RU2593623C2 - Устройство для фотометрического или спектрометрического исследования жидкой пробы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к устройству для фотометрического или спектрометрического исследования жидкой пробы. Устройство (1) включает в себя выполненную с возможностью расположения в траектории лучей между источником (4) излучения и детектором (5) излучения кювету (3, 3′), в которой размещена исследуемая жидкая проба (2), содержащую проницаемый для излучения входной участок (6) для ввода излучения (20), создаваемого при помощи источника (4) излучения и вступающего во взаимодействие с объемом (8) пробы, и содержащую проницаемый для излучения выходной участок (7) для вывода излучения (20″), предназначенного для регистрации в детекторе (5). При этом входной участок (6) имеет такую выпуклую входную поверхность (11) и/или выходной участок (7) имеет такую сферическую выпуклую выходную поверхность (12, 12′), что попадающее излучение (20, 20′) фокусируется по типу фокусирующей линзы. Изобретение обеспечивает возможность точного формирования возбуждающего излучения, применяемого для исследования жидкой пробы, с малыми затратами на монтаж и юстировку. 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для фотометрического или спектрометрического исследования жидкой пробы, включающему в себя кювету, выполненную с возможностью расположения в траектории лучей между источником излучения и детектором излучения и в которой размещена исследуемая жидкая проба, при этом кювета содержит проницаемый для излучения входной участок для ввода излучения, создаваемого при помощи источника излучения и вступающего во взаимодействие с объемом пробы, и проницаемый для излучения выходной участок для вывода излучения, предназначенного для регистрации в детекторе излучения.

Такие устройства применяют для проведения аналитических опытов, чтобы качественно и количественно определить химические параметры жидких проб. Кювета образует ячейку для жидкости, в которой размещена исследуемая жидкая проба. Пробу подвергают реакции с соответствующим реагентом, чтобы вызвать изменения оптических свойств раствора, которые могут быть измерены фотометрическим способом. С этой целью предусмотрен источник излучения, который, в зависимости от варианта применения, создает видимое, инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Кювета имеет проницаемое для применяемого возбуждающего излучения входное окно для ввода возбуждающего излучения, которое после прохождения через объем пробы выводится через выходное окно. Для проведения теста в кювете или тому подобного до сих пор преимущественно применяют кюветы с плоскопараллельными стенками, на которых выполнены входное и выходное окна. Кроме того, зачастую используется система линз, чтобы достигнуть необходимого отклонения или формирования излучения между источником излучения и детектором.

Например, в связи с рефрактометром с проходящим светом, из DE 42 23 480 А1 известно расположение полой кюветы в телецентрической траектории лучей монохроматического источника света, который создает расходящийся пучок лучей, который при помощи конденсора формируют в параллельный пучок лучей, который после прохождения кюветы фокусируют при помощи объектива на строчный чувствительный элемент. Такие устройства обеспечивают возможность точного и адаптированного к соответствующему варианту применения отклонения или формирования излучения, предназначенного для исследования. Как недостаток, такие системы формирования изображения требуют очень больших затрат, и, кроме того, монтаж и юстировка оптической системы являются трудоемкими и зачастую могут быть произведены лишь техническим специалистом. Кроме того, имеет место большое количество переходных или граничных поверхностей, которые вызывают искажения изображения и потери мощности.

В другом случае, в DE 38 35 347 А1 описана ячейка для жидкости с полусферическими концами, которую применяют с использованием возбуждаемых процессов рассеяния для лазерного усиления или сопряжения фаз.

Из DE 10 2006 052 887 А1, ЕР 0 404 258 А22 и DE 4336 520 А1 известны датчики помутнения другого типа.

В противоположность этому, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать конструктивно простое и экономично изготавливаемое устройство описанного выше типа, которое обеспечивает возможность точного формирования возбуждающего излучения, применяемого для исследования жидкой пробы, с малыми затратами на монтаж и юстировку.

Это решено в устройстве упомянутого выше типа посредством того, что входной участок имеет такую выпуклую входную поверхность и/или выходной участок имеет такую по существу выпуклую сферическую выходную поверхность, что попадающее излучение фокусируется по типу фокусирующей линзы.

В соответствии с этим по меньшей мере одна из поверхностей кюветы, предназначенных для ввода или вывода излучения, выполнена выпуклой, так что достигается фокусирование попадающего излучения, то есть уменьшение рассеяния лучей. Таким образом, кювета непосредственно выполняет функции оптической системы, которые до сих пор функционально и конструктивно были от нее отделены. Посредством того, что существенные элементы формирования лучей интегрированы в кювету, в распоряжение может быть предоставлено компактное и экономичное фотометрическое устройство, которое имеет несложную конструкцию и может быть размещено в траектории лучей между источником излучения и детектором излучения. Благодаря этому затраты на монтаж существенно уменьшаются. Кроме того, юстировка может быть существенно упрощена по сравнению с традиционными устройствами, содержащими отдельные оптические системы. Количество переходных поверхностей существенно меньше, чем при наличии внешних оптических систем, так что искажения изображения и потери мощности могут минимизироваться. Поэтому устройство пригодно, в частности, для быстро и экономично проводимых фотометрических или спектрометрических исследований, которые не требуют дорогостоящей высококачественной оптической системы, при этом, с другой стороны, желательно максимально простое обслуживание. Предпочтительно как входная поверхность, так и выходная поверхность выполнены выпуклыми, так что в общей сложности достигается эффект двояковыпуклой фокусирующей линзы. Однако, в зависимости от варианта применения, возможно также, что выпуклой выполнена лишь входная поверхность или выходная поверхность. Такая конструкция сравнима с плосковыпуклой фокусирующей линзой. Разумеется, изобретение не ограничено кюветами с единственной входной или выходной поверхностями. В частности, зачастую желательно, чтобы пучок лучей выводился более чем из одного выходного участка, чтобы получить дополнительную информацию об излучении, вступившем во взаимодействие с объемом пробы. Выпуклая входная или выходная поверхность могут проходить по всему входному или выходному участку кюветы. Однако возможно также, что входной или выходной участок выполнены выпуклыми лишь частично. Входной или выходной участки предпочтительно имеют просветление, которое рациональным образом соответственно образовано при помощи слоя с толщиной λ/4. Для рационального образования лучей в области граничных поверхностей кюветы, предусмотренных для ввода или вывода излучения, входная поверхность и/или выходная поверхность выполнены по существу сферическими. Выполнение оптически активных поверхностей, то есть входной и/или выходной поверхности, в виде сферических поверхностей является предпочтительным технологически. При этом возможно также, что входная или выходная поверхность выполнены с несколько асферической кривизной, то есть с осесимметричной формой, которая, в отличие от точных сферических поверхностей, не соответствует фрагменту сферической поверхности. Могут использоваться дополнительные степени свободы сферических линз, чтобы уменьшить искажения изображения, которые неизбежны при применении точно сферических поверхностей.

В первом предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что кювета имеет ячейку для жидкости, просвечиваемую по существу в направлении своей продольной оси и, в частности, выполненную по существу цилиндрической формы, при этом концевая поверхность ячейки для жидкости выполнена в виде выпуклой входной или выходной поверхности. В частности, концевые поверхности кювет расположены по существу поперечно к продольной оси кюветы. Если обе концевые поверхности выполнены выпуклыми, то может быть достигнуто рациональное просвечивание жидкой пробы. Преимущество этого выполнения состоит в том, что излучение проходит в кювете сравнительно большое расстояние, и, таким образом, имеет место большой объем взаимодействия, который обеспечивает возможность исследования химических параметров, например концентрации определенного компонента раствора, с высокой точностью. Концевые поверхности ячейки для жидкости, в частности по существу цилиндрической формы, рациональным образом имеют такую кривизну, что возбуждающее излучение фокусируется вдоль продольной оси кюветы по существу в параллельный пучок лучей, который по существу полностью проходит через раствор, содержащийся в ячейке для жидкости.

В следующем предпочтительном варианте выполнения является преимуществом, если кювета имеет ячейку для жидкости, просвечиваемую по существу в направлении, поперечном к ее продольной оси, и, в частности, по существу цилиндрической формы, при этом на боковой поверхности кюветы выполнены выпуклые входная поверхность и/или выходная поверхность. В соответствии с этим, в данном варианте на боковой поверхности ячейки для жидкости предусмотрены выпуклые или выгнутые наружу входная или выходная поверхности.

Если кювета выполнена в виде проточной кюветы, которая имеет подвод и отвод для исследуемой жидкой пробы, то может осуществляться непрерывное исследование химических или физических процессов. В частности, это обеспечивает возможность текущей регистрации изменений химических параметров, например концентрации и т.д.

Чтобы избежать воздушных включений в жидкой пробе, благоприятно, если подвод присоединен к кювете, по отношению к ее рабочему положению, в вертикальном направлении ниже отвода, при этом отвод предпочтительно соединен с верхним участком кюветы. В соответствии с этим, жидкую пробу подводят снизу и отводят сверху, вследствие чего надежным образом предотвращается или по меньшей мере существенно уменьшается образование воздушных пузырьков, которые могут мешать исследованию. В частности, с этой целью благоприятно, если отвод присоединен на верхней стороне кюветы, так что жидкую пробу отводят в самом верхнем в вертикальном направлении месте.

С учетом улучшенного перемешивания жидкой пробы и благоприятных условий протекания является преимуществом, если продольная ось подвода и/или продольная ось отвода наклонены по отношению к продольной оси и/или поперечной оси проточной кюветы.

В альтернативном варианте выполнения проточной кюветы улучшенные условия протекания могут быть достигнуты посредством того, что подвод и/или отвод имеют участки с различными поверхностями поперечного сечения.

Для многих вариантов применения, в частности для проточной цитометрии и аналогичных способов измерения, является преимуществом, если кювета имеет по меньшей мере одну выпуклую выходную поверхность для рассеиваемого вперед пучка лучей и следующую выпуклую выходную поверхность для рассеиваемого в поперечном направлении пучка лучей. Проточная цитометрия основана на эмиссии оптического излучения клеткой, которую подвергают облучению с высокой интенсивностью, создаваемому, например, при помощи источника лазерного излучения. На основании рассеиваемого света можно сделать заключение о размере и форме клетки. Рассеиваемый вперед свет (FSG - рассеяние вперед), то есть свет, отклоненный под малым углом, зависит, в частности, от объема клетки. Рассеиваемый в поперечном направлении пучок лучей, обычно обозначаемый как рассеиваемый вбок свет (SSC - рассеяние вбок), дает, в частности, сведения о зернистости, величине и структуре клетки или ее составных частей. Сопоставление рассеиваемого вперед света и рассеиваемого вбок света обеспечивает, например, возможность различения различных кровяных клеток. Для проведения проточной цитометрии благоприятно, если кювета имеет узкий канал, через который клеточную суспензию проводят в очень тонкой струе.

Кроме того, изобретение относится к устройству, которое имеет источник излучения, в частности, предназначенный для создания расходящегося пучка лучей, предпочтительно светодиод (LED), и детектор излучения, предпочтительно чувствительный элемент CCD (прибор с зарядовой связью). Разумеется, в зависимости от варианта применения, могут быть предусмотрены также другие типы источников излучения, в частности непрерывный источник излучения. В частности, если требуется высокая интенсивность, может быть также применен лазерный источник. Однако применение светодиодов намного предпочтительней, так как они представляют собой очень экономичный вариант выполнения, который, кроме того, имеется в распоряжении для большинства диапазонов длин волн. Камера CCD предпочтительно предназначена для того, чтобы регистрировать проходящее излучение, которое содержит информацию о жидкой пробе, по существу вдоль всей длины кюветы.

Рациональным образом предусмотрен опорный чувствительный элемент для калибровки детектора излучения.

Согласно одному предпочтительному варианту выполнения предусмотрена мешалка для перемешивания жидкой пробы. Благодаря этому жидкая проба может перемешиваться во время измерения. Предпочтительно мешалка выполнена в виде магнитной мешалки.

Для проведения фотометрических исследований с высоким измерительным разрешением является благоприятным, если выпуклая входная поверхность фокусирует пучок лучей, в частности, расходящийся по существу в параллельный пучок лучей, который после прохождения через объем пробы при помощи выпуклой выходной поверхности фокусируется в сходящийся пучок лучей, который может детектироваться при помощи детектора излучения. Таким образом, просвечивается сравнительно большой объем пробы, благодаря чему увеличивается измерительное разрешение, которое зависит от объема пробы. Поэтому интегрированная в кювету система линз обеспечивает возможность целенаправленно адаптировать просвечиваемый объем пробы к предъявляемым к способу анализа требованиям, в частности, с учетом достижимого разрешения. Кроме того, благодаря тому, что просвечивают сравнительно большой объем пробы, может быть существенно уменьшено воздействие на пробу излучения, что, в частности, имеет большое значение при исследовании органических проб, например, при помощи ультрафиолетового (UV) излучения.

В следующем предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что входная поверхность кюветы выполнена криволинейной таким образом, что попадающее на входную поверхность излучение фокусируется в сравнительно малой области фокусировки жидкой пробы. Это достигается посредством сравнительно малого радиуса кривизны входной поверхности. Данный вариант выполнения конструктивно простым способом обеспечивает возможность введения высокой плотности энергии в область фокусировки исследуемой жидкой пробы. Наличие высокой плотности энергии является существенным для многих вариантов применения, например, для проточной цитометрии. В соответствии с этим, для возбуждения объема пробы может применяться излучение со сравнительно низкой интенсивностью, которое фокусируют при помощи криволинейной по типу фокусирующей линзы входной поверхности, чтобы достигнуть в объеме пробы требуемой плотности энергии. Это позволяет применять в качестве источника излучения светодиоды, которые отличаются своей низкой стоимостью и своим широким распространением с самыми различными длинами волн. Выбранный радиус кривизны входной поверхности рациональным образом зависит от формы или расширения попадающего излучения, которое может иметь место в виде расходящегося или параллельного пучка лучей.

Изобретение дополнительно поясняется ниже при помощи показанных на чертежах предпочтительных вариантов выполнения, которыми, однако, изобретение не ограничено. На чертежах показано:

фиг.1 - вид устройства для фотометрического или спектрометрического исследования жидкой пробы при помощи кюветы, при этом входной и выходной участки для возбуждающего излучения выполнены согласно состоянию техники на плоскопараллельных боковых стенках кюветы;

фиг.2 - вид устройства для фотометрических или спектрометрических исследований, содержащего кювету, которая согласно первому варианту выполнения изобретения выполнена в виде просвечиваемой в продольном направлении проточной кюветы с выпуклыми концевыми поверхностями;

фиг.3 - вид устройства для фотометрических или спектрометрических исследований, содержащего кювету, которую согласно следующему варианту выполнения изобретения просвечивают в поперечном направлении, при этом выпуклые входное и выходное окна выполнены на боковой поверхности кюветы;

фиг.4 - вид устройства для фотометрических или спектрометрических исследований, содержащего кювету, которая согласно следующему варианту выполнения изобретения при помощи выпуклого входного окна фокусирует возбуждающее излучение в малой области фокусировки;

фиг.5 - вид устройства для фотометрических или спектрометрических исследований по типу проточной цитометрии, при этом кювета, выполненная согласно следующему варианту выполнения изобретения, имеет два выпуклых выходных окна, которые выводят рассеиваемый вперед свет и рассеиваемый вбок свет;

фиг.6, 7 - соответственно виды проточной кюветы согласно следующему варианту выполнения изобретения, которая имеет улучшенные в отношении условий протекания подвод и отвод;

фиг.8 - вид проточной кюветы с альтернативным выполнением подвода и отвода;

фиг.9 - вид устройства для фотометрических или спектрометрических исследований, содержащего дихроическое зеркало и опорный чувствительный элемент;

фиг.10 - вид альтернативного устройства для фотометрических или спектрометрических исследований, содержащего частично проницаемое зеркало.

На фиг.1 показано известное по состоянию техники устройство 1 для фотометрического определения химического параметра жидкой пробы 2, которая содержит исследуемый раствор, подвергнутый реагированию с соответствующим реагентом, чтобы вызвать изменение оптических свойств раствора, которое может быть измерено фотометрическим способом. Химическим параметром может быть, например, концентрация. Фотометрия основана на измерении оптических свойств излучения, которое проходит через жидкую пробу 2. В простейшем случае в качестве меры исследуемой концентрации компонента раствора может быть применено поглощение излучения. В других случаях регистрируют параметры рассеяния или отклонения. Альтернативно фотометрическому исследованию жидкой пробы 2 или в дополнение к нему могут быть произведены спектрометрические измерения. Устройство 1 содержит кювету 3, которая расположена между источником 4 излучения для создания предназначенного для фотометрического исследования излучения и детектором 5 излучения для регистрации проходящего излучения. На обращенной к источнику 4 излучения стенке кювета 3 имеет входной участок 6 для ввода возбуждающего излучения, создаваемого при помощи источника 4 излучения. Кроме того, на противоположной стенке кюветы 3 предусмотрен выходной участок 7, через который выводят излучение, вступившее во взаимодействие с объемом 8 жидкой пробы 2. Проходящее излучение попадает на детектор 5 излучения, который на основании измеренной физической величины, в частности на основании интенсивности проходящего излучения, определяет исследуемый химический параметр жидкой пробы 2. Показанная на фиг.1 кювета 3 выполнена согласно состоянию техники с плоскопараллельными стенками. Как видно из фиг.1, при помощи этой кюветы подвергают измерению лишь очень малый объем 8 пробы, при этом преобладающая часть возбуждающего излучения не попадает на детектор 5 излучения. На фиг.1 схематически показана освещаемая поверхность 9, которая в несколько раз больше, чем поперечное сечение 10 возбуждающего излучения, которое непрерывно расходится между источником 4 излучения и детектором 5 излучения. Таким образом, для исследования жидкой пробы 2 используют лишь небольшую часть энергии возбуждения. Сила сигнала на детекторе 5 излучения определяется по существу интенсивностью возбуждающего излучения и отношением между освещаемой поверхностью 9 и поверхностью чувствительного элемента. Поэтому в показанной конструкции получают лишь сравнительно малую силу сигнала, сопряженную с малым разрешением, которого при определенных обстоятельствах недостаточно для определения малых концентраций.

Поэтому по состоянию техники зачастую применяют сложные системы линз (на фиг.1 не показаны), которые обеспечивают надлежащее формирование возбуждающего излучения, чтобы достигнуть увеличения эффективного объема 8 пробы, применяемого для исследования, или сигнала, попадающего на детектор 5 излучения. Однако дополнительные оптические компоненты, например по типу линз конденсора или объектива, являются дорогостоящими в изготовлении. Кроме того, юстировка этих линз является трудоемкой, так как размещение линз должно быть точно ориентировано по отношению к кювете 3, чтобы достигнуть желаемого отклонения или фокусирования излучения.

В противоположность этому, в первом варианте выполнения изобретения в показанной на фиг.2 кювете 3 предусмотрено, что входной участок 6 имеет выпуклую входную поверхность 11, которая фокусирует попадающее на нее излучение по типу фокусирующей линзы. Соответственно выходной участок 7 кюветы 3 имеет выпуклую выходную поверхность 12, чтобы фокусировать проходящее излучение при выведении из кюветы 3. Выпуклость входной поверхности 11 или выходной поверхности 12 относится к внутренней полости кюветы 3, по отношению к которой входная 11 или выходная поверхность 12 выгнуты наружу. В соответствии с этим, выпуклые входная поверхность 11 или выходная поверхность 12 осуществляют фокусировку попадающего на соответствующую поверхность излучения, так что уменьшается расхождение пучка лучей. Поэтому кювета 3 непосредственно выполняет функции оптической системы, которая в прежних устройствах 1 была образована отдельными оптическими компонентами. Таким образом, формирование лучей достигается посредством интегрированных в кювету 3 выпуклых входной 11 или выходной поверхности 12, так что без трудоемких монтажа и юстировки в распоряжение предоставляется компактное фотометрическое устройство 1, которое обходится без дорогостоящих дополнительных оптических компонентов. Это, в частности, является преимуществом в вариантах применения с возбуждающим излучением в ультрафиолетовом (UV) или инфракрасном (IR) диапазонах, требующих специальных стекол, которые являются особенно трудоемкими и дорогостоящими в изготовлении.

Показанная на фиг.2 кювета 3 образована вытянутой в продольном направлении, по существу цилиндрической ячейкой 13 для жидкости, которую просвечивают в направлении ее продольной оси 14. Эта кювета 3 имеет две расположенные поперечно к продольной оси 14 концевые поверхности 15, которые образуют выпуклую входную поверхность 11 и выпуклую выходную поверхность 12. Кювета 3 выполнена в виде проточной кюветы 3′, имеющей подвод 16, через который жидкую пробу 2 вводят в ячейку 13 для жидкости. Кроме того, кювета 3 имеет отвод 17, через который исследуемую жидкую пробу 2 выводят из ячейки 13 для жидкости. Проточная кювета 3′ обеспечивает возможность непрерывного исследования химических параметров жидкой пробы 2. Кроме того, как видно из фиг.2, жидкую пробу 2 вводят по направлению стрелки 18 в ячейку 13 для жидкости снизу, по отношению к рабочему положению кюветы 3, и после прохождения через ячейку 13 для жидкости выводят вверх через отвод 17. Благодаря этой конструкции существенно уменьшается образование воздушных включений, которые затрудняют исследование жидкой пробы 2. С этой целью, в частности, предусмотрено, что отвод 17 присоединен в самом верхнем в вертикальном направлении по отношению к рабочему положению месте проточной кюветы 3′.

Источник 4 излучения, который рациональным образом выполнен в виде экономичного и имеющегося в распоряжении для самых различных длин волн светодиода (LED) 19, создает расходящийся пучок 20 лучей, который при помощи выпуклой входной поверхности 11 фокусируется в по существу параллельный пучок 20′ лучей, при этом возбуждающим излучением просвечивается значительно больший по сравнению с традиционными конструкциями объем 8 пробы. По существу параллельный пучок 20′ лучей после прохождения через объем 8 пробы фокусируется при помощи выпуклой выходной поверхности 12 в сходящийся пучок 20″ лучей, который сфокусирован на поверхности чувствительного элемента детектора 5 излучения. В соответствии с этим, возбуждающее излучение используется очень эффективно, при этом в качестве объема 8 пробы подвергается измерению по существу все содержимое ячейки 13 для жидкости.

На фиг.3 показан альтернативный вариант выполнения устройства 1, в котором кювета 3 имеет ячейку 13′ для жидкости, просвечиваемую по существу в направлении, поперечном к ее продольной оси 21. Ячейка 13′ для жидкости может иметь форму цилиндра или, в общем случае, прямоугольного параллелепипеда. В зависимости от варианта применения, кювета 3 может быть выполнена в виде проточной кюветы 3′ или в виде кюветы, в которую перед исследованием вводят реагент. Выпуклые входная 11 и выходная 12 поверхности соответственно выполнены на боковой поверхности 22 кюветы 3. В этом варианте выполнения посредством выпуклых входной 11 и выходной 12 поверхностей также достигается эффект фокусирующей линзы, в частности, двояковыпуклой фокусирующей линзы, чтобы обеспечить рациональное формирование прохождения возбуждающего излучения через кювету 3.

На фиг.4 показан следующий вариант выполнения устройства 1 согласно изобретению, в котором кювета 3 имеет большую выпуклость, чем в предыдущих вариантах выполнения, так что расходящееся возбуждающее излучение при вводе в кювету 3 непосредственно фокусируется в сходящийся пучок лучей, который имеет сравнительно малую область 23 фокусировки в объеме 8 пробы. Благодаря этому варианту выполнения можно передавать в объем 8 пробы очень высокую плотность энергии, преимущество чего состоит в том, что вместо обычно применяемого лазера в качестве источника 4 излучения может быть также применен сравнительно экономичный светодиод 19.

Наконец, на фиг.5 показан вариант выполнения устройства 1, который соответствует варианту выполнения, показанному на фиг.4, при этом видно второе выпуклое выходное окно 12′, которое расположено по существу перпендикулярно к входной поверхности 11 или к выходной поверхности 12. Этот вариант выполнения кюветы 3 обеспечивает возможность реализации методов анализа по типу проточной цитометрии. При этом рассеиваемый вперед пучок лучей или рассеиваемый вперед свет 24 выводят через выходную поверхность 12 и регистрируют при помощи детектора 26 рассеиваемого вперед света. Кроме того, рассеиваемый в поперечном направлении пучок лучей или рассеиваемый вбок свет 25 выводят через выходную поверхность 12′ и регистрируют при помощи детектора 27 рассеиваемого вбок света. При помощи проточной цитометрии исследуют, например, клеточные суспензии, которые проводят в тонкой струе через канал 28 кюветы 3 (см. также фиг.4). В альтернативном варианте выполнения (не показан) кювета 3 может иметь по существу круглое поперечное сечение. Кроме того, кювета 3 может иметь по меньшей мере одно третье выходное окно (не показано), которое предпочтительно расположено напротив выходного окна 12′. К третьему выходному окну может быть присоединен дополнительный детектор рассеиваемого вбок света, который, как и детектор 27 рассеиваемого вбок света, регистрирует рассеиваемый вбок свет в поперечном направлении.

В зависимости от варианта применения, радиус кривизны выпуклых входной или выходной поверхностей 11 или 12 должен адаптироваться к желаемой фокусировке возбуждающего излучения или проходящего излучения. С учетом экономичного изготовления рациональными являются сферические входная 11 или выходные 12, 12′ поверхности. Для вариантов применения с высокими требованиями к точности формирования изображения для предотвращения искажений от линз может быть благоприятным, если входная 11 или выходные 12, 12′ поверхности выполнены в виде асферических поверхностей.

На фиг.6 и 7 в продольном и поперечном сечениях показана проточная кювета 3′, которая имеет благоприятную в отношении условий протекания в ячейке 13 для жидкости форму подвода 16 и отвода 17. Как видно на фиг.6, продольная ось 16′ подвода 16 и продольная ось 17′ отвода 17 соответственно наклонены по отношению к продольной оси 14 ячейки 13 для жидкости. Кроме того, как видно из фиг.7, продольная ось 16′ подвода 16 и продольная ось 17′ отвода 17 соответственно расположены под углом наклона по отношению к поперечной оси 29 ячейки 13 для жидкости. При таком выполнении жидкую пробу 2 вводят в ячейку 13 для жидкости и выводят из нее по существу тангенциально, вследствие чего достигается улучшенное перемешивание жидкой пробы 2 и уменьшение турбулентностей в потоке жидкости.

На фиг.8 показан альтернативный вариант выполнения проточной кюветы 3′, в котором подвод 16 и отвод 17 соответственно имеют два участка 16а, 16b или 17а, 17b с различными поверхностями поперечного сечения. В соответствии с этим подвод 16 имеет проходящий в направлении продольной оси 14 ячейки 13 для жидкости участок 16а, который входит в расположенный перпендикулярно к нему участок 16b с увеличенным по сравнению с участком 16а поперечным сечением, через который жидкую пробу 2 вводят в ячейку 13 для жидкости. Примыкающий к ячейке 13 для жидкости участок 17b отвода 17 имеет большее поперечное сечение, чем расположенный позади него по направлению потока участок 17а отвода 17, который примыкает к участку 17b отвода 17 в продольном направлении.

На фиг.9 схематически показано устройство для проведения фотометрических или спектрометрических исследований, включающее в себя содержащую жидкую пробу 2 кювету 3, источник 4 излучения и два отдельных детектора 5 излучения, которые регистрируют различные или комплементарные взаимодействия вводимого излучения с жидкой пробой 2. Кроме того, для калибровки измерительного сигнала предусмотрен опорный чувствительный элемент 30. В показанном на фиг.9 устройстве для разделения излучения, испускаемого источником 4 излучения, предусмотрено дихроическое зеркало 31, которое отражает одну часть светового спектра в направлении входного участка 6 и пропускает остальные диапазоны длин волн.

На фиг.10 показано альтернативное устройство для проведения фотометрических или спектрометрических исследований, в котором вместо показанного на фиг.9 дихроического зеркала 31 предусмотрено частично проницаемое зеркало 32, которое отклоняет одну часть излучения, испускаемого источником 4 излучения, на опорный чувствительный элемент 30, при этом проходящая часть излучения попадает на выпуклую концевую поверхность 15 входного участка 6. Для регистрации излучения, вступающего во взаимодействие с жидкой пробой 2, в области входного участка 6 или в области выходного участка 7 расположены детекторы 5 излучения.

Claims (13)

1. Устройство (1) для фотометрических или спектрометрических исследований жидкой пробы (2), включающее в себя
кювету (3, 3'), выполненную с возможностью расположения в траектории лучей между источником (4) излучения и детектором (5) излучения и в которой размещена исследуемая жидкая проба (2), при этом кювета (3, 3') содержит
проницаемый для излучения входной участок (6) для ввода излучения (20), образованного при помощи источника (4) излучения (20) и вступающего во взаимодействие с объемом (8) пробы, и
проницаемый для излучения выходной участок (7) для вывода излучения (20"), предназначенного для регистрации в детекторе (5) излучения,
отличающееся тем, что
входной участок (6) имеет такую, по существу, сферическую выпуклую входную поверхность (11) и выходной участок (7) имеет такую, по существу, сферическую выпуклую выходную поверхность (12, 12'), что падающее излучение (20, 20') фокусируется по типу фокусирующей линзы, причем входная поверхность (11) и выходная поверхность (12, 12') выполнены за одно целое с кюветой (3, 3'), причем вводимое во входную поверхность (11) излучение (20) представляет собой расходящийся пучок (20) лучей.

2. Устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что кювета (3, 3') имеет ячейку (13) для жидкости, просвечиваемую, по существу, в направлении своей продольной оси (14) и, в частности, выполненную, по существу, цилиндрической формы,
при этом концевая поверхность (15) ячейки (13) для жидкости выполнена в виде выпуклой входной поверхности (11) и/или выходной поверхности (12).

3. Устройство (1) по п. 1, отличающееся тем, что кювета (3, 3') имеет ячейку (13') для жидкости, просвечиваемую, по существу, в направлении, поперечном к ее продольной оси (21), и, в частности, выполненную, по существу, цилиндрической формы,
при этом на боковой поверхности (22) кюветы выполнены выпуклые входная поверхность и/или выходная поверхность.

4. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, отличающееся тем, что кювета (3, 3') выполнена в виде проточной кюветы (3'), которая имеет подвод (16) и отвод (17) для исследуемой жидкой пробы (2).

5. Устройство (1) по п. 4, отличающееся тем, что подвод (16) присоединен к кювете (3'), по отношению к ее рабочему положению, в вертикальном направлении ниже отвода (17), при этом отвод (17) предпочтительно соединен с верхним участком кюветы (3').

6. Устройство (1) по п. 4, отличающееся тем, что продольная ось (16') подвода (16) и/или продольная ось (17') отвода (17) наклонены по отношению к продольной оси (14) и/или поперечной оси (29) проточной кюветы (3').

7. Устройство (1) по п. 4, отличающееся тем, что подвод (16) и/или отвод (17) имеют участки (16а, 16b) или (17а, 17b) с различными поверхностями поперечных сечений.

8. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, 5-7, отличающееся тем, что кювета (3, 3') имеет по меньшей мере одну выпуклую выходную поверхность (12) для рассеиваемого вперед пучка (24) лучей и еще одну выпуклую выходную поверхность (12') для рассеиваемого в поперечном направлении пучка (25) лучей.

9. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, 5-7, отличающееся тем, что указанный источник (4) излучения представляет собой светодиод (19), а детектор (5) излучения представляет собой чувствительный элемент CCD (на приборах с зарядовой связью).

10. Устройство (1) по п. 9, отличающееся тем, что предусмотрен опорный чувствительный элемент (30) для калибровки детектора (5) излучения.

11. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, 5-7, 10, отличающееся тем, что предусмотрена мешалка для перемешивания жидкой пробы (2).

12. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, 5-7, 10, отличающееся тем, что выпуклая входная поверхность (11) фокусирует расходящийся пучок (20) лучей в, по существу, параллельный пучок (20') лучей, который после прохождения через объем (8) пробы фокусируется при помощи выпуклой выходной поверхности (12, 12') в сходящийся пучок (20") лучей, который может детектироваться при помощи детектора (5) излучения.

13. Устройство (1) по одному из пп. 1-3, 5-7, 10, отличающееся тем, что входная поверхность (11) кюветы (3, 3') имеет такую кривизну, что попадающее на входную поверхность (11) излучение (20) фокусируется в сравнительно малой области (23) фокусировки жидкой пробы.

Images