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Die
Erfindung betrifft eine Durchfluß-Meßküvette zur transmissionsspektroskopischen
Untersuchung biologischer Flüssigkeiten
im mittleren infraroten Spektralbereich (MIR) sowie ein Transmissionsspektrometer.
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Bekannte
Durchfluß-Meßküvetten bestehen beispielsweise
aus zwei Plättchen
eines MIR-transparenten Materials, beispielsweise Silizium, welche sich
in einem geringen Abstand parallel oder nahezu parallel gegenüberstehen
und die Fensterflächen
für die
hindurchzuleitende MIR-Strahlung bilden. Zwischen den beiden Plättchen kann
ein Metallring als Abstandhalter eingepasst sein, der Ein- und Auslaßöffnungen
für die
zu untersuchenden biologischen Flüssigkeiten aufweist. Andere
Zellkonstruktionen sind beispielsweise in der
EP 1037035 B1 , in der US 2002/0182631
A1 und der
DE 4137060
A1 beschrieben.
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Biologische
Flüssigkeiten,
wie beispielsweise Blut, Blutplasma, Blutserum, Hämolysat,
Liquor, Urin, Speichel, Sperma, Lymphflüssigkeit, Synovialflüssigkeit,
Fruchtwasser, Tränenflüssigkeit,
Zystenflüssigkeit,
Schweißdrüsensekret
oder Gallenflüssigkeit,
sind stets wäßrige Lösungen und
weisen deshalb im MIR-Bereich, der Strahlung einer Wellenlänge von
2 bis 20 μm
umfasst, Absortionskoeffizienten mit sehr großen Werten auf. Dies führt dazu,
daß beispielsweise
bei einer Wellenlänge
von 10 μm
99,99 % einer eingestrahlten Infrarotlicht-Intensität auf einer
Transmissionsstrecke von 100 μm
absorbiert werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die zu untersuchende
biologische Flüssigkeit
in der Meßküvette in
einer Schichtdicke von nur ca. 10 bis 100 μm anzuordnen. Bei den eingangs
erwähnten
bekannten Durchfluß-Meßküvetten wird
dies dadurch erreicht, daß zwischen
den beiden Fensterflächen
der Küvette ein
Abstandhalter einer entsprechend geringen Dicke vorgesehen ist.
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Die
mit der Untersuchung nativer Proben biologischer Flüssigkeite
im MIR verbundenen Probleme werden in der WO 02/057753 A2 diskutiert.
Dort wird eine Transmissionsstrecke von weniger als 30 μm gefordert.
Es werden jedoch keine Angaben gemacht, wie sie erreicht werden
kann.
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Ein
besonderes Problem resultiert daraus, daß zum Befüllen eines Volumens, das von
zwei mit sehr geringem Abstand gegenüberstehenden Platten gebildet
wird, aufgrund der fluiddynamischen Gesetzmäßigkeiten ein erheblicher Druck
von bis zu 50 bar benötigt
wird. Ein derartig hoher Druck hat zur Folge, daß sich die Wände der
Durchfluß-Meßküvette verformen
und sich dadurch die Länge
der Transmissionsstrecke zwischen den beiden Fensterflächen ändert. Dies
führt zu
einer ungewollten Änderung
des Signals, die spektroskopisch nicht oder nur sehr schwer von
einer konzentrationsbedingten Veränderung der Absorption zu unterscheiden
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer
MIR-transmissionsspektroskopischen Untersuchung einer biologischen Flüssigkeit
die Messgenauigkeit erhöht
werden kann und insbesondere Einflüsse des zum Einleiten der zu untersuchenden
Flüssigkeit
in eine Durchfluß-Meßküvette erforderlichen
Fülldrucks,
auf die spektroskopischen Messungen reduzierte werden können.
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Die
Aufgabe wird durch eine Durchfluß-Meßküvette mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Durchfluß-Meßküvette geht
zur Vermeidung unerwünschter
Einflüsse des
Fülldrucks
auf das Meßsignal
nicht etwa den Weg, durch eine besonders robuste Ausführung der Küvette einer
druckbedingten Wölbung
der Fenster entgegenzuwirken, sondern reduziert den zum Einleiten
einer biologischen Flüssigkeit
erforderlichen Fülldruck.
Bei einer erfindungsgemäßen Durchfluß-Meßküvette ist
der Strömungswiderstand
des Durchflußkanals
nahzu unabhängig
von der Länge der
Transmissionsstrecke. Der Strömungskanal
kann deshalb im Hinblick auf seine Strömungseigenschaften opitimiert
werden. Dadurch wird nicht nur der Fülldruck stark reduziert, sondern
auch die Reinigungsfähigkeit
einer erfindungsgemäßen Durchfluß-Meßküvette vorteilhaft
verbessert.
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Der
in den Strömungskanal
hineinragende Lichtkanalvorsprung wird von der zu untersuchenden Flüssigkeit
seitlich umspült,
so daß ein
geringer Gesamtströmungswiderstand
des Durchflußkanales
erreicht wird, der einen hohen Fülldruck überflüssig macht.
Zugleich liegt die zu untersuchende Flüssigkeit auf der Transmissionsstrecke
zwischen dem freien Ende des Lichtkanalvorsprungs und dem gegenüberliegenden
Fenster in einer ausreichend dünnen Schichtdicke
vor. Insbesondere kann bei einer erfindungsgemäße Durchfluß-Meßküvette die durch den Abstand
des am freien Ende des Lichtkanalvorsprung vorgesehenen Fensters
zu dem gegenüberliegenden
Fenster vorgegebene Transmissionsstrecke im Bereich von 10 bis 100 μm frei entsprechend den
Anforderungen der zu untersuchenden Flüssigkeit gewählt werden,
ohne daß dadurch
der Strömungswiderstand
des Durchflußkanals
beeinflußt wird.
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Bevorzugt
weist der Strömungskanal
an seiner schmalsten Stelle in jeder Richtung eine Weite auf, die
mindestens das fünffache,
vorzugsweise mindestens das zehnfache der Transmissionsstrecke beträgt. Auf
diese Art und Weise wird erreicht, daß die zu untersuchende Flüssigkeit
seitlich des Lichtkanalvorsprungs ausreichend Platz findet, um mit
geringem Fülldruck
vorbeiströmen
zu können.
Besonders günstige
Strömungsverhältnisse
ergeben sich, wenn der Strömungskanal
an seiner schmalsten Stelle – insbesondere
seitlich der Transmissionsstrecke – in jeder Richtung eine Weite
von mindestens 0,1 mm, bevorzugt 0,5 mm hat. Eine Obergrenze für die schmalste
Stelle des Strömungskanals
gibt es unter strömungstechnischen
Gesichtspunkten nicht, jedoch nimmt mit zunehmendem Querschnitt
des Strömungskanals
auch das Kammervolumen und damit die für eine Untersuchung benötigte Menge
der biologischen Flüssigkeit
zu. Bevorzugt beträgt
das Gesamtvolumen des Strömungskanals
höchstens
1 ml, besonders bevorzugt höchstens
0,7 ml.
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Der
Lichtkanalvorsprung enthält
einen Lichtkanal, durch den das von einem Lichtsender in die Küvette eingestrahlte
Primärlicht
bis zu dem an seinem freien Ende befindlichen Fenster oder das nach dem
Passieren der Transmissionsstrecke resultierende Sekundärlicht von
dem an seinem freien Ende befindlichen Fenster in Richtung auf einen
Detektor geleitet wird. Der Begriff "Fenster" darf nicht einschränkend in dem Sinn verstanden
werden darf, daß eine
Fensterscheibe vorhanden sein muß. Vielmehr werden die transparenten
Festkörperoberflächen, die
die Transmissionsstrecke beidseitig begrenzen, als Fenster bezeichnet.
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Für den MIR-Bereich
geeignete Lichtleiter lassen sich beispielsweise als Silberhalogenidfasern herstellen.
Damit diese von den zu untersuchenden wäßrigen biologischen Flüssigkeiten
nicht angegriffen werden, empfiehlt es sich, die Lichtleitfaser
an ihrer Umfangsfläche
durch eine geeignete Hülle,
beispielsweise einen wasserbeständigen
Lack zu schützen.
Das freie Ende der Faser, welches das Fenster bildet, kann durch
einen MIR-transparenten Überzug geschützt werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Meßküvette sieht vor, daß der Abstand
zwischen den beiden Fenstern des Fensterpaares veränderlich
ist. Bevorzugt wird dies dadurch erreicht, daß die Wand, die die Kammer
umschließt,
ein erstes und ein zweites Wandelement aufweist. An dem Wandelement
ist jeweils eines der beiden Fenster vorgesehen. Die beiden Wandelemente
sind über
Dichtungsmittel verbunden, die derartig flexibel und/oder elastisch
sind, daß das erste
Wandelement relativ zu dem zweiten Wandelement beweglich ist und
so der Abstand zwischen den beiden Fenstern verändert werden kann.
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Bei
der MIR-transmissionsspektroskopischen Untersuchung biologischer
Flüssigkeiten kommt
es häufig
vor, daß die
optische Absorption in Teilen des Spektrums sehr stark ist, während andere Bereiche
nur geringe Absorption aufweisen. Für das Signal-Rausch-Verhältnis sind
bei starker Absorption kürzere
Transmissionsstrecken und bei geringerer Absorption längere Transmissionsstrecken
vorteilhaft. Durch Variation des Abstandes der Fenster einer erfindungsgemäßen Durchfluß-Meßküvette kann die
Transmissionsstrecke an die auftretenden Absorptionsstrukturen angepaßt und dadurch
das Signal-Rausch-Verhältnis
optimiert werden. Vorteilhaft ist dabei nicht nur eine verbesserte Meßgenauigkeit, sondern
auch, daß selbst
bei im untersuchten Spetralbereich stark wechselnder Absorption
die Probe nur einmal in eine Durchfluß-Meßküvette eingebracht werden muß und nicht
etwa zwei oder gar drei Durchfluß-Meßküvetten mit
unterschiedlichen Transmissionsstrecken präpariert werden müssen. Die
Untersuchung einer biologischen Flüssigkeit in zwei Durchfluß-Meßküvetten mit
unterschiedlichen Transmissionsstrecken bedeutet nicht nur einen
erheblichen Aufwand, sondern auch, daß die gewonnenen Spektren,
z.B. wegen unvermeidlicher Drifteffekte des Spektrometers, nur eingeschränkt miteinander
vergleichbar sind.
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Als
Dichtung zwischen den beiden Wandelementen eignet sich beispielsweise
ein elastischer Kunststoff, welcher eine relative Beweglichkeit
der beiden Wandelemente zueinander ermöglicht. Da für eine MIR-transmissionsspektroskopische
Analyse einer biologischen Flüssigkeit
in aller Regel keine Transmissionsstrecken außerhalb eines Bereichs von
10 bis 100 μm
benötigt
werden, genügt
eine relativ geringe Beweglichkeit der beiden Wandelemente zueinander,
wie sie durch elastomere Dichtungsmaterialien leicht gewährleistet
werden kann. Bevorzugt ist die bewegliche Dichtung mittels eines
Faltenbalgs ausgeführt,
da dies u.a. den Vorteil bietet, mit einem geringen Kraftaufwand
die Transmissionsstrecke ändern
zu können.
Dies kann beispielsweise mit einem Stellmotor geschehen.
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Zur
Untersuchung biologischer Flüssigkeiten eignet
sich ein Verfahren zur transmissionsspektroskopischen Analyse, bei
welchem von einer Lichtquelle ausgesandte Strahlung durch eine Durchfluß-Meßküvette, in
der die Flüssigkeit
zwischen zwei transparenten Fenstern hindurch geleitet wird, durch
deren Abstand eine Transmissionsstrecke vorgegeben ist, wobei ein
Teil des Lichtes von der Flüssigkeit
absorbiert wird, und die nach Passieren der Transmissionsstrecke
resultierende Intensität
des durch die Probe geleiteten Lichtes delektiert und daraus ein Spektrum
der Flüssigkeit
ermittelt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Länge der
Transmissionsstrecke in Abhängigkeit
von der erfaßten
Intensität
verändert
wird. Dieses Verfahren erlaubt es, eine biologische Flüssigkeit über den
gesamten untersuchten Spektralbereich mit einem optimalen Signal-Rausch-Verhältnis und
somit hoher Meßgenauigkeit
zu untersuchen. Wird während
einer Messung festgestellt, daß die
Absorption so gering oder so hoch ist, daß die resultierende Erhöhung bzw.
Erniedrigung der delektierten Sekundärlichtintensität zu einer
Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt, läßt sich die Transmissionsstrecke
sofort vergrößern bzw.
verkleinern und so das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern.
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Ein
entsprechendes Transmissionsspektrometer verfügt über eine Durchfluß-Meßküvette mit zwei
abstandsveränderlichen
Fenstern, welche eine Transmissionsstrecke vorgeben, und einen Motor zum Ändern des
Abstandes der beiden Fenster. Zur Auswertung der von einem Detektor
erfaßten
Intensität
ist eine Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen, die durch Betätigen des
Motors den Abstand zwischen den beiden Fenstern und somit die Länge der Transmissionsstrecke
automatisch in Abhängigkeit von
erfaßten
Intensität ändert.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Meßküvette und das Spektrometers
werden anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte 2 erläutert. Die übrigen Figuren dienen der allgemeinen
Erläuterung
zeigen aber kein Ausführungsbeispiel
der Meßküvette.
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Gleiche
oder einander entsprechende Bauteile sind mit übereinstimmenden Bezugszahlen
gekennzeichnet. Es zeigen:
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1 eine Durchfluß-Meßküvette im
Querschnitt,
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2 ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Durchfluß-Meßküvette im
Querschnitt,
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3a eine schematische Skizze
eines MIR-Transmissionsspektrometers und
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3b eine detaillierte Darstellung
der in 3a gezeigten
Durchfluß-Meßküvette mit
einer Ausschnittsvergrößerung.
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Die
in 1 gezeigte Durchfluß-Meßküvette 1 dient
zur transmissionsspektroskopischen Untersuchung biologischer Flüssigkeiten
im MIR. Eine zu untersuchende biologische Flüssigkeit gelangt über ein Flüssigkeitseinlaß 2 in
eine Kammer 20, welche einen Strömungskanal 4 zwischen
dem Flüssigkeitseinlaß 2 und
dem Flüssigkeitsaunlaß 3 zur
Verfügung
stellt. Im Inneren der Kammer 20 ist ein Lichtkanalworsprung 5 vorgesehen,
der in den Strömungskanal 4 hineinragt.
Der Lichtkanalvorsprung 5 enthält einen Lichtkanal 6,
der als Lichtleitfaser ausgebildet ist, und weist an seinem freien
Ende ein MIR-transparentes Fenster 7 auf. Es bildet zusammen
mit einem ihm gegenüberliegenden
Fenster 7', das
sich am freien Ende eines zweiten Lichtkanalvorsprungs 5' befindet, eine
Transmissionsstrecke d, die von der zu untersuchenden Flüssigkeit
gefüllt
wird. Die Durchfluß-Meßküvette 1 ist
so ausgebildet, daß der
Strömungskanal 4 einen
von der Breite des Spaltes zwischen den Fenstern 7, 7' (d.h. der Länge der Transmissionsstrecke
d) entkoppelten geringen Strömungswiderstand
aufweist. Die zu untersuchende Flüssigkeit strömt auf ihrem
Weg von dem Flüssigkeitseinlaß 2 zu
dem Flüssigkeitsauslaß 3 seitlich
um die beiden Lichtkanalvorsprünge 5, 5' herum, ohne daß es eines
hohen Druckes bedarf. Der Strömungskanal
weist an seiner schmalsten Stelle in jeder Richtung eine Weite auf,
welche ein Vielfaches der Transmissionsstrecke, mindestens das fünffache,
bevorzugt das zehnfache, beträgt.
In absoluten Zahlen bedeutet dies bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine
Mindestweite von 1 mm bei einem Gesamtvolumen des Strömungskanals
von 0,7 ml.
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Die
Lichtkanalvorsprünge 5, 5' enthalten eine
Lichtleitfaser 6, 6' aus
Silberhalogenid. Andere geeignete MIR-transparente Lichtleitermaterialien sind
beispielsweise Natriumchlorid, Kaliumbromid, Cäsiumjodid, Bariumflurid, Kadmiumtellurid,
Diamant, Galiumarsenid, Germanium, Silizium oder Zinkselenid wobei
neben Silberhalogenid Zinkselenit, Silizium und Diamant besonders
bevorzugt sind. Sofern die Lichtleitfaser 6, 6' von wässrigen
biologischen Flüssigkeiten
nicht angegriffen wird, können die
einander gegenüberliegenden
MIR-transparenten Fenster 7, 7' von den Endflächen der Lichtleitfasern 6, 6' gebildet sein.
Ist das Material der Lichtleitfasern 6, 6' nicht wasserbeständig, müssen die
Lichtleitfasern 6, 6' durch ein wasserbeständiges, MIR-transparentes
Material vor der zu untersuchenden biologischen Flüssigkeit
geschützt
werden.
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Die
in 1 gezeigte Durchfluß-Meßküvette 1 weist
zwei Wandelemente 9a, 9b auf, die gemeinsam die
Wand bilden, die die Kammer 20 umschließt. Die Wandelemente 9a, 9b sind
aus Metall, vorzugsweise Edelstahl, gefertigt. Sie bilden jeweils
einen der beiden Lichtkanalvorsprünge 5, 5' aus und umhüllen die
Lichtleitfasern 6, 6'.
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Als
Alternative zu dem in 1 gezeigten Aufbau
können
die Lichtkanalvorsprünge 5, 5' auch einen
sich in Längsrichtung
erstreckenden Hohlraum enthalten, in dem die MIR-Strahlung als Freistrahl
geführt
wird, so daß vorteilhaft
auf die Lichtleitfasern 6, 6' verzichtet werden kann. Die in
den Lichtkanalvorsprüngen 5, 5' enthaltenen
Hohlräume
sind dabei von Fenstern 7, 7' aus einem MIR-transparenten Material, z.B. Zinkselenid
verschlossen.
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Die
beiden Wandelemente 9a, 9b sind über bewegliche
Dichtungsmittel 8 flüssigkeitsdicht
miteinander verbunden. Diese Dichtungsmittel 8 sind bevorzugt
als Faltenbalg, insbesondere metallenen Faltenbalg, oder als ein
Dichtelement aus einem elastischen Polymer ausgeführt und
erlauben es, die Transmissionsstrecke d zwischen den gegenüberliegenden
Fenstern 7, 7' durch
aufeinander Zu- oder voneinander
Wegbewegen der beiden Wandelemente 9a, 9b zu ändern. Dies
kann beispielsweise mittels eines Stellmotors geschehen. Auf diese
Weise kann die Länge
der Transmissionsstrecke d an die Absorptionseigenschaften der untersuchten
biologischen Flüssigkeit
angepaßt
werden: Mittels einer entsprechenden Auswerte- und Steuereinrichtung
eines Spektrometers kann dies sogar automatisch während einer
Messung geschehen. Unterschreitet die Intensität des durch die Meßküvette 1 hindurchgeleiteten
Lichtes einen vorgegebenen wert, so läßt sich die Transmissionsstrecke
d verringern, was zu einer Erhöhung
der Intensität
und damit zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt. Umgekehrt läßt sich
die Transmissionsstrecke d vergrößern, sobald
die Intensität der
durch die Meßküvette 1 hindurchgeleiteten
MIR-Strahlung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Für die Auswertung
der Messungen ist es besonders günstig,
wenn die Transmissionsstrecke d schrittweise in stets gleichen Schritten
geändert
wird.
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Die
Verstellbarkeit der Länge
der Transmissionsstrecke d führt
unter Umständen
dazu, daß die absolute
Länge der
Transmissionsstrecke zunächst nicht
ohne weiteres bekannt ist. Die absolute Länge der Transmissionsstrecke
d kann jedoch auf Basis des Absorptionsgesetzes, wonach die Lichtintensität mit zunehmender
Transmissionsstrecke d exponentiell abfällt, mit geringem Aufwand berechnet
werden. Hierzu muß die
Absorption bei mindestens zwei verschiedenen Transmissionsstreckenlängen d,
d + Δd gemessen
werden, die sich um einen bekannten Abstand Δd, (einen Schritt) unterscheiden.
Die Länge oder
eine Längenänderung
der Transmissionsstrecke d kann auch unabhängig von einem Transmissionssignal
bestimmt werden, insbesondere durch eine interferometrische Messung.
Beispielsweise kann sichtbares Laserlicht, etwa von einem HeNe-Laser,
durch die Meßküvette gestrahlt
und auf Interferenzeffekte geprüft
werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der Durchfluß-Meßküvette 1 gemäß Anspruch
1 im Querschnitt. Sie hat einen im wesentlichen planaren Aufbau
und ist im wesentlichen aus zwei Wandelementen 9a, 9b und
einer Dichtung 8 zusammengefügt, welche die Kammer 20 und
den Strömungskanal 4 für die zu
untersuchende biologische Flüssigkeit
bilden. Die Dichtung 8 ist als Metallring ausgeführt, der einen
Flüssigkeitseinlaß 2 und
einen Flüssigkeitsauslaß 3 aufweist.
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Im
Unterschied zu der in 1 gezeigten Küvette sind
die Wandelemente 9a, 9b bei dem in 2 ge zeigten Ausführungsbeispiel
als ebene Flächen
aus Silizium gefertigt. Silizium hat nicht nur den Vorteil, für MIR-Strahlung
transparent zu sein, sondern es läßt sich auch gut in verschiedenen
Geometrien verarbeiten, insbesondere lassen sich ebene Geometrien,
wie bei den Wandelementen 9a, 9b, kostengünstig fertigen.
Einstückig
mit dem Wandelement 9a ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Lichtkanalvorsprung 5 ausgebildet.
Wegen der starken Absorption wäßriger Flüssigkeiten
im mittleren Infrarotbereich durchdringt auf das Wandelement 9a oder 9b eingestrahlte
MIR-Strahlung 16 die Meßküvette 1 praktisch
nur im Bereich des Lichtkanalvorsprungs 5 und wird im übrigen von
der wäßrigen biologischen
Flüssigkeit
absorbiert.
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Der
Lichtkanalvorsprung 5 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel,
wie die Wandelemente 9a und 9b, aus Silizium,
was die Fertigung vereinfacht und Abdichtungsprobleme im Bereich
des Lichtkanalvorsprungs 5 der Kammer 20 vermeidet.
Zwei der Transmissionsstrecke d zugewandte Fenster 7a, 7b werden
von den Endflächen
des Lichtkanalvorsprungs 5 und zwei Fenster 7a' und 7b' von den diesen
gegenüberliegenden
Teilen des Wandelementes 9b gebildet.
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Der
als Abstandhalter und Dichtung 8 verwendete Metallring
erlaubt keine Änderung
des Abstandes b der beiden gegenüberliegenden
Wandelemente 9a, 9b. An sich könnte zwar auch bei diesem Ausführungsbeispiel
eine elastomere Dichtung, welche eine Verstellbarkeit des Abstandes
b der Wandelemente 9a, 9b und damit auch der Transmissionsstrecke
d erlaubt, verwendet werden. Um auch ohne den Aufwand einer Änderung
des Abstandes b zwischen den Wandelementen 9a, 9b unterschiedliche Transmissionsstrecken
d, d' zur Verfügung zu
stellen, sind bei dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel zwei
verschiedene Fensterpaare, nämlich 7a, 7a' und 7b, 7b' vorgesehen.
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Die
Fenster 7a, 7b sind unmittelbar nebeneinander
auf dem Lichtkanalvorsprung 5 vorgesehen. Das Fenster 7a grenzt
dabei an das Fenster 7b unter Ausbildung einer Stufe an.
Die aus dem Fenster 7a austretende MIR-Strahlung durchläuft eine
kürzere Transmissionsstrecke
d als die aus dem Fenster 7b austretende MIR-Strahlung
und ist demzufolge einer geringeren Absorption unterworfen. Die
Fenster 7a, 7b der beiden Fensterpaare, welche
unterschiedliche Transmissionsstreckenlängen definieren, können grundsätzlich auch
an getrennten Lichtkanalvorsprüngen
vorgesehen sein.
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Je
nach dem Absorptionsverhalten der untersuchten biologischen Flüssigkeit
in dem Strömungskanal 4 führt eine
Messung mit der Transmissionsstrecke d oder mit der Transmissionsstrecke
d' zu einem günstigeren
Signal-Rausch-Verhältnis. Bevorzugt
sind die Fenster 7a, 7b und 7a', 7b' so ausgebildet
und angeordnet, daß Mehrfachreflexionen zwischen
gegenüberliegenden
Fenstern 7a, 7b, 7a', 7b' vermieden werden. Beispielsweise
können
die Fenster 7a und 7b abgeschrägt sein. Die Abschrägung ist
in 2 zur Verdeutlichung übertrieben
dargestellt und beträgt
weniger als 10°,
bevorzugt weniger als 1° und
im gezeigten Ausführungsbeispiel
tatsächlich
nur 0,3°.
Um Mehrfachreflexionen zu vermeiden sind aber auch andere Fenstergeometrien möglich, beispielsweise
gewölbte
oder kegelförmige Flächen.
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3a zeigt schematisch Aufbau
und Funktion eines IR-Transmissionsspektrometers.
Von einem IR-Sender
12, bevorzugt einem IR-Laser, insbesondere
einem Quanten-Cascaden-Laser,
ausgesandte MIR-Strahlung wird über Lichtleiter
6,
6' durch eine
in
3b und der zugehörigen Ausschnittsvergrößerung detailliert
dargestellte Durchfluß-Meßküvette
1 hindurch
und zu einem Detektor
10, bevorzugt einem pyroelektrischen
Detektor, geleitet. Die von dem Detektor
10 erfaßte Intensität wird mittels
einer Auswerteelektronik
11 ausgewertet, die daraus ein Absorptionsspektrum
13 erstellt.
Wird bei dieser Auswertung ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis festgestellt,
so betätigt
eine Steuerelektronik
14 einen Stellmotor
15,
der den Lichtleiter
6 zur Änderung der Länge der
Transmissionsstrecke d etwas weiter aus der Meßküvette
1 herauszieht
oder etwas tiefer in sie hineinschiebt. Das beschriebene Transmissionsspektrometer
ermöglicht
also ein Verfahren zur transmissionsspektroskopischen Analyse einer
biologischen Flüssigkeit,
insbesondere im MIR-Bereich, bei dem von einer Lichtquelle ausgesandte
Strahlung durch eine Durchfluß-Meßküvette geleitet
wird, in der die Flüssigkeit
zwischen zwei Fenstern
7,
7' vorliegt, durch deren Abstand
eine Transmissionsstrecke d vorgegeben ist, wobei ein Teil des Lichtes
von der Flüssigkeit
absorbiert wird und die Länge
der Transmissionsstrecke in Abhängigkeit
von der erfaßten
Intensität
verändert
wird. Die Änderung
der Länge
einer Transmissionsstrecke durch Verschieben von Lichtleitern ist
eine in anderem Zusammenhang bekannte konstruktive Maßnahme (
DE 10016023 C2 ).
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Bei
der in 3b gezeigten
Durchfluß-Meßküvette 1 besteht
die Wand einer Kammer im wesentlichen aus einem Silikonschlauch 9,
der einen Strömungskanal 4 umschließt. In dem
Silikonschlauch 9 stecken zwei Lichtleiter 6, 6' deren gegenüberliegende
Endflächen
die der Transmissionsstrecke zugewandten Fensterpaare 7, 7' bilden. Zur Änderung
der Länge
der Transmissionsstrecke d zwischen den beiden Fenstern 7, 7' wird der Lichtleiter 6 mit
einem Stellmotor tiefer in den Silikonschlauch 9 hineingeschoben
oder aus ihm herausgezogen. Der Silikonschlauch 9 weist
in seiner Mantelfläche
zwei Öffnungen
für den
Flüssigkeitseinlaß 2 und
den Flüssigkeitsauslaß 3 auf.