DE1125676B

DE1125676B - Device for determining the optical properties of liquids

Info

Publication number: DE1125676B
Application number: DEE20186A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Ericsson UK Ltd
Current assignee: Bendix Ericsson UK Ltd
Priority date: 1959-11-16
Filing date: 1960-11-16
Publication date: 1962-03-15

Description

Gerät zum Bestimmen optischer Eigenschaften von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein nach Art eines Polarimeters oder Saccharimeters aufgebautes und arbeitendes Meßgerät zum Bestimmen optischer Eigenschaften von Flüssigkeiten, wie z. B. Farbe, Absorptionsvermögen, optisches Drehvermögen u. dgl.Device for determining optical properties of liquids The The invention relates to a type of polarimeter or saccharimeter and working measuring device for determining optical properties of liquids, such as B. color, absorptivity, optical rotatability and the like.

Geräte hoher Präzision der obengenannten Art sind bekannt, wie z. B. Polarimeter, Saccharimeter od. dgl. mit denen z. B. sehr kleine Drehungen der Polarisationsebene, z. B. bis zu 0,010/cm festgestellt werden können oder eine Meßgenauigkeit bis zu 0,00020 erreicht werden kann. High precision devices of the above type are known such. B. polarimeter, saccharimeter od. Like. With which z. B. very small rotations of the Polarization plane, e.g. B. can be determined up to 0.010 / cm or a measurement accuracy up to 0.00020 can be achieved.

Bei den heute üblichen Polarimetem durchläuft ein paralleler Lichtstrahl die zu prüfende Flüssigkeit längs einer vorgegebenen Strecke. With the polarimeters common today, a parallel beam of light passes through the liquid to be tested along a predetermined distance.

Da das optische Verhalten einer jeden Flüssigkeit je Einheit der Weglänge des durch sie hindurchgeschickten Lichtstrahls einen spezifischen Wert hat, ist es selbstverständlich, daß die Meßgenauigkeit von Polarimetern und anderen Geräten zur Messung optischer Eigenschaften von Flüssigkeiten von der Länge der zu untersuchenden Flüssigkeitssäule abhängt. Since the optical behavior of each liquid per unit of the Path length of the light beam sent through it has a specific value has, it goes without saying that the measurement accuracy of polarimeters and others Devices for measuring optical properties of liquids on the length of the to be examined liquid column depends.

Bei den bekannten Geräten wird die zu untersuchende Flüssigkeitsprobe in eine zylindrische Zelle eingebracht, durch welche zum Zwecke der Messung ein paralleler, in der Achse des Zylinders verlaufender Lichtstrahl geschickt wird. In the known devices, the liquid sample to be examined is placed in a cylindrical cell, through which for the purpose of measurement a parallel light beam running in the axis of the cylinder is sent.

Man hat gefunden, daß die Mindestgröße des lichten Zylinderdurchmessers durch den kleinsten erreichbaren Durchmesser des Lichtstrahls bestimmt wird und begrenzt ist. Der kleinste zulässige Durchmesser des Lichtstrahls wird durch die Mindestanforderung an die für eine genügende Meßgenauigkeit erforderliche Lichthelligkeit bestimmt. Dazu kommt, daß die Form der Lichtquelle Abweichungen von der theoretisch erforderlichen zylindrischen Form verursacht. It has been found that the minimum size of the inside cylinder diameter is determined by the smallest achievable diameter of the light beam and is limited. The smallest permissible diameter of the light beam is determined by the Minimum requirement for the light brightness required for sufficient measurement accuracy certainly. In addition, the shape of the light source deviates from the theoretical required cylindrical shape.

Da die Länge der obengenannten Flüssigkeitssäule durch die axiale Länge der Absorptionszelle bestimmt ist, wird durch die obengenannten Bedingungen das Mindestvolumen der Flüssigkeitszelle festgelegt, das seinerseits für die gewünschte Meßgenauigkeit erforderlich ist. In der Praxis ist es öfter erforderlich, Flüssigkeiten zu untersuchen, von denen nur sehr kleine Proben zur Verfügung stehen, sei es, daß nur sehr kleine Quantitäten hergestellt werden können, oder sei es, daß die Flüssigkeit so kostbar ist, daß sie nur in außergewöhnlich kleiner Menge geliefert werden kann. Since the length of the above liquid column by the axial Length of the absorption cell is determined by the above conditions the minimum volume of the fluid cell set, which in turn for the desired Measurement accuracy is required. In practice it is more often necessary to use liquids to investigate, of which only very small samples are available, be it that only very small quantities can be produced, or be it that the liquid is so precious that it can only be supplied in extremely small quantities.

Die Flüssigkeitszellen der bisher bekannten Geräte sind immer noch zu groß, um auch mit kleineren Flüssigkeitsmengen einwandfreie Messungen durchführen zu können. The fluid cells of the previously known devices are still there too big to handle even smaller ones Carry out correct measurements for quantities of liquid to be able to.

Der Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen. Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät von der in der Einleitung genannten Art, das aus einer Lichtquelle, einem optischen System und einer in ihrer Form dem Strahlengang angepaßten Zelle zur Aufnahme der zu untersuchenden Flüssigkeitsprobe besteht. The purpose of the invention is to eliminate this drawback. object the invention is a device of the type mentioned in the introduction, which consists of a Light source, an optical system and one whose shape is adapted to the beam path Cell for receiving the liquid sample to be examined exists.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gerät ein optisches System besitzt, durch das das zum Messen benutzte Licht in einem Konvergenzpunkt konzentriert wird, der sich innerhalb oder in unmittelbarer Nähe der die zu untersuchende Flüssigkeit enthaltenden Zelle befindet. This is achieved according to the invention in that the device is an optical one System by which the light used for measuring is in a point of convergence that is concentrated within or in the immediate vicinity of the subject to be examined Cell containing liquid is located.

Mittels dieser Vorrichtung kann bei Erhaltung der erforderlichen Lichtintensität und Länge des in der Flüssigkeit zurückzulegenden Lichtweges eine sehr genaue Messung mit einer Flüssigkeitsprobe ausgeführt werden, deren Menge nur einen Bruchteil der bisher für derartige Messungen benötigten Flüssigkeitsmengen beträgt. This device can be used to maintain the required Light intensity and length of the light path to be covered in the liquid very accurate measurement can be carried out with a liquid sample, its quantity only a fraction of the amount of liquid previously required for such measurements amounts to.

So hat z. B. die kleinste Type eines bekannten Polarimeters eine zylindrische Zelle mit einem Fassungsvermögen von etwa 250mm3 (Mindestlänge 5 mm und Mindestdurchmesser 8 mm). Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen konischen Zelle werden demgegenüber nur 12mm8 Flüssigkeit zum Füllen der Flüssigkeitszelle benötigt, wenn der verwendete Kegelstumpf oder Doppelkegelstumpf einen sehr kleinen Konuswinkel aufweist. So has z. B. the smallest type of a known polarimeter cylindrical cell with a capacity of about 250mm3 (minimum length 5 mm and minimum diameter 8 mm). When using a conical cell according to the invention In contrast, only 12mm8 of liquid are required for filling the fluid cell needed if the truncated cone or double truncated cone used is a very small one Has cone angle.

Gemäß der Erfindung können die Endflächen der konischen oder doppelkonischen Zelle aus Deckgläsern bestehen, die so geformt sind, daß die optischen Wege aller in der Flüssigkeit verlaufenden Lichtstrahlen mindestens annähernd, vorzugsweise exakt gleich lang sind. According to the invention, the end faces can be conical or double-conical Cell consist of cover glasses that are shaped so that the optical paths of everyone Light rays running in the liquid at least approximately, preferably are exactly the same length.

Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Deckgläser die Form von Kugelkalotten aufweisen, deren Kugelmittelpunkt mindestens annähernd mit dem Konvergenzpunkt der Lichtstrahlen zusammenfällt. This can e.g. B. can be achieved that the cover slips the shape of spherical caps, the center of which is at least approximately with the The point of convergence of the rays of light coincides.

Gemäß der bei optischen Geräten vielfach zu findenden Anordnung kann der Lichtstrahl im Bedarfsfall durch zwei oder vier Prismen so abgelenkt werden, daß die Okularachse parallel zu der Richtung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahls liegt oder mit ihr zusammenfällt. According to the arrangement often found in optical devices If necessary, the light beam can be deflected by two or four prisms so that that the ocular axis is parallel to the direction of the emanating from the light source Light beam lies or coincides with it.

Der Vorteil dieser Einrichtung ist, daß in einem Gerät mit einem festen Abstand zwischen den anderen Teilen des Gerätes, z. B. in einem Polarimeter zwischen dem Polarisator und dem Analysator, der Gebrauch von verschiedenen, auch verhältnismäßig langen Flüssigkeitszellen ermöglicht wird. The advantage of this device is that in one device with one fixed distance between the other parts of the device, e.g. B. in a polarimeter between the polarizer and the analyzer, the use of different ones, too relatively long fluid cells is made possible.

Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. The subject of the invention is based on an exemplary embodiment Illustrative drawing explained in more detail.

Fig. 1 zeigt das optische System eines Polarimeters; Fig. 2 zeigt ein Gerät mit einem vierfach geknickten Strahlengang. Fig. 1 shows the optical system of a polarimeter; Fig. 2 shows a device with a fourfold bent beam path.

In Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 1 eine punktförmige Lichtquelle. Die Lichtstrahlen gehen durch den Kondensor 2 und die Lichtblende 3 und weiter durch den z. B. aus einem Nicolprisma bestehenden Polarisator 4. Nachdem die Flüssigkeitsprobe durchlaufen ist, wird der Lichtstrahl durch den Analysator 5 geleitet, der z. B. auch ein Nicolprisma ist. Nach diesem Wege fällt der Lichtstrahl auf eine Photozelle 6, welche den optischen Helligkeitswert in ein elektrisches Signal umwandelt. In Fig. 1, the number 1 denotes a point light source. The light rays pass through the condenser 2 and the light shield 3 and on the z. B. consisting of a Nicol prism polarizer 4. After the liquid sample is passed through, the light beam is passed through the analyzer 5, the z. B. is also a Nicol prism. In this way, the light beam falls on a photocell 6, which converts the optical brightness value into an electrical signal.

Das System enthält auch mehrere Objektive 7, 8, 9 und 10, welche einander ähnlich sein können. The system also includes several lenses 7, 8, 9 and 10, which can be similar to each other.

Zwischen den Objektiven 8 und 9 ist eine konische Flüssigkeitszelle 11 so angeordnet, daß das durch das Objektiv 9 in ein zusammenlaufendes Strahlenbündel konvergierte Licht durch die Flüssigkeitsprobe in dem konischen Raum der Zelle 11 hindurchgeleitet wird.Between the objectives 8 and 9 is a conical fluid cell 11 arranged so that the through the lens 9 in a converging beam converged light through the liquid sample in the conical space of the cell 11 is passed through.

Nach Durchgang durch die Zelle 11 wird der divergierende Lichtstrahl durch das Objektiv 10 wieder in einen parallelen Strahl umgewandelt. After passing through the cell 11, the diverging light beam becomes converted back into a parallel beam by the objective 10.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Systems, das zwischen Polarisator 4 und Analysator 5 eingeschaltet wird. Ein Satz von vier Prismen-12, 13, 14 und 15 leitet den Lichtstrahl auf einem etwa U-förmigen Weg ab und ermöglicht die Verwendung konischer Flüssigkeitszellen, für die der Raum zwischen den feststehenden Nicolprismen nicht ausreicht. In der Zeichnung ist die Flüssigkeitszelle 16 mit einem Doppelkonus dargestellt, der zwischen den Linsen 17 und 18 und zwischen den Prismen 12 und 13 eingeschaltet ist. Diese Abwandlung des Systems ist deshalb von Bedeutung, da die konischen Flüssigkeitszellen gemäß der Erfindung für gewöhnlich mehr axialen Raum benötigen als die bisher üblichen zylindrischen Flüssigkeitszellen. Fig. 2 shows another embodiment of the system between Polarizer 4 and analyzer 5 is switched on. A set of four prisms-12, 13, 14 and 15 diverts the light beam on an approximately U-shaped path and enables the use of conical fluid cells, for which the space between the fixed Nicol prisms are not sufficient. In the drawing, the fluid cell 16 is with a double cone shown between the lenses 17 and 18 and between the Prisms 12 and 13 is turned on. This modification of the system is therefore of Importance as the conical fluid cells according to the invention are usually require more axial space than the previously common cylindrical fluid cells.

Es ist sogar möglich, mehrere Flüssigkeitszellen mit ihren zugehörigen Linsen revolverartig auf einer drehbaren Scheibe od. dgl. anzuordnen, so daß nacheinander die verschiedenen Flüssigkeitszellen in den Lichtstrahl gebracht und mit einem Gerät verschiedene Messungen schnell ausgeführt werden können. It is even possible to have multiple fluid cells associated with them To arrange lenses like a revolver on a rotatable disk or the like, so that one after the other the different fluid cells brought into the light beam and with one device various measurements can be carried out quickly.

Eine Einrichtung dieser Art kann natürlich auch bei einem Gerät gemäß Fig. 1 verwendet werden, wenn zwischen den Linsen 8 und 9 der erforderliche Abstand vorhanden ist. A device of this type can of course also be used in a device according to Fig. 1 used when between the lenses 8 and 9 the required distance is available.

Die Erfindung eignet sich im Prinzip bei allen einschlägigen Geräten für die Messung optischer Charakteristika von Flüssigkeiten, wenn nur sehr kleine Proben zur Verfügung stehen. Als Beispiele seien paläontologische Untersuchungen mit der Bestimmung von Aminosäuren genannt, die nur in spärlichen Mengen in alten Felsen od. dgl. gefunden werden oder biologische Untersuchungen, bei denen es gilt, organische Vorgänge mittels oft nur sehr kleiner Proben von Albuminverbindungen oder Zucker zu erforschen. In principle, the invention is suitable for all relevant devices for measuring optical characteristics of liquids, if only very small ones Samples are available. Examples are paleontological studies called with the determination of amino acids, which are only in scanty quantities in old Rocks or the like are found or biological investigations in which it applies Organic processes using often only very small samples of albumin compounds or to research sugar.

Claims

CLAIMS: 1. In the manner of a polarimeter or saccharimeter built-up and working measuring device for determining optical properties of liquids, such as B. color, absorption capacity, optical rotation capacity and the like, characterized in that that it has an optical system through which the light used for measuring in a convergence point is concentrated, which is within or in the immediate vicinity Near the cell containing the liquid to be examined.

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the with Liquid to be filled cavity of the cell largely corresponds to the spatial shape of the converging and / or diverging light beam is adapted.

3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the the Fluid-absorbing cavity of the cell has the shape of a cone or double cone has, at the narrowest point of which the convergence point lies and its axis coincides with the optical axis of the device.

4. Measuring device according to claim 2, characterized in that the the Fluid-absorbing cavity of the cell has the shape of a truncated cone or double truncated cone has, at the narrowest point of which is the point of convergence of the light rays and whose axis coincides with the optical axis of the device.

5. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that it has an optical system with lenses and reflection prisms, by which the optical path of the light beam is preferably deflected in a U-shape, that in one of the U-legs a cuvette with any length in the optical axis can be switched on for the liquid to be examined (cf. Fig. 2).

6. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized characterized in that the base surface or the base surfaces of the conical or double-conical Fluid cell has or have such a shape that the optical paths of all running in the liquid Light rays at least approximately, are preferably exactly the same length.

7. Measuring device according to claim 6, characterized in that the the Base surface of the conical or double-conical cells forming cover glasses or the like. have the shape of a spherical cap, the center of which is at least approximately coincides with the point of convergence of the light rays.

8. Measuring device according to at least one of the preceding claims, characterized by a revolver-like carrier on which several fluid cells including of the associated optical system, preferably the lenses, are arranged in such a way that that one after the other the individual cells by turning the carrier in the for the measurement required light beam can be brought.