DE2142237C3 - Vorrichtung zur optischen Analyse eines flüssigen Probenstroms - Google Patents
Vorrichtung zur optischen Analyse eines flüssigen ProbenstromsInfo
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Description
Verengungsstelle einer Einrichtung zur optischen 15
Untersuchung zufließen, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kompensation des Einflusses der Lichtbrechung an der Grenzfläche zwischen
dem Mantelstrom (48) und dem Probenstrom (46) der Radius des Probenstroms durch 20
Steuerung der relativen Strömungsgeschwindigkeit Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
des Mantelstrom» und des Probenstroms einstell- zur optischen Analyse eines flüssigen Probenstroms,
bar ist. bei der eine in einem rohrförmigen Körper fließende
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- durchsichtige Mantelflüssigkeit und eine von der
kennzeichnet, daß zur Steuerung der relativen 35 Mantelflüssigkeit umgebene und beschleunigte Pro-Strömungsgeschwindigkeit
der beiden Ströme eine benflüssigkeit, die aus einem in dem rohrförmigen Zufuhreinrichtung (10, 12, 14, 28) für den Man- Körper konzentrisch angeordneten und gegenüber
telstromi vorgesehen ist, mit der der Zufluß der diesem Körper einen kleineren Durchmesser aufwei-Mantelflüssigkeit
in den rohrförmigen Körper senden Einlaßrohr austritt, in einem gleichgerichteten
(30; 51) einstellbar ist. 30 laminaren Strom nach Durchströmen einer Veren-
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- gungssteiie einer Einrichtung zur optischen Untersukennzeichnet,
daß die Zufuhreinrichtung für den chung zufließen.
Mantelstrom ein mit der Mantelflüssigkeit gefüll- Derartige Vorrichtungen finden Anwendung zur
tes Gefäß (12) enthält, in dem der Flüssigkeits- fotometrischen Untersuchung einer in dem flüssigen
stand stets gleichbleibt. 35 Probenstrom enthaltenen Substanz.
4. Vorrichtung mach Anspruch 2 oder 3, da- Ein feiner Strom, dessen Inhalt optisch untersucht
durch gekennzeichnet, daß die Zufuhreinrichtung werden soll, verstopft oft die engen durchsichtigen
für den Mantelstrom ein Ventil (28) enthält, das Leitungen, die den Strom führen. Dies ist insbesonden
Zufluß der Mantelflüssigkeit in den rohrför- dere der Fall, wenn der zu untersuchende Strom
migen Körper steuert. 40 kleine Teilchen enthält. Leitungen mit einem kleinen
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Durchmesser haben den weiteren Nachteil, daß in
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zu- ihnen ein unerwünschter Druckabfall stattfindet,
fuhreinrichtung zum Einführen des Probenstroms Diese Schwierigkeiten sind zum Teil in einem Aufüber das Einlaßrohr (18; 58) in den rohrförmigen satz mit dem Titel »A Device for Counting Small Körper stromaufwärts des Einlaßrohrs eine 45 Particles Suspended in a Fluid through a Tube«, von Pumpe aufweist. P. J. Croslandl-Taylor, in der Fachzeitschrift
fuhreinrichtung zum Einführen des Probenstroms Diese Schwierigkeiten sind zum Teil in einem Aufüber das Einlaßrohr (18; 58) in den rohrförmigen satz mit dem Titel »A Device for Counting Small Körper stromaufwärts des Einlaßrohrs eine 45 Particles Suspended in a Fluid through a Tube«, von Pumpe aufweist. P. J. Croslandl-Taylor, in der Fachzeitschrift
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden »NATURE«, 3. Januar 1953, S. 37 und 38, angespro-Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der chen. Dabei wird als Lösung vorgeschlagen, eine rohrförmige Körper (51) vertikal angeordnet ist. Suspension mit den zu zählenden Teilchen in einen
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 50 Flüssigkeitsstrom einzuführen, der in der gleichen
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrför- Richtung strömt. Dabei wird unter Bedingungen, bei
mige Körper (30) horizontal angeordnet ist. denen die Turbulenz sehr gering ist, der verhältnis-
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden mäßig starke Teilchenstrom von dem schneller strö-Ansprüche,
diadurch gekennzeichnet, daß das menden Flüssigkeitsstrom beschleunigt, um auf diese
Ausströmende (40) einer von dem rohrförmigen 55 Weise einen dünnen, die Teilchen enthaltenden ProKörper (30) und der Verengungsstelle (42) gebil- benstrom zu bilden, der von einem Mantelstrom umdeten
Durchflußkammer (16) an eine Pumpe (24) geben ist. Die Mantelstromfiüssigkeit wird dabei derangeschlossen
ist. art ausgewählt, daß sie dem Brechungsindex der
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Suspension angepaßt ist.
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus- 60 Der ummantelte Strom wird zur Beobachtung einer
strömende (40) einer von dem rohrförmigen Kör- blockartigen Einrichtung zugeführt. In dem genannper
(30) und der Verengungsstelle (42) gebildeten ten Aufsatz werden im Hinblick auf die äußere
Durchflußkammer (16) über eine Auslaßleitung Grenzfläche des Mantelstroms keine Schwierigkeiten
(19) an ein Auffanggefäß (20) angeschlossen ist bezüglich der Lichtbrechung erwähnt. Dies ist sehr
und daß die Auslaßleitung (19) betriebsmäßig mit 6fl wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß der Geeiner
Vakuumpumpe (24) verbunden ist. samtaufbau der bekannten Einrichtung eine nahe
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Beobachtung des Probenstroms nicht zuläßt. Das
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- Problem der Lichtbrechung an den beiden Grenz-
flächen eines zylindrischen Mantelstroms, der einen engungsstelle unter einem negativen Druck abzu-
zylindrischen Probenstrom umgibt, wurde daher nicht führen.
erwähnt Dadurch ist es möglich, im Auftreffbereich des
Eine weitere Vorveroffentlichung von P. F. von der optischen Einrichtung ausgehenden Licht-
Mullaney, M. A. Van Dilla. J. R. Coulter 5 Strahls den ummantelten Strom sehr eng zu be-
und P. N. Dean mit dem Titel χ Cell Sizing: A Light- grenzen.
Scattering Photometer for Rapid Volume Determina- In den Unteninspriichen sind-weitere Ausgestaltion«
in der Fachzeitschrift »THE REVIEW OF tungen der Erfindung angegeben.
SCIENTIFIC INSTRUMENTS«, Bd. 48, Nr. S Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung August 1969, befaßt sich mit experimentellen Unter- io werden an Hand von Figuren beschrieben,
suchunscn, die in der gleichen allgemeinen Richtung Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer nach liegen. Aus diesem Aufsatz ist eine Durchflußkammer der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur optibekannt, in der der ummantelte Strom in ein flüssiges sehen Analyse durch Fotometrie mit einer Durch-Umgebungsmcdium eingeführt wird, das von der flußkammer;
SCIENTIFIC INSTRUMENTS«, Bd. 48, Nr. S Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung August 1969, befaßt sich mit experimentellen Unter- io werden an Hand von Figuren beschrieben,
suchunscn, die in der gleichen allgemeinen Richtung Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer nach liegen. Aus diesem Aufsatz ist eine Durchflußkammer der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung zur optibekannt, in der der ummantelte Strom in ein flüssiges sehen Analyse durch Fotometrie mit einer Durch-Umgebungsmcdium eingeführt wird, das von der flußkammer;
Kammer in dem mit Fenstern versehenen Beobach- 15 Fig. 2A zeigt einen Längsschnitt durch die in der
tungsbereich stromaufwärts von einer verengten Ein- F i g. 1 dargestellte Durchflußkammer;
trittsöffnung begrenzt ist, durch die dann der Strom Fig. 2B zeigt einen weiteren Längsschnitt durch abfließt. Diese bekannte Durchilußkammer basiert die Durchflußkammer mit einer gegenüber der Darauf dem früheren Aufsatz von D. J.Crosland- stellung nach der Fig. 2 A senkrecht verlaufenden Taylor. 20 Schnittebene;
trittsöffnung begrenzt ist, durch die dann der Strom Fig. 2B zeigt einen weiteren Längsschnitt durch abfließt. Diese bekannte Durchilußkammer basiert die Durchflußkammer mit einer gegenüber der Darauf dem früheren Aufsatz von D. J.Crosland- stellung nach der Fig. 2 A senkrecht verlaufenden Taylor. 20 Schnittebene;
Bei der Verwendung dieser bekannten Durchfluß- F i g. 3 ist eine Querschnitisansicht längs der im der
kammer ergeben sich zahlreiche optische Schwierig- Fig. 2B dargestellten Schnittlinie 3-3 und zeigt den
keiten, die vor allem kurze Beobachtungsabstände ummantelten Strom innerhalb der Durchflußkamimer;
in der Größenordnung von 2 mm nicht zulassen. F i g. 4 ist eine stark vergrößerte, teilweise Quer-
Darüber hinaus werden, selbst wenn man von der 25 schnit'sansicht längs der in der Fig. 2B dargestellten
Lichtbrechung an den Grenzflächen des Mantelslroms Schnittlinie 4-4 und zeigt, wie die Lichtbrechung an
absieht, durch in dem Beobachtungsbereich einge- den Grenzflächen des ummantelten Stroms in der
fangene Luftbläschen unerwünschter Lichtbrechungen Durchflußkammer kompensiert wird;
hervorgerufen. Weiterhin ist die Beobachtungs- Fig. 5 ist eine der Fig. 2A ähnliche Ansicht und
strecke auf einen kleinen Bereich stromaufv ärts der 30 zeigt einen Längsschnitt durch eine abgeänderte
verengten Eintrittsöffnung beschränkt. Durchflußkammer.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Die Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel die
die störenden Lichtbrechungen zu beseitigen. Dhs Hauptelemente einer Vorrichtung zur optischen Anaist
insbesondere wichtig, wenn man ein fotome- lyse durch Fotometrie einer Substanz, die sich in
trisches Lichtsteuerungsverfahren anwendet, das mit 35 einem Flüssigkeitsstrom befindet, der von einem koeinem
Dunkelfeld arbeitet. axialen Mantelstrom aus einer durchsichtigen Flüs-Zur
Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs be- sigkeit umgeben ist. Die den Mantelstrom bildende
schriebene Vorrichtung nach der Erfindung dadurch durchsichtige Flüssigkeit befindet sich in einem Vorgekennzeichnet,
daß zur Kompensation des Ein- ratsbehälter 10. Von dem Vorratsbehälter 10, der in
flusses der Lichtbrechung an der Grenzfläche zwi- 40 Form eines Kolbens ausgebildet ist, führt eine Entschen
dem Mantelstrom und dem Probenstrom der nahmeleitung 11 zu einem erhöht angeordneten ÜberRadius
des Probenstroms durch Steuerung der rela- laufgefäß 12. Eine Überlaufleitung 13 führt unter
tiven Strömungsgeschwindigkeit des Mantelstroms Einwirkung der Schwerkraft überschüssige Flüssig-
und des Probenstroms einstellbar ist. keit von dem Überlaufgefäß 12 zu dem Vorratsbe-
Auf dies*" Weise ist es bei der optischen Analyse 45 hälter 10 zurück.
durch Fotometrie möglich, eine in dem ummantelten Eine in der Entnahmeleitung Il angeordnete
flüssigen Probenstrom enthaltene Substanz genau zu Pumpe 14 befördert die Mantelstromflüssigkeit von
untersuchen und den ummantelten Strom auf einen dem Vorratsbehälter 10 in das Überlaufgefäß 12, in
sehr kleinen Durchmesser zu verengen, der in dem dem sich infolge des Überlaufs ein gleichbleibender
Meßbereich von der Wandung des einen Durchfluß- 50 Flüssigkeitsstand einstellt. Am Boden des Überlaufkanal
bildenden rohrförmigen Körpers begrenzt sein gefäßes 12 befindet sich ein Flüssigkeitsauslaß, an den
kann. Dadurch wird in dem Meßbereich das Vo- eine Falleitung 15 angeschlossen ist, die zu einer tielumen
des ummantelten Stroms auf einen solchen fer liegenden Durchflußkammer 16 führt. Die Durch-Anteil
beschränkt, der gerade noch in der Lage ist, flußkammer hat eine längliche rohrförmige Form, wie
die zu untersuchenden Proben natzuführen. Dies hat 55 es in der Figur gezeigt ist. Die Leitung 15 zweigt sich
den weiteren Vorteil, daß die Proben durch übcrflüs- auf und ist zur Bildung des Mantelstroms an zwei
siges Fluid nicht abgedunkelt werden. Ferner können Flüssigkeitseinlässe 17 angeschlossen. Die Einlasse
die Lichtmeßeinrichtungen sehr dicht bei dem Pro- 17 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten ir
benstrom angeordnet werden. der Wand der Durchflußkammer angeordnet.
Zur Steuerung der relativen Strömungsgeschwin- 60 Durch die eine abgeschlossene Stirnseite dei
digkeit des Mantelstroms und des Probenstroms wird Durchflußkammer erstreckt sich eine Probenzufuhr·
vorzugsweise der Zufluß der Mantelflüssigkeit zu leitung 18, die in axialer Richtung in die Durchfluß·
dem rohrförmigen Körper gesteuert. Zum Einstellen kammer ragt und zwischen den Flüssigkeitseinlasser
von optimalen Betriebsbedingungen ist es zweck- 17 angeordnet ist. Die rohrförmige Probenzufuhrleimäßig,
den Mantelstrom und den Probenstrom dem 65 tung 18 endet in Durchflußrichtung gesehen hintei
rohrförmigen Körper unter positivem Druck zuzu- den Flüssigkeitseinlässen 17 im Durchflußkanal dei
führen und den sich ergebenden ummantelten Strom Kammer 16. In bezug auf den länglichen Durchnuu-
über eine AusströmungsöfFnung hinter der Ver- kanal der Durchflußkammer ist die Probenzufuhrlei-
tung 18 konzentrisch angeordnet. Der Außendurchmesser der rohrförmigen Probenzufuhrleitung 18 ist
wesentlich geringer als der Innendurchmesser das Durchflußkanalabschnitts, in den sich die Probenzufuhrleitung
erstreckt.
Das der abgeschlossenen Stirnseite gegenüberliegende Ende der Durchflußkammer 16 bildet ein Ausströmende,
an das eine zu einem Behälter führende Leitung 19 angeschlossen ist. Bei dem Behälter kann
es sich um einen mit einem Stöpsel versehenen Kolben 20 handeln. Vom Kolbenhals führt eine Leitung
21 über einen Regulator 23 zu einer Vakuumpumpe 24. Mit Hilfe der Vakuumpumpe soll der ummantelte
Strom aus der Durchflußkammer 16 abgesaugt werden. In der Vakuumpumpenleitung 21 befindet sich
ein Druckmesser 240.
Die Durchflußkammer 16, die noch im einzelnen beschrieben wird, besteht zum größten Teil aus einem
durchsichtigen Material, beispielsweise Glas. Ein durchsichtiger Abschnitt der Durchflußkammer 16
arbeitet mit einem Fotometer zusammen, dessen Lichtquelle 25 auf der einen Seite der Durchflußkammer
und dessen Lichtfühler 26 auf der anderen Seite der Durchflußkammer angeordnet ist. Das von
der Lichtquelle ausgesandte Licht durchsetzt somit den durch die Durchflußkammer fließenden Strom und
gelangt von dort zu dem Lichtfühler, wie es gezeigt ist.
Man kann den Lichtfühler auch senkrecht von dem von der Lichtquelle ausgesandten und auf dem ummantelten
Strom auftreffenden Lichtstrahl anordnen, um beispielsweise die von dem Inhalt der Durchflußkammer
16 erzeugte Fluoreszenz zu messen Gemäß einem anderen fotometrischen Verfahren kann man
auch das von dem zu analysierenden Strom in Rieh-1
rung der Lichtquelle reflektierte Licht zu einem an einer passenden Stelle angeordneten Lichtfühler ablenken.
Wenn die Lichtquelle und der Lichtfühler in der gezeigten Weise angeordnet sind, wird die Lichtdurchlaßfähigkeit
oder die Lichtabsorption der zu analysierenden Proben gemessen. Streulichtmessungen
sind ebenfalls möglich.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß die Proben in einer Suspension Teilchen
enthalten, die durch von den Teilchen hervorgerufene Vorwärtsstreuung von Licht gezählt werden
sollen, also durch Streuung von Licht in Richtung auf den Lichtfühler, wenn die Teilchen praktisch hintereinander
in einem Strom zwischen der Lichtquelle und dem Lichtfühler hindurchlaufen. Bei Verfahren,
die die' Lichtstreuung messen, ist es zur Genauigkeit der Analyse besonders wichtig, daß keine Lichtbrechung
auftritt.
Der Probenstrom kann schrittweise oder kontinuierlich über die Probenzufuhrleitung 18 in die
Durchflußkammer gezogen oder geschoben v/erden. Zur Probenzufuhr kann man beispielsweise die in der
USA.-Patentschrift 2 879 141 beschriebene automatisch arbeitende Probenzufuhreinrichtung (nicht gezeigt)
verwenden, in der mehrere zu untersuchende Proben gehaltert sind. Die einzelnen Proben können
in den Leitungen durch ein Fluid voneinander getrennt sein, das die Integrität der Proben aufrechterhält und
auf dem Weg des Probenstroms zu der Analysiervorrichtung die Leitungswände reinigt, wie es in der
obigen Patentschrift beschrieben ist. Vor dem Eintritt in die Durchflußkammer wird das trennende
Fluid im allgemeinen aus dem Strom entfernt. Hierzu kann man eine Einrichtung verwenden, wie sie beispielsweise
in der USA.-Patentschrift 3 109 714 beschrieben ist. Praktisch pulsations- und stoßfrei kann
man die Proben mit einer Schlauchquetschpumpe, wie sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 935 028
beschrieben ist, durch das Leitungssystem transportieren.
Pulsationen des Probenstroms und des Mantelstroms innerhalb der Durchflußkammer wirken sich
auf das Meßergebnis nachteilig aus. Aus diesem ίο Grunde kann man der Durchflußkammer 16 den
Mantelstrom unter der Einwirkung der Schwerkraft von einem erhöht angeordneten Gefäß mit gleichbleibendem
Flüssigkeitsstand zuführen, beispielsweise von dem dargestellten Überlaufgefäß 12. Der
Proben- und der Mantelstrom sollten ähnliche Viskositäten haben, zumindest bei ihrem Zusammentreffen
und aul ihrem gemeinsamen Weg durch die Durchflußkammer. Abweichend von der gezeigten Anordnung
kann man aber auch den Mantelstrom in genau so der gleichen Weise wie den Probenstrom mit Hilfe
einer Pumpe über die Flüssigkeitseinlässe 17 dun.li
die Durchflußkammer schieben oder ziehen.
Die Durchflußkammer kann auch mit einem einzigen, die rohrförmige Leitung 18 konzentrisch um-
»5 gebenden Einlaß für den Mantelstrom ausgerüstet sein. Im vorliegenden Beispiel ist es wichtig, daß der
Mantelstrom von seinem Einlaß aus in die Durchflußkammer bis zum Erreichen des Endes der Probenzufuhrleitung
18 eine hinreichende Strömungsstrecke vorfindet, so daß die Mantelflüssigkeit in der
Lage ist, diesen Teil der Durchflußkammer vollständig auszufüllen und vor dem Zusammentreffen mit
dem Probenstrom eine ausgeglichene laminare Strömung zu bilden, die die Probenzufuhrleitung derart
umgibt, daß der Mantelstrom den aus der Probenzufuhrleitung austretenden Probenstrom mit sich führt
und zum Ausströmende der Durchflußkammer weiterbefördert, an das die Leitung 19 angeschlossen ist.
Nach dem Verlassen der rohrförmigen Probenzufuhrleitung
18 wird der Durchmesser des Probenstroms vermindert. Dies wird dadurch erreicht, daß
die relative Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem Probenstrom und dem Mantelstrom verändert wird.
Da es infolge der Verstopfungsgefahr nicht zweckmäßig ist, in der Probenzufuhrleitung eine Drosselstelle
einzuschalten, beispielsweise in Form eines Drosselventils od. dgl., befindet sich in der Falleitung
15 für den Mantelstrom zwischen dem Überlaufgefäß 12 und den Flüssigkeitseinlässen 17 ein Nadelventil
5<> 28, das die in die Durchflußkammer eintretende Durchflußmenge der Mantelstromflüssigkeit steuert.
An Stelle des Nadelventils 28 kann man auch einen anderen Strömungswiderstand verwenden.
Wenn man den Durchfluß der Mantelstromflüssigkeit verringert, wird beim Zusammentreffen der
Ströme der Querschnittsradius des Probenstroms größer. Wenn man andererseits den Durchfluß
der Mantelstromflüssigkeit erhöht, nimmt der Querschnittsradius des Probenstroms ab. Die Brechung
des auf dem Probenstroni auftreffenden Lichts der Lichtquelle 25 ist eine Funktion, zumindest jedoch
zum Teil, des Querschnittsradius des Probenstroms. Im folgenden wird an Hand der Fig. 2A bis 4
der Aufbau und die Wirkungsweise der Durchflußkammer 16 beschrieben. Die Durchflußkammer enthält
einen langgestreckten, rohrförmigen Körper 30 aus durchsichtigem Glas mit sich diametral gegenüberliegenden
seitliche·» Ansätzen, die aufeinander
η '
8
ausgerichtet sind und die Einlasse 17 für den Man- betragen kann, erstreckt sich, wie es in der Fig. 2A
telstrom bilden. In die Ansätze sind Verbindungs- gezeigt ist, durch das verdickte Ausströmende 40
stücke 31 eingeschoben, auf die die in der F i g. 1 des rohrförmigen Körpers 30. Das Ausströmende 40
dargestellten Abzweigungen der Leitung 15 aufge- wird von dem einen Ende einer Hülse 41 aufgenom-
. . j._ i.k„„„„ n;o Pinlaßansätze sind 5 men, in deren anderes Ende ein passendes Verbin-
g ^ fd mc in deren anderes Ende p
schoben ^^V^^^^trSchfluß dungsstück43 eingeschoben ist, an das die AbIIuB-zwischen
den Enden de:, Korper., 30 der "u™ leitung 19 (Fig. 1) angeschlossen werden kann, die
kammer angeordnet und ^J*^t* J^ den ummantelfen Stro'm von der Durchflußkammer
Innendurchmesser wie der Langsabsc"^" ^ α zu dnem Auffanggefäß leitet, bei dem es sich bei-Durchflußkammer,
mit dem s« » /S^wa 10 spielsweise um den in der Fig. 1 dargestellten Kolstehen.
Der erwähnte Innendurchmesser betragt etwa ^ handdn kann. Die über die Leitung21 mit dem
3 mm. . .. Knlhen 20 verbundene Vakuumpumpe 22 entleert
Der Längsabschnitt 32 erstreckt ^1 ^s zum hm- Kolben 20 JgJj^ £s hat sich P P d daß trotz
teren Ende der Durchnußkammer das von einem ^ ^n ^^ Vakuums die pumpe u ^.
Stopfen 34 verschlossen ist, durch dessen'Mitteln ^ ^ ^. ^ Querschnittsabmessung
der Mittelabschnitt der f^J™5J des von dem Mantelstrom umgebenen Probenstroms
leitung 18 erstreckt. Die Pr.obenzufuh le.tu*%£>£* innerhalb des von dem verengten Abschnitt 42 der
sich konzentrisch in.den L^bsdinm» J- Durchflußkammer gebildeten Meßbereichs nimmt.
wird von dem Stopfen 34 ^'S^SeifSunR Sobald der Probenstrom über die Rohrleitung 18
Das vordere freie Ende 36 der ™**™|^Τ ™f a0 in den Längsabschnitt 32 der Durchflußkammer ein-
18 erstreckt sich bis über *e sotJJ" JS^ gebracht ist, wird er von dem schneller strömenden
die Einlasse 17 für die Mantektromflu^gert bjklen, f^.^ üantelstrom mitgeführt und beschleunigt,
hinaus und endet innerhalb des Langs«wcnmj«^ Untef der wirkung des verengten Abschnitts42 des
dessen Querschnitt kreisförmig IS*- "* 5^™" tiich Durchflußkanals werden die Ströme bereits vor dem
Rohrleitung 18, deren Af endu;c H h p me L S an^bSchn tts ,5 Erreichen des Meßbereichs proportional eingeengt
kleiner als der Innendurchmesser des Langsabschnins beSchleunigt. Die kleinen Teilchen, die in der
32 ist, hat einen Innendurchmesser von etwa 3. mm ^ probenstrom büdenden verdünnten Suspension
und besteht aus einer Injektionskanule oaer ein vorhanden sind>
strömen daher, anstatt nebenein-
Rohr geringen Durchm"ser^us^1"e !,m H", Rohrlei- ander, nacheinander durch den verengten Abschnitt
dierenden Metall. Der Durchflußkanal der Konriei ^ ^ ^ ^ ^ dem Fotometer gemessen werden
tung 18 hat einen kreisförmigen ^uerscnnm· ^ das ^ nicht d teUte Aufzeichnungsein-
Wie es in den Fig. 2 A und 2B^ ^ dchtu ^ ^ ^ p. ^ 4 .%{ ^ ?mh^
der hintere Endabschmtt d^0^?"^*^ deren strom mit 46 und der Mantelstrom mit 48 bezeichnet,
einen Ende einer Hülse 37 auigenomn , ^ Abhängigkeit von der reiativen Strömungsgeanderes
Ende derart ausgebildet ist, aau v>
d schwindigkeit zwischen dem Probenstrom und dem bindungsstück 38 aufnimmt, auf das,emc'P^J Mantelstrom kann der Durchmesser des Proben-Probenzuleitung
(nicht geze iß1) gesenooe" stroms in einem besonderen Fall etwa 0,076 mm bekann.
In einem gewissem Abstand vor .°fm ;°r tra,.en. Ferner kann der Probenstrom beispielsweise
Ende 36 der Rohrleitung 18 verjüngt sich öie «uae t, ^ Gesamtstroms ausmachen. Unter diesen BewanddesDu^nuBkanalsdes^^^fS^t^dingungen
beträgt der Gesamtdurchfluß der ver-30 und geht in einen «?Β™. Drc^™5r?"1 4eise einigten Ströme durch die Durchflußkammer 5 ml pro
kreisförmigem Querschnitt über. Die aut £'ese Minute, und die Reynoldsche Zahl beträgt 510.
gebildete, zur Messung dienende ^«^ro" B dem Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
streckt sich zwischen der Uch$™"c *J Meß. in der F i g. 5 dargestellt. Die dort gezeigte Durchfluß-Lichtfühler
26 hindurch und geht ^ 0^TiL 45 kammer 50 enthält einen länglichen blockartigen Körbereich
hinaus, wie es in den Mg. ^« & per 51, der senkrecht ausgerichtet ist und an seinem
zeigt ist ,..j u ^ftcctrprke sind die oberen Ende zv/ei zusammenlaufende Bohrungen auf-
Im Bereich der L»*tdurchmttesftw*e «ηα α die ^ Mantelstromeinlässe 52 dienen In die
Außenwände des rohrförmigen K°n«rsMt emBn^ Bührungen sind Verbindungsstücke 54 eingesetzt, an
gegenüberliegenden Sorten aunner j. e ^ der 5o die die Abzweigungen der Mantelstromzuleitung IS
abgeflacht, wie es an α™ ««*)??. rr g ßegenüberliegen. angeschlossen werden können, wie es bereits im ZuLichtquelle
bzw. dem Lichtfuhler gegesntiberuegen^ sammenhang mU der F j Λ beschrieben ist. Die Ein-
Dadurch kann man, we M Ϊ1" ^ Lichtfühler 26 lasse 52 laufen, wie gezeigt, in eine zentral angeordhervorgeht,
die Lichtquelle 25 ™J den.4™^Γ pete lang1iche Bohrung zusammen, die den Durchsehr
dicht an den von dem umman ^n ™^„°m 55 flußkanal 56 des Körpers 51 darstellt. Der Durchfluß,
durchströmten verengten Aj^^i^JJSunE die kanal 56 erstreckt sich durch das untere Ende des
um auf diese Weise *^ε β αϋΓ^Λ^s rohrför- Körpers51. Im oberen Endabschnitt des Körpers«51
Lichtbrechung an derAuße"fSchti machen. ist eine zentrisch angeordnete, längliche Bohrung
migen Körpers30 so klein !"V^ch zu[^ vorgesehen, die zwischen den Einlassen52 verläuft
Infolge des gerngen Arbeitsabstandes «er D 6o Diese Bohrung steht ebenfalls mit dem Durchflußoptischen
Einheiten von dem zu^ urnereu kanal 56 in Verbindung und nimmt ein Probenstrom-Fluidstrom,
beispielsweise von etwa u,"™. einlaßrohr 58 auf, das der bereits beschriebenen rohrman
für den Kondensor und das OJ^J™ '"des förmigen Leitung 18 ähnlich ist. Das Einlaßrohr S8
numerische Apertur verwenden. Z^ A£^ Jhnitt erstreckt sich durch einen Halterungsstopfen 60, der
Brechungsindex kann"™ "S-^gurehflußkam- «5 in eine Ausnehmung in den obersten Abschnitt der
42 des rohrförmigen Körpers jo oh_ jl» erwähnten zentnschen Bohrung eingesetzt ist
tner im Bereich der Lichtdurchtnttsstrecke in em ^ ^^ ^^ erstreck{ ^^ ^ EinlaBr()6rSg ^st.
Immerswmöl dmauchen^ ^ ^^ ^^ ^254 mm zentrisch in den Durchflußkanal 56, wobei das untere
er vereng > 409633/163
4267
freie Ende 62 des Einlaßrohrs 58 über dem unteren Ende des Durchflußkanals 56 endet, wie es in der
F i g. 5 dargestellt ist.
Am unteren Ende des Durchflußkanals 56 ist eine Verengungsstelle vorgesehen. Im vorliegenden Fall
wird diese Verengungsstelle durch einen in den Durchflußkanal 56 eingesetzlen Stopfen 64 gebildet,
der eine zentrisch angeordnete Durchtrittsöffnung 66 aufweist, die sich nach unten hin verjüngt und trichterförmig
ausgebildet ist. Am unteren Ende der Öffnung 66 des Stopfens 64· tritt der ummantelte
Strom in die Umgebungsatmosphäre aus und läuft zur fotometrischen Untersuchung zwischen einer Lichtquelle
68 und einem Lichtfühler 70 vorbei, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten dicht bei dem
ausgetretenen Strom angeordnet sind und zwischen sich eine Lichtmeßstrecke bilden. Unterhalb der
Lichtquelle und des Lichtfühlers kann man mit einem Trichter 72 den Strom auffangen und einem Abfluß
zuführen.
Bei Betrieb nimmt die über die Einlasse 52 der Durchflußkammier 50 zugeführte Mantelstromflüssigkeit
den über das Einlaßrohr 58 in den Durchflußkanal 56 eingeleiteten Probenstrom mit. Dabei umgibt
der Mantelstrom den Probenstrom und beschleunigt ihn. Dabei wird der Probenstrom von dem Mantelstrom
eingeengt, wenn die Ströme in Richtung auf die durch den Stopfen 64 in dem Durchflußkanal 56
gebildete Verengungsstelle strömen. In der trichterförmigen Durchtrittsöffnung des Stopfens werden
beide Ströme proportional verengt und beschleunigt, und zwar in einer ähnlichen Weise, wie es bereits im
Zusammenhang mit der Durchflußkammer 16 beschrieben ist. Nachdem der ummantelte Strom über
den Stopfen 64 aus der Durchflußkammer 50 ausgetreten ist, wird er nicht mehr begrenzt. Der ausgetretene
Strom durchsetzt frei fallend die Lichtmeßstrecke zwischen der Lichtquelle 68 und dem Lichtfühler
70. Auf diese Weise kann man die zwischen der Lichtquelle 68 und dem Lichtfühler 70 ausgebildete
Lichtmeßstrecke für den ummantelten Strom sehr kurz machen. Dies ist mit Vorteilen verbunden.
Um die Lichtbrechung an den Grenzflächen des Mantelstroms in dem Untersuchungsbereich zu kompensieren,
kann man den Radius des inneren Probenstroms verändern, und zwar durch Einstellen der
relativen Strömungsgeschwindigkeit zwischen dem Mantelstrom und dem Probenstrom, wie es bereits im
Zusammenhang mit der Durchflußkammer 16 beschrieben ist. Dabei kann man das Einstellen der
Strömungsgeschwindigkeit in der bereits erwähnten Weise vornehmen. Das in der F i g. 5 dargestellte
Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 den weiteren
Vorteil, daß durch das Austretenlassen des ummantelten Stroms in die Umgebungsatmosphäre ein
beträchtlicher Druckabfall innerhalb des Meßbereichs vermieden wird.
Demgegenüber hat das in der F i g. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel den. Vorteil, daß die Durchflußkammer
16 jede beliebige Lage einnehmen kann und die zugeordneten optischen Einheiten in eine entsprechende
angepaßte Stellung gebracht werden können, also in eine senkrechte oder waagerechte. Wenn
man beispielsweise die Durchflußkammer 16 senkrecht derart anordnet, daß sie von unten nach oben
durchströmt wird, dann werden in die Kammer eintretende Luftbläschen sehr schnell nach oben aus
dem Meßbereich herausgebracht. Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bietet außerdem den
Vorteil, daß der ummantelte Strom im Meßbereich begrenzt ist, so daß die optischen Einrichtungen
durch eine zufällige Ablenkung des ummantelten Stroms nicht bespritzt oder benetzt werden können.
Im folgenden werden die mit den optischen Vorgängen, insbesondere der Lichtbrechung verbundenen
Schwierigkeiten behandelt, die durch die Erfindung überwunden werden. Es ist bekannt, daß die
Außenoberfläche eines Zylinders, beispielsweise des Mantelstroms, eine Lichtbrechung verursacht, wenn
das mit dieser Oberfläche in Berührung stehende Medium, beispielsweise Luft oder Glas, einen anderen
Brechungsindex hat. Diese Brechung kann man innerhalb praktischer Grenzen kompensieren. Dabei werden
die Brechungsindizes des Außenmediums, beispielsweise Glas oder Luft, des Mantelstroms und
des Probenstroms mit umfaßt.
Eine Kompensation wird erreicht, wenn die in der F i g. 4 dargestellten Lichtstrahlen 74 die durch den
Probenstrom gezogene Mittellinie parallel zur optischen Achse 75 des von der Lichtquelle 25 kommenden
Lichts erreichen. Diese Kompensation wird dadurch ausgeführt, daß in bezug auf die gerade vorliegenden
besonderen Betriebsbedingungen, einschließlich der Brechungsindizes, der Querschnittsradius des Probenstroms eingestellt wird. Der Querschnittsradius
des Probenstroms ist dabei derart zu wählen, daß an den beiden Grenzflächen des Mantelstroms
die Brechung etwa gleich und entgegengesetzt isi.
In der Darstellung nach der F i g. 4 ist der Mantelstrom von einer hohlzylindrischen Grenzoberfläche
umgeben. Dabei muß der Brechungsindex Ν.λ des
Probenstroms größer sein als der Brechungsindex N., des Mantelstroms, um die Brechung an den Grenzflächen
des Mantelstroms zu kompensieren. Bei dem in der F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei
dem der Mantelstrom im Meßbereich nicht begrenzt ist, sondern direkt an ein Gas, beispielsweise Luft,
angrenzt, gilt das Umgekehrte.
Die Brechungskraft einer zylindrischen Grenzfläche ist dem Zylinderradius direkt proportional.
Die Kompensation der Lichtbrechung kann man durch Verändern des Probenstromradius innerhalb
des Mantelstroms vornehmen, vorausgesetzt, daß die absolute Differenz der Brechungsindizes des inneren
Stroms und des äußeren Stroms kleiner ist als die absolute Differenz der Brechungsindizes des äußeren
Stroms und des den äußeren Strom umgebenden Mediums, beispielsweise von Glas.
In dem folgenden Beispiel ist N1 etwa 1,51, N2
etwa 1,36 und N3 etwa 1,38. Der Radius r0 des Man-
tehtroms beträgt 0,127 mm. Der Radius r des Probenstroms
ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
τ = r„
1 +
V1 - N3
1 +
N3 - N3 Hieraus ergibt sich r zu etwa 0,0193 mm
(0,00076 inch). Entsprechend den Regeln der elementaren Optik gilt:
" = _rJL_ +[r -r).
Na-Ns . .
In dem vorstehenden Beispiel besteht der Probenstrom aus menschlichem Blut, das mit Propylenglykol
verdünnt ist und bei dem die roten Blutzellen hämolysiert sind. Die Geisterbilder der roten Blutzellen
haben denselben Brechungsindex wie das Verdünnungsmittel, so daß die roten Blutzellcn beim
Zählen der weißen Blutzellen durch Fotometrie unsichtbar sind. Ein Vorteil besteht darin, daß es bei
der Verwendung der Durchflußkammer nicht erfor-
12
derlich ist, den Brechungsindex des Mantelstroms dem Brechungsindex des Probenstroms anzupassen.
Das Fotometer ist mit einem herkömmlichen Okular (nicht gezeigt) ausgerüstet, mit dem man den
S ummantelten Strom in der Durchflußkammer beobachten kann, so daß man in der Lage ist, direkt zu
sagen, ob etwaige durch Brechung hervorgerufene Fehler kompensiert sind oder nicht. In diesem Zusammenhang
wird ein herkömmliches Meßobjekt
ίο (nicht gezeigt) der optischen Einheiten, das durch die
Durchflußkammer projiziert wird, bei dem besonderen Probenstromradius, der die Kompensation der
Lichtbrechung bewirkt, scharf eingestellt. Der fotometrische Beobachtungsbereich sollte größer sein als
der Durchmesser des Probenstroms.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- engungsstelle (42) den ummantelten Strom ann . . ... einer Stelle umschließt, bei der der LichtstrahlPatentansprüche: der optischen Einrichtung auf den Probenstromauf trifft.I. Vorrichtung zur optischen Anallyse eines 5 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1flüssigen Probenstroms, bei der eine in einem bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der umrnan-rohrförmigen Körper fließende durchsichtige telte Strom hinter der Verengungsstelle (66) in dieMantelflüssigkeit und eine von der Mantelnüssig- Umgebungsluft austritt und daß die optische Ein-keit umgebene und beschleunigte Probenflüssig- richtung (68, 70) den ummantelten Strom in derkeit, die aus einem in dem rohrförmigen Körper io Umgebungsluft untersucht,
konzentrisch angeordneten und gegenüber diesem
Körper einen kleineren Durchmesser aufweisenden Einlaßrohr austritt, in einem gleichgerichteten laminaren Strom nach Durchströmen einer
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