SE513163C2 - Anordning och metod för spektrometri - Google Patents

Description

13 15 20 25 30 35 513 163 2 närmare här. Allmänt gäller dock att, när en excite- ringsstràle, i praktiken en laserstràle, riktas mot ett prov (gasformigt, flytande eller fast) som skall analy- seras, sä sprids en del av den infallande exciterings- stràlen i alla riktningar med en annan vàglängd (kortare eller längre) fràn molekyler vars polariserbarhet ändras när de bringas i vibration av det frän exciteringsstrálen genererade fältet. Genom uppfàngning av den àterutsända strålningen erhálls ett Raman- spektrum, utifràn vilket säväl kvantitativ som kvalitativ kemisk analys kan utföras. Vid mätning pä fasta prov användas normalt en sä kallad back-scattering geometri, vilket innebär att analysen utförs pà det ljus som àterkastas l80° mot exciteringsstrálens infallsriktning.

Vid Raman-spektrometri pà fasta prov erhåller man ett relativt stort intràngningsdjup i provet, exempelvis av storleksordningen l mm. Sett ur det perspektivet skulle Raman-tekniken ha en potential för exempelvis analys av ingredienser, speciellt aktiva substanser, i hela tabletter.

Det föreligger dock ett problem vid Raman-spektro- metri pà fasta prov som ej uppstär vid NIR-spektrometri, nämligen att exciteringsstàlen, i praktiken en laser- stràle, mäste ha ett mycket snävt fokus. Till följd hä- rav kan man endast analysera en förhällandevis liten vo- lym av provets totalvolym. Om provet, säsom en tablett, är homogent föreligger inga problem, men eftersom detta ofta ej är fallet vid tabletter, blir analysresultatet ej representativt för hela tabletten, exempelvis avse- ende koncentration av aktiv substans.

Som ett illustrerande exempel pà Raman-analys pà en tablett kan den av strälen faktiskt analyserade ”delvolymen” av provets totalvolym ha formen av en i ex- citeringssträlens riktning konvergerande kon med en höjd av ungefär l mm och en basdiameter av ca 0,4 mm vid 10 15 20 25 30 513 163 3 strälens träffyta pä provet. För en typisk tablett med diameter 10 mm och tjocklek 4 mm utgör den analyserade, konformiga delvolymen därför endast en liten del av tab- lettens totalvolym. Detta problem föreligger ej vid NIR- spektrometri, där exciteringsstràlen kan bringas att täcka hela den bestràlade ytan hos provet.

Föreliggande uppfinning har framtagits för att eli- minera, eller åtminstone väsentligt reducera, ovan iden- tifierade problem hos den kända tekniken vid Raman- spektrometri pà fasta prov.

Med fasta prov avses här dels prov där den analyse- rade substansen i sig har formen av en fast enhet, sàsom en tablett, dels prov där substansen som skall analyse- ras utgörs av ett mer eller mindre kompakterat pulver, eller annan fast kropp, anbringat i en provbehàllare.

Sammanfattning av uppfinningen Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning ástad- kommes en anordning för användning vid en spektroskopisk analys av ett fast prov, sásom en tablett, vilken anord- ning innefattar en provhállare för positionering av pro- vet i förhàllande till en exciteringssträle, som under genomförande av analysen infaller mot en mottagningsyta hos provet med en träffpunktsarea som är mindre än pro- vets mottagningsyta. Anordningen kännetecknas av att den innefattar ett drivorgan för att bringa provhällaren i rotation kring en med exciteringssträlen parallell rota- tionsaxel sä att exciteringssträlens träffpunkt beskri- ver ett ringformigt avsökningsspàr pà provets mottag- ningsyta, och att anordningen är inrättad att, under ge- nomförandet av analysen, variera det ringformiga avsök- ningsspärets radie. Därmed kommer en avsevärt större yta att avsökas och därmed en avsevärt större volym hos pro- vet att analyseras än med känd teknik.

Enligt ett första utförande av anordningen enligt uppfinningen, för utförande av en spektroskopisk analys 10 15 20 25 35 513 163 4 pä ett fast prov med en cirkulär periferiyta, är hàllarens rotationsaxel icke vertikal, företrädesvis ho- risontell, och innefattar provhällaren ett provmottag- ningsutrymme definierat av en med rotationsaxeln kon- centrisk och kring densamma roterande cylinderyta, vars diameter är större än diametern hos den cirkulära peri- feriytan hos provet, varvid provet är anbringat fritt rörligt i provmottagningsutrymmet med sin symmetriaxel riktad parallell med hàllarens rotationsaxel för att rulla mot cylinderytan när denna roterar.

Enligt detta första utförande kommer hällarens ro- tation att àstadkomma dels en rotation av provet kring dettas egen symmetriaxel till följd av att provet vid sin periferiyta rullar mot hällarens cylinderyta, och dels en fram- och átergàende sidoförskjutning av kon- taktpunkten mellan provets cirkulàra periferiyta och cy- linderytan, relativt en med hállarens rotationsaxel sam- manfallande lodlinje. rörelse komer avståndet mellan exciteringsstràlens träffpunkt och provets symmetrilinje, dvs avsöknings- att variera.

Som en följd av denna kombinerade spärets radie, I en föredragen utföringsform av det första utfö- randet av anordningen är provmottagningsutrymmet sä di- mensionerat att provet, när det är anbringat däri, är väsentligen fixerat relativt hàllaren i rotationsaxelns riktning, men fritt rörligt relativ: hàllaren vinkelrätt mot rotationsaxeln. Detta utförande säkerställer att exciteringsstràlen kan hàllas korrekt fokuserad pà provet under hela analysen, samtidigt som provet tilläts att utföra ovannämnda kombinerade rctations- och förskjutningsrörelse.

Ett andra utförande av anordningen enligt uppfin- ningen innefattar ett organ som är inrättat att paral- lellförskjuta hällarens rotationsaxel relativt excite- ringssträlen för att ästadkonna variationen av avsök- 10 15 20 25 30 513 163 5 ningsspärets radie. Det andra utförandet av uppfinningen kan användas även pà prov med icke cirkulär periferiyta.

I det andra utförandet av anordningen enligt upp- finningen är hàllaren företrädesvis inrättad att hälla provet fixerat i alla riktningar relativt hàllaren under genomförande av analysen.

Det första och det andra utförandet av anordningen enligt uppfinningen kan kombineras.

Enligt en andra aspekt av föreliggande uppfinning ästadkommes en metod, med de i krav 6 angivna särdragen, för användning vid en spektroskopisk analys av ett fast prov, i enlighet med ovan angivna principer för anord- ningen enligt uppfinningen, varvid föredragna utföranden av metoden är angivna i de osjälvständiga patentkraven 7-12.

Beskrivning av föredragna utföranden Uppfinningen skall nu beskrivas närmare genom hän- visning till tvá utföringsexempel och under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig l är en sidovy av en tablett med markerad sym- metrilinje.

Fig 2 är en sidovy av en anordning enligt ett första utförande av föreliggande uppfinning.

Fig 3 är en ändvy av anordningen i fig 2.

Fig 4-7 àskádliggör schematiskt funktionen hos det i fig 2 och 3 visade, första utförandet av anordningen Fig 8A-E àskàdliggör schematiskt funktionen hos ett andra utförande av anordningen enligt uppfinningen.

Som ett illustrerande, icke-begränsande exempel, pà ett fast prov som skall analyseras i enlighet med upp- finningens principer visas i fig 1 en tablett 1, sasom en läkemedelstablett, vars innehàll skall analyseras med Raman-spektrometri. Tabletten har typiskt en diameter pä ca 10 mm och en tjocklek pa ca 4 mm, och dess cirkulära 10 15 20 25 30 35 513 163 6 periferiyta 2 (fig 4-6) har en i fig 1 markerad sym- metrilinje 3.

I fig 2 och 3 visas en generellt med 4 betecknad tabletthällare av närmast experimentell konstruktion.

Hàllaren 4 innefattar en motor 5, pà vars horisontellt riktade utgängsaxel 6 är monterad en cylinder 7, vars invändiga cylinderyta 8 definierar ett provmottagnings- utrymme för en tablett 1. Den geometriska rotationsaxeln är betecknad A.

Cylinderns 7 diameter är dimensionerad efter tab- säsom visas i fig lettens 1 diameter, och är speciellt, 4-6, större än tablettens diameter sä att tabletten kan utföra den nedan beskrivna rörelsen inuti provmottag- ningsutrymmet.

Motorn 5 är uppburen i den nedre änden hos en arm 9, vars övre ände är monterad pà ett första fäste 10, som är inställbart monterat pà en horisontell stång ll, vilken pà ej närmare beskrivet sätt är uppburen av ett stativ eller motsvarande. Det första fästet 10 kan för- skjutas utmed samt vinkelställas kring stängen 11 och läsas i önskat läge medelst en första spännratt 12.

Stängens ll högra ände i fig 3 uppbär en rektangulär av- skärmningsplatta 13, som sträcker sig vertikalt nedät och täcker cylinderns 7 frän motorn 5 vända, öppna ände.

Avskärmningsplattan 13 har en konformad cirkulär genom- gäende stràlningspassage 14, vars smalare toppöppning mynnar i cylinderns 7 provmottagningsutrymme.

Hällaren 1 innefattar vidare ett andra fäste 15, som monterat pä ett sädant sätt att det är förskjutbart och vinkelinställbart pä stängen 11 samt fixerbart i önskat läge medelst en andra spännratt 16. Det andra fästet 15 har vid sin nedre ände ett mot armen 9 utskjutande anslag 17, som är avsett att anligga mot den motorbärande armen 9 för att definiera den senares vinkelinställning relativt stängen 11. 10 15 20 25 DJ C) bd UI 513 163 7 Vid genomförande av en Raman-analys pä en tablett l medelst den i fig 2 och 3 visade tabletthállaren 4 los- sar man först det första fästet 10 och förskjuter motorn 5 med cylindern 7 bakät relativt avskärmningsplattan 13 för friläggande av cylinderns 7 öppna ände. Därefter an- bringas provet, här tabletten l, i mottagningsutrymmet sàsom visas i fig 2. Det första fästet 10 äterförs och fixeras därefter till sitt tidigare läge enligt fig 2, och med hjälp av anslaget 17, vars position är bestämd genom inställning av det andra fästet 15, kan motorns 5 rotationsaxel A ställas in i exakt önskat läge relativt stràlpassagen 14, och speciellt i samma läge för succes- siva analyser pä olika prov.

En ej visad strälningskälla, sàsom en laser, an- bringas pä avskärmningsplattans 13 motsatta sida, och en exciteringsstràle fokuseras pä tablettens 1 mottagnings- yta, säsom visas med en träffpunktsarea S i fig 4-6.

Analysen utförs här med back-scattering-teknik, vilket innebär att frän tabletten 1 ätersänd strälning passerar ut genom den konformade passagen 14 och uppfàngas av en med exciteringsstràlen koncentrisk stràlningsdetektor (ej visad). Den deïekterade strälningen omvandlas där- efter pà känt sätt till elektriska signaler som kan ana- lyseras med exempelvis FT-teknik.

Konstruktionen och funktionen hos strálningskällan och -detektorn och hos signalbehandlingselektroniken ut- gör primärt ej del av föreliggande uppfinning och är kända för fackmannen, varför någon närmare beskrivning därav är överflödig.

Nu hänvisas till fig 4-7, som visar funktionsprin- cipen hos tabletthällaren 4 i fig 2 och 3. Som en följd av cylinderns 7 rotation, kommer kontaktpunkten P mellan tablettens 1 cirkulära periferiyta 2 och cylinderns 7 invändiga cylinderyta 8 att kontinuerlig: förflytta sig längs en cirkelbà e fràn ett första ändläge vid ungefär ”klockan 6” (fig f* z: 4 A) via ett mellanläge (fig SA) till 10 15 20 25 30 35 513 163 8 ett andra ändläge vid ungefär ”klockan 8” (fig 6A). Av- stàndet mellan exciteringsstràlens träffpunkt S och tab- lettens centrumlinje 3 i de olika lägena för P är marke- rat R1, R; respektive Ra. Eftersom tabletten l rullar mot cylinderytan 8, kommer exciteringssträlen sàlunda att, för de tre visade tablettpositionerna, att beskriva ringformiga avsökningsspär 201, 20% radier R1, R; respektive R; enligt fig 4A-6A. Eftersom P intar samtliga lägen mellan sina ändlägen, komer den 20; med olika stora totalt avsökta ytan 21 att bli en superponering av dy- lika ringformiga avsökningsspár, dvs en kontinuerlig ringformig yta 21 med en radiell bredd som är väsentligt större än diametern hos exciteringsstràlens träffpunktsarea S, sàsom illustreras schematiskt i fig 7.

Fig 8 visar mycket schematiskt principen för ett andra utförande av uppfinningen, där man för att ändra avsökningsspärets radie R istället, kontinuerligt eller stegvis under genomförande av den spektroskopiska analy- sen, (tablettens 1) relativt exciteringsstrálen S. De organ som ästadkommer förskjuter provets rotationsaxel A förskjutningen av provhàllaren är ej visade i fig 8A-E, men i princip kan motorn 5 med cylindern 7 i utförandet i fig 2 och 3 monteras pä en bärare som kan förflyttas vinkelrätt mot exciteringsstràlen, exempelvis vertikalt eller horisontellt, medelst nägot lämpligt drivorgan, sàsom en stegmotor.

I det visade exemplet sammanfaller tablettens l symmetrilinje hela tiden med rotationsaxeln A, och för- skjuts rotationsaxlen A relativt exciteringsstràlen. I fig 8A är exciteringssträlen initialt sammanfallande med rotationscentrum A. Därefter sänks provhàllaren, dvs ro- tationsaxlen A, successivt, exempelvis i steg om ca 2 mm, eller kontinuerligt, sä att exciteringssträlens träffpunkt S blir mer och mer excentrisk relativt rota- tionsaxlen A, varigenom det avsökta späret fär en allt 10 513 163 9 större radie R. Om rotationsaxeln flyttas kontinuerligt, erhåller avsókningsspáret ett mera spiralformigt utse- Den totalt täckta ytan blir en superponering av de successiva delytorna markerade i fig 8A-E och kan ende. bringas att täcka väsentligen hela tablettens l strälningsmottagande yta.

Rotationshastigheten hos de ovan beskrivna utföran- dena av uppfinningen kan varieras, men kan som illustra- tivt exempel vara 10 rpm.

Vidare skall det noteras att man vid behov, för ástadkommande av en mera fullständig analys av provets hela volym, eventuellt kan vända provet mellan olika delanalyser.

Claims (14)

10 15 20 25 30 513 163 10 PATENTKRAV för användning vid en spektrosko- (1), för po-

1. l. Anordning (4) pisk analys av ett fast prov, säsom en tablett vil- ken anordning (4) innefattar en provhàllare (7) sitionering av provet (1) Å förhällande till en excite- ringsstràle, som under genomförande av analysen infaller mot en mottagningsyta hos provet (1) med en träffpunktsarea (S) som är mindre än provets (1) mottag- ningsyta, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen (4) innefattar ett drivorgan (5) för att bringa provhàllaren (7) i rotation kring en med exciteringsstràlen parallell sä att exciteringsstràlens träffpunkt (20) pä och att anordningen är in- rotationsaxel (A) (S) beskriver ett ringformigt avsökningsspàr mottagningsyta, rättad att, under genomförandet av analysen, variera det ringformiga avsökningsspàrets (20) radie (R).

2. Anordning (4) enligt krav l för utförande av en spektroskopisk analys av ett prov (1) (2), k ä n n e t e c k n a d av att hälla- rotationsaxel företrädes- provets (1) med en cirkulär periferiyta rens (7) (A) är icke vertikal, vis horisontell, och att provhällaren (7) innefattar ett provmottagningsutrymme definierat av en med rotations- axeln (A) koncentrisk och kring densamma roterande cy- linderyta (8), vars diameter är större än diametern hos den cirkulära periferiytan (2) hos provet (1), varvid provet (1) är anbringat fritt rörligt i mottagnings- utrymmet med sin symmetriaxel (3) riktad parallell med hällarens (7) för att rulla mot cylinderytan (8)

3. Anordning enligt krav 2, av att provmottagningsutrymmet är sä dimensionerat att (1), fixerat relativt hàllaren (7) men fritt rörligt relativt hàllaren (7) rotationsaxel (A) när denna roterar. k à n n e t e c k n a d provet när det är anbringat däri, är väsentligen i rotationsaxelns (A) riktning, vinkelrätt mot rotationsaxeln (A). 10 15 20 25 30 35 513 163 ll

4. Anordning (4) enligt krav 1, k á n n e t e c k - n a d av organ som ar inrättade att parallellförskjuta hàllarens (7) rotationsaxel (A) relativt exciterings- stràlen för att àstadkomma variationen av avsöknings- spàrets (20) radie (R).

5. Anordning enligt krav 4, k à n n e t e c k n a d av att hàllaren (7) är inrättad att hàlla provet (1) fixerat i alla riktningar relativt hállaren (7) under genomförande av analysen.

6. Metod för användning vid en spektroskopisk ana- lys pà ett fast prov, (1). steget att generera en exciteringsstràle och att medelst en provhállare (7) positionera provet (1) i förhållande till exciteringsstrálen sà att denna infaller mot en mottagningsyta hos provet (1) med en tráffpunktsarea (S) (1) mottagningsyta, k à n - sàsom en tablett innefattande som är mindre än provets n e t e c k n a d av steget att rotera provhàllaren (7) kring en med exciteringsstràlen parallell rotationsaxel (A) sà att exciteringsstrálens träffpunkt (S) beskriver ett ringformigt avsökningsspàr (20) pà provets (1) mot- tagningsyta, och att, under genomförande av analysen, variera det ringformiga avsökningsspàrets (20) radie (R).

7. Metod enligt krav 6 för användning vid en spek- troskopisk analys av ett fast prov (l) med en cirkulär (2), orientera hàllarens (7) kalt, vet (1) kring densamma roterande cylinderyta (8) hos hàllaren periferiyta k à n n e t e c k n a d av stegen att rotationsaxel (A) icke verti- företrädesvis horisontellt, och att anbringa pro- pà en med rotationsaxeln (A) koncentrisk och (7), vars diameter är större än diametern hos provets (1) cirkulára periferiyta (2), varvid provet (1) an- bringas med sin symmetriaxel (3) parallell med hàllarens (7) rotationsaxel (A) för att rulla mot cylinderytan (8) när denna roterar. 10 15 20 513 163 12

8. Metod enligt krav 7, k à n n e t e c k n a d av relativt hàllaren (7) i rotations- att fixera provet (1) men láta provet (1) vara fritt (7) vinkelrätt mot axelns (A) riktning, rörligt relativt hàllaren rotationsaxeln (A).

9. Metod enligt krav 6, steget att parallellförskjuta hàllarens (7) axel (A) relativt exciteringsstràlen för att àstadkomma variationen av avsökningsspàrets (20) (R).

10. Metod enligt krav 9, k á n n e t e c k n a d av fixerat i alla riktningar k á n n e t e c k n a d av rotations- radie steget att hàlla provet (1) relativt hàllaren (7) under genomförande av analysen.

11. ll. Metod enligt nàgot av kraven 6-10, t e c k n a d av steget att utföra den spektroskopiska k á n n e - analysen med Raman-spektrometri.

12. Metod enligt nàgot av kraven 6-ll, t e c k n a d av steget att utföra den spektroskopiska k á n n e - analysen med back-scattering-teknik.

13. Användning av en anordning (4) definierad enligt krav l vid spektroskopisk analys av ett fast prov ( \ 1 . ...l

14. Användning enligt krav 13 varvid den spektro- skopiska analysen ar Raman-spektrometri.