DE3340505C2

DE3340505C2 - Küvette zur Aufnahme von Substanzen bei der Spektralphotometrie

Info

Publication number: DE3340505C2
Application number: DE19833340505
Authority: DE
Inventors: Ernst 6000 Frankfurt Schumacher
Original assignee: SCHUMACHER KG 6000 FRANKFURT DE
Current assignee: SCHUMACHER KG 6000 FRANKFURT DE
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3340505A1

Abstract

Küvette für die Aufnahme von Substanzen bei der Spektralphotometrie, dadurch gekennzeichnet, daß an der Lichteintrittsseite der Küvette mehrere Eintrittsstellen für das gebündelte Meßlicht vorgesehen sind, und daß dementsprechend an der Lichtaustrittsseite der Küvette mehrere Lichtaustrittsstellen vorgesehen sind, mit der Maßgabe, daß die Lichtwege durch die zu messende Substanz zwischen den Lichteintrittsstellen und den diesen zugeordneten Lichtaustrittsstellen unterschiedlich lang sind, und zwar bei mindestens einem der Lichtwege länger als der direkte Abstand zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite und bei mindestens einem weiteren Lichtweg kürzer als der direkte Abstand zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, wobei die Lichtwegverlängerung dadurch erreicht wird, daß das Meßlichtbündel durch optische Licht-Umlenkmittel mehrfach durch die zu messende Substanz zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite hin- und hergeleitet wird, während zur Lichtwegverkürzung aus optischem Glas gefertigte Lichtleitelemente eingeschaltet werden, die das Meßlichtbündel streuungsfrei leiten und zugleich den für die zu messende Substanz verbleibenden Raum zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite reduzieren.

Description

1. zur Verkürzung der Schichtdicke sind Lichtleitelemente vorgesehen;

2. zur Verlängerung der Schichtdicke sind die Lichtiaufrichtung umkehrende optische Mittel vorgesehen.

2. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitelemente fest eingebaut sind.

3. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitelemente herausnehmbar und austauschbar sind.

4. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umkehrung der Lichtlaufrichtung Reflexionsprismen mit totalreflektierenden oder verspiegelten Kathetenflächen vorgesehen sind.

5. Küvette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umkehrung der Lichtlaufrichtung Spiegel vorgesehen sind.

6. Küvette nach Ansprüchen 1 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der Umlenkmittel eine langbrennweitige Feldlinse zugeordnet ist

7. Küvette nach Anspruch 1, in einer Ausführung als Durchflußküvette, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite des Zuflusses der zu messenden Substanz zuerst die für geringe Schichtdicke dimensionierten Meßräume angeordnet sind.

Die Anmeldung betrifft eine Küvette zur Aufnahme von Substanzen bei der Spektralphotometrie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist prinzipiell bekannt, transparente Substanzen in flüssigem oder gasförmigen Zustand mit Hilfe von aus Glas oder transparentem Kunststoff gefertigten Küvetten in den Strahlengang zwischen einer Meßlichtquelle und der Eingangsoptik einer Spektralmeßapparatur zu bringen. Hierzu wird entweder eine Probe der betreffenden Substanz in die Küvette eingefüllt und mit dieser in den Meßstrahlengang eingeschaltet, oder man verwendet eine Durchflußküvette, d. h. man läßt die zu prüfende Substanz in stetigem Fluß die im Meßstrahlengang der Spektralmeßapparatur angeordnete Küvette durchströmen.

Die zu messenden Substanzen sind hinsichtlich ihres Absorptionsverhaltens äußerst unterschiedlich: Es gibt Substanzen mit sehr geringer, andere mit sehr hoher Absorption im gesamten zu erfassenden Spektralbereich.

Substanzen mit sehr hoher Absorption im gesamten Spektralbereich können nur in Küvetten gemessen werden, in denen sie nur in geringer Schichtdicke vom Meßlicht durchdrungen werden; umgekehrt werden von Substanzen mit ingesamt geringer Absorption nur bei Messung in sehr großer Schichtdicke detaillierte Meßwerte erhalten.

Es ist prinzipiell bekannt, für die Messung von in ihrem Absorptionsverhalten .sehr unterschiedlichen Substanzen einheitlich relativ große Küvetten zu verwenden und in Fällen von besonders hoher Absorption des zu messenden Mediums den optischen Lichtweg durch lichtleitende Elemente zu verkürzen, die in die Küvette

ίο einsetzbar und austauschbar sind oder bleibend in diese integriert sind, wie dies z. B. durch die DE-AS 10 79 857 bzw. DE-GM 78 07 065 offenbart ist

Es ist auch bereits der umgekehrte Weg vorgeschlagen worden, nämlich eine Ausführung derart, daß von einer relativ kleinen Küvette ausgegangen wird, der Meßstrahlengang aber durch Prismen außerhalb der eigentlichen Küvette umgelenkt wird, so daß das Meßlicht das zu messende Medium mehrfach durchläuft, womit der Effekt einer Lichtwegverlängerung erzielt wird, wie z. B. in der DE-OS 28 05 972 beschrieben wird.

Bei der Anwendung der Spektralmessung für Farbstoffauflösungen oder Lösungen stark färbender Substanzen tritt nun aber eine ganz besondere Schwierigkeit auf: Meist ist nämlich in einem bestimmten Spektralgebiet die Absorption sehr hoch, in einem anderen nur sehr gering, was bei Spektralmessungen den Einsatz von Küvetten mit variabeler Lichtweglänge erforderlich macht. Bei den zuvor erwähnten bekannten Küvetten reicht jedoch das Intervall der Schichtdicken-Variabilität für Spektralmessungen nicht aus.

Natürlich könnte man Küvetten, die nach dem erstgenannten Prinzip mit Lichtleitelementen zur Lichtwegverkürzung gebaut sind, größer dimensionieren, um die Schichtdicken in größerem Intervall variieren zu können; mit einer Zunahme des Küvettenvolumens würde jedoch die Menge der für eine ausreichende Küvettenfüllung benötigten Meßflüssigkeit ebenfalls zunehmen, was insbesondere für die analytische Anwendung nachteilig wäre.

Hieraus ergibt sich die Aufgabenstellung für Spektralmeßzwecke eine Küvette zu schaffen, in der ein sehr großes Intervall der Schichtdicken-Variabilität erreicht wird, ohne daß auf eine nennenswerte größere Bauform übergegangen werden muß.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Küvette dieso nen als Ausführungsbeispiele die F i g. 1 —5:

F i g. 1 zeigt eine wannenförmige Küvette 1 mit der Lichteintrittsseite 2 und der Lichtaustrittsseite 6. Bei 3 eintretendes Meßlicht durchläuft die in der Küvette befindliche (nicht dargestellte) zu prüfende Substanz auf direktem Weg und tritt bei 7 aus. Die Weglänge durch die Substanz ist gleich dem Abstand (L) zwischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite. Bei 4 eintretendes Meßlicht durchläuft zunächst das Lichtleitelement 10, anschließend die zu prüfende Substanz, wobei die Lichtweglänge durch die Substanz hindurch mit 11 bezeichnet ist; im dargestellten Beispiel beträgt die Weglänge 0,3 L. Bei S eintretendes Licht durchläuft die zu prüfende Substanz ein erstes Mal, gelangt zum Reflexionsprisma 12, wird in entgegengesetzte Richtung umgelenkt, durchläuft die Substanz ein zweites Mal, wird dann vom Reflexionsprisma 13 umgelenkt und tritt nach einem dritten Durchlauf durch die Substanz bei 9 aus; die Gesamtlänge des Lichtwegs durch die Substanz beträgt

also 3 L. Das Verhältnis der kleinsten zur größten Lichtweglänge ist somit 1:10.

F i g. 2 zeigt eine wannenartig ausgebildete Küvette, bei der das Verhältnis der kleinsten zur größten Lichtweglänge 1 :100 beträgt

In F i g. 2 ist mit 14 die Küvettenwanne bezeichnet, 15, 16,17 sind die Lichteintrittsstellen, 18, !9,20 die diesen zugeordneten Lichtaustrittsstellen. Ein bei 15 eintretendes Meßlichtbündel durchläuft zunächst das Lichtleitelement 27, dann die zu prüfende Substanz in der geringen, mit 30 bezeichneten Schichtdicke, die V20 des direkten Abstands zwischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsseite (L) beträgt Bei 16 eintretendes Licht durchläuft das Lichtleitelement 28, anschließend die zu prüfende Substanz in einer mit 29 bezeichneten Schichtdikke UZ Ein bei 17 eintretendes Meßlichtbündel durchläuft insgesamt 5mal die zu prüfende Substanz, ehe es bei 20 aus der Küvette austritt Wegen des sehr langen Lichtwegs üßber die 4 Reflexionsprismen 21, 22, 23, 24 wurde zwischen Küvettenwandung und Prisma 24 die Feldlinse 25 eingeschaltet; das Prisma wurde auf das Distanzstück 26 aufgekittet. Die Lichtweglängen verhalten sich wie 1 : 10 : 100.

Fig.3 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Küvette: Die bei 31 zufließende Substanz gelangt zunächst in den flachen Meßraum 32, wo sie von dem bei 33 eintretenden Meßlichtbündel durchlaufen wird, welches dann durch das Lichtleitelement 34 weiterläuft und bei 35 austritt. Als nächstes durchfließt die Substanz den rohrförmig ausgebildeten Meßraum 37, in den das Meßiichtbündel bei 36 eintritt, um ihn bei 38 wieder zu verlassen. Die Überleitung der zu prüfenden Substanz in den jeweils nächstfolgenden Meßraum (40, 41, 42) erfolgt in Richtung der eingezeichneten Pfeile innerhalb der beiderseitigen Kopfstücke, die durch Abschlußstükke 39a, 39b, 39c, 39c/, 39e in entsprechende Abschnitte unterteilt sind; die Substanz fließt dann bei 43 ab. Der Meßlichteintritt in den Meßraum 42 ist bei 44 vorgesehen, der Meßlichtaustritt aus dem Meßraum 40 bei 47. Die Lichtumlenkung wird durch die Reflexionsprismen 45 und 46 bewirkt

F i g. 4 zeigt als Detail in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch ein Kopfstück mit angeschlossenen rohrförmigen Meßräumen.

Fig.5 zeigt als Detail in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus einer Variante der Durchflußküvette gemäß F i g. 3: Hierbei sind zwei verschiedene flache Meßräume auf der Zuflußseite der Küvette vorgesehen, nämlich nach dem Anschlußstutzen 48 zunächst ein extrem flacher Meßraum 49, aus dem dann die Substanz in den Meßraum 52 weiterfließt. Der Meßlichteintritt in den Meßraum 49 ist bei 50, der in den Meßraum 52 bei 53 vorgesehen. Das Meßlichtbündel läuft anschließend, wie bereits bei F i g. 3 erläutert, durch die Lichtleitelemente 51 und 54 zur Lichtaustrittsseite der Küvette.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Küvette zur Aufnahme flüssiger oder gasförmiger Substanzen für die Absorptions-Spektralphotometrie, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erzielung großer Schichtdickenunterschiede zwischen mehreren wählbaren Meßlichtwegen durch das zu prüfende Medium hindurch in ein und derselben Küvette die folgenden, teilweise bekannten Merkmale kombiniert werden: