DD235110A1 - Optische anordnung fuer extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische messungen - Google Patents

Abstract

Bei einer optischen Anordnung fuer Extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische Messungen, insbesondere an Probenmengen im Mikro- und Ultramikroliterbereich, deren Ziel es ist, die Aufwendung fuer das optische System und die Analysensubstanz zu reduzieren und die Empfindlichkeit zu steigern, besteht die Aufgabe, mit nur einem optischen System abbildender Elemente Extinktions- und/oder Streulichtmessungen nephelometrisch oder turbidimetrisch durchfuehren zu koennen, wobei die Apertur des die Streustrahlung erfassenden Systems wesentlich zu erhoehen und auch die nur wenig zur Richtung des angeregten Lichtes geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen sind. Die erfindungsgemaesse Loesung sieht zwischen einer Probe und einem Empfaenger ein optisches Abbildungssystem vor, dessen Apertur groesser als die Oeffnung des Primaerlichtbuendels ist und dem benachbart in den Strahlengang ein Absorptionselement fuer den nicht die Messgroesse verkoerpernden Strahlungsanteil einschaltbar ist. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung, die in optischen Analysenmeßgeräten für Extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische Messungen Verwendung findet. Besonders geeignet ist die Erfindung für Messungen an Probenmengen im Mikro-und Ultramikroliterbereich.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Der Trübungsgrad einer Substanz dient häufig zur Konzentrationsbestimmung der die Trübung bewirkenden lichtstreuenden Teilchen. Die Trübungsmessung erfolgt in der Regel turbidimetrisch oder nephelometrisch. Im ersten Fall wird die scheinbare Extinktion der trüben Lösung gemessen, bei der Lichtverluste des Meßlichtbündels beim Durchtritt durch die Substanz nicht durch Absorption, sondern durch Streuung des Lichtes entstehen.

Bei nephelometrischen Messungen wird die Intensität des gestreuten Lichtes direkt gemessen und zur Bestimmung z. B. des Konzentrationswertes benutzt.

Die bekannten optischen Anordnungen beider Meßsysteme unterscheiden sich dadurch, daß die optischen Achsen der lichtbündelnden Systeme bei Meßeinrichtungen für Extinktions- bzw. turbidimetrische Messungen vor und nach der Küvette zusammenfallen und bei Meßeinrichtungen für nephelometrische Messungen zueinander um einen bestimmten Winkel geneigt sind.

Meßgeräte, mit denen Extinktions-, turbidimetrische und nephelometrische Messungen durchführbar sein sollen, besitzen dementsprechend unterschiedliche, zumeist gegen einander austauschbare lichtbündelnde optische Systeme. Die Verwendung von solchen austauschbaren optischen Systemen verursacht zwangsläufig einen hohen Kosten- und Materialaufwand.

Nachteilig an den bekannten technischen Lösungen ist weiterhin, daß die Apertur der die Streustrahlung erfassenden Systeme relativ gering und auch nicht geeignet ist, die nur wenig zur Richtung des anregenden Lichtes geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen.

Da in dieser Richtung in der Regel besonders intensive Streustrahlung einer meßtechnischen Verarbeitung verlorengeht, ist bei den bekannten Anordnungen die Schichtdicke und das Volumen der zu messenden Substanz nicht wesentlich reduzierbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Aufwendungen sowohl für das optische System als auch für die Analysesubstanzen zu reduzieren und die Empfindlichkeit der Meßanordnung zu steigern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist die Augabe der Erfindung mit nur einem optischen System abbildender Elemente Lxtinktions- und/oder Streulichtmessungen nephelcmetrisch und turbidimetrisch durchführen zu können, wobei die Apertur des die Streustrahlung erfassenden Systems wesentlich zu erhöhen und auch die nur wenig zur Richtung des Primärlichtbündels geneigt verlaufende Streustrahlung zu erfassen.

Die Aufgabe wird durch eine optische Anordnung für Extinktions-nephelometrische und turbidimetrische Messungen, durch die ein monochromatisches Primärlichtbündel einer zu messenden Probe zugeführt, und durch die der die Meßgröße verkörpernde Strahlungsanteii auf einen Empfänger gerichtet werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, c*aß einem zwischen der Probe und dem Empfänger angeordneten optischen Abbildungssystem, dessen Apertur größer als die Öffnung des Primärlichtbündels ist, ein Element zum Zurückhalten des nicht die Meßgröße verkörpernden Strahlungsanteils benachbart in den Strahlengang einschaltbar ist.

Für nephelometrische Messungen wird ein die Mittenzone des optischen Abbildungssystem^, überdeckendes, der Apertur des Primärlichtbündels entsprechendes Absorptionselement für das durch die Probe geschwächte und durch sie hindurchtretende Primärlichtbündel in den Strahlengang, dem Abbildungssystem benachbart, eingeschaltet.

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Sollen Extinktions- und turbidimetrische Messungen durchgeführt werden, ist in den Strahlengang, dem optischen Abbildungssystem benachbart, ein Absorptionselement einschaltbar, das einen für das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel durchlässigen Bereich aufweist und die gestreute Strahlung zurückhält. Eine ebenfalls die Aufgabe erfüllende technische Lösung sieht ein dem Abbildungssystem zugeordnetes Umlenkelement vor, das entweder das durch die Probe geschwächte Primärlichtbündel oder die gestreute Strahlung ausblendet und zur Vernichtung oder meßtechnischen Verarbeitung weiterführt.

Vorteilhaft ist es auch, im optischen Abbildungssystem einen Ausbruch vorzusehen, der das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel zur Weiterverarbeitung oder Vernichtung hindurchläßt und die Achse des optischen Abbildungssystems zur Achse des Primärlichtbündels zu neigen.

Durch die große Apertur des Abbildungssystems wird das Streulicht konzentrisch zur optischen Achse, in einem sehr großen Winkel erfaßt, während das durch die Probe geschwächte Primärlichtbündel zentral durch das Abbildungssystem hindurchtritt.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich lediglich durch Ausblendung die Anteile des gestreuten Lichtes und des geschwächten Primärlichtbündels in sehr hohem Grad voneinander trennen. Infolge dieser Trennung unmittelbar am abbildenden System kann für nephelometrische Messungen auch das nur geringfügig zum direkt durch die Probe tretenden Lichtbündel geneigte Streulicht zur Messung erfaßt werden.

Da in gewissen Grenzen die Streustrahlung proportional der Schichtdicke ist und durch die Erfindung die gestreute Strahlung umfassender zur meßtechnischen Verarbeitung genutzt werden kann, läßt sich die Schichtdicke der Probe reduzieren. Damit ist die erfindungsgemäße Lösung besonders für Messungen an dünnen Schichten geeignet, wie sie z. B. bei flächenhafter Verteilung der Proben auf plattenförmigen Küvetten auftreten.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: einen optischen Strahlengang mit zentral angeordnetem Absorptionselement Fig. 2: einen optischen Strahlengang mit ringförmiger Absorption

Fig.3: einen optischen Strahlengang mit Ausblendung der direkt durch die Probe verlaufenden Strahlung

In Fig. 1 und Fig. 2 wird ein von einer Strahlungsquelle 1 ausgehendes Lichtstrahlbündel 2 durch eine Optik 3 über eine Feldblende 4 zuerst einem Monochromator 5, der auch durch einen Monochromatfilter ersetzt sein kann, zugeführt und als monochromatisches, primäres Lichtbündel 6 durch eine zweite Optik 7 auf eine in einem Probenträger 8 befindliche Probe 9 gerichtet. Dem Probenträger 8 sind im Strahlengang ein in diesen einschaltbares Absorptionselement, ein z. B. aus Fresnellinsen bestehendes optisches Abbildungssystem 10 mit einer Apertur, die größer ist als die des monochromatischen Lichtbündels 6 und ein Strahlungsempfänger 11 nachgeordnet. Indem das monochromatische Lichtbündel 6 die Probe 9 durchsetzt, wird neben einem direkt die Probe durchdringenden ersten Strahlungsanteil 12 ein zweiter Anteil gestreuter Strahlung 13 erzeugt. Während für nephelometrische Messungen als Absorptionselement eine Blende 14 vorgesehen ist, das den ersten Strahlungsanteil 12 absorbiert und der gestreuten Strahlung 13 den Weg zum Empfänger 11 freiläßt, besteht das Absorptionselement für Extinktionsund turbidimetrische Messungen aus einer kreisringförmigen Blende 15, die den ersten Strahlungsanteil 12 hindurchläßt, die gestreute Strahlung 13 aber zurückhält. Die Blenden 14 und 15 können durch entsprechende Filter ersetzt und auch dem Abbildungssystem 10 nachgeordnet, oder bei einem Linsensystem auch innerhalb des Systems angeordnet werden. In Fig.3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der erste Strahlungsanteil 12 durch einen Umlenkspiegel 16 ausgeblendet und auf einen zweiten Empfänger 17 gerichtet wird. Auch in diesem Fall können alle Meßarten mit demselben System abbildender Elemente realisiert werden, wobei der Empfänger 11 die getreute Strahlung 13 und der zweite Empfänger 17 den ersten Strahlungsanteil 12 empfängt. Es ist natürlich auch möglich, den Umlenkspiegel so zu gestalten, daß die gestreute Strahlung 13 ausgeblendet wird. Soll die vorgeschlagene technische Lösung nur für nephelometrische Messungen verwendet werden, kann der zentrale Bereich des optischen Abbildungssystems 10 auch ständig in verschiedener Art und Weise undurchlässig gestaltet werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur scharfen Trennung des ersten Strahlungsanteils 12 und der gestreuten Strahlung 13, im optischen Abbildungssystem einen Ausbruch vorzusehen, der den ersten Strahlungsanteil 12 zur Weiterverarbeitung oder Vernichtung hindurchläßt und zusätzlich die Achse des optischen Abbildungssystems 10 zur Achse des monochromatischen Lichtbündels 6 zu neigen.

Claims (4)

1. Optische Anordnung für Extinktions-, nephelometrische und turbidimetrische Messungen, durch die ein monochromatisches Primärlichtbündel einer zu messenden Probe zugeführt, und durch die der die Meßgröße verkörpernde Strahlungsanteil auf einen Empfänger gerichtet werden, gekennzeichnet dadurch, daß einem zwischen der Probe und dem Empfänger angeordneten optischen Abbildungssystem, dessen Apertur größer als die Öffnung des Primärlichtbündels ist, ein Element zum Zurückhalten das nicht die Meßgröße verkörpernden Strahlungsanteile benachbart in den Strahlengang einschaltbar ist.

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Patentansprüche:

2. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für nephelometrische Messungen in den Strahlengang, dem optischen Abbildungssystem benachbart, ein der Apertur des Primärlichtbündels entsprechendes Absorptionselement einschaltbar ist, das die Mittenzone des Abbildungssystems überdeckt und das direkt durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel absorbiert.

3. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für Extinktions- und turbidimetrische Messungen in den Strahlengang, dem optischen Abbildungssystem benachbart, ein Absorptionselement einschaltbar ist, das einen für das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel durchlässigen Bereich aufweist und die gestreute Strahlung zurückhält.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Abbildungssystem ein Umlenkelement zugeordnet ist, das entweder das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel oder die gestreute Strahlung zur Absorption oder weiteren meßtechnischen Verarbeitung weiterleitet.

4. Optische Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im optischen Abbildungssystem ein Ausbruch vorgesehen ist, der das durch die Probe hindurchtretende, geschwächte Primärlichtbündel zur Weiterverarbeitung oder Vernichtung hindurchläßt und daß die Achse des optischen Abbildungssystems zur Achse des Primärlichtbündels geneigt ist.

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