemodi in Abhängigkeit von der Charakteristik auswählt und in einem dritten Schritt die eine oder mehreren Lichtquellen (3') sowie den Photosensor (5) in Abhängig- keit von dem ausgewählten Auswertemodi ansteuert.
14. Spektrometer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass das Spektrometer portabel und/oder netzunabhängig ausgebildet ist.
15. Verwendung des Spektrometers nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Bestimmung eines Volumens eines Fluids in einem Gefäß.
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