DE2121142B2 - DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF SOLUTIONS - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung d<*r Konzentration von Lösungen mit einer zwischen einem Polarisator und einem Analysator eines orthogonalen Nicolsch-n Systems angeordneten Probenzelle zur Aufnahme einer einen optisch aktiven Stoff enthaltenden Lösu.ig. Die Probenzelle besieht dabei aus einem Paar transparenter Platten, die parallel zueinander und mit zwischen ihnen befindlichen Abstandhaltern angeordnet sind. Als Lösungen, deren Konzentration durch die Vorrichtung zu bestimmen ist, kommen vor allem Zellstoff- oder Zuckerlösungen in Frage.The invention relates to a device for measuring d <* r concentration of solutions with an between a polarizer and an analyzer of an orthogonal Nicolsch-n system arranged sample cell for taking up a solution containing an optically active substance. The sample cell is viewed it consists of a pair of transparent plates that are parallel to each other and with between them Spacers are arranged. As solutions, their concentration can be determined by the device pulp or sugar solutions are particularly suitable.

\Vie erwähnt, ist bei den meisten bekannten Meßvorrichtungen der vorstehend umrissenen Art eine durch zwei parallele, durchsichtige, geringen Abstand voneinander besitzende Glasscheiben gebildete Probenzelle bzw. Küvette zur Aufnahme des zu untersuchenden Stoffs vorgesehen. Wenn bei einer so!- chen Vorrichtung jedoch der zu untersuchende, durch die Zelle geleitete Stoff feste Verunreinigungen, wie Zellstoffklumpen oder Zuckerrohrfasern enthält, tritt leicht ein teilweises Verstopfen des Spalts zwischen den Glasscheiben der Zelle auf, wodurch der Durchfluß der Lösung durch die Zelle behindert wird und genaue Messungen unmöglich werden. As mentioned above, most known measuring devices of the type outlined above include one formed by two parallel, transparent, narrowly spaced glass panes Sample cell or cuvette provided for receiving the substance to be examined. If with one of these! the device, however, the substance to be examined, solid impurities conducted through the cell, such as pulp lumps or sugar cane fiber, partial clogging of the cane easily occurs Gap between the glass panes of the cell, thereby obstructing the flow of the solution through the cell and accurate measurements become impossible.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Lösungen zu schaffen, mit der sich genaue und Stabil reproduzierbare Meßergebnisse gewinnen lassen, die nicht durch Feststoffverunreinigungen oder Klumpen beeinträchtigt sind, die unter Umständen in der auszLimessenden Lösung enthalten sein können.The invention is therefore based on the object of a device for measuring the concentration to create solutions with which precise and stable reproducible measurement results can be obtained, that are not affected by solid contaminants or lumps that may be in may be contained in the solution to be measured.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens eine der Platten der Probenzelle an ihrer Innenfläche mit in Strömungsrichtung der Lösung verlaufenden Nuten versehen ist und daß die Probenzelle Masken zur Unlerbrechung des durch die Nuten verlaufenden Lichts aufweist. Zur Ausschaltung des Einflusses von in der Probenzelle unter Umständen erzeugtem Streulicht ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Probenzelle ein Streulicht-Unterdrücker nachgeschaltet, der eine Vielzahl von parallelen, zylindrischen, als Durchgangsöffnungen ausgebildeten, Lichtabschirm-Elementen aufweist.The solution to this problem results from the fact that at least one of the plates of the The inner surface of the sample cell is provided with grooves running in the direction of flow of the solution and that the sample cell has masks for refracting the light passing through the grooves. To eliminate the influence of scattered light that may be generated in the sample cell According to an advantageous development of the invention, the sample cell is a scattered light suppressor downstream of a multitude of parallel, cylindrical, formed as passage openings, light shielding elements.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Meßvorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung.F i g. 1 shows a schematic representation of a measuring device with the features of the invention.

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Probenzelle,F i g. 2 shows a perspective illustration of an embodiment of a device according to the invention used sample cell,

Fig.~3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung eines Streulicht-Unterdrückers zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 3 is a partially broken away perspective Representation of a stray light suppressor for use in the device according to the invention.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist eine Lichtquelle 1. gegebenen!'.«!'·, ein Filter-, eine Linse 3 und einen Polarisator 4. beispielsweise eine Polarisationsplatte oder ein Nico',-sches Prisma auf. die bzw. das mittels eines Betätieunssknopfes 14 um beine Achse verdrehbar ist. wobei der Drehwinkel von einer Skala 15 angezeigt wird. Die zu untersuchende Flüssigkeit5, beispielweise eine einen optisch aktiven Stoff, wie Pu!:.; bzw. Zellstoff oder Zucker, enthaltende Lösung, befindet sich in einer Zelle 6, welche gemäß F i g. 2 aus zwei üurchsichtigen Glasscheiben 61 und 62 besteht, die an ihren Innenflächen mit in Richtung de-Flüssigkeitsstroms verlaufenden V-förmigen Nuten 611 und 621. an ihren Außenflächen mit Masken f,3 zur Verhinderung eines Lichtdurchtritts durch die Nuten 611 und 621 sowie mit Abstandhaltern 64 unJ 65 versehen sind, welche zwischen die Glasscheiben 61, 62 eingefügt sind und einen bestimmten Abstand. d.h. eine wirksame ZHlenlänge, festlegen, der durch die Konzentration der zu untersuchenden Flüssigkeit bestimmt ist. Bei de^r Untersuchung einer Lösung geringer Zellstoff-Konzentration, d.h. einer Konzentration von 0 bis 1,2° 0, beträgt der Abstand etwa 1 bis 2 mm, während die Länge der Probenzelle bei zunehmender Konzentration der zu untersuchenden Flüssigkeit vergrößert werden muß. Die Probenzelle 6 weist zwischen den parallelen V-Nuten 611 und 621 festgelegte Profilabschnitte 66 sowie zwischen den verbleibenden parallelen Planflächen der Glasscheiben 61 und 62 festgelegte wirksame Abschnitte 67 auf. Hinter der Probenzelle 6 ist ein Streulicht-Unterdrücker 7 angeordnet, der gemäß F i g. 3 aus mehreren parallelen, zylindrischen Lichtabschirm-Elementen 71 besteht, welche eine Lichtübertragung nur in Axialrichtung zulassen. Außerdem sind noch ein Analysator 8 mit einem rechtwinkelig zum Polarisator 4 angeordneten Nicoischen System sowie ein kreisringförmiger photoelektrischer Detektor 9, beispielsweise eine Photozelle, sowie ein kreisscheibenförmiger photoelektrischer Detektor 10 vorgesehen, der ebenfalls aus einer Photozelle bestehen kann. Die Linse 3 ist so justiert, daß sie die Gesamtflächen der photoelektrischen Detektoren 9 und 10 mit dem durch die Lichtquelle 1 ausgestrahlten Licht bestrahlt.The in F i g. 1 embodiment of the invention shown has a light source 1. given! '. «!' ·, A filter, a lens 3 and a polarizer 4, for example a polarizing plate or a Nico 'prism. which can be rotated about an axis by means of an actuating button 14. the angle of rotation being indicated by a scale 15. The liquid5 to be examined, for example an optically active substance such as Pu!:.; or solution containing pulp or sugar, is located in a cell 6, which according to FIG. 2 consists of two transparent glass panes 61 and 62, which on their inner surfaces with V-shaped grooves 611 and 621 running in the direction of the liquid flow, on their outer surfaces with masks f, 3 to prevent light from penetrating through the grooves 611 and 621 and with spacers 64 and 65 are provided, which are inserted between the glass panes 61, 62 and a certain distance. ie define an effective number length which is determined by the concentration of the liquid to be examined. In de ^r investigation of a solution of low pulp concentration, ie a concentration of 0 to 1.2 ° 0, the distance is about 1 to 2 mm, while the length of the sample cell must be increased to test liquid with increasing concentration. The sample cell 6 has profile sections 66 defined between the parallel V-grooves 611 and 621 and effective sections 67 defined between the remaining parallel planar surfaces of the glass panes 61 and 62. A stray light suppressor 7 is arranged behind the sample cell 6, which according to FIG. 3 consists of several parallel, cylindrical light-shielding elements 71, which allow light to be transmitted only in the axial direction. In addition, an analyzer 8 with a Nicoische system arranged at right angles to the polarizer 4 and an annular photoelectric detector 9, for example a photocell, and a circular disk-shaped photoelectric detector 10, which can also consist of a photocell, are provided. The lens 3 is adjusted so that it irradiates the entire areas of the photoelectric detectors 9 and 10 with the light emitted by the light source 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Meßvorrichtung arbeitet wie folgt: Das von der Lichtquelle 1 ausgestrahlte Licht tritt durch das Filter 2 und die Linse 3 und wird durch den Polarisator 4 in linear polarisiertes Licht umgewandelt, welches auf die Probenzelle 6The in F i g. The measuring device shown in FIG. 1 operates as follows: The one emitted by the light source 1 Light passes through filter 2 and lens 3 and is polarized in linear fashion by polarizer 4 Converted light, which on the sample cell 6

ι/ι /

τ-τ-

geworfen wird. Da die Probenzelle, wie erwähnt, mit Nuten versehene Profil-Abschnitte 66 und wirksame Abschnitte 67 aufweist, stellen diese beiden Abschnitte unterschiedliche Flüssigkeits-Widerstände für den die Zelle kontinuierlich durchfließenden Flüssigkeitsstrom dar. Genauer gesagt, ist der Strömungswiderstand in den Profil-Abschnitten 66 geringer als in den wirksamen Abschnitten 67. Wenn daher die zu untersuchende Flüssigkeit feste Verunreinigungen oder Klumpen enthält, sind diese bestrebt, durch die Profil-Abschnitte 66 hindurchzufließen, welche einen geringeren Strömungswiderstand bieten, wodurch ein Verstopfen der Abschnitte 67 durch diese Fremdkörper verhindert und mithin eir. stabiler Strömungszustand gewährleistet wird. Selbst wenn diese Fremdkörper die wirksamen Abschnitte 67 verstopfen, werden sie schnell entfernt, wenn sie sich den Profil-Abschnitten 66 nähern. Selbstverständlich ist die Querschnittsform der Nuten 611 und 621 nicht auf die V-förmige Gestalt beschränkt, sondern kann auch halbkreisförmig. U-förmig oder anderweitig gewählt sein. Sie können, wie dargestellt, an beiden Glasscheiben 61, 62 vo gesehen sein oder auch nur in einer der Glasscheiben ausgebildet sein. Da die Profil-Abschnitte 66 der Probenzelle 6 durch Masken 63 abgeschirmt sind, beeinflußt ihr Vorhandensein das Meßergebnis nicht.is thrown. As mentioned, the sample cell has grooved profile sections 66 and effective Has sections 67, these two sections represent different fluid resistances for the liquid flow continuously flowing through the cell. More precisely, the flow resistance is in the profile sections 66 less than in the effective sections 67. If therefore the liquid to be examined contains solid impurities or lumps, these endeavor to to flow through the profile sections 66, which offer a lower flow resistance, whereby a clogging of the sections 67 by this foreign body is prevented and therefore eir. stable flow condition is guaranteed. Even if these foreign objects clog the effective sections 67, they are quickly removed when they become approach the profile sections 66. Of course, the cross-sectional shape of the grooves is 611 and 621 not limited to the V-shaped shape, but can also be semicircular. U-shaped or otherwise be chosen. As shown, they can be seen on both glass panes 61, 62 or also be formed in only one of the glass panes. Since the profile sections 66 of the sample cell 6 through Masks 63 are shielded, their presence does not affect the measurement result.

Das durch die Probenzelle 6 hindurdnretende Licht wird in seiner polarisierten Ebene durch die optisch aktive Substanz, wie Pulpe bzw. Zellstoff oder Zucker, in der zu untersuchenden Flüssigkeit gedreht. Der Unterdrücker? unterdrückt die Streulichtkomponenten des über die Zelle übertragenen Lichts. Da dieser Streulicht-Unterdrücker 7 gemäß F i g. 3 aus vielen zylindrischen Lichtabschirm-Elementen 71 besteht, wird die Übertragung des die Elemente 71 unter einem rechten Winke! treffenden Lichts vollkommen unterdrückt. Wenn das über die Probenzelle 6 übertragene Licht, welches die diffuse bzw. gestreute Lichtkomponente enthält, vom photoelektrischen Detektor 10 festgestellt und dessen Ausgangssignal durch ein Anzeige-Meßgerät gemessen wird, ist dessen Anzeige bezüglich der Konzentration nicht linear. Wenn dagegen das über den Unterdrücker? übertragene Licht ausschließlich aus parallelen Lichtstrahlen besteht, die allein durch die zylindrischen Lichtabschirm-Elemente 71 durchgelassen wurden und aus denen das Streulicht entfernt worden ist, so kann ein Ausgangssignal erhalten wer-The light penetrating through the sample cell 6 is in its polarized plane through the optically active substance, such as pulp or cellulose or sugar, in the liquid to be examined turned. The oppressor? suppresses the stray light components transmitted through the cell Light. Since this stray light suppressor 7 according to FIG. 3 made of many cylindrical light shielding elements 71 exists, the transfer of the elements 71 is made at a right angle! apt Completely suppressed. When the light transmitted through the sample cell 6, which is the diffuse or scattered light component, detected by the photoelectric detector 10 and its If the output signal is measured by a display-measuring device, its display is related to the concentration not linear. If on the other hand that about the oppressor? transmitted light exclusively there is parallel light rays that are transmitted only through the cylindrical light-shielding elements 71 and from which the scattered light has been removed, an output signal can be obtained

den, das eine der Konzentration genau proportionale lineare Charakteristik besitzt. Die Querschnittsform der Lichtabschirm-Elemente 71 ist nicht auf eine kreisförmige Gestalt beschränkt, sondern kann auch rechtwinkelig oder anderweitig gewählt sein. Derthe one that has a linear characteristic precisely proportional to the concentration. The cross-sectional shape the light shielding member 71 is not limited to a circular shape, but may also be chosen at right angles or otherwise. Of the

ίο kreisringförmige photoelektrische DetektDr9 empfängt einen von der optischen Aktivität unabhängigen^ Anteil des Lichts, während der restliche Anteil des Lichts, welcher zur Konzentration des optisch aktiven Stoffs, wie Zellstoff oder Zucker, in der zuίο circular photoelectric DetektDr9 receives a portion of the light that is independent of the optical activity, while the remaining portion of the light, which is used to concentrate the optically active substance, such as pulp or sugar, in the to

untersuchenden Lösung in Beziehung steht, infolge der Anordnung des Analysators 8 im auf den kreisscheibenförmigen photoelektrischen Detektor 10 auftreffenden Strahlengang von letzterem gemesseninvestigating solution is related, due to the arrangement of the analyzer 8 in on the circular disk-shaped photoelectric detector 10 impinging beam path measured by the latter

wird.will.

so Die von den Detektoren 9 und 10 gelieferten Meßströme stehen in linearer Beziehung zur empfangenen Lichtmenge, m eine genaue Kalibrierung der Vorrichtung vor Beg'nn der Messung zu erreichen und um genaue Meßresultate zu erhalten, ist weiteras hin der Polarisator 4 drehbar ausgebildet. Damit -alit sich die Vorrichtung rasch sehr genau lediglich durch Drehen des Polarisators 4 auf den Grad der gewünschten oder zu bestimmenden Konzentration einstellen, da die Konzentrationsabstufung sich durch den Drehwinkel des Polarisators 4 bei entsprechender Skaleneichung genau bestimmen läßt. Diese Kalibrierung oder Einstellung kann auch dadurch gewonnen werden, daß an Stelle des Polarisators-t der Analysator 8 drehbar ausgebildet wird.
Wie sich aus den obigen Darlegungen ergibt. wurde mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Konzentrationsmessung von Lösungen geschaffei:, mit der sich stabile reproduzierbare Ergebnisse bei optisch aktiven Substanzen in e'er Lösung gewinnen lassen. und zwar auch dann, wenn Feststoffverunreinigungen oder Klumpen in der Lösung enthalten sind. Die Vorrichtung ist ersichtlicherweise vergleichsweise einfach aufgebaut, und die Meßergebnisse sirui, wie Versuche zeigten, praktisch unbeeinflußt von den genannten Störanteilen in der Lösung.The measuring currents supplied by the detectors 9 and 10 are linearly related to the amount of light received, in order to achieve an exact calibration of the device before starting the measurement and in order to obtain exact measuring results, the polarizer 4 is furthermore designed to be rotatable. Thus, the device can be set quickly and very precisely just by rotating the polarizer 4 to the degree of the desired or to be determined concentration, since the concentration gradation can be precisely determined by the angle of rotation of the polarizer 4 with a corresponding scale calibration. This calibration or setting can also be obtained by designing the analyzer 8 to be rotatable instead of the polarizer-t.
As can be seen from the discussion above. With the invention, a device for measuring the concentration of solutions was created, with which stable, reproducible results can be obtained for optically active substances in solution. even if there are solid impurities or lumps in the solution. As can be seen, the device has a comparatively simple structure and, as tests have shown, the measurement results are practically unaffected by the above-mentioned interfering components in the solution.

Hiemi 1 Blatt ZeichnungenHiemi 1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Lösungen mit einer zwischen einem Polarisator und einem Analysator eines orthogonalen Nicoischen Systems angeordneten Probenzelle zur Aufnahme einer einen optisch aktiven Stoff enthaltenden Lösung mit einer Probenzelle, die aus einem Paar transparenter Platten besteht, die parallel zueinander und mit zwischen ihnen befindlichen Abstandhaltern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dieser Platten (61, 62) an ihrer Innenwache mit in Strömungsrichtung der Lösung verlaufenden Nuten (611. 621) versehen ist und daß die Probenzelle (6) Masken (63) zur unterbrechung des durch die Nuten \erlaufenden Lichts aui-1. Device for measuring the concentration of solutions with one between a polarizer and an analyzer of an orthogonal Nicoische system arranged sample cell for Taking up a solution containing an optically active substance with a sample cell which is composed of consists of a pair of transparent plates that are parallel to each other and with interposed between them Spacers are arranged, thereby characterized in that at least one of these plates (61, 62) on their inner guard is provided with grooves (611, 621) running in the direction of flow of the solution and that the Sample cell (6) masks (63) to interrupt the light passing through the grooves w j st.w j st. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch sekennzeichnet, daß der Probenzelle (6) ein Streuücht-l'nterdrücker (7) mit e^;ner Vielzahl von parallelen, zylindrischen (Mf-. ..ngen (71) nachge- -cnaltet ist.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sample cell (6) has a scatter suppressor (7) with e ^; ner multitude of parallel, cylindrical (Mf-. ..ngs (71) is downstream.