DE3405592A1

DE3405592A1 - Anordnung zur photometrischen konzentrationsbestimmung organischer und anorganischer stoffe

Info

Publication number: DE3405592A1
Application number: DE19843405592
Authority: DE
Inventors: Adolf 8400 Regensburg Götz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-16
Filing date: 1984-02-16
Publication date: 1985-08-14

Description

Anordnung zur photometrischen Konzentrationsbestimmung
organischer und anorganischer Stoffe.
Die Patentanmeldung betrifft eine Anordnung zur schnellen photometrischen Konzentrationsbestimmung von in Lösung vorliegenden organischen und anorganischen Stoffen, bestehend aus einer monochromatischen Strahlungsquelle, einer den zu untersuchenden Stoff enthaltenden Küvette und einer als Strahlungsdetektor wirkenden Fotozelle, die mit einer Meß- und Auswerteeinrichtung verbunden ist.
Photometrische Konzentrationsbetimmungen werden seit langem sowohl in der anorganischen als auch in der organischen Analytik durchgeführt. Grundlage dieser Meßmethoden ist die frequenz- bzw. wellenlängenabhängige Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie.
Die Hauptteile einer solchen Anordnung sind: eine Strahlungsquelle, die im gesamten Spektralbereich Licht möglichst hoher Intensität aussenden soll, ein Monochromator, bestehend aus Gitter- oder Quarzprisma, der die interessierende Wellenlänge aussondert und ein Strahlungsempfänger als Detektor. Gemessen werden Strahlungsintensitäten I und 10 mit und ohne Probe im Strahlengang als Funktion der Wellenlänge 7L . Beim Einstrahl verfahren sind zwei zeitlich aufeinanderfolgende Messungen (I, Io) notwendig.
Als Lichtquellen benutzt man Glühlampen wie Wolfram-Halogenlampen für den Bereich 400 bis 800 nm und Quecksilberlampen für den unter 400 nm liegenden kurzwelligen Spektralbereich.
Als Nonochromatoren werden teure holographische Gitter und Filter, als Detektoren empfindliche Fotozellen verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur schnellen photometrischen Konzentrationsbestimmung von in Lösung vorliegenden anorganischen und organischen Stoffen im Einstrahlverfahren anzugeben, bei der die Verwendung von teueren Monochromatoren umgangen werden kann. Außerdem soll die Anordnung möglichst klein und überall einsatzbereit sein und eine hohe Meßgenauigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei einer Meßanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahlungsquelle aus mindestens einer lichtemittierenden Diode besteht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gegenüber den bekannten Photometern hat die erfindungsgemäuse Anordnung folgende Vorteile: 1. Die Lebensdauer einer lichtemittierenden Diode (LED) ist wesentlich höher als die einer vergleichbar geeigneten Lichtquelle (typisch 25000 Stunden).
2. Die LED kann in beliebiger Lage montiert werden.
3. Die Größe eines LED-Photometers gestattet es, ein derartiges Gerät an beliebigen Stellen eines Prozesses zu integrieren.
4. LED's sind durch sehr kurze Ansprechzeiten gekennzeichnet (typisch 10 ns), so daß man sowohl elektronisch choppen als auch triggern kann (schnelle Kinetiken sind somit der Messung zugänglich).
5. Durch die Wahl der Betriebsstromstärke läßt sich die Beleuchtungsstärke und die Bandbreite beeinflussen.
6. Durch Kühlung auf tiefe Temperaturen, zum Beispiel mit Hilfe eines Peltierelemen,tes erreicht das Emissionsspektrum Laser-Qualität.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren 1 bis 3 noch näher erläutert. Dabei zeigt die Figur 1 eine Prinzipskizze über die Anordnung der einzelnen Teile bei der Messung, die Figur 2 eine Meßkurve, bei der als monochromatische Lichtquelle eine rote LED verwendet wurde; es wurde eine Anilinblaulösung analysiert, und die Figur 3 eine Meßkurve, die mit einer gelben LED und einer Kaliumpermanganatlösung durchgeführt wurde.
In Figur 1 ist mit 1 eine LED mit oder ohne Linse dargestellt, die in der Meßanordnung verschiebbar und auswechselbar ist und sowohl in den Farben rot, grün, gelb oder auch blau leuchten kann. Der Aufbau kann auch so gestaltet werden, daß mehrere verschiedene LEDs (1) und entsprechende Detektoren (5) gleichzeitig arbeiten. Mit den Bezugszeichen 2 und 4 sind in den Strahlengang eingebrachte Filter gekennzeichnet, wobei sowohl Kunststoffkantenfilter, Glasfilter als auch Flüssigkeitsfilter auf der Basis von Farbstofflösungen verwendet werden können. Die die zu untersuchende Lösung enthaltende Küvette ist mit 3 und das als Detektor wirkende Photoelement mit 5 bezeichnet. Als Detektoren können Photodioden, Phototransistoren, Photowiderstände oder Photo- multiplier verwendet werden. Die Meß- und Auswerteelektronik ist in der Figur 1 nicht dargestellt.
Figur 2: Die Messung wurde mit einer roten LED als Strahlungsquelle 1 durchgeführt. Als Probenraum für die Anilinblaulösung wurde eine 1 cm-Glasküvette 3 verwendet. Die Änderung. der Lichtintensität wurde mit Hilfe eines Photowiderstandes registriert. Mit Hilfe einer geeignet verstimmten Wheatstone-Brücke konnte einer bestimmten Konzentration (mg Anliniblau/10 ml Wasser = Abszisse) eine bestimmte Stromstärke ( A = Ordinate) derart zugeordnet werden, daß sich ein linearer Zusammenhang ergibt.
Figur 3: Die Messung wurde analog wie bei Figur 2 beschrieben durchgeführt. Als monochromatische Lichtquelle 1 diente eine gelbe LED. Mit Hilfe eines Digital-Ohm-Meters wurde der Widerstandswert des Photowiderstandes in Abhängigkeit von der Konzentration (mg Kaliumpermanganat/ 10 ml Wasser = Abszisse) ermittelt. In (R/Ro) wurde gegen die Konzentration aufgetragen.
Bei beiden Messungen wurden die Meßfehler, die durch den Fehler der Waage, der Bürette, der Pipette sowie der Anzeigeskala des Meßinstrumentes verursacht werden, in Form von Fehlerkreuzen berücksichtigt.
Die Meßanordnung kann mit großem Vorteil verwendet werden in der medizinischen Analytik, als Lehrmittel (billige Photometer), in der Umweltanalytik, bei Qualitäts- und Prozeßkontrollen, in der Biotechnologie/Biochemie.
Über photometrische Messungen kann man hier zum Beispiel Enzym- sowie Substrataktivität messen, indem man die Kinetik verfolgt. Der Einsatz vieler preiswert herstellbarer LED-Photometer würde hier einen beachtlichen Fortschritt bedeuten.
6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche Anordnung zur schnellen photometrischen Konzentrationsbestimmung von in Lösung vorliegenden organischen und anorganischen Stoffen, bestehend aus einer monochromatischen Strahlungsquelle (1), einer den zu untersuchenden Stoff enthaltenden Küvette (3) und einer als Strahlungsdetektor wirkenden Photozelle (5), die mit einer Meß- und Auswerteeinrichtung verbunden ist, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlungsquelle (1) aus mindestens einer lichtemittierenden Diode (LED) besteht.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß zusätzlich zur Bündelung der Strahlung ein Linsensystem vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlengang vor und nach der Küvette (3) Filter (2, 4) vorgesehen sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z'e i c h n e t , daß bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer verschiedener LEDs (1) die entsprechende Anzahl von Photo-Detektoren (5) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Detektoren (5) Photowiderstände, Phototransistoren, Photodioden und Photomultiplier verwendet sind.
6. Verwendung der Anordnung nach Anspruch 1 bis 5 in der medizinischen Analytik, bei Qualitäts- und Prozeßkontrollen, und für photometrische Messungen in der Biotechnologie.