DE2142237C3 - Vorrichtung zur optischen Analyse eines flüssigen Probenstroms - Google Patents

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

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 6_fl 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- I_n 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;

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;

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 ^ f_{d 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 Au}f_fanggefäß 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 kan}n. 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 P^r.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 sot}JJ" 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^™" _ti_ich Durchflußkanals werden die Ströme bereits vor dem Rohrleitung 18, deren ^Af ^endu;^c _H ^h _p ^me _L ^S _an^b_Schn 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 verd}ünnten Suspension

und besteht aus einer Injektionskanule oaer ein _{vorhanden sind> strömen} daher, anstatt nebenein-

Rohr geringen D^urchm"^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 re}i_ati_ven 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 .°f^m ;°^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 4_eise 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 we}iteres 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 kam}mer 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 Abzwe}i_gungen der Mantelstromzuleitung IS abgeflacht, wie es an α™ ««*)??. r_r ^g _ßegenüberliegen. angeschlossen werden können, wie es bereits im ZuLichtquelle bzw. dem Lichtfuhler gegesntiberuegen^ _{sammenhang mU der F} j _{Λ beschri}eben 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 flußka}nal 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 ^derA^uße"fS_chti 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 ste}ht 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£^ J_hnitt 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()6_rSg ^st.

Immerswmöl dmauchen^ ^ ^^ ^^ ^_{254 mm zentrisch in den Durch}fl_ußkanal 56, wobei das untere

er vereng > 409633/163

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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).

N_a-N_s . .

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-

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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)

1. engungsstelle (42) den ummantelten Strom an

   _n . . ... einer Stelle umschließt, bei der der Lichtstrahl

   Patentansprüche: _{der optischen} Einrichtung auf den Probenstrom

   auf trifft.

   I. Vorrichtung zur optischen Anallyse eines 5 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1

   flüssigen Probenstroms, bei der eine in einem bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der umrnan-

   rohrförmigen Körper fließende durchsichtige telte Strom hinter der Verengungsstelle (66) in die

   Mantelflüssigkeit und eine von der Mantelnüssig- Umgebungsluft austritt und daß die optische Ein-

   keit umgebene und beschleunigte Probenflüssig- richtung (68, 70) den ummantelten Strom in der

   keit, 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