DE2521453A1

DE2521453A1 - Verfahren zur messung des absorptionsvermoegens von durchflussproben und durchflusskuevette, insbesondere zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2521453A1
Application number: DE19752521453
Authority: DE
Inventors: Kenneth Edgar Nelson
Original assignee: Waters Associates Inc
Current assignee: Waters Associates Inc
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-05-14
Publication date: 1975-11-27
Also published as: GB1515023A; DE2521453C2; FR2271566A1; CA1050298A; FR2271566B1; JPS5433871B2; JPS50159775A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH _D._8O34 unterpfaffenhofen PATENTANWALT postfach 12·5·1975

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TELEX: 52 173Ο

Waters Associates, Incorporated, MiIford, Ma., USA

Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens von Durchflußproben und Durchflußküvette, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens von Durchflußproben gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, sowie eine Durchflußküvette, insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Hauptvorri chtungsanspruchs.

Bei einer. Analyse von sehr kleinen Fluidmengen, insbesondere von Flüssigkeitsmengen, zeigte sich, daß die physikalische Aufbereitung des Fluids, d. h. die Wahl der Versuchsbedingungen, sehr sorgfältig durchgeführt werden muß. So wird beispielsweise auf dem Gebiet der FlüssigkeitsChromatographie, bei dem sehr kleine kontinuierlich fließende Flussigkeitsströmungen gemessen werden,

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darauf geachtet, mechanische und thermische Störungen der Flüssigkeitsströmung zwischen der Chromatographensäule und dem analytischen Gerät, in dem eine kontinuierliche Analyse der Flüssigkeitsströmung erfolgt, so klein wie möglich zu halten. Die primäre Aufgabenstellung liegt hierbei darin, einer durchsichtigen Probenküvette in exakter Reihenfolge die sich ändernde Zusammensetzung der die Chromatographensäule verlassenden Flüssigkeit zuzuführen.

Sinn bzw. Zweck und Einzelheiten von derartigen Geräten sind bereits beschrieben. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die US-PS 3 674 373 verwiesen, welche ein Refraktometer beschreibt, das sich besonders gut für die Aufnahme von derartigen Flüssigkeitsströmen eignet. Im allgemeinen wird hierbei derart vorgegangen, daß man den Leitungsweg so klein wie möglich wählt, über den die zu analysierende Flüssigkeit strömen muß, und daß man eine maximale thermische Stabilisierung der Flüssigkeit im Inneren eines derartigen minimal gehaltenen Strömungswegs vornimmt. Dies zeigt ganz allgemein die auf diesem technischen Gebiet erkannte Wichtigkeit einer sorgsamen Handhabung der Probenflüssigkeit zwischen ihrem Ausgangspunkt und der Probenküvette, in der sie einer Analyse unterzogen wird. Diese Analyse ist üblicherweise eine Messung, bei der der Einfluß von der Strömung der Probenflüssigkeit auf eine Strahlung untersucht wird, die auf die Probenküvette gerichtet ist, durch welche die Strömung hindurchtritt.

Die Forscher haben desweiteren festgestellt, daß man auch auf den physikalischen Zustand des Fluids nach seinem Eintreten in die Probenküvette achten muß. Aus diesem Grunde wurden die Probenküvetten jeweils verkleinert, so daß eine Vermischung und Peak-Auf Weitungseffekte vermieden werden. In einigen Fällen wurde ein wirksames thermisches Gleichgewicht zwischen Zelle und Fluid angestrebt, um sogenannte Lichtflimmereffekte längs der Wandungen der Küvette zu vermeiden. Die Küvetten werden darüber hinaus im Normalfalle so angeordnet, daß ihre Auslaßöff-

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nungen eine Lage einnehmen, in der irgendwelche mitgerissenen Gasbläschen das Bestreben zeigen, nach oben aus der Küvette auszutreten.

In der US-PS 3 666 941 ist eine konische gabelförmige bzw. gegabelte Küvette beschrieben, bei der das größere Ende der Küvette der Lichtquelle zugekehrt ist, so daß eine Einrichtung entsteht, die eine maximale Menge der Strahlung aufnimmt, welche eine Fluoreszenz erzeugt.

Bei allen bekannten Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens von Durchflußproben und bei allen bekannten Probenküvetten treten jedoch Probleme auf, die auf die Ausbildung von sogenannten "dynamischen Flüssigkeitslinsen" zurückzuführen sind, welche die Messung und die Meßgenauigkeit empfindlich stören. Auf diese dynamischen Flüssigkeitslinsen wird an einer späteren Stelle noch näher eingegangen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens von Durchflußproben sowie eine Durchflußküvette zu schaffen, bei denen die Störungen im wesentlichen vermieden sind, die auf die dynamischen Flüssigkeitslinsen zurückzuführen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Hauptansprüche gelöst.

Die Erkenntnis der Anmelderin und die sich hieraus ergebende technische Lehre bewirken eine bedeutende Verbesserung im Bau von Durchflußküvetten, die sich insbesondere bei Anwendungen auf dem Gebiet der FlüssigkeitsChromatographie als besonders zweckmäßig erweisen.

Aus der US-PS 3 792 929 ist zwar eine konische Probenküvette bekannt. Diese Patentschrift beschreibt jedoch statische Probenküvetten und nicht Durchflußküvetten, so daß die Probleme der dynamischen Fluidlinsen hier nicht auftreten. (Der Erfinder ist auf diese Entgegenhaltung aufgrund eines Fehlers gestoßen, der darauf zurückzuführen ist, daß das Wort "field"

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im Titel dieser Patentschrift als "fluid" erscheint.) Die ersichtlichen und relativen Dimensionen dieser Küvette erlauben jedoch bei den meisten Überwachungssystemen, bei denen eine kontinuierliche Strömung untersucht wird, beispielsweise auf dem Gebiet der PlussigkeitsChromatographie sowie auf ähnlichen Gebieten keine wirksame Verwendung.

Mit der Erfindung wird ein verbessertes System zur Flüssigkeitschromatographie von einer Bauart geschaffen, bei der eine photometrische Analyseeinrichtung zur Verwendung kommt.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind hierbei in einem Analysegerät zur Flüssigkeitschromatographie zu sehen, das eine Flüssigkeitschromatographensäule enthält, die so ausgebildet ist, daß sie eine Flüssigkeitsströmung aussendet, die eine Reihe von aufeinander folgenden Zusammensetzungen aufweist. Dieses Gerät enthält eine Einrichtung, welche dazu dient, die Strömung einem Photometer zuzuführen, das eine Durchflußküvette enthält. Die Durchflußküvette bildet eine Leitung für die Flüssigkeitsströmung. Das Gerät enthält schließlich eine Einrichtung, die eine Strahlungsquelle liefert, sowie einen Strahlungsdetektor, der so zu dieser Leitung angebracht ist, daß ein durch sie hindurchführender Strahlungsweg gebildet wird. Das Gerät enthält desweiteren eine Einrichtung, welche dazu dient, eine Verzeichnung bzw. Störung der Strahlung durch Wirkungen von dynamischen Flüssigkeitslinsen zu verhindern, wobei diese Einrichtung eine Strömungsküvette enthält, die einen kegelstumpfartigen, allgemein konischen Strömungsweg festlegt, wobei der kleinere Endbereich dieses Kegels näher an der Strahlungsquelle liegt. Hierdurch wird erreicht, daß kein wesentlicher brechungsbedingter Verlust der Strahlung an den Wandungen der Strömungsküvette erfolgt. Bei diesem Analysegerät zur Durchführung einer Flüssigkeitschromatographie sind

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die Lichtquelle und der Detektor bevorzugt so ausgewählt, daß der Detektor ein UV-Detektor ist.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Durch-" flußküvette einen Maximaldurchmesser von 2 mm aufweist. Der Divergenzwinkel zwischen der konischen Wandung und der Achse der Strömungsküvette, d. h. der Achse des Strömungsweges, beträgt bevorzugt zwischen 1 und 3>°· Als zweckmäßig hat es sich ferner erwiesen, wenn ein Verhältnis zwischen der Länge des Strömungswegs und dessen mittlerem Durchmesser besteht, das zumindest 5 i 1 beträgt.

Mit der Erfindung wird desweiteren eine Einrichtung zur Durchführung eines photometrischen Prozesses geschaffen, wobei es gelingt, die Größe des Probenvolumens von der Strömungsküvette so klein wie möglich zu machen, ohne hierbei die Wirksamkeit des Photometers ungebührend zu beeinflussen.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit bei einem Photometer, Jas eine Lichtquelle, eine Probenküvette für den Durchlaß eiüös kontinuierlich strömenden und zu analysierenden Fluids von einer Einlaßöffnung nahe einem Ende über einen Strömungsweg zu einer Auslaßöffnung nahe dem anderen Ende und eine Einrichtung zur Messung der Absorption des Lichts in der Probenzelle enthält, darin zu sehen, daß das Photometer eine Einrichtung enthält, welche auf sog. Plüssigkeitslinsen zurückzuführende Effekte vermeidet. Diese Einrichtung enthält eine allgemein konische Probenküvette, deren kleinerer Endbereich näher an der Lichtquelle angeordnet ist, so daß man einen wesentlich verminderten Verlust des von diesen Plüssigkeitslinsen auf die Wandungen der Probenküvette gebrochenen Lichts enthält. Die Lichtquelle und die Meßeinrichtung sind vorzugsweise derart ausgewählt, daß das Photometer ein UV-Absorptionsdetektor ist. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn die Probenküvette ein Volumen von weniger

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als J52 Ail und einen, maximalen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweist. Als günstig hat sich ein Divergenzwinkel zwischen der Achse des Strömungswegs und der Wandung der Durchflußküvette erwiesen, der zwischen 1° und 3° liegt. Für den Strömungsweg besteht bevorzugt ein Verhältnis zwischen seiner Länge und seinem mittleren Durchmesser, das zumindest 5 : 1 beträgt.

Mit der Erfindung wird desweiteren ein neuartiges Verfahren zur Analyse eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit über photometrische Methoden geschaffen.

Wesentliche Merkmale der Erfindung sind somit in einem Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens einer Durchfluß-Fluidprobe zu sehen, welche eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Zusammensetzungen in laminarer Strömung aufweist, wobei bei diesem Verfahren zwecks wesentlichem Ausschluß von Störungen, die auf die dynamischen Flüssigkeitslinsen zurückzuführen sind, folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

a) die Flüssigkeit wird in eine allgemein konische Probenküvette nahe deren Endbereich mit geringerem Querschnitt eingeleitet;

b) die Flüssigkeit wird von der Probenküvette im Endbereich mit größerem Querschnitt abgeführt;

c) das Absorptionsvermögen des die Küvette durchströmenden Fluids gegenüber der sie durchsetzenden Strahlung wird dadurch gemessen, daß die Strahlung der Küvette von dem Endbereich mit geringerem Durchmesser zugeführt und an dem Endbereich mit größerem Durchmesser ermittelt wird.

Bei diesem Verfahren wird bevorzugt das Volumen des in der Durch-

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flußküvette gehaltenen Fluids auf einem wert gehalten, der unter 32/ul liegt, wobei der maximale Durchmesser der Durchflußküvette 2 mm beträgt. Als besonders günstig hat sich das Verfahren erwiesen,. wenn als Strahlung W-Licht verwendet wird. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Geschwindigkeit des Probenfluids während dessen Bewegung von dem Einlaßende der Probenküvette zu deren Auslaßende um zumindest 50 % herabgesetzt wird.

Mit der Erfindung wird schließlich eine neue und verbesserte Strömungsküvette für die Aufnahme einer Probe geschaffen.

Wesentliche weitere Merkmale der Erfindung sind somit in der Schaffung einer Probenküvette zu sehen, die eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und einen dazwischen liegenden Strömungsweg aufweist, wobei der Strömungsweg aus einer kegelstumpfartigen, eine allgemein konische Kammer bildenden Einrichtung gebildet wird, welche dazu dient, eine Brechung der Strahlung auf die Wandung der Kammer während der Analysejder durch die Kammer hindurchtretenden Flüssigkeit zu vermeiden, wobei die Küvette durchsichtige Endteile aufweist, welche dafür sorgen, daß si ο einen Weg für den Hindurchtritt des Lichtes festlegt. Der S^'ivTungsweg wird bevorzugt so gewählt, daß bei ihm das Verhältnis zwischen der Länge zu dem mittleren Durchmesser zumindest 5 ! 1 beträgt. Der Durchmesser der Probenküvette beträgt bevorzugt 2 mm, das maximale Volumen derselben J2>ul. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel zwischen der Achse des Strömungswegs und der Seitenwandung ergeben, der zwischen 1 und 5° liegt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

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Die vorstehende Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Anmelderin, daß im wesentlichen Umfange auf unerwünschte Ausstrahlung zurückzuführende Signale von einem linsenartigen Effekt erzeugt werden, der durch laminare Strömungsmuster an der Grenzfläche zwischen Zusammensetzungen unterschiedlichen Brechungsindex hervorgerufen wird. Dieser Effekt führt insbesondere bei kleinen zylindrischen Probenküvetten für Photometer zu Schwierigkeiten.Den schlimmsten Problemen fand man sich bei Strömungsküvetten im Mikroliterbereich gegenübergestellt, d. h. beispielsweise Strömungsküvetten mit einem Durchmesser von unter 2 mm. Im Normalfalle wird der Strömungsweg in einer Küvette von einem UV-Extinktiometer bzw. Absorptionsgerät so ausgewählt, daß er 1 cm lang ist, wobei eine Strömungsküvette mit einem maximalen Durchmesser von 2 mm ein Volumen aufweist, das unter 32 /Ul liegt. Mit zunehmendem Durchmesser beginnt die Linsenwirkung abzunehmen, die bei einer gegebenen laminaren Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Es erweist sich jedoch nicht als praktisch, allein den Durchmesser eines zylindrischen Strömungswegs zwecks Vermeidung dieser Linsenwirkung bzw. dieses Linseneffektes zu vergrößern, da ein vergrößerter Durchmesser entweder zu einer großen Zunahme des Volumens von dem Probenrohr oder zu einer wesentlichen Verringerung von dessen Länge führt. Eine große Volumenzunähme ist nicht tragbar, da die Fähigkeit des Geräts, sehr kleine Probenmengen zu untersuchen, durch Verdünnungsfaktoren wesentlich begrenzt würde. Die Länge der Küvette kann nicht deutlich verringert werden, ohne daß proportional hierzu die Menge des von einer gegebenen durch die Küvette strömenden Lösung absorbierten Lichts herabgesetzt wird. Weitere denkbare Konfigurationen für das Probenrohr führen zu nachteiligen Flüssigkeitsströmungsmustern.

Da dieses Problem der dynamischen Flüssigkeitslinsen bzw. Fluidlinsen primär an demjenigen Punkt auftritt, bei dem sich die Zusammensetzung der Probe ändert, ermöglicht die

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Überwindung dieses Problems eine Verbesserung sowohl der quantitativen als auch der qualitativen analytischen Möglichkeiten von Systemen der PlüssigkeitsChromatographie sowie von entsprechenden analytischen Systemen, bei denen konstant sich ändernde Zusammensetzungen auftreten. Das Gerät eignet sich jedoch auch bei anderen Situationen, bei denen derartige Fluid- bzw. Flüs-. sigkeitslinsen erzeugt werden, wie sie beispielsweise bei industriellen Verfahren auftreten, z. B. dann, wenn eine dynamische Pluidlinse durch eine Temperaturänderung oder durch ein anderes Phänomen hervorgerufen wird, welches dazu führt, daß sich in der Strömungsküvette ein Gradient des Brechungsindex ausbildet.

Aufgrund der vorstehenden Erkenntnisse über die bei kleinen Strömungsküvetten auftretenden Probleme wurde von der Anmelderin eine konstruktiv einfache Lösung entwickelt, mit der dieses Problem im wesentlichen ausgeschaltet wird. Dies geschieht durch die Schaffung einer Strömungsküvette, in der diese Linsenwirkung bzw. dieser Linseneffekt rasch durch eine progressive Zunahme im Querschnittsbereich der Flüssigkeitsküvette längs des Strömungsweges zerteilt bzw. aufgelöst wird. Die Wandung der Strömungsküvette'^bildet in vorteilhafter Weise eine divergierende Rotationsfläche, wobei die Wandungen einen Divergenzwinkel mit der Achse der Küvette bildet, der zumindest ungefähr 1 Grad beträgt. Ein

Winkel von ungefähr 1,5 Grad oder ein noch etwas größerer Winkel liefert eine ausreichende Erweiterung, so daß der unerwünschte Effekt der an der Grenzfläche von Wasser und den meisten organischen Lösungsmitteln gebildeten dynamischen Flüssigkeitslinsen im wesentlichen aufgelöst bzw. aufgehoben wird. Man erhält eine wesentliche Verbesserung, da das gebrochene Licht gesammelt wird, das ansonsten von der Wandung der Küvette absorbiert würde. Desweiteren nimmt man an, daß die Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit während des

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Durchgangs durch die Küvette - üblicherweise eine Verminderung von mehr als 50 % - zu einer Auslöschung dieses Linseneffektes selbst führt, so daß die Menge des in Richtung auf die Wandung der Küvette gebrochenen Lichts selbst vermindert wird. Divergenzwinkel zwischen der Achse des Strömungswegs und der Wandung der Küvette von 1 Grad bis 3 Grad erweisen sich als am vorteilhaftesten. Größere Winkel werden nur deshalb problematisch, da sie üblicherweise zwangsläufig zu einer größeren Küvette führen.

Bei Anwendungen auf dem Gebiet der Plussigkeitschromatographie ergeben sich die besten Ergebnisse, wenn das verwendete, mit der Flüssigkeitsküvette ausgerüstete Gerät so ausgewählt wird, daß man ein möglichst ideales Strömungsmuster erhält, d. h. daß das Strömungsmuster die Form eines kegelförmigen Stopfens einnimmt. Dies gilt für alle Strömungen in einem System der Plussigkeitschromatographie, d. h. für die Strömung von der Probeninjektion zu der Säule und die Strömung zwischen der Säule und der Auswerteinheit des Systems. Ein derartiges Gerät ist erhältlich, wobei als Injektor vorzugsweise ein von der Anmelderin unter der Bezeichnung "Model u6k Injector" vertriebenes Gerät verwendet wird. Ein Pumpsystem, das vorzugsweise für dis Zuführung einer Flüssigkeit zu einer Hochdrucksäule verwendet wird, ist ebenfalls von der Anmelderin unter der Bezeichnung "Model 6000 Solvent Delivery System" erhältlich. Es ist jedoch selbstverständlich, daß auch andere derartige Geräte im allgemeinen bei vielen Anwendungsbereichen nützlich sind, bei denen sich die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwenden läßt.

Selbstverständlich wird der Fachmann in der Lage sein, eine Anzahl von Modifikationen in der Gestalt der Wandungsstruktur derCDurchflußküvette vorzunehmen. So führt beispielsweise eine

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weitere Vergrößerung des Kanals der Küvette über die festgelegte minimale konische Gestalt hinaus zu einer wirksamen Küvette, bei der der auf die dynamische Flüssigkeitslinse zurückzuführende Effekt vermieden wird, wobei jedoch diese Küvette größer und daher für viele Anwendungsfälle weniger geeignet ist. Eine derartige Vergrößerung erweist sich bezüglich der vorliegenden Erfindung als unzweckmäßig. Unter der Bezeichnung "allgemein kegelstumpfartig bzw. kegeistumpfförmig" sollen jedoch in der vorliegenden Anmeldung auch andere Formen verstanden werden, einschließlich solchen von kettenlinienformigen Hörnern bzw. Trichtern, von hyperbolischen Trichtern, von parabolischen und hyperbolischen Oberflächen sowie von ähnlichen Rotationsflächen. Diese Formen können in einigen Fällen im Hinblick auf Effekte vorzuziehen sein, die durch bestimmte Arten eines Strömungsverhaltens der Fluidkomponenten hervorgerufen werden, welche die dynamische Linse bilden sowie von über die Küvette herrschenden Temperaturprofilen, Reibungseffekten längs der Wandungsoberfläche u. ä. "Allgemein konisch" bedeutet somit jegliche Formgebung von einer Strömungsküvette, bei der die Einlaßöffnung kleiner ist als die Auslaßöffnung und bei der Querschnitt der Küvette mit zunehmender Nähe zur Auslaßöffnung progressiv anwächst.

Desweiteren sollte erwähnt werden, daß einer der wichtigsten Gesichtspunkte die Beziehung zwischen der konischen Durchflußküvette und der Lichtausbreitungsrichtung ist, wobei das größere Ende des Konus in Richtung auf den Detektor zeigen muß. Es.ist jedoch auch möglich, die Strömungsrichtung, mit der die zu analysierende Flüssigkeit durch die Küvette hindurchtritt, umzukehren. Am zweckmäßigsten ist es, diese Situation zu vermeiden oder wenn sie aus irgendeinem Grunde erwünscht ist, die Anordnung der Küvette so zu wählen, daß alle kleinen Gasbläschen nach oben in Richtung auf die Auslaßöffnung der Küvette verdrängt bzw. ausgetrieben werden können.

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Bei mit der Chromatographie in Beziehung stehenden analytischen Vorgängen und anderen derartigen Vorgängen, bei denen Mengen einer strömenden Probe im Mikroliterbereich überwacht bzw. untersucht werden sollen, beträgt das Verhältnis zwischen der Länge der Strömungsküvette und deren mittleren Durchmesser vorteilhafterweise zumindest 5 : 1· Es sind in erster Linie die Überwachung derartig kleiner Proben und nicht die damit in Verbindung stehenden optischen Überlegungen, welche größer als J>° betragende Divergenzwinkel für viele Anwendungsbereiche unerwünscht erscheinen lassen.

Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Geräts beruht darin, daß es bei ihm für einige Anwendungsfälle möglich ist, die Lichtquelle körperlich oder mittels einer Optik näher an die Probenküvette heranzubringen, ohne daß hierbei zu große brechungsbedingte Lichtverluste und LichtStreuungen auftreten, die primär an den Grenzflächen Gas-Linse und Flüssigkeit-Linse entstehen.

Mit der Erfindung wird somit ein neuartiges Photometer geschaffen, das eine konisch geformte Strömungsküvette aufweist, sowie eine Lichtquelle, die nahe an dem engen Ende angebracht ist, und einen photoempfindlichen Detektor, der nahe an dem weiteren Ende der Küvette angebracht ist. Die Flüssigkeitsküvette gleicht im notwendigen Maße die sogenannten Linseneffekte bzw. die Linsenwirkung aus, die bei der Untersuchung von Flüssigkeitsströmungen durch Absorption elektromagnetischer Energie,wie man festgestellt hat, einen wesentlichen Faktor darstellen.

Die beiliegende Zeichnung von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgeniäßes Analysegerät.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Durchflußküvette.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem das Ausgangssignal von einem Gerät zur Messung der UV-Absorption bei Verwendung einer herkömmlichen zylindrischen Durchflußküvette dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm ähnlich zu dem von Fig. 3, bei dem jedoch das Signal unter Verwendung der erfindungsgemäßen Durchflußküvette erhalten wurde.

Fig. 1 zeigt ein Analysesystem 10, das eine Quelle 12 für die zu analysierende Flüssigkeit enthält, eine Flüssigkeitschromatographensäule 14 sowie ein Photometer 16, das die UV-Absorption mißt. Das Photometer enthält eine Lichtquelle 18, ein Interferenzfilter 20, ein Linsensystem 22, vordere Eintrittsfenster 23, eine Hauptgehäusewandung einer Probenküvette 24, ein rückwärtiges Fenster 26 und einen photoelektrischen Detektor 28. Die Signale des photoelektrischen Detektors 28 und eines Bezugdetektors 28a werden in bekannter Weise aufbereitet, so daß ein geeignetes elektronisches Signal entsteht, das zur Überwachung bzw. Steuerung oder,wie dies häufiger geschieht, zur Lieferung einer sichtbaren Aufzeichnung in einem Aufzeichnungsgerät 30 dient.

Das einzige neue Merkmal der in Fig. 1 gestellten Vorrichtung ist die Probenküvette 24, welche den konischen Strömungsweg 32 enthält. Diese Neuerung führt jedoch dazu, daß die Leistungsfähigkeit des gesamten Systems erheblich verbessert wird,

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indem eine Einrichtung geschaffen wird, welche die von der Chromatographensäule 14 abgegebene Flüssigkeit aufnimmt und diese in dem UV-Absorptionsphotometer derart aufbereitet, daß das zum Detektor 28 gelangende Licht im wesentlichen frei von schädlichen Lichtverlusten ist, die auf den Einfluß der dynamischen Flüssigkeitslinsen zurückzuführen sind.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät wird die Lichtquelle mit 2,4 Watt betrieben, wobei sie als Hauptwellenlänge eine Strahlung mit 253*7 ⁿm aussendet. Das Volumen der Probenküvette, deren Aufbau am besten aus Fig. 2 hervorgeht, beträgt annähernd 12,5/Ul. Die Probenküvette hat an dem Einlaßende einen Durchmesser von l,0l6 mm (0,04 inch), an dem Auslaßende einen Durchmesser von ungefähr 1,524 mm (0,06 inch) und eine Länge von ungefähr 1 cm (0,39²J- inch). In der Küvettenanordnung J>6 ist eine Bezugsströmungsküvette 34 angebracht, wie dies bei einer photometrischen Untersuchung von Flüssigkeiten üblich ist. Diese Küvette kann leer sein, sie kann mit einer stehenden Flüssigkeit gefüllt sein oder es kann ein Bezugsfluid durch sie hindurchströmen.

Die in Fig. 3 dargestellte Aufzeichnung zeigt das Meß- bzw. Nachwelsproblem, das bei. einer Analyse mittels Strahlungsabsorption festgestellt werden kann und darauf zurückzuführen ist* daß der UV-Transmissionsgrad von dynamischen Flüssigkeitslinsen gestört wird, welche sich durch eine dünne zylindrische Probenküvette hindurchbewegen.

Die beiden Aufzeichnungen von Fig. 3 und 4 enthalten jeweils einen Anfangs-Peak 60, der durch ein Eichfluid hervorgerufen wird - eine Standarddichromatlösung, welche durch die Küvetten mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 ml pro Minute hindurch-

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fließt. Der nächste Anstieg 6l in beiden Kurven beruht lediglich auf einer Einstellung des Nullpunkts in dem Aufzeichnungsgerät. Zu diesem Zeitpunkt weist jede Kurve ein relativ ebenes Bezugsniveau auf, das die geringe UV-Absorption von Wasser anzeigt.

Dieses Bezugsniveau verläuft eben für die kontinuierliche Zuführung in Fig. 3· Es wird jedoch durch abrupte Abfälle in der Lichttransmission unterbrochen, die dann auftreten, wenn Injektionen einer wäßrigen Methanollösung in die Säule eingeführt werden. Diese ersichtliche Zunahme des Absorptionsvermögens wird durch die Brechung von dynamischen Fluidlinsen hervorgerufen, welche sich an der Methanol-Wasser-Grenzfläche ausbilden, sowie an den Grenzflächen der verschiedenen Mischungen derselben. Wenn dieses Licht gebrochen ist, wird ein wesentlicher Anteil desselben an den parallelen Wandungen der herkömmlichen Durchflußküvette absorbiert.

Die Einschnitte bzw. Täler 64 von Fig. 3 zeigen die Wirkung, die durch einen Übergang voneiner Wasserströmung mit 0,3 ml pro Minute zu einer Strömung von 0,3 ml pro Minute einer 10 %-igen wäßrigen Methanollösung hervorgerufen wurden. Diese Lösung wurde über eine Probenschleife während einer Periode von ungefähr 3,3 Minuten zugegeben. Wenn dann wieder Wasser zum Spülen der Schleife eintritt, ergibt sich eine Nach-oben-Verschiebung 65 der Kurve. Diese Nach-oben-VerSchiebung wird von der dynamischen Flüssigkeitslinse hervorgerufen, die nun an der Grenzfläche zwischen dem zum Ausspülen verwendeten Wasser, das hinter der Methanollösung fließt, und der Methanollösung entsteht. Nach beendetem Ausspülen endet auch die von der Fluidlinse induzierte Verschiebung, bis eine weitere Injektion einer Wasser-Methanol-Lösung beginnt.

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Mit dem gleichen System, bei dem lediglich die in Fig. 2 dargestellte Durchflußküvette verwendet wurde, wurden entsprechende Injektionen durchgeführt. Bei der Zugabe von Methanol ergab sich jedoch keine Herabsetzung des Absorptionsvermögens. Man fand desweiteren auch keine wesentliche Zunahme im Transmiss!ons grad, wenn die Wasserspülung stattfindet. Diese Punkte sind in Fig. 4 mit 64a und 65a wiedergegeben.

Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Anmeldung Schutz für das erfindungsgemäße Gerät beansprucht, gleichgültig, ob dieses zusammengebaut oder zerlegt ist, wenn irgendein internes oder externes System so in Beziehung zu den Teilen steht, daß dieses System die Aufnahme der Teile zum Zusammenbau an einer bestimmten Stelle oder an bestimmten Stellen vereinfacht. Ein derartiges System könntei koordinierte Transportinstruktionen, ein koordiniertes System zur Verpackung der Teile, - Montageinstruktionen oder irgendein anderes System sein, das den Zusammenbau von einem Gerät zu einem funktionierenden System vereinfacht, wie es in den folgenden Patentansprüchen beschrieben ist.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Messung des Absorptionsvermögens von Durchflußproben gegenüber einer diese durchsetzenden Strahlung, bei dem aufeinander folgend mehrere Pluidproben in laminarer Strömung die Strahlung durchsetzen, insbesondere zur Untersuchung von Proben, die kontinuierlich von einer Flüssigkeitschromatographensäule abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks wesentlicher Vermeidung von auf eine sogenannte dynamische Pluidlinse zurückzuführenden Störungen

a) das Fluid in eine allgemein konisch verlaufende Durchflußküvette nahe deren Endbereich mit geringerem Querschnitt eingeleitet wird,

o) das Fluid von der Durchflußküvette an dem Endbereich mit Kroßerem Querschnitt abgeführt wird, und daß

c) das· Absorptionsvermögen des die Durchflußküvette durchströmenden Fluids gegenüber der es durchsetzenden Strahlung dadurch gemessen wird, daß die Strahlung der Durchflußküvette von dem Endbereich mit geringerem Durchmesser zugeführt und an dem Endbereich mit größerem Durchmesser ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen in der Durchflußküvette bei einem maximalen Durchmesser derselben von 2 mm kleiner als 32/um gehalten wird.

J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Durchflußkuvette UV-Licht zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Durchflußprobe beim Durchlaufen der Probenküvette von dem Einlaß derselben bis zu deren Auslaß um zumindest ca. 50 % vermindert wird.

5· Durchflußkuvette, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit besonderer Eignung für ein Photometer, mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung sowie mit einem sich zwischen diesen erstreckenden Strömungsweg, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg von einer kegelstumpfartigen allgemein konischen Kammer (32) gebildet wird, die durchsichtige Endteile (22, 23, 26) aufweist, welche ermöglichen, daß die Strahlung die Kammer durchsetzt.

6. Durchflußkuvette nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei ihr das Verhältnis aus der Länge und dem mittleren Durchmesser zumindest 5 : 1 beträgt.

7· Durchflußkuvette nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihr maximaler Durchmesser 2 mm und/oder daß ihr maximales Volumen 32 All beträgt.

8. Durchflußkuvette nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Längsachse und der Seitenwandung 1 bis 3 Grad beträgt.

9. Durchflußkuvette nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung zur Längsachse rotationssymmetrisch verläuft.

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10. Durchflußküvette nach einem der Ansprüche 5 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß in die Seitenwandung nahe des Endbereichs mit kleinerem Durchmesser ein Einlaß und nahe des Endbereichs mit größerem Durchmesser ein Auslaß für die Durchflußproben münden.

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