AT527326B1

AT527326B1 - Measuring device for optical scanning using water jet-guided light source irradiation

Info

Publication number: AT527326B1
Application number: ATA50160/2024A
Authority: AT
Inventors: Eduardt Sandu Dipl -Ing Mba Daniel
Original assignee: Aidexa Gmbh
Priority date: 2024-02-27
Filing date: 2024-02-27
Publication date: 2025-01-15
Also published as: WO2025179313A1; AT527326A4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur optischen Analyse einer Probe (100), umfassend eine Lichtquelle (110), eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer (104) mit einer Austrittsdüse (103), wobei die Austrittsdüse (103) dazu konfiguriert ist, einen Flüssigkeitsstrahl (102) auf die Probe (100) abzugeben, zumindest ein optisches Element (105), das dazu konfiguriert ist, das Licht der Lichtquelle (110) in den Flüssigkeitsstrahl (102) zu koppeln, sodass sich das Licht im Wesentlichen in einer Richtung zur Probe (100) hin ausbreitet und eine optische Mess- und Kontrolleinheit (500), die dazu konfiguriert ist, ein von der Probe (100) ausgehendes Rücklicht zu detektieren. Die Messvorrichtung umfasst weiters einen Spektrografen, der das ausgekoppelte Rücklicht in sein Spektrum zerlegt und zur optischen Mess- und Kontrolleinheit (500) leitet, sowie ein Hydrofon (107), das dazu ausgebildet ist, sich in der Flüssigkeitskammer (104) und im Flüssigkeitsstrahl (102) ausbreitende Schallwellen zu detektieren, wobei die optische Mess- und Kontrolleinheit (500) dazu konfiguriert ist, basierend auf den vom Hydrofon (107) erhaltenen Mikrofonsignalen ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls (102) zu detektieren.The invention relates to a measuring device for the optical analysis of a sample (100), comprising a light source (110), a liquid chamber (104) filled with a liquid and having an outlet nozzle (103), wherein the outlet nozzle (103) is configured to emit a liquid jet (102) onto the sample (100), at least one optical element (105) configured to couple the light of the light source (110) into the liquid jet (102) so that the light propagates substantially in a direction toward the sample (100), and an optical measuring and control unit (500) configured to detect a return light emanating from the sample (100). The measuring device further comprises a spectrograph which breaks down the coupled-out rear light into its spectrum and directs it to the optical measuring and control unit (500), as well as a hydrophone (107) which is designed to detect sound waves propagating in the liquid chamber (104) and in the liquid jet (102), wherein the optical measuring and control unit (500) is configured to detect a droplet disintegration of the liquid jet (102) based on the microphone signals received from the hydrophone (107).

Description

MESSVORRICHTUNG ZUR OPTISCHEN ABTASTUNG MITTELS WASSERSTRAHLGEFÜHRTER LICHTQUELLENEINSTRAHLUNG MEASURING DEVICE FOR OPTICAL SCANNING BY MEANS OF WATER-JET-GUIDED LIGHT SOURCE IRRIGATION

[0001] Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur optischen Analyse einer Probe, umfassend eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer mit einer Austrittsdüse, wobei die Austrittsdüse dazu konfiguriert ist, einen Flüssigkeitsstrahl auf die Probe abzugeben, zumindest ein optisches Element, das dazu konfiguriert ist, das Licht der Lichtquelle in den Flüssigkeitsstrahl zu koppeln, sodass sich das Licht im Wesentlichen in einer Richtung zur Probe hin ausbreitet und eine optische Mess- und Kontrolleinheit, die dazu konfiguriert ist, ein von der Probe ausgehendes Rücklicht zu detektieren, welches sich im Wesentlichen von der Probe durch den Flüssigkeitsstrahl hindurch ausbreitet, wobei das zumindest eine optische Element dazu konfiguriert ist, das Rücklicht aus dem Flüssigkeitsstrahl auszukoppeln. [0001] The invention relates to a measuring device for the optical analysis of a sample, comprising a light source, preferably a laser light source, a liquid chamber filled with a liquid and having an outlet nozzle, wherein the outlet nozzle is configured to emit a liquid jet onto the sample, at least one optical element configured to couple the light from the light source into the liquid jet so that the light propagates essentially in a direction towards the sample, and an optical measuring and control unit configured to detect a return light emanating from the sample, which essentially propagates from the sample through the liquid jet, wherein the at least one optical element is configured to decouple the return light from the liquid jet.

[0002] Bei der nichtdestruktiven Analyse der mineralogischen Zusammensetzung von Gesteinsproben werden nach Stand der Technik optische Verfahren eingesetzt wie Fluoreszenz-, Raman‚ bzw. Infrarotspektroskopie. Raman-Spektroskopie ist eine Methode zur Untersuchung der molekularen Zusammensetzung von Materie. Sie beruht auf dem Raman-Effekt, einem Streuprozess, bei dem ein Photon von einem Molekül gestreut wird und dabei Energie gewinnt oder verliert. Diese Energieänderung ist dabei spezifisch für die Schwingungsmodi des Moleküls. Ein Teil des gestreuten Lichts erfährt also eine Frequenzverschiebung aufgrund der Wechselwirkung mit den Molekülen in der Probe. Wenn das inelastisch gestreute Licht über einen Spektrografen in seine Wellenlängenanteile aufgeteilt wird, kann daraus die chemische Zusammensetzung (Wellenzahlen in der Fingerprint-Region 500 cm bis 1500 cm) bzw. kristalline Struktur (Wellenzahlen in der Ultra-Low-Frequency-Region unter 200 cm) der festförmigen Probenoberfläche abgeleitet werden. Diese in einem Raman-Spektrum auftretenden Linien werden auch als Stokes- Linien bezeichnet. Im Gegensatz zur Infrarot-Spektroskopie, die stark von Wasser und/oder Feuchtigkeit in den verschiedenen Aggregatszuständen sogar unterschiedlich beeinflusst wird, ist die Raman-Spektroskopie von Wasser unter 3000 cm: praktisch unbeeinflusst: beispielsweise ist ein Raman-Peak bei 1635 cm“ faktisch kaum zu erkennen, der spektrale Peak bei 3410 cm ist hingegen deutlich erkennbar, aber distinktiv außerhalb der Fingerprint-Region. [0002] In the non-destructive analysis of the mineralogical composition of rock samples, optical methods such as fluorescence, Raman or infrared spectroscopy are used according to the state of the art. Raman spectroscopy is a method for examining the molecular composition of matter. It is based on the Raman effect, a scattering process in which a photon is scattered by a molecule and gains or loses energy in the process. This change in energy is specific to the vibration modes of the molecule. Part of the scattered light therefore experiences a frequency shift due to the interaction with the molecules in the sample. If the inelastically scattered light is divided into its wavelength components using a spectrograph, the chemical composition (wave numbers in the fingerprint region 500 cm to 1500 cm) or crystalline structure (wave numbers in the ultra-low frequency region below 200 cm) of the solid sample surface can be derived from this. These lines appearing in a Raman spectrum are also called Stokes lines. In contrast to infrared spectroscopy, which is strongly influenced by water and/or moisture in the various states of aggregation and even differently, Raman spectroscopy of water below 3000 cm is practically unaffected: for example, a Raman peak at 1635 cm is actually barely recognizable, while the spectral peak at 3410 cm is clearly recognizable, but distinctly outside the fingerprint region.

[0003] Fluoreszenzspektroskopie ist eine analytische Messmethode zur Untersuchung der Eigenschaften fluoreszierender Substanzen, basierend auf der Emission von Licht, nachdem diese Substanzen mit Licht einer bestimmten Wellenlänge angeregt wurden. Sie ermöglicht die Bestimmung von Konzentration, Molekülstruktur und Dynamik der Probe durch Messung der Intensität und Wellenlänge des emittierten Fluoreszenzlichts. [0003] Fluorescence spectroscopy is an analytical measurement method for studying the properties of fluorescent substances based on the emission of light after these substances have been excited with light of a certain wavelength. It enables the determination of the concentration, molecular structure and dynamics of the sample by measuring the intensity and wavelength of the emitted fluorescent light.

[0004] Infrarotspektroskopie ist eine analytische Messmethode, die die Wechselwirkung von Infrarotstrahlung mit Materie zur Identifizierung und Quantifizierung der chemischen Zusammensetzung einer Probe nutzt. Diese Methode basiert auf der Beobachtung, dass Moleküle Infrarotstrahlung bei spezifischen Wellenlängen absorbieren, die charakteristisch für ihre chemische Struktur sind. Die Absorption von Infrarotstrahlung führt zu einer Anregung der Molekülschwingungen, einschließlich Dehnungs-, Biege- und Torsionsschwingungen. Die resultierenden Infrarotspektren liefern detaillierte Informationen über die molekulare Zusammensetzung und Struktur der Probe. [0004] Infrared spectroscopy is an analytical measurement technique that uses the interaction of infrared radiation with matter to identify and quantify the chemical composition of a sample. This method is based on the observation that molecules absorb infrared radiation at specific wavelengths that are characteristic of their chemical structure. The absorption of infrared radiation leads to an excitation of molecular vibrations, including extensional, bending and torsional vibrations. The resulting infrared spectra provide detailed information about the molecular composition and structure of the sample.

[0005] Für die Fluoreszenz-, bzw. Raman-Spektroskopie zur Analyse der mineralogischen Zusammensetzung von Gesteinsproben werden im Stand der Technik tragbare Geräte oder Desktop-Messstationen verwendet, die auf die Analyse dieses Streulichts ausgelegt sind. Mit diesen Geräten werden kleine Gesteinsproben oder längere Bohrkerne über eine Mikroskopie-Optik in einem eng definierten Abstand abgetastet und vermessen. [0005] For fluorescence or Raman spectroscopy to analyse the mineralogical composition of rock samples, the state of the art uses portable devices or desktop measuring stations that are designed to analyse this scattered light. With these devices, small rock samples or longer drill cores are scanned and measured at a narrowly defined distance using a microscopy lens.

[0006] In verschiedenen industriellen Prozessen wie der pharmazeutischen, Lebensmittel- oder chemischen Industrie werden lichtleiterbasierte Raman-spektroskopische Messsonden für die [0006] In various industrial processes such as the pharmaceutical, food or chemical industries, fiber optic-based Raman spectroscopic measuring probes are used for the

kontinuierliche Prozesskontrolle eingesetzt. Diese führen über mehrere Lichtfasern die Erregerstrahlung zur Probe oder in den Prozessfluss und vermessen über eine weitere Anzahl an Lichtleitern das Streulicht an der Probe in durch die Endoptik bestimmten Abständen. continuous process control. These guide the excitation radiation to the sample or into the process flow via several optical fibers and measure the scattered light on the sample via a further number of optical fibers at intervals determined by the end optics.

[0007] Die wasserstrahlgeführte Lichtstrahlung ist bekannt als Lichtfontäne (auch genannt „Daniel Colladon’s Light Fountain“) und gilt als Vorreiter von Lichtleitern wie sie in der Telekommunikation oder solcher lichtleiterbasierten Messsonden eingesetzt werden. [0007] The water jet-guided light radiation is known as a light fountain (also called “Daniel Colladon’s Light Fountain”) and is considered a forerunner of optical fibers such as those used in telecommunications or such optical fiber-based measuring probes.

[0008] Das dahinterliegende Prinzip der Totalreflexion (Total Internal Reflection, TIR) wird in abgekapselten wasserstrahlgeführten Lichtleiter von Lumatec® in der Dentaltechnik oder Endoskopie eingesetzt, um Lichtstrahlung mit hoher Lichtintensität zu übertragen. [0008] The underlying principle of total internal reflection (TIR) is used in encapsulated water jet-guided light guides from Lumatec® in dental technology or endoscopy to transmit light radiation with high light intensity.

[0009] Im Stand der Technik ist eine Vorrichtung zur optischen Materialbearbeitung beispielsweise aus der WO 1995032834 A1 bekannt. Infolge der Führung der Laserstrahlung durch einen Flüssigkeitsstrahl in einer Anordnung nach dem TIR-Prinzip, mit nahezu konstanter, hoher Strahlungsintensität, ergibt sich eine um ein Vielfaches vergrößerte Arbeitslänge. Im Vergleich zur konventionellen Strahlfokussierung wird durch die Verwendung des Flüssigkeitsstrahlungsleiters keine präzise Kontrolle des Arbeitsabstandes zwischen Fokussiereinheit und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche und kein gegen Verschmutzung schützendes Schutzglas mehr benötigt. [0009] In the prior art, a device for optical material processing is known, for example, from WO 1995032834 A1. As a result of the guidance of the laser radiation through a liquid jet in an arrangement according to the TIR principle, with almost constant, high radiation intensity, a working length is increased many times over. In comparison to conventional beam focusing, the use of the liquid radiation guide means that precise control of the working distance between the focusing unit and the workpiece surface to be processed and no protective glass to protect against contamination are required.

[0010] Allerdings sind diese Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik auf die Materialbearbeitung mittels Laser ausgerichtet. Sie arbeiten alle mit Flüssigkeitsdrücken weit über 10 bar (man spricht von einem „pressurized fluid jet“) da darunter nur eine geringe Materialablation erfolgt. [0010] However, these prior art methods and devices are geared towards material processing using lasers. They all work with fluid pressures well above 10 bar (this is referred to as a "pressurized fluid jet"), since only a small amount of material ablation occurs below this pressure.

[0011] Aus dem Stand der Technik ist als Flüssigkeit für den Flüssigkeitsstrahl bei hohen Druckwerten lediglich Wasser bekannt. Die Zugabe von Abrasivstoffen wie beim Wasserstrahlschneiden wird vermieden, da es zu hohem Düsenverschleiß führen würde. Anstelle von Wasser und Silikonölen werden in der WO 1995032834 A1 auch andere Flüssigkeiten sowie (echte bzw. kolloidale) Lösungen von Stoffen verwendet. [0011] The only known liquid for the liquid jet at high pressure values is water. The addition of abrasives, as in water jet cutting, is avoided because it would lead to high nozzle wear. Instead of water and silicone oils, other liquids and (real or colloidal) solutions of substances are used in WO 1995032834 A1.

[0012] In der EP 3466597 A1 und der EP 3486027 A1 wird bei den beschriebenen Vorrichtungen zur Materialbearbeitung mittels flüssigkeitsstrahlgeführter Laserstrahlung, das im Flüssigkeitsstrahl erzeugte Raman-Streulicht (bei Wasser erzeugt ein 532 nm-Laser einen Raman-StokesShift ins Rote) herangezogen um die Qualität des Flüssigkeitsstrahl bzw. der Verarbeitung der Werkstücks zu regeln. [0012] In EP 3466597 A1 and EP 3486027 A1, in the described devices for material processing by means of liquid jet-guided laser radiation, the Raman scattered light generated in the liquid jet (in the case of water, a 532 nm laser generates a Raman Stokes shift into the red) is used to regulate the quality of the liquid jet or the processing of the workpiece.

[0013] Des Weiteren beschreiben Persichetti et al. die Verwendung des TIR-Prinzips um spektroskopisch (mittels Raman- bzw. Fluoreszenz-Spektroskopie) Flüssigkeiten zu analysieren. Dort ist der Flüssigkeitsstrahl selbst das Analyt, nämlich Wasser mit organischen Verunreinigungen, welches vermessen wird (siehe Persichetti, „High Sensitivity UV Fluorescence Spectroscopy Based On An Optofluidic Jet Waveguide“, Optics Express, 2013). Die Anordnung weist eine zum Flüssigkeitsstrahl orthogonale Lichtquelleneinstrahlung auf. Das vom Analyten gestreute Licht wird innerhalb des Wasserstrahls basierend auf dem TIR-Prinzip reflektiert und einem optischen Wellenleiter zugeführt, der in einen Spektrometer mündet. Dieses Verfahren soll Küvetten oder Durchflusszellen ersetzen und eine bessere Sensitivität ohne Einfluss der Behälter ermöglichen. [0013] Furthermore, Persichetti et al. describe the use of the TIR principle to analyze liquids spectroscopically (using Raman or fluorescence spectroscopy). In this case, the liquid jet itself is the analyte, namely water with organic contaminants, which is measured (see Persichetti, "High Sensitivity UV Fluorescence Spectroscopy Based On An Optofluidic Jet Waveguide", Optics Express, 2013). The arrangement has a light source irradiation orthogonal to the liquid jet. The light scattered by the analyte is reflected within the water jet based on the TIR principle and fed to an optical waveguide that flows into a spectrometer. This method is intended to replace cuvettes or flow cells and enable better sensitivity without the influence of the containers.

[0014] Der Nachteil der bekannten Raman-spektroskopischen Abtastoptiken für die Gesteinsvermessung ist, dass der Fokus der Laserstrahlung bzw. des Messpunkts in einem fixen oder in einem sehr feinen Einstellbereich (in der Größenordnung von Mikrometern) von der Abtastoptik eingestellt sein muss. Dies ermöglicht generell kaum eine kontinuierliche Inlinevermessung bei einem akzeptablen Durchsatz von festförmigen dreidimensionalen Schüttgütern, die auf einem Förderband vorbeigeführt werden. [0014] The disadvantage of the known Raman spectroscopic scanning optics for rock measurement is that the focus of the laser radiation or the measuring point must be set in a fixed or very fine adjustment range (in the order of micrometers) by the scanning optics. In general, this hardly allows continuous inline measurement with an acceptable throughput of solid three-dimensional bulk materials that are conveyed past on a conveyor belt.

[0015] Im Stand der Technik ist weiters die WO 2023004504 A1 bekannt, die ein System zur spektroskopischen Analyse von organischem Gewebe zeigt, welches in vivo und ex vivo eingesetzt werden kann. Das System umfasst eine Lichtquelle, eine Fluidquelle sowie eine Recheneinheit. Über eine Düse wird ein Wasserstrahl erzeugt, der einen Abstand zwischen dem System und der zu untersuchenden Probe überbrückt und dem Licht der Lichtquelle als Lichtleiter dient. [0015] WO 2023004504 A1 is also known in the prior art, which shows a system for the spectroscopic analysis of organic tissue, which can be used in vivo and ex vivo. The system comprises a light source, a fluid source and a computing unit. A water jet is generated via a nozzle, which bridges a distance between the system and the sample to be examined and serves as a light guide for the light from the light source.

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In einer Ausführungsform wird Laserlicht über optische Elemente in einen Wasserstrahl eingespeist und propagiert durch den Wasserstrahl nach unten in Richtung der Probe. Sobald das Laserlicht die Probe erreicht, wechselwirkt das Licht mit der Probe etwa über elastische Streuung, Raman-Streuung, Fluoreszenz, etc. Aus dieser Wechselwirkung resultiert ein Streulicht, das via Totalreflexion durch den Wasserstrahl nach oben in Richtung des Systems propagiert und von der Recheneinheit analysiert werden kann. In one embodiment, laser light is fed into a water jet via optical elements and propagates downwards through the water jet towards the sample. As soon as the laser light reaches the sample, the light interacts with the sample via elastic scattering, Raman scattering, fluorescence, etc. This interaction results in scattered light that propagates upwards through the water jet towards the system via total reflection and can be analyzed by the computing unit.

[0016] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die zumindest einzelne Nachteile des Standes der Technik überwindet. [0016] It is the object of the present invention to provide a measuring device which overcomes at least some of the disadvantages of the prior art.

[0017] Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben. [0017] This object is achieved by a measuring device according to claim 1. Preferred embodiments are specified in the dependent claims, the description and the drawings.

[0018] Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zur optischen Analyse einer Probe umfasst eine Lichtquelle, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer mit einer Austrittsdüse, wobei die Austrittsdüse dazu konfiguriert ist, einen Flüssigkeitsstrahl auf die Probe abzugeben, zumindest ein optisches Element, das dazu konfiguriert ist, das Licht der Lichtquelle in den Flüssigkeitsstrahl zu koppeln, sodass sich das Licht im Wesentlichen in einer Richtung zur Probe hin ausbreitet, eine optische Mess- und Kontrolleinheit, die dazu konfiguriert ist, ein von der Probe ausgehendes Rücklicht zu detektieren, welches sich im Wesentlichen von der Probe durch den Flüssigkeitsstrahl hindurch ausbreitet, wobei das zumindest eine optische Element dazu konfiguriert ist, das Rücklicht aus dem Flüssigkeitsstrahl auszukoppeln, wobei die Messvorrichtung einen Spektrografen umfasst, der das ausgekoppelte Rücklicht in sein Spektrum zerlegt und zur optischen Mess- und Kontrolleinheit leitet, wobei die Flüssigkeitskammer ein Hydrofon umfasst, das dazu ausgebildet ist, sich in der Flüssigkeitskammer und im Flüssigkeitsstrahl ausbreitende Schallwellen zu detektieren und in elektrische Mikrofonsignale umzuwandeln, wobei das Hydrofon die Mikrofonsignale an die optische Mess- und Kontrolleinheit leitet, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf den vom Hydrofon erhaltenen Mikrofonsignalen ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls zu detektieren. Der Flüssigkeitsstrahl leitet basierend auf dem Prinzip der Totalreflexion das Licht der Lichtquelle zur Probe. Vorteilhaft an der erfindungsgemäBen Ausführung der Messvorrichtung ist, dass der Fokus der Laserstrahlung bzw. des Messpunkts nicht in einem fixen oder in einem sehr feinen Einstellbereich (in der Größenordnung von Mikrometern) von der Abtastoptik eingestellt sein muss. Dies ermöglicht beispielsweise eine, Zzumindest teilweise, kontinuierliche Inlinevermessung bei einem akzeptablen Durchsatz von festförmigen dreidimensionalen Schüttgütern, die etwa auf einem Förderband vorbeigeführt werden. [0018] The measuring device according to the invention for the optical analysis of a sample comprises a light source, preferably a laser light source, a liquid chamber filled with a liquid with an outlet nozzle, wherein the outlet nozzle is configured to emit a liquid jet onto the sample, at least one optical element configured to couple the light from the light source into the liquid jet so that the light propagates essentially in a direction towards the sample, an optical measuring and control unit configured to detect a backlight emanating from the sample, which propagates essentially from the sample through the liquid jet, wherein the at least one optical element is configured to decouple the backlight from the liquid jet, wherein the measuring device comprises a spectrograph which breaks down the decoupled backlight into its spectrum and directs it to the optical measuring and control unit, wherein the liquid chamber comprises a hydrophone which is designed to detect sound waves propagating in the liquid chamber and in the liquid jet and to convert them into electrical microphone signals to convert, the hydrophone transmitting the microphone signals to the optical measuring and control unit, which is configured to detect droplets in the liquid jet based on the microphone signals received from the hydrophone. The liquid jet transmits the light from the light source to the sample based on the principle of total reflection. The advantage of the design of the measuring device according to the invention is that the focus of the laser radiation or the measuring point does not have to be set in a fixed or very fine setting range (on the order of micrometers) by the scanning optics. This enables, for example, at least partially continuous inline measurement with an acceptable throughput of solid three-dimensional bulk materials that are conveyed past on a conveyor belt, for example.

[0019] Ein Zertropfen ist hinderlich für die auf Totalreflexion basierende Lichtleitung im Flüssigkeitsstrahl, sodass es wünschenswert ist, das Zertropfen zu detektieren und gegebenenfalls durch anpassende Steuerungsmaßnahmen zu kontrollieren bzw. zu verhindern. Beispielsweise kann der Druck innerhalb der Flüssigkeitskammer angepasst werden, wodurch die laminare Strömung des Flüssigkeitsstrahls beeinflusst wird. Es ist auch möglich, ein elektrisches Feld anzulegen, sodass sich der Flüssigkeitsstrahl beim Austreten aus einer elektrisch isolierten Düse, beispielsweise bei einer Düse aus Glas, elektrostatisch auflädt. Das führt beispielsweise zu einer Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls. Selbst wenn das Zertropfen nicht verhindert oder verringert wird, besteht durch das Detektieren des Zertropfens die Möglichkeit, dass eine entsprechende Messung als unzuverlässig abgespeichert wird. [0019] Droplets hinder the light conduction in the liquid jet based on total reflection, so it is desirable to detect the droplets and, if necessary, to control or prevent them by means of appropriate control measures. For example, the pressure within the liquid chamber can be adjusted, which influences the laminar flow of the liquid jet. It is also possible to apply an electric field so that the liquid jet becomes electrostatically charged when it emerges from an electrically insulated nozzle, for example a nozzle made of glass. This leads, for example, to a deflection of the liquid jet. Even if the droplets are not prevented or reduced, the detection of the droplets means that a corresponding measurement may be stored as unreliable.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiters einen Strahlteiler und einen Seitensicht-Flächendetektor, wobei der Strahlteiler das ausgekoppelte Rücklicht teilweise, vorzugsweise zu weniger als 20%, besonders bevorzugt zu weniger als 10%, abzweigt und dem Seitensicht-Flächendetektor zuführt, wobei der abgezweigte Teil des Rücklichts vom Seitensicht-Flächendetektor detektiert wird, wobei der Seitensicht-Flächendetektor die Information über den detektierten abgezweigten Teil des Rücklichts an die optische Mess- und Kontrolleinheit leitet, welche dazu konfiguriert ist, basierend auf den vom Seitensicht-Flächendetektor erhaltenen Informationen ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls zu detektieren. Ein Zertropfen ist hinderlich für die auf Totalreflexion basierende Lichtleitung im Flüssigkeitsstrahl, sodass es wün-[0020] In a preferred embodiment, the measuring device further comprises a beam splitter and a side-view area detector, wherein the beam splitter branches off the coupled-out rear light partially, preferably less than 20%, particularly preferably less than 10%, and feeds it to the side-view area detector, wherein the branched-off part of the rear light is detected by the side-view area detector, wherein the side-view area detector passes the information about the detected branched-off part of the rear light to the optical measuring and control unit, which is configured to detect a droplet breakup of the liquid jet based on the information received from the side-view area detector. A droplet breakup hinders the light conduction in the liquid jet based on total reflection, so that it is desirable

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schenswert ist, das Zertropfen zu detektieren und gegebenenfalls durch anpassende Steuerungsmaßnahmen zu kontrollieren bzw. zu verhindern. Beispielsweise kann der Druck innerhalb der Flüssigkeitskammer angepasst werden, wodurch die laminare Strömung des Flüssigkeitsstrahls beeinflusst wird. Es ist auch möglich, ein elektrisches Feld anzulegen, sodass sich der Flüssigkeitsstrahl beim Austreten aus einer elektrisch isolierten Düse, beispielsweise bei einer Düse aus Glas, elektrostatisch auflädt. Das führt beispielsweise zu einer Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls. Selbst wenn das Zertropfen nicht verhindert oder verringert wird, besteht durch das Detektieren des Zertropfens die Möglichkeit, dass eine entsprechende Messung als unzuverlässig abgespeichert wird. It is important to detect the droplet disintegration and, if necessary, to control or prevent it by taking appropriate control measures. For example, the pressure within the liquid chamber can be adjusted, which affects the laminar flow of the liquid jet. It is also possible to apply an electric field so that the liquid jet becomes electrostatically charged when it exits an electrically insulated nozzle, such as a nozzle made of glass. This can lead to a deflection of the liquid jet, for example. Even if the droplet disintegration is not prevented or reduced, there is a risk that the corresponding measurement will be saved as unreliable if the droplet disintegration is detected.

[0021] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine Flüssigkeitskontrolleinheit mit einem Flüssigkeitskollektor und eine Pumpe, auf, wobei die Pumpe dazu konfiguriert ist, eine im Flüssigkeitskollektor angesammelte Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls in die Flüssigkeitskammer zu pumpen. Dadurch kann die Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls im Flüssigkeitskollektor gesammelt werden und erneut in die Flüssigkeitskammer eingespeist werden. [0021] In a preferred embodiment, the measuring device comprises a liquid control unit with a liquid collector and a pump, wherein the pump is configured to pump a liquid of the liquid jet collected in the liquid collector into the liquid chamber. As a result, the liquid of the liquid jet can be collected in the liquid collector and fed into the liquid chamber again.

[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Flüssigkeitskontrolleinheit eine Filtereinheit auf, die stromabwärts vom Flüssigkeitskollektor und stromaufwärts von der Flüssigkeitskammer angeordnet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass sich etwaige Partikel der Probe in der (erneut in die Flüssigkeitskammer eingespeisten) Flüssigkeit befinden, welche für eine Totalreflexion von Licht unzuträglich sind. [0022] In a preferred embodiment, the liquid control unit has a filter unit which is arranged downstream of the liquid collector and upstream of the liquid chamber. This can prevent any particles of the sample from being present in the liquid (which is fed back into the liquid chamber) which are detrimental to total reflection of light.

[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsdüse als Glasrohr, vorzugsweise als Glasrohr aus Borosilikat- oder Quarzglas, ausgebildet. Die Ausführung der Austrittsdüse als Glasrohr stellt eine besonders einfache und unkomplizierte Ausführungsform dar. [0023] In a preferred embodiment, the outlet nozzle is designed as a glass tube, preferably as a glass tube made of borosilicate or quartz glass. The design of the outlet nozzle as a glass tube represents a particularly simple and uncomplicated embodiment.

[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Austrittsdüse eine in Stromrichtung der Flüssigkeit orientierte Länge und einen orthogonal dazu orientierten Innendurchmesser auf, wobei die Länge der Austrittsdüse zweimal, vorzugsweise dreimal, besonders bevorzugt fünfmal so groß ist wie der Innendurchmesser der Austrittsdüse. Dadurch wird die laminare Strömung des Flüssigkeitsstrahls besonders gefördert. [0024] In a preferred embodiment, the outlet nozzle has a length oriented in the flow direction of the liquid and an inner diameter oriented orthogonally thereto, the length of the outlet nozzle being twice, preferably three times, particularly preferably five times as large as the inner diameter of the outlet nozzle. This particularly promotes the laminar flow of the liquid jet.

[0025] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Austrittsdüse an ihrer der Flüssigkeitskammer zugewandten Seite einen vergrößerten Innendurchmesser auf. Die Vergrößerung des Innendurchmessers kann beispielsweise trichterförmig erfolgen, ist jedoch nicht auf diese Form beschränkt. Der vergrößerte Innendurchmesser dient einerseits dazu, Strömungsturbulenzen der Flüssigkeit zu minimieren als auch die Schallwellenausrichtung zum Hydrofon zu verbessern. [0025] In a preferred embodiment, the outlet nozzle has an enlarged inner diameter on its side facing the liquid chamber. The enlargement of the inner diameter can be funnel-shaped, for example, but is not limited to this shape. The enlarged inner diameter serves on the one hand to minimize flow turbulence in the liquid and on the other hand to improve the sound wave alignment to the hydrophone.

[0026] In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung weiters eine Umhüllung, die die Austrittsdüse zumindest teilweise umhüllt und vor seitlich einwirkenden Kräften schützt. Beispielsweise kann durch die Umhüllung verhindert werden, dass das Glasrohr 203 durch eine besonders große Probe 100 beschädigt wird. [0026] In a preferred embodiment, the measuring device further comprises a casing which at least partially encloses the outlet nozzle and protects it from forces acting from the side. For example, the casing can prevent the glass tube 203 from being damaged by a particularly large sample 100.

[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkeit Raman- und/oder fluoreszenzneutral, vorzugsweise gefiltertes und demineralisiertes Wasser und/oder destilliertes Wasser. Durch die Neutralität des Wassers als Lichtmedium ist die Vorrichtung besonders für Ramanspektroskopische Messungen geeignet. [0027] In a preferred embodiment, the liquid is Raman and/or fluorescence neutral, preferably filtered and demineralized water and/or distilled water. Due to the neutrality of water as a light medium, the device is particularly suitable for Raman spectroscopic measurements.

[0028] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer einen Druck von weniger als 50 bar, bevorzugt weniger als 30 bar, besonders bevorzugt weniger als 10 bar auf. Der niedrige Druck der Flüssigkeit ermöglicht eine besonders einfache und unkomplizierte Ausführungsform bei geringem Wasserverbrauch. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine gesonderten Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen, um die Unversehrtheit von Benutzern beim Eingreifen ins Messfeld zu gewährleisten. [0028] In a preferred embodiment, the liquid in the liquid chamber has a pressure of less than 50 bar, preferably less than 30 bar, particularly preferably less than 10 bar. The low pressure of the liquid enables a particularly simple and uncomplicated embodiment with low water consumption. A further advantage is that no special protective measures have to be taken to ensure the safety of users when intervening in the measuring field.

[0029] Im Stand der Technik werden zur Materialbearbeitung wesentlich höhere Druckwerte verwendet, etwa 50 bis 1000 bar. Dadurch werden ungewollte optische Phänomene reduziert, die aufgrund des Erhitzens des Flüssigkeitsstrahls durch das fokussierte Licht auftreten. Das Ziel der Erfindung ist jedoch, eine Probe mit Licht zu bestrahlen, um eine photonische Interaktion mit der Probe zu erwirken. Die dafür erforderliche Leistung des verwendeten Lichts ist niedriger, die un-[0029] In the prior art, much higher pressure values are used for material processing, approximately 50 to 1000 bar. This reduces unwanted optical phenomena that occur due to the heating of the liquid jet by the focused light. The aim of the invention, however, is to irradiate a sample with light in order to achieve a photonic interaction with the sample. The power of the light used is lower, the un-

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gewollten optischen Phänomene im Wasser treten in geringerem Ausmaß auf und somit muss die Flüssigkeit nicht mit hohem Druck auf die Probe treffen. The desired optical phenomena in water occur to a lesser extent and thus the liquid does not have to hit the sample with high pressure.

[0030] In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls zwischen 0,1 und 50 mm, bevorzugt zwischen 0,3 und 30 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 10 mm. Je größer der Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls ist, desto besser wird eine hohe Lichtintensität auf einen größeren Teil der Oberfläche der Probe gerichtet. Ebenso können dreidimensionale Oberflächenstrukturen so besser ausgeleuchtet werden. Darüber hinaus wird bei größeren Durchmessern die optische Apertur, d.h. die Menge an Licht die von der Messvorrichtung aufgenommen werden kann, erhöht und somit ein besseres Messsignal erzielt. Generell wird bei Flüssigkeitsstrahlen nach dem „Rayleigh-Plateau Kriterium“ angenommen, dass ein laminarer Flüssigkeitsstrahl stabil ist, solange seine Länge etwa das 7- bis zu 10-fache seines Durchmessers beträgt. Ein größerer Durchmesser würde somit eine größere Länge des laminaren Flüssigkeitsstrahls begünstigen. Allerdings steigt mit dem Durchmesser auch der Verbrauch der verwendeten Flüssigkeit. So ist beispielsweise der Volumenstrom eines Fluids durch ein kreiszylindrisches Rohr nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille proportional zur vierten Potenz des Radius. Bei der Wahl des Durchmessers muss folglich zwischen einer (möglichst großen) Abtastfläche auf der Probe und einem (möglichst kleinen) Verbrauch der Flüssigkeit abgewogen werden. [0030] In a preferred embodiment, the diameter of the liquid jet is between 0.1 and 50 mm, preferably between 0.3 and 30 mm, particularly preferably between 0.5 and 10 mm. The larger the diameter of the liquid jet, the better a high light intensity is directed onto a larger part of the surface of the sample. Likewise, three-dimensional surface structures can be better illuminated in this way. In addition, with larger diameters the optical aperture, i.e. the amount of light that can be absorbed by the measuring device, is increased and thus a better measurement signal is achieved. In general, according to the "Rayleigh Plateau Criterion", it is assumed that a laminar liquid jet is stable for liquid jets as long as its length is about 7 to 10 times its diameter. A larger diameter would therefore favor a longer length of the laminar liquid jet. However, the consumption of the liquid used also increases with the diameter. For example, the volume flow of a fluid through a circular cylindrical tube is proportional to the fourth power of the radius according to the Hagen-Poiseuille law. When choosing the diameter, a balance must therefore be struck between a (largest possible) scanning area on the sample and a (smallest possible) consumption of the fluid.

[0031] In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Fokus des Lichts der Lichtquelle unabhängig von der zu vermessenden Probe frei gewählt werden. Vorteilhaft daran ist, dass der Fokus der Laserstrahlung bzw. des Messpunkts nicht in einem fixen oder in einem sehr feinen Einstellbereich (in der Größenordnung von Mikrometern) von der Abtastoptik eingestellt sein muss. Dies ermöglicht beispielsweise eine, zumindest teilweise, kontinuierliche Inlinevermessung bei einem akzeptablen Durchsatz von festförmigen dreidimensionalen Schüttgütern, die etwa auf einem Förderband vorbeigeführt werden. [0031] In a preferred embodiment, the focus of the light from the light source can be freely selected independently of the sample to be measured. The advantage of this is that the focus of the laser radiation or the measuring point does not have to be set in a fixed or very fine setting range (in the order of micrometers) by the scanning optics. This enables, for example, at least partially continuous inline measurement with an acceptable throughput of solid three-dimensional bulk materials that are passed by on a conveyor belt, for example.

[0032] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Messvorrichtung weiters eine Datenverarbeitungs- und Kontrolleinheit auf, die mit der optischen Mess- und Kontrolleinheit und/oder mit der Flüssigkeitskontrolleinheit kommuniziert und die gemessenen Messdaten an ein Mensch-Maschine-Interface leitet. Dadurch kann das Ergebnis der spektrografischen Analyse einer Probe einem Benutzer angezeigt werden. [0032] In a preferred embodiment, the measuring device further comprises a data processing and control unit which communicates with the optical measuring and control unit and/or with the liquid control unit and transmits the measured data to a human-machine interface. This allows the result of the spectrographic analysis of a sample to be displayed to a user.

[0033] In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch die Erfindung ein System aus einer Messvorrichtung und einer Fördereinrichtung, vorzugsweise einem Förderband, einem Rüttelförderer, einem Schneckenförderer oder einer Rutsche, zur Verfügung gestellt, wobei die Fördereinrichtung dazu konfiguriert ist, eine Probe in einen Messbereich der Messvorrichtung zu verbringen, innerhalb dessen die Probe vom Flüssigkeitsstrahl erfasst wird, und die Probe anschlieBend aus dem Messbereich hinaus zu transportieren. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Inlinevermessung von verschiedenen Proben. [0033] In a preferred embodiment, the invention provides a system comprising a measuring device and a conveyor device, preferably a conveyor belt, a vibrating conveyor, a screw conveyor or a chute, wherein the conveyor device is configured to bring a sample into a measuring area of the measuring device, within which the sample is captured by the liquid jet, and then to transport the sample out of the measuring area. This enables continuous inline measurement of different samples.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Öffnungsrichtung der Austrittsdüse der Messvorrichtung mit der Flächennormalen der Fördereinrichtung einen Winkel von zwischen 0° und 90° ein. Diese Ausführungsform ermöglicht es, dass eine Probe aus unterschiedlichen Winkein vom Flüssigkeitsstrahl erfasst wird. Weisen die Proben beispielsweise eine zu stark ausgeprägte Größenvariabilität auf, kann es sein, dass der Abstand zwischen Austrittsdüse und Probe bei einer besonders kleinen Probe zu groß ist und es zu einem Zertropfen kommt. In diesem Fall könnten alle Proben von der Seite mit dem Flüssigkeitsstrahl erfasst werden, welcher eine im Wesentlichen konstante Distanz zwischen der Austrittsdüse und der Probe überwinden muss. [0034] In a preferred embodiment, the opening direction of the outlet nozzle of the measuring device forms an angle of between 0° and 90° with the surface normal of the conveyor device. This embodiment enables a sample to be captured by the liquid jet from different angles. If, for example, the samples have too great a size variability, the distance between the outlet nozzle and the sample may be too large for a particularly small sample and cause it to drop. In this case, all samples could be captured from the side with the liquid jet, which has to overcome an essentially constant distance between the outlet nozzle and the sample.

[0035] Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der in den Ansprüchen wiedergegebenen Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. [0035] Advantageous and non-limiting embodiments of the invention recited in the claims are explained in more detail below with reference to the drawings.

[0036] Fig. 1 zeigt eine gattungsgemäße Vorrichtung aus dem Stand der Technik. [0037] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. [0038] Fig. 3 zeigt die optische Abtasteinheit. [0036] Fig. 1 shows a generic device from the prior art. [0037] Fig. 2 shows a schematic representation of the measuring device according to the invention. [0038] Fig. 3 shows the optical scanning unit.

[0039] Fig. 4 zeigt die Flüssigkeitskontrolleinheit. [0040] Fig. 5 zeigt eine Austrittsdüse mit einer lichtkoppelnden Flüssigkeitskammer. [0041] Fig. 6 zeigt eine Zertropfung im Falle eines zu langen Flüssigkeitsstrahls. [0039] Fig. 4 shows the liquid control unit. [0040] Fig. 5 shows an outlet nozzle with a light-coupling liquid chamber. [0041] Fig. 6 shows droplet formation in the case of a liquid jet that is too long.

[0042] Fig. 7 zeigt die Detektion einer Zertropfung mittels eines Hydrofons und eines Seitensicht-Flächendetektors. [0042] Fig. 7 shows the detection of droplet disintegration using a hydrophone and a side-view area detector.

[0043] Fig. 8 zeigt alternative Ausführungsformen der optofluidischen Abtasteinheit. [0043] Fig. 8 shows alternative embodiments of the optofluidic scanning unit.

[0044] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur optischen Abtastung auf Basis eines Raman-Spektrographen 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Das Licht der Laser-Lichtquelle 2 wird mit einer Anregungs-Faseroptik 3 zu mehreren Probenköpfen 4, 5, 6, 7 übertragen. Das rückgestreute Licht wird mit einer Rückstreu-Faseroptik 8 zur Eingangsoptik des Raman- Spektrographen 1 übertragen. Beispielhaft sind mit dem Probenkopf 4 ein Raman- Mikroskop, mit dem Probenkopf 5 eine kontaktlose Optik und mit den Probenköpfen 6, 7 unterschiedliche Immersionsoptiken verbunden. [0044] Fig. 1 shows a device for optical scanning based on a Raman spectrograph 1 from the prior art. The light from the laser light source 2 is transmitted to several probe heads 4, 5, 6, 7 using an excitation fiber optic 3. The backscattered light is transmitted to the input optics of the Raman spectrograph 1 using a backscatter fiber optic 8. For example, a Raman microscope is connected to the probe head 4, a contactless optic to the probe head 5 and different immersion optics to the probe heads 6, 7.

[0045] In Fig. 2 ist ein schematischer Aufbau der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gezeigt. Die Messvorrichtung umfasst eine optofluidische Abtasteinheit 200, eine Flüssigkeitskontrolleinheit 300 und eine Datenverarbeitungseinheit 400. Die Datenverarbeitungseinheit 400 umfasst ferner eine Datenverarbeitungs- und Kontrolleinheit 700 und ein Mensch-Maschinen-Interface 800 (human-machine interface, HMI). In der gezeigten Ausführungsform kommunizieren sowohl die optofluidische Abtasteinheit 200 als auch die Flüssigkeitskontrolleinheit 300 mit der Datenverarbeitungseinheit 400. Ferner kommuniziert die optofluidische Abtasteinheit 200 mit der Flüssigkeitskontrolleinheit 300 (siehe die Beschreibung zu Fig. 4). [0045] A schematic structure of the measuring device according to the invention is shown in Fig. 2. The measuring device comprises an optofluidic scanning unit 200, a liquid control unit 300 and a data processing unit 400. The data processing unit 400 further comprises a data processing and control unit 700 and a human-machine interface 800 (human-machine interface, HMI). In the embodiment shown, both the optofluidic scanning unit 200 and the liquid control unit 300 communicate with the data processing unit 400. Furthermore, the optofluidic scanning unit 200 communicates with the liquid control unit 300 (see the description of Fig. 4).

[0046] Fig. 3 zeigt die optofluidische Abtasteinheit 200 aus Fig. 2 einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung, sowie eine zu untersuchende Probe 100. Bei der Probe 100 kann es sich beispielsweise um eine Gesteinsprobe aus Schüttgut handeln. Die Probe 100 wird über eine Transporteinrichtung 101 zu der optofluidischen Abtasteinheit 200 gefördert und über eine wasserstrahlgeführte Lichtstrahlung in einem Flüssigkeitsstrahl 102 abgetastet. Die Transporteinrichtung 101 kann beispielsweise als Förderband, Rüttelförderer, Schneckenförderer oder Rutsche ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Transporteinrichtung 101 aus einem Drahtgeflecht oder aus Rollen ausgebildet, um ein Abfließen der Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls 102 zu ermöglichen. [0046] Fig. 3 shows the optofluidic scanning unit 200 from Fig. 2 of an embodiment of the measuring device according to the invention, as well as a sample 100 to be examined. The sample 100 can be, for example, a rock sample made of bulk material. The sample 100 is conveyed to the optofluidic scanning unit 200 via a transport device 101 and scanned in a liquid jet 102 via a water jet-guided light beam. The transport device 101 can be designed, for example, as a conveyor belt, vibrating conveyor, screw conveyor or chute. In a preferred embodiment, the transport device 101 is designed from a wire mesh or from rollers in order to enable the liquid from the liquid jet 102 to flow away.

[0047] Die optofluidische Abtasteinheit 200 umfasst im einfachsten Fall eine Lichtquelle 110, vorzugsweise eine Laserlichtquelle, eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer 104 mit einer Austrittsdüse 103, einen Spektrografen und eine optische Mess- und Kontrolleinheit 500. [0047] In the simplest case, the optofluidic scanning unit 200 comprises a light source 110, preferably a laser light source, a liquid chamber 104 filled with a liquid and having an outlet nozzle 103, a spectrograph and an optical measuring and control unit 500.

[0048] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkeit Raman- und/oder fluoreszenzneutral, vorzugsweise gefiltertes und demineralisiertes Wasser und/oder destilliertes Wasser. Die Flüssigkeit weist in der Flüssigkeitskammer 104 einen Druck von weniger als 50 bar, bevorzugt weniger als 30 bar, besonders bevorzugt weniger als 10 bar auf. Der aus der Flüssigkeitskammer 104 austretende Flüssigkeitsstrahl 102 hat einen Durchmesser von zwischen 0,1 und 50 mm, bevorzugt von zwischen 0,3 und 30 mm, besonders bevorzugt von zwischen 0,5 und 10 mm. [0048] In a preferred embodiment, the liquid is Raman and/or fluorescence neutral, preferably filtered and demineralized water and/or distilled water. The liquid has a pressure in the liquid chamber 104 of less than 50 bar, preferably less than 30 bar, particularly preferably less than 10 bar. The liquid jet 102 emerging from the liquid chamber 104 has a diameter of between 0.1 and 50 mm, preferably between 0.3 and 30 mm, particularly preferably between 0.5 and 10 mm.

[0049] Die Austrittsdüse ist dazu konfiguriert, die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 104 in Form eines Flüssigkeitsstrahls 102 nach außen abzugeben. Vorzugsweise erfolgt das Ausströmen des Flüssigkeitsstrahls 102 im Wesentlichen durch laminare Strömung. Die Flüssigkeitskammer 104 ist weiters dazu konfiguriert, das Licht der Lichtquelle 110 durch mindestens ein optisches Element 105 in den Flüssigkeitsstrahl 102 zu koppeln. [0049] The outlet nozzle is configured to discharge the liquid in the liquid chamber 104 to the outside in the form of a liquid jet 102. Preferably, the outflow of the liquid jet 102 occurs essentially by laminar flow. The liquid chamber 104 is further configured to couple the light from the light source 110 into the liquid jet 102 by at least one optical element 105.

[0050] In der gezeigten Ausführungsform ist die Austrittsdüse 103 als Glasrohr 203, bevorzugt als Glasrohr aus Borosilikat- oder Quarzglas, ausgebildet, wobei die Länge der Austrittsdüse 103 zumindest zweimal, vorzugsweise dreimal, besonders bevorzugt fünfmal, so groß ist wie der Innendurchmesser der Austrittsdüse 103. Dies ist besonders zuträglich für einen laminaren Fluss des Flüssigkeitsstrahls 102. Das Glasrohr 203 weist ferner an seiner der Flüssigkeitskammer 104 zugewandten Seite einen vergrößerten Innendurchmesser auf. Die Vergrößerung des Innendurchmessers kann beispielsweise trichterförmig erfolgen, ist jedoch nicht auf diese Form be-[0050] In the embodiment shown, the outlet nozzle 103 is designed as a glass tube 203, preferably as a glass tube made of borosilicate or quartz glass, the length of the outlet nozzle 103 being at least twice, preferably three times, particularly preferably five times, as large as the inner diameter of the outlet nozzle 103. This is particularly beneficial for a laminar flow of the liquid jet 102. The glass tube 203 also has an enlarged inner diameter on its side facing the liquid chamber 104. The enlargement of the inner diameter can be funnel-shaped, for example, but is not limited to this shape.

schränkt. Der vergrößerte Innendurchmesser dient einerseits dazu, Strömungsturbulenzen der Flüssigkeit zu minimieren als auch die Schallwellenausrichtung zum Hydrofon 107 zu verbessern. The increased inner diameter serves to minimize flow turbulence of the liquid and to improve the sound wave alignment to the hydrophone 107.

[0051] Das Glasrohr 203 ist ferner von einer Umhüllung 202 umgeben. Die Umhüllung 202 umhüllt das Glasrohr 203 zumindest teilweise und schützt es vor seitlich einwirkenden Kräften. [0051] The glass tube 203 is further surrounded by a casing 202. The casing 202 at least partially envelops the glass tube 203 and protects it from lateral forces.

[0052] Beispielsweise kann durch die Umhüllung verhindert werden, dass das Glasrohr 203 durch eine besonders große Probe 100 beschädigt wird. [0052] For example, the casing can prevent the glass tube 203 from being damaged by a particularly large sample 100.

[0053] Basierend auf dem Prinzip der Totalreflexion (total internal reflection, TIR) wird das Licht innerhalb des Flüssigkeitsstrahls 102 geleitet. Trifft der Flüssigkeitsstrahl 102 auf die Probe 100, wird somit auch das Licht der Lichtquelle 110 auf die Probe 100 gelenkt. Die Wechselwirkung zwischen dem bei der Probe 100 eintreffenden Licht und der Probe 100 resultiert in sekundärer Strahlung, die sich in Form von Rücklicht von der Probe weg ausbreitet. Ein Teil des Rücklichts wird, wieder basierend auf dem Prinzip der Totalreflexion, im Flüssigkeitsstrahl 102 zurück in Richtung der optofluidischen Abtasteinheit 200 geleitet. Das Rücklicht umfasst Raman-gestreutes Licht, Fluoreszenzstrahlung und/oder Licht ohne jene Wellenlängen, die von der Probe 100 aufgrund von Lichtabsorption absorbiert wurden. Das Rücklicht wird in der optofluidischen Abtasteinheit 200 zu dem Spektrografen geleitet, welcher das Rücklicht in sein Spektrum zerlegt und zur optischen Mess- und Kontrolleinheit 500 leitet. In einer bevorzugten Ausführungsform empfängt die optische Mess- und Kontrolleinheit 500 die Informationen über das spektral aufgelöste Rücklicht und leitet diese Informationen weiter an eine Datenverarbeitungseinheit 400. [0053] Based on the principle of total internal reflection (TIR), the light is guided within the liquid jet 102. When the liquid jet 102 hits the sample 100, the light from the light source 110 is also directed onto the sample 100. The interaction between the light incident on the sample 100 and the sample 100 results in secondary radiation that propagates away from the sample in the form of back light. A portion of the back light is guided back in the liquid jet 102 toward the optofluidic scanning unit 200, again based on the principle of total internal reflection. The back light includes Raman-scattered light, fluorescence radiation and/or light without those wavelengths that were absorbed by the sample 100 due to light absorption. The rear light is guided in the optofluidic scanning unit 200 to the spectrograph, which breaks the rear light down into its spectrum and guides it to the optical measuring and control unit 500. In a preferred embodiment, the optical measuring and control unit 500 receives the information about the spectrally resolved rear light and forwards this information to a data processing unit 400.

[0054] Die Einkopplungsoptik 105 kann ferner eine Eintrittslinse 106 umfassen. Alternativ kann die Einkopplungsoptik 105 auch aus nur einer Linse bestehen. Die Einkopplungsoptik 105 ist zwischen dem optischen Teil der optischen Abtasteinheit 200 und dem fluidischen Teil der Flüssigkeitskammer 104 angeordnet. [0054] The coupling optics 105 can further comprise an entrance lens 106. Alternatively, the coupling optics 105 can also consist of only one lens. The coupling optics 105 are arranged between the optical part of the optical scanning unit 200 and the fluidic part of the liquid chamber 104.

[0055] Die Flüssigkeitskammer 104 umfasst in der gezeigten Ausführungsform ferner ein Hydrofon 107. Das Hydrofon 107 ist dazu ausgebildet, Schallwellen zu erfassen, die sich im Flüssigkeitsstrahl 102 und in der Flüssigkeitskammer 104 ausbreiten. Dies ermöglicht es, Informationen über die Qualität des Wasserstrahls zu erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann mit dem Hydrofon 107 ein Zertropfen des Wasserstrahls festgestellt werden. Hierfür leitet das Hydrofon 107 die Information über die detektierten Schallwellen an die optische Mess- und Kontrolleinheit 500, die dazu konfiguriert ist, basierend auf der vom Hydrofon 107 erhaltenen Informationen ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls 102 zu detektieren (siehe Fig. 7). In der gezeigten Ausführungsform wird das Signal vom Hydrofon 107 von einer Audiosignal-Schnittstelleneinheit 122 verarbeitet und an die optische Mess- und Kontrolleinheit 500 geleitet. [0055] In the embodiment shown, the liquid chamber 104 further comprises a hydrophone 107. The hydrophone 107 is designed to detect sound waves that propagate in the liquid jet 102 and in the liquid chamber 104. This makes it possible to obtain information about the quality of the water jet. In a preferred embodiment, the hydrophone 107 can be used to detect dripping of the water jet. For this purpose, the hydrophone 107 sends the information about the detected sound waves to the optical measuring and control unit 500, which is configured to detect dripping of the liquid jet 102 based on the information received from the hydrophone 107 (see Fig. 7). In the embodiment shown, the signal from the hydrophone 107 is processed by an audio signal interface unit 122 and sent to the optical measuring and control unit 500.

[0056] In der gezeigten Ausführungsform umfasst die optofluidische Abtasteinheit weiters eine Strahlformungsoptik 109 und einen 45°-dichroitischen Strahlungsteiler 108. Die Strahlformungsoptik 109 leitet das Licht der Lichtquelle 110 zum 45°-dichroitischen Strahlungsteiler 108, welcher in Folge zwei Aufgaben erfüllt. Einerseits lenkt der 45°-dichroitische Strahlungsteiler 108 das Licht der Lichtquelle 110 zur Einkopplungsoptik 105, welche das Licht in den Flüssigkeitsstrahl 102 leitet. Andererseits ermöglicht der 45°-dichroitische Strahlungsteiler 108, dass das Rücklicht zum Spektrografen geleitet wird. [0056] In the embodiment shown, the optofluidic scanning unit further comprises a beam-forming optics 109 and a 45° dichroic beam splitter 108. The beam-forming optics 109 guide the light from the light source 110 to the 45° dichroic beam splitter 108, which subsequently fulfills two tasks. On the one hand, the 45° dichroic beam splitter 108 directs the light from the light source 110 to the coupling optics 105, which guides the light into the liquid jet 102. On the other hand, the 45° dichroic beam splitter 108 enables the return light to be guided to the spectrograph.

[0057] Ein weiterer Strahlungsteiler 111 teilt das Rücklicht in das, vorzugsweise mehrheitlich, zum Spektrographen geleitete Rücklicht und einen, vorzugsweise geringen, abgezweigten Anteil des Rücklichts, welcher über eine Seitensichtoptik 112 an einem Seitensicht-Flächendetektor 113 detektiert wird. Vorzugsweise umfasst der abgezweigte Anteil des Rücklichts weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10%, des in den Strahlungsteiler 111 eintreffenden Rücklichts. Der Seitensicht-Flächendetektor 113 leitet die Information über den detektierten abgezweigten Teil des Rücklichts an die optische Mess- und Kontrolleinheit 500, wobei diese weiters dazu konfiguriert ist, basierend auf den vom Seitensicht-Flächendetektor 113 erhaltenen Informationen ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls (112) zu detektieren (siehe Fig. 7). [0057] A further beam splitter 111 divides the rear light into the rear light, which is preferably mostly directed to the spectrograph, and a preferably small, branched portion of the rear light, which is detected via a side-view optics 112 on a side-view area detector 113. The branched portion of the rear light preferably comprises less than 20%, particularly preferably less than 10%, of the rear light entering the beam splitter 111. The side-view area detector 113 passes the information about the detected branched portion of the rear light to the optical measuring and control unit 500, which is further configured to detect a droplet disintegration of the liquid jet (112) based on the information received from the side-view area detector 113 (see Fig. 7).

[0058] Nach dem Strahlungsteiler 111 wird das Rücklicht zum Spektrografen geleitet. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Spektrograf einen Spiegel 114, einen optischen Filter 115, [0058] After the beam splitter 111, the return light is guided to the spectrograph. In the embodiment shown, the spectrograph comprises a mirror 114, an optical filter 115,

eine Fokussierlinse 116, einen Spalt 117, eine Kollimatorlinse 118, eine Dispersionsoptik 119, eine Fokussierlinse 120 und einen Flächendetektor 121. Alternative Konstruktionsmöglichkeiten zur spektralen Analyse von Licht sind der Fachperson hinlänglich bekannt. a focusing lens 116, a slit 117, a collimator lens 118, a dispersion optics 119, a focusing lens 120 and an area detector 121. Alternative construction options for the spectral analysis of light are well known to those skilled in the art.

[0059] Der optische Filter 115 kann als Hochpassfilter (geeignet für Raman-Strokes-Spektren) oder als Tiefpassfilter (geeignet für Raman-Anti-Strokes-Spektren) ausgebildet sein. Ferner kann die Dispersionsoptik 119 diffraktiv (basierend auf Lichtbeugung) oder refraktiv (basierend auf Lichtbrechung) ausgebildet sein. [0059] The optical filter 115 can be designed as a high-pass filter (suitable for Raman stroke spectra) or as a low-pass filter (suitable for Raman anti-stroke spectra). Furthermore, the dispersion optics 119 can be designed to be diffractive (based on light diffraction) or refractive (based on light refraction).

[0060] Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Flüssigkeitskontrolleinheit 300, die einen fluidischen Kreislauf in der Messvorrichtung ermöglicht. Ein fluidischer Kreislauf gemäß der folgenden Beschreibung ist bevorzugt, aber nicht zwingend erforderlich. Beispielsweise könnte alternativ eine Flüssigkeitszufuhr über eine externe Einspeisung erfolgen. [0060] Fig. 4 shows a preferred embodiment of a liquid control unit 300, which enables a fluidic circuit in the measuring device. A fluidic circuit according to the following description is preferred, but not absolutely necessary. For example, liquid could alternatively be supplied via an external feed.

[0061] Der fluidische Kreislauf beginnt mit einem Flüssigkeitskollektor 301, in dem sich Flüssigkeit vom Flüssigkeitsstrahl 102 sammelt, nachdem dieser auf die Probe 100 getroffen ist. Die Flüssigkeit wird in einer Filtereinheit 302 gereinigt und von einer Pumpe 303 in einen Wassertank 304 befördert. Daraus wird über eine Dosierpumpe 305 und über ein Rückschlagventil 306 die Flüssigkeit in die lichtkoppelnde Flüssigkeitskammer 104 mit leichtem (vorzugsweise weniger als 10 bar) Überdruck eingeleitet. Die Flüssigkeitspegel im Wassertank 304 und Dosiermengen der Dosierpumpe 305 werden hierbei über eine Fluidkontrolleinheit 600 gesteuert. Die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 104 wird über die Austrittsdüse 103 in Form eines Flüssigkeitsstrahls 102 nach außen abgegeben und trifft auf die Probe 100, wodurch der Kreislauf von vorne beginnen kann. [0061] The fluidic circuit begins with a liquid collector 301, in which liquid from the liquid jet 102 collects after it has hit the sample 100. The liquid is cleaned in a filter unit 302 and conveyed by a pump 303 into a water tank 304. From there, the liquid is introduced into the light-coupling liquid chamber 104 with a slight (preferably less than 10 bar) overpressure via a metering pump 305 and a check valve 306. The liquid levels in the water tank 304 and the metering quantities of the metering pump 305 are controlled by a fluid control unit 600. The liquid in the liquid chamber 104 is discharged to the outside via the outlet nozzle 103 in the form of a liquid jet 102 and hits the sample 100, whereby the cycle can start again from the beginning.

[0062] Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Flüssigkeitskammer 104 und der Probe 100. Die Flüssigkeitskammer weist in der gezeigten Ausführungsform einen Einlass 201, eine Einkopplungsoptik 105, ein Hydrofon 107 und eine Austrittsdüse 103 auf. Die Austrittsdüse ist hierbei als Glasrohr 203 ausgebildet, das von einer Umhüllung 202 vor seitlich einwirkenden Kräften geschützt wird. Der Einlass 201 empfängt Flüssigkeit von der Dosierpumpe 305 (siehe Fig. 4) und leitet die Flüssigkeit in die Flüssigkeitskammer 104. Für die nähere Beschreibung der gezeigten Komponenten sowie der Funktionsweise wird auf die Beschreibung von Fig. 3 verwiesen. [0062] Fig. 5 shows an enlarged view of the liquid chamber 104 and the sample 100. In the embodiment shown, the liquid chamber has an inlet 201, a coupling optic 105, a hydrophone 107 and an outlet nozzle 103. The outlet nozzle is designed as a glass tube 203, which is protected from lateral forces by a casing 202. The inlet 201 receives liquid from the metering pump 305 (see Fig. 4) and directs the liquid into the liquid chamber 104. For a more detailed description of the components shown and the way they work, please refer to the description of Fig. 3.

[0063] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Messvorrichtung, bei der die Probe 100 zu weit entfernt von der Austrittsdüse 103 angeordnet ist. Hierbei kommt es am der Austrittsdüse 103 abgewandten Ende des Flüssigkeitsstrahls 102 zu einem Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls. Der laminare Fluss des Flüssigkeitsstrahls 102 kann über eine gewisse Länge erhalten werden. In der gezeigten Ausführungsform kommt es bei Längen des Flüssigkeitsstrahls 102 von ab etwa 5 cm zu einem Zertropfen. Das ist hinderlich für die auf Totalreflexion basierende Lichtleitung im Flüssigkeitsstrahl 102. Um ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls 102 zu detektieren und/oder zu kontrollieren, also anpassende Steuerungsmaßnahmen zu treffen, sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwei Messmethoden vorgesehen. Einerseits kann in der Flüssigkeitskammer ein Hydrofon 107 vorgesehen sein, das ein Zertropfen des Flüssigkeitsstrahls 102 über sich in der Flüssigkeit ausbreitende Schallwellen detektieren kann. Alternativ dazu oder zusätzlich kann in der optofluidischen Abtasteinheit 200 ein Strahlteiler 111und ein Seitensicht-Flächendetektor 113 vorgesehen sein. Der Seitensicht-Flächendetektor 113 detektiert den Messfleck am Ende des Flüssigkeitsstrahls 102 und kann über die Form, Unschärfe und Gleichmäßigkeit Aussagen über die Validität der Messung treffen. [0063] Fig. 6 shows an embodiment of the measuring device in which the sample 100 is arranged too far away from the outlet nozzle 103. In this case, the liquid jet breaks up at the end of the liquid jet 102 facing away from the outlet nozzle 103. The laminar flow of the liquid jet 102 can be maintained over a certain length. In the embodiment shown, drops break up when the liquid jet 102 is about 5 cm long. This hinders the light conduction in the liquid jet 102 based on total reflection. In order to detect and/or control drops break up of the liquid jet 102, i.e. to take appropriate control measures, two measuring methods are provided in a preferred embodiment. On the one hand, a hydrophone 107 can be provided in the liquid chamber, which can detect drops break up of the liquid jet 102 via sound waves propagating in the liquid. Alternatively or additionally, a beam splitter 111 and a side-view area detector 113 can be provided in the optofluidic scanning unit 200. The side-view area detector 113 detects the measurement spot at the end of the liquid jet 102 and can make statements about the validity of the measurement based on the shape, blurriness and uniformity.

[0064] In Fig. 7 sind die oben beschriebenen zwei Messmethoden zur Detektion einer Zertropfung des Flüssigkeitsstrahls 102 dargestellt. Kommt es zu keiner Zertropfung, misst das Hydrofon 107 das links unten dargestellte erste Spektrogramm 107a. Bei im Wesentlichen laminarer Strömung empfängt das Hydrofon 107 also wenig bzw. kaum Schallwellen, die sich in der Flüssigkeit fortbewegen. In diesem Fall misst der Seitensicht-Flächendetektor 113 ein rundes, scharfes, gleichmäßiges erstes Abbild 113a des Querschnitts des Flüssigkeitsstrahls 102. [0064] Fig. 7 shows the two measurement methods described above for detecting droplet breakup of the liquid jet 102. If no droplet breakup occurs, the hydrophone 107 measures the first spectrogram 107a shown at the bottom left. In the case of essentially laminar flow, the hydrophone 107 therefore receives few or hardly any sound waves moving in the liquid. In this case, the side-view surface detector 113 measures a round, sharp, uniform first image 113a of the cross-section of the liquid jet 102.

[0065] Kommt es jedoch zu einem Zertropfen, misst das Hydrofon 107 das rechts unten dargestellte zweite Spektrogramm 107b. Hier empfängt das Hydrofon 107 eine Vielzahl von Schallwel-[0065] However, if a droplet breaks up, the hydrophone 107 measures the second spectrogram 107b shown at the bottom right. Here, the hydrophone 107 receives a large number of sound waves.

len, die sich in der Flüssigkeit fortbewegen, was auf ein Zertropfen schließen lässt. Ebenso misst der Seitensicht-Flächendetektor 113 ein unscharfes, ungleichmäßiges zweites Abbild 113b des Querschnitts des Flüssigkeitsstrahls 102, wobei die durch das Zertropfen entstehenden Tropfen und/oder Luftblasen 210 erkennbar sind. len that move in the liquid, which indicates that drops are breaking up. The side-view surface detector 113 also measures a blurred, uneven second image 113b of the cross-section of the liquid jet 102, whereby the drops and/or air bubbles 210 that are formed by the drops breaking up can be seen.

[0066] In Fig. 8 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung gezeigt, wobei die Öffnungsrichtung der Austrittsdüse 103 mit der Flächennormalen der Fördereinrichtung 101 einen Winkel von im Wesentlichen zwischen 0° und 90° einschließen kann. Die Ablenkung bzw. die Zerfallslänge des Flüssigkeitsstrahls 102 lässt sich über den Druck der Flüssigkeit vor dem Eintritt in die Austrittsdüse 103 variieren. Für die nähere Beschreibung der gezeigten Komponenten sowie der Funktionsweise wird auf die Beschreibung von Fig. 3 verwiesen. [0066] Fig. 8 shows a further preferred embodiment of the measuring device according to the invention, wherein the opening direction of the outlet nozzle 103 can form an angle of essentially between 0° and 90° with the surface normal of the conveyor device 101. The deflection or the decay length of the liquid jet 102 can be varied via the pressure of the liquid before it enters the outlet nozzle 103. For a more detailed description of the components shown and the mode of operation, please refer to the description of Fig. 3.

Claims

patent claims

1. Measuring device for the optical analysis of a sample (100), comprising a light source (110), preferably a laser light source, a liquid chamber (104) filled with a liquid and having an outlet nozzle (103), wherein the outlet nozzle (103) is configured to emit a liquid jet (102) onto the sample (100), at least one optical element (105) configured to couple the light of the light source (110) into the liquid jet (102) so that the light propagates essentially in a direction toward the sample (100), an optical measuring and control unit (500) configured to detect a back light emanating from the sample (100) which propagates essentially from the sample (100) through the liquid jet (102), wherein the at least one optical element (105) is configured to decouple the back light from the liquid jet (102), wherein the measuring device comprises a spectrograph which breaks down the coupled-out rear light into its spectrum and directs it to the optical measuring and control unit (500), characterized in that the liquid chamber (104) comprises a hydrophone (107) which is designed to detect sound waves propagating in the liquid chamber (104) and in the liquid jet (102) and to convert them into electrical microphone signals, wherein the hydrophone (107) directs the microphone signals to the optical measuring and control unit (500), which is configured to detect droplet disintegration of the liquid jet (102) based on the microphone signals received from the hydrophone (107).

2, Measuring device according to claim 1, wherein the measuring device further comprises a beam splitter (111) and a side-view area detector (113), wherein the beam splitter (111) branches off the coupled-out rear light partially, preferably less than 20%, particularly preferably less than 10%, and feeds it to the side-view area detector (113), wherein the branched-off part of the rear light is detected by the side-view area detector (113), wherein the side-view area detector (113) passes the information about the detected branched-off part of the rear light to the optical measuring and control unit (500), which is configured to detect a droplet disintegration of the liquid jet (112) based on the information received from the side-view area detector (113).

3. Measuring device according to claim 1 or 2, wherein the measuring device comprises a liquid control unit (300) with a liquid collector (301) and a pump (303), wherein the pump (303) is configured to pump a liquid of the liquid jet (102) collected in the liquid collector (301) into the liquid chamber (104).

4. Measuring device according to claim 3, wherein the liquid control unit (300) comprises a filter unit (302) arranged downstream of the liquid collector (301) and upstream of the liquid chamber (104).

5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, wherein the outlet nozzle (103) is designed as a glass tube (203), preferably as a glass tube made of borosilicate or quartz glass.

6. Measuring device according to one of claims 1 to 5, wherein the outlet nozzle (103) has a length oriented in the flow direction of the liquid and an inner diameter oriented orthogonally thereto, wherein the length of the outlet nozzle (103) is twice, preferably three times, particularly preferably five times as large as the inner diameter of the outlet nozzle (103).

7. Measuring device according to one of claims 1 to 6, wherein the outlet nozzle (103) has an enlarged inner diameter on its side facing the liquid chamber (104).

8. Measuring device according to one of claims 1 to 7, wherein the measuring device further comprises a casing (202) which at least partially encloses the outlet nozzle and protects it from lateral forces.

9. Measuring device according to one of claims 1 to 8, wherein the liquid is Raman and/or fluorescence neutral, preferably filtered and demineralized water and/or distilled water.

10. Measuring device according to one of claims 1 to 9, wherein the liquid in the liquid chamber (104) has a pressure of less than 50 bar, preferably less than 30 bar, particularly preferably less than 10 bar.

11. Measuring device according to one of claims 1 to 10, wherein the diameter of the liquid jet (102) is between 0.1 and 50 mm, preferably between 0.3 and 30 mm, particularly preferably between 0.5 and 10 mm.

12. Measuring device according to one of claims 1 to 11, wherein the focus of the light of the light source (110) can be freely selected independently of the sample (100) to be measured.

13. Measuring device according to one of claims 1 to 12, wherein the measuring device has a data processing and control unit (700) which communicates with the optical measuring and control unit (500) and/or with the liquid control unit (300) and transmits the measured measurement data to a human-machine interface (800).

14. System comprising a measuring device according to one of claims 1 to 13 and a conveying device (101), preferably a conveyor belt, a vibrating conveyor, a screw conveyor or a chute, wherein the conveying device (101) is configured to bring a sample (100) into a measuring region of the measuring device, within which the sample (100) is captured by the liquid jet (102), and to subsequently transport the sample (100) out of the measuring region.

15. System according to claim 14, wherein the opening direction of the outlet nozzle (103) of the measuring device encloses an angle between 0° and 90° with the surface normal of the conveyor device (101).

8 sheets of drawings