DE69230863T2

DE69230863T2 - Kapillare durchflusszelle zum nachweis mehrerer wellenlängen

Info

Publication number: DE69230863T2
Application number: DE69230863T
Authority: DE
Inventors: Edwin Sapp
Original assignee: Applied Biosystems Inc
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2012-12-04
Also published as: EP0615617B1; US5434664A; JP2003202286A; DE69230863D1; WO1993011422A1; EP0615617A4; JPH07506424A; JP3432222B2; EP0615617A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte kapillare Durchflußzellenvorrichtung zum Messen der Absorption von Strahlung, insbesondere optischer Strahlung, in einem Detektor für mehrere Wellenlängen (MWD).
Die optische Absorption quer zu einer kapillaren Durchflußzelle wird zum Bestimmen des Vorhandenseins und/oder der Konzentration eines Analyts innerhalb der Kapillare verwendet.
Die optische Grundkonfiguration eines Detektors für mehrere Wellenlängen unterscheidet sich von derjenigen eines Detektors für veränderliche Wellenlängen. Jeder Detektortyp ist jedoch häufig als eine Zweistrahlkonstruktion konfiguriert, wobei eine Durchflußzelle einen Analyt (Analyte) in einem Strahl enthält und eine Bezugs-Durchflußzelle in einem anderen Bezugsstrahl vorhanden ist. Solche Konstruktionen gestatten die Bestimmung geringerer Konzentrationen eines Analyts durch Kompensieren beispielsweise von Schwankungen der Quellenenergie und durch Verringern von Signaländerungen als Funktion der Wellenlänge. Die durch den Analyt 16 und zum Detektor 22 übertragene elektromagnetische Strahlung (also das Signal) konkurriert mit elektromagnetischer Strahlung, die zum Detektor 22 übertragen wird, ohne daß sie den Analyt 16 durchsetzt hat (also mit "Rauschen")
Bei einem Detektor für veränderliche Wellenlängen durchsetzt optische Breitbandstrahlung von einer Quelle eine Wellenlängenselektionsvorrichtung in der Art eines Monochromators. Ein schmales, nahezu monochromatisches Band der elektromagnetischen Strahlung wird ausgewählt und auf die Eingangsöffnung der Durchflußzelle fokussiert. Durch den Analyt (die Analyte) in der Durchflußzelle nicht gestreute oder absorbierte optische Strahlung wird von der Durchflußzelle durchgelassen und von einem Detektorelement in ein elektrisches Signal umgewandelt. Falls das Detektorelement ausreichend empfindlich ist und eine ausreichende Fläche aufweist, um den durchgelassenen optischen Strahl zu unterbrechen, braucht der Strahl nicht refokussiert zu werden. Detektoren für veränderliche Wellenlängen aus dem Stand der Technik (die eine einzige Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung sλ festlegen) sind in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtwegs durch eine kapillare Durchflußzelle in einem Detektor für veränderliche Wellenlängen. Monochromatisches Licht bei einer einzigen Wellenlänge (sλ) wird von einer Quelle 10 elektromagnetischer Strahlung emittiert. Die elektromagnetische Strahlung (durch Pfeile dargestellt) tritt unter Durchsetzen einer Maske 13 an der Eingangsöffnung 14 in die Durchflußzelle 12 ein. Die Maske 13 ist so angeordnet, daß sie die optische Strahlung beschränkt, die den Innendurchmesser der Kapillare (und damit den Analyt) innerhalb der Durchflußzelle nicht durchsetzen würde. Die elektromagnetische Strahlung durchsetzt die Wand 16 des Kapillarröhrchens und den im Kapillarröhrchen enthaltenen Analyt 18. Die elektromagnetische Strahlung, die den Analyt 18 durchsetzt hat und die dann die Ausgangsöffnung 20 durchsetzt, wird durch ein Detektorelement 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die optische Achse α des Durchflußzellensystems ist zu Bezugszwecken dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des durch eine alternative kapillare Durchflußzelle in einem Detektor für veränderliche Wellenlängen verlaufenden Lichtwegs. Monochromatisches Licht bei einer einzigen Wellenlänge (sλ) wird von einer Quelle 10 elektromagnetischer Strahlung emittiert. Elektromagnetische Strahlung (durch Pfeile dargestellt) tritt an der Eingangsöffnung 14 in die Durchflußzelle 12 ein. Eine sphärische Kugellinse 15 wird dann verwendet, um die Ein gangsöffnung 14 wieder auf den Innendurchmesser des den Analyt 18 enthaltenden Kapillarröhrchens 16 abzubilden. Die fokussierte elektromagnetische Strahlung durchsetzt die Wand des Kapillarröhrchens 16 und den im Kapillarröhrchen enthaltenen Analyt 18. Die elektromagnetische Strahlung, die den Analyt 18 durchsetzt hat und die die Ausgangsöffnung 20 durchsetzt, wird durch ein Detektorelement 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die optische Achse α des Durchflußzellensystems ist zu Bezugszwecken dargestellt.
Bei einem Detektor für mehrere Wellenlängen wird eine Quelle optischer Strahlung, die mehrere Wellenlängen aufweist, auf eine Durchflußzelle fokussiert. Der Analyt (die Analyte) in der Durchflußzelle kann (können) optische Strahlung bei mehreren verschiedenen Wellenlängen absorbieren. Nicht durch den Analyt (die Analyte) in der Durchflußzelle absorbierte optische Strahlung tritt durch die Durchflußzelle und durch einen Polychromator. Der Polychromator zerlegt die durchgelassene optische Strahlung als Funktion der Bandwellenlänge in viele schmale Bänder. Jedes schmale Band wird auf ein anderes Detektorelement in einem Detektorarray fokussiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Absorption des Analyts (der Analyten) in der Durchflußzelle wird auf diese Weise als Funktion der Wellenlängenabsorption oder der Transmission vieler verschiedener Wellenlängen gemessen. Ein Detektor für mehrere Wellenlängen, wie er im Stand der Technik angetroffen wird, der einen Strahl mehrerer Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung (mλ) aufweist, ist in Fig. 3 dargestellt. Repräsentative Wellenlängen (λ1, λ2 und λ3) sind nach der Trennung durch den Polychromator dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Lichtwegs durch eine kapillare Durchflußzelle in einem Detektor für mehrere Wellenlängen. Polychromatisches Licht bei verschiedenen Wellenlängen (mλ) wird von einer Quelle 10 elektromagnetischer Strahlung emittiert. Die elektromagnetische Strahlung (durch Pfeile dargestellt) tritt unter Hindurchtreten durch eine Maske 13 an der Eingangsöffnung 14 in die Durchflußzelle 12 ein. Die Maske 13 ist so angeordnet, daß sie die optische Strahlung unterdrückt, die den Innendurchmesser der Kapillare (und damit des Analyts 18) innerhalb der Durchflußzelle nicht durchsetzen würde. Die elektromagnetische Strahlung durchsetzt die Wand 16 des Kapillarröhrchens und den im Kapillarröhrchen enthaltenen Analyt 18. Die elektromagnetische Strahlung, die den Analyt 18 durchsetzt hat und die Ausgangsöffnung 20 durchsetzt, wird durch den Polychromator 24 in diskrete Bänder (λ1, λ2 und λ3) geteilt. Der Polychromator kann, wie dargestellt, eine Eingangsöffnung 21 aufweisen. Alternativ kann die Ausgangsöffnung 20 der Durchflußzelle 10 als Eingangsöffnung für den Polychromator wirken. Jede diskrete Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung wird dann durch diskrete Detektorelemente 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die optische Achse α des Durchflußzellensystems ist zu Bezugszwecken dargestellt.
Die wesentlichen Konstruktionsunterschiede zwischen Detektoren für veränderliche Wellenlängen und Detektoren für mehrere Wellenlängen stellen insbesondere hinsichtlich der durch den Analyt gesendeten optischen Strahlung einander widersprechende Anforderungen an die Durchflußzellenkonstruktion. Detektoren für veränderliche Wellenlängen sind häufig so ausgelegt, daß der Strahl der optischen Strahlung nach dem Durchsetzen des Analyts nicht fokussiert werden muß. Der Strahl bleibt vielmehr zwischen der den Analyt enthaltenden Kapillare und dem Detektorelement ununterbrochen. Bei Detektoren für mehrere Wellenlängen ist es im allgemeinen erforderlich, daß der Strahl für den Polychromator refokussiert wird, nachdem er die Analytprobe durchsetzt hat. Die Ausgangsöffnung der Durchflußzelle kann als Eingangsöffnung für den Polychromator dienen.
Die Durchflußzellenkonstruktion wird durch das Vorhandensein einer Kapillarsäule innerhalb der Durchflußzelle eingeschränkt. Weil die chromatische Unversehrtheit durch Minimieren der chromatischen Dispersion jenseits der Säule minimiert, ist, ist ein Nachweis an der Säule üblich. Beim Nachweis an der Säule bildet die Kapillare einen Teil der Durchflußzelle.
Albin u. a. beschreiben in "Fluorescence Detection in Capillary Electrophoresis: Evaluation of Derivatizing Reagents and Techniques", Anal. Chem. 63 (1991) einen Kapillarelektrophorese-Fluoreszenzdetektor. Es wird eine einzige Saphirlinse zum Fokussieren des monochromatischen Strahls verwendet, bevor der Strahl die kapillare Durchflußzelle durchsetzt.
Kobayashi u. a. ("Photodiode Array Detection in High- Performance Capillary Electrophoresis", J. Chrom. 480 (1989): 179-184) beschreiben das Ersetzen einer Standardzelle eines Spektrometers durch eine Kapillare. Die Lichtintensität der Vorrichtung wurde verringert, um das Sättigen des Diodenarrays zu verhindern.
Moring u. a. beschreiben in "Analytical Aspects of an Automated Capillary Electrophoresis System", LC: GC 8(1): 34-46 (1990) einen Detektor für veränderliche Wellenlängen, in dem eine Saphirlinse zum Fokussieren des monochromatischen Lichts verwendet wird, bevor der Strahl auf die kapillare Durchflußzelle fokussiert wird.
Eine kapillare Durchflußzelle ist in "Instrumental Developments in Micellar Electrokinetic Capillary Chromatography", J. Chrom. 480 (1989): 185-196 von Sepaniak u. a. beschrieben. Die kapillare Durchflußzelle wird durch Entfernen eines Teils der Kapillarbeschichtung, Versehen der Kapillare mit einem Epoxidharz zwischen zwei Mikroskopobjektträgern, Anbringen der Kapillare und der Objektträger an einem Träger, schwarzes Anstreichen der vorderen Fläche der Vorrichtung und Verwenden eines Argonlasers zum Ätzen des bemalten Abschnitts hergestellt. Die Durchflußzelle wird durch Maskieren von allem mit Ausnahme eines kleinen Abschnitts mit elektrischem Band fertiggestellt. Es ist die Verwendung der Durchflußzelle mit einem Detektor für verän derliche Wellenlängen und mit einem Detektor für mehrere Wellenlängen beschrieben. Wenn die Durchflußzelle bei einem Detektor für mehrere Wellenlängen verwendet wird, geht ein Strahl optischer Strahlung von einer Deuteriumlampe aus und durchsetzt zuerst die Kapillare und dann zwei getrennte Linsen, bevor er am Eingang des Spektrometers fokussiert wird.
In der am 6. August 1991 veröffentlichten Beschreibung des US-Patents 5 037 199 wurde eine bei der Spektroskopie zu verwendende Probenzellenanordnung zur Analyse von Proben unter Verwendung von Kapillarchromatographie vorgeschlagen, bei der eine sphärische Linse verwendet wurde, um Licht durch eine Wand eines eine Probe enthaltenden Kapillarröhrchens in die Probe und auf einen Photodetektor zu richten.
In der unter der Nummer 422448 am 17. April 1991 veröffentlichten Beschreibung der europäischen Patentanmeldung 90 11 8501.7 wurde eine Vorrichtung zum Messen der Lichtabsorption in einer Flüssigkeitsprobe vorgeschlagen, bei der Licht entlang der Achse einer Zelle gelenkt wurde und eine sich vor einer Linse befindende Öffnung verhinderte, daß Lichtstrahlen die Wand der Zelle trafen.
Eine weiter unten beispielhaft beschriebene kapillare Durchflußzelle weist eine eine optische Achse einschließende Halteeinrichtung auf, wobei die optische Achse in folgender Reihenfolge durch (a) eine erste Öffnung (Eingangsöffnung), (b) eine erste Linse, (c) ein Kapillarröhrchen, dessen Längsachse auf der optischen Achse zentriert ist und diese schneidet, und (d) eine zweite Linse definiert ist. Die erste Linse fokussiert elektromagnetische Strahlung von der Eingangsöffnung so, daß sie den Innendurchmesser des Kapillarröhrchens durchsetzt, wodurch das vom Analyt innerhalb des Kapillarröhrchens erzeugte Signal maximiert wird. Die zweite Linse fokussiert elektromagnetische Strahlung, die das Kapillarröhrchen durchsetzt hat. Die zweite Linse fokussiert die elektromagnetische Strahlung durch die Eingangsöffnung eines Polychromators, wodurch das "Signal" maximiert wird und die Menge des unter Erzeugung von "Rauschen" gestreuten Lichts minimiert wird. Die Eingangsöffnung des Polychromators ist die Ausgangsöffnung der Durchflußzelle.
Die Halteeinrichtung weist vorzugsweise eine Einrichtung zum genauen Halten eines Kapillarröhrchens auf, so daß das Zentrum des Kapillarröhrchens direkt quer zur optischen Achse der Halteeinrichtung gehalten wird. Die Halteeinrichtung kann zweckmäßigerweise zwei passende Teile aufweisen, wobei bei Vereinigung der Teile ein Kanal bereitgestellt wird, durch den das Kapillarröhrchen gehalten wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Detektors für veränderliche Wellenlängen und einer kapillaren Durchflußzelle aus dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen Detektors für veränderliche Wellenlängen und einer kapillaren Durchflußzelle aus dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Detektors für mehrere Wellenlängen und einer kapillaren Durchflußzelle aus dem Stand der Technik.
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Detektors für veränderliche Wellenlängen und einer kapillaren Durchflußzelle zur Veranschaulichung dieser Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht einer kapillaren Durchflußzelle zur Veranschaulichung dieser Erfindung, und
Fig. 6 zeigt die passende Fläche einer Untereinheit der Durchflußzelle aus Fig. 5.
Eine die Erfindung veranschaulichende, weiter unten zu beschreibende Anordnung ist eine Durchflußzellenkonstruktion, die eine verbesserte Abbildungsfähigkeit für eine Durchflußzellenfunktion mit einem Polychromator in einem Detektor für mehrere Wellenlängen bereitstellt. Sie bietet einen erhöhten Durchsatz, wodurch niedrigere Grenzen für den Nachweis von Analyten in einer Kapillare ermöglicht werden, eine Einrichtung zum Lokalisieren und Halten der Kapillare am Ort, während ein einfacher Austausch der Kapillare ermöglicht wird, sowie die Möglichkeit, eine typische Flüssigchromatographie- Durchflußzelle in einem Standarddetektor für mehrere Wellenlängen zu ersetzen.
Ähnliche Nummern bezeichnen in allen Figuren eine ähnliche Funktion. Die Figuren sind zum Erreichen von Klarheit gezeichnet, und sie sind nicht maßstäblich gezeichnet.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Wegs eines Lichtstrahls durch eine kapillare Durchflußzelle. Polychromatisches Licht wird bei verschiedenen Wellenlängen (mλ) von einer Quelle 10 elektromagnetischer Strahlung emittiert. Konvergente einfallende elektromagnetische Strahlung (durch Pfeile dargestellt) tritt an der Eingangsöffnung 14 in die Durchflußzelle 12 ein. Die elektromagnetische Strahlung durchsetzt eine erste Linse 26. Die erste Linse 26 fokussiert die an der Eingangsöffnung in die Durchflußzelle eintretende elektromagnetische Strahlung auf den Analyt 18, der innerhalb des Innendurchmessers des Kapillarröhrchens 16 enthalten ist. Diese Fokussierung bewirkt, daß die elektromagnetische Strahlung den innerhalb des Innendurchmessers des Kapillarröhrchens 16 enthaltenen Analyt 18 im wesentlichen durchsetzt. Durch diese Fokussierung der elektromagnetischen Strahlung wird die den Analyt durchsetzende Menge der elektromagnetischen Strahlung maximiert und damit das "Signal" maximiert. Dadurch wird auch die Menge der elektromagnetischen Strahlung minimiert, die den Analyt nicht durchsetzt und als "Rauschen" auftritt.
Die elektromagnetische Strahlung, die den Analyt 18 durchsetzt hat, durchsetzt dann die zweite Linse 28. Die zweite Linse fokussiert das "Signal", so daß dieses die Ausgangsöffnung 20 und/oder die Eingangsöffnung 21 des Polychromators 24 durchsetzt, während das durchgelassene "Rauschen" minimiert wird. Der beleuchtete Bereich des Analyts wird vorzugsweise durch die zweite Linse wieder auf die Eingangsöffnung des Polychromators abgebildet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform stimmt der konvergente Austrittswinkel (φ) der Durchflußzelle mit dem Eintrittswinkel des Polychromators überein. Der Polychromator 24 teilt den Strahl in diskrete Bänder (als λ1, λ2 und λ3 dargestellt). Ebenso wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen wird dann jede diskrete Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung durch diskrete Detektorelemente 22 in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt die kapillare Durchflußzelle 101 eine Halteeinrichtung 103 mit einer durchgehenden Bohrung 119. Ein Strahl elektromagnetischer Strahlung wird durch optische Elemente innerhalb der Bohrung 119 fokussiert und refokussiert. Ein schmaler Strahl elektromagnetischer Strahlung mehrerer Wellenlängen wird vorzugsweise durch das selektive Auswählen, Fokussieren und Wiederabbilden der optischen Elemente entlang der optischen Achse α übertragen.
Eine Quelle einfallender elektromagnetischer Strahlung mehrerer Wellenlängen (nicht dargestellt), typischerweise eine Deuteriumlampe oder eine andere Quelle, wird in einen Strahl fokussiert, der mehrere Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung aufweist. Der Strahl ist vorzugsweise ein konvergenter Strahl, der so fokussiert ist, daß er die Eingangsöffnung durchsetzt und der danach vollständig auf die erste Linse fällt.
Die optische Achse α ist eine Linie, die allgemein als das Zentrum des Wegs der elektromagnetischen Strahlung mehrerer Wellenlängen definiert ist, wenn sie in folgender Reihenfolge durch (a) eine Eingangsöffnung 105, (b) eine erste Linse 107, (c) ein Kapillarröhrchen 109, dessen Längsachse auf der optischen Achse α zentriert ist und diese schneidet, und (d) eine zweite Linse 111 geformt wird. Die erste Linse 107 fokussiert die von der Öffnung 105 einfallende elektromagnetische Strahlung so, daß sie im wesentlichen den Innendurchmesser des Kapillarröhrchens 109 durchsetzt. Die zweite Linse 111 fokussiert die elektromagnetische Strahlung, die das Kapillarröhrchen entlang der optischen Achse α durchsetzt hat. Die zweite Linse 111 fokussiert die elektromagnetische Strahlung so, daß sie die Ausgangsöffnung 113 durchsetzt, falls eine solche Öffnung vorhanden ist, und/oder sie fokussiert die Strahlung auf die Eingangsöffnung eines Polychromators. Es ist bevorzugt, daß der Konvergenzwinkel des Strahls beim Austreten aus der Durchflußzelle mit dem Aufnahmewinkel des Polychromators übereinstimmt. Die Ausgangsöffnung 113 der Durchflußzelle und die Eingangsöffnung des Polychromators (nicht dargestellt) können dieselbe Öffnung sein.
Der Durchmesser des einfallenden Strahls wird zuerst durch die Eingangsöffnung 105 begrenzt und geformt. Wie dargestellt ist, sind die Eingangsöffnung 105 und die Ausgangsöffnung 113 eine Öffnung innerhalb einer Öffnungsplatte 115 bzw. 127. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Öffnungsplatten 115 und 127 durch einen Aufnahmering 117 an einer Vertiefungsfläche der Halteeinrichtung 103 an ihrem Ort gehalten. Diese Konfiguration mit einer vertieften Öffnung bewirkt das Schützen der Öffnungsplatte 215 und 127, während es den einfachen Austausch der Öffnungsplatte 115 und 127 gestattet, falls eine Öffnung einer anderen Größe gewünscht ist.
Zum Vereinfachen der Konstruktion können die Öffnungsplatten 115 und 127 aus Kunststoff bestehen. Der Durchmesser der Eingangsöffnung 105 wird vorzugsweise so gewählt, daß er dem maximalen Durchmesser des Bilds der Öffnung 105 entspricht, das auf den Innendurchmesser der Kapillare 109 paßt. Vorzugsweise wird der Durchmesser der Ausgangsöffnung 113 so ausgewählt, daß er dem maximalen Durchmesser des Bilds des Innendurchmessers des Kapillarröhrchens entspricht, das auf die Eingangsöffnung des Polychromators paßt.
Wenn der Strahl die Eingangsöffnung 105 durchsetzt, tritt er in eine Bohrung 119 innerhalb der Halteeinrichtung 103 ein. Innerhalb dieser Bohrung befinden sich in folgender Reihenfolge eine erste Linse 107, ein Kapillarröhrchen 109, dessen Längsachse auf der optischen Achse zentriert ist und diese schneidet, sowie eine zweite Linse 111.
Die erste Linse 107 und die zweite Linse 111 sind vorzugsweise sphärische Saphirlinsen. Saphirlinsen sind wegen ihrer Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung über den interessierenden Wellenlängenbereich wirksam durchzulassen, ihres hohen Brechungsindex und der Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung über kurze Brennweiten zu fokussieren, sowie wegen ihrer angemessenen Kosten bevorzugt.
Die Linsen werden gewöhnlich positioniert, indem die Bohrung 119 etwas kleiner hergestellt wird als der Durchmesser der Linse. Beispielsweise würde eine Bohrung mit einem Durchmesser von 1,95 mm gebildet werden, um eine Linse aufzunehmen, die einen Durchmesser von 2,0 mm aufweist. Die sphärische Kugellinse wird dann innerhalb der Bohrung 119 in ihre Position gedrückt. Daher wird vorzugsweise ein relativ weiches Material für die Halteeinrichtung 103 verwendet. Für diese Verwendung ist ein Kunststoff, wie Acetal, geeignet.
Die erste Linse 107 wird an einem geeigneten Abstand von der Eingangsöffnung 105 und dem Kapillarröhrchen 109 angeordnet, so daß durch die Eingangsöffnung 105 in die Durchflußzelle eintretendes Licht durch die erste Linse so fokussiert wird, daß es den Innendurchmesser des Kapillarröhrchens 109 durchsetzt.
Das Kapillarröhrchen 109 ist vorzugsweise ein Standard- Kapillarröhrchen. Solche Kapillarröhrchen haben einen Außendurchmesser (O. D.) von etwa 375 um und einen Innendurchmesser (I. D.) von etwa 50 um. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der ein Standard-Kapillarröhrchen verwendet wird und die erste Linse 107 und die zweite Linse 111 jeweils sphärische Saphir-Kugellinsen mit einem Durchmesser von 2,0 mm sind, beträgt der Durchmesser der Eingangsöffnung 105 typischerweise 0,5 bis 0,6 mm, und sie befindet sich etwa 7 mm von der ersten Linse entfernt. Das Kapillarröhrchen 109 ist vorzugsweise so angeordnet, daß es die erste Linse 107 und die zweite Linse 111 berührt. Die Ausgangsöffnung 113 befindet sich vorzugsweise etwa 7 mm von der zweiten Linse 111 entfernt.
Die zweite Linse 111 ist in einem geeigneten Abstand vom Kapillarröhrchen 109 und von der Ausgangsöffnung 113 angeordnet, so daß auf die zweite Linse 111 fallendes Licht so fokussiert wird, daß es die Ausgangsöffnung 113 durchsetzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halteeinrichtung wie dargestellt zwei passende Teile 103a und 103b auf. Ein Abschnitt des Außendurchmessers des ersten Teils 103a ist vorzugsweise mit einer Vertiefung versehen, so daß die verbesserte Durchflußzelle von einem kreisförmigen Klemmloch eines Standard-Absorptionsdetektors für mehrere Wellenlängen aufgenommen werden kann. Der erste Teil 103a weist die Eingangsöffnung 105 auf. Die Eingangsöffnung 105 befindet sich vorzugsweise am Brennpunkt eines von der elektromagnetischen Strahlungsquelle mehrerer Wellenlängen erzeugten konvergenten Strahls. Der erste Teil 103a ist so konfiguriert, daß er die erste Linse 107 hält, wobei vorzugsweise ein Reibungs- oder Drucksitz verwendet wird. Der zweite Teil 103b ist zum Halten der zweiten Linse 111 durch eine ähnliche Einrichtung konfiguriert. Der zweite Teil 103b weist vorzugsweise eine Ausgangsöffnung 113 auf. Die Ausgangsöffnung 113 durchsetzendes Licht tritt in einen Polychromator ein, wo der Strahl der Wellenlänge nach geteilt wird, und es wird bei den verschiedenen Wellenlängen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Signals bestimmt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Halteeinrichtung etwa 2 cm und die Länge der Halteeinrichtung etwa 1,3 cm.
Der erste Teil 103a der Halteeinrichtung 103 weist einen vertieften Bereich auf, der zu einem Vorsprung des zweiten Teils 103b paßt. Die zwei Teile sind so positioniert, daß ein in beiden Teilen vorhandenes Loch 125 für den Eintritt einer Schraube (nicht dargestellt) ausgerichtet ist. Die Schraube hält die Halteeinrichtung 103 als eine einstückige Einheit zusammen.
Das Kapillarröhrchen 109 ist so positioniert, daß die Längsachse des Röhrchens auf der optischen Achse des Systems zentriert ist. Fig. 6 zeigt die passende (innere) Fläche des ersten Teils 103a der Halteeinrichtung 103. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird das Kapillarröhrchen 109 durch eine Nut 121 im ersten Teil 103a der Halteeinrichtung 103 an seinem Ort gehalten. Die Nut 121 kann jeden gewünschten Querschnitt aufweisen und ist zweckmäßigerweise trapezförmig. Die Nut 121 umschließt im wesentlichen das Kapillarröhrchen 109. Ein O- Ring 123 wird innerhalb einer kreisförmig vertieften Rinne an der Paßfläche einer Untereinheit gehalten. Dieser O-Ring 123 hilft dabei, die beiden Untereinheiten zusammenzupassen und das Kapillarröhrchen mit leichtem Druck sicher an seinem Ort zu halten. Die zweite Untereinheit (nicht dargestellt) paßt unter Vervollständigung der Haltevorrichtung zur ersten Untereinheit, und die zwei Untereinheiten werden zweckmäßigerweise unter Verwendung eines mit einer Schraube oder dergleichen gesicherten Drucksitzes zusammengehalten. Es ist eine Gewindebohrung 125 für eine Schraube dargestellt.
Wenngleich die Erfindung in Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute erkennen, daß innerhalb der hier beschriebenen Prinzipien verschiedene Modifikationen möglich sind. Diese Modifikationen, Abänderungen, Anwendungen oder Anpassungen der Erfindung unter Einschluß solcher Abweichungen von der vorliegenden Darlegung, die innerhalb bekannter oder üblicher Verwendungen auf dem Fachgebiet liegen, fallen in den Schutzumfang der Erfindung und der anliegenden Ansprüche.

Claims

1. Kapillare Durchflußzelle (12) zur Bestimmung eines Analyts unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung mehrerer Wellenlängen, wobei die Durchflußzelle (12) in folgender Reihenfolge längs einer optischen Achse (α) umfaßt:

(a) eine erste Barriere, die eine erste Öffnung (14) auf der optischen Achse (α) definiert;

(b) eine erste sphärische Linse (26);

(c) eine Kapillarrohr (16), dessen Längsachse auf der optischen Achse (α) zentriert ist und diese schneidet; und

(d) eine zweite sphärische Linse (28);

wobei die erste sphärische Linse (26) so angeordnet ist, daß sie die von der ersten Öffnung (14) einfallende elektromagnetische Strahlung mehrerer Wellenlängen fokussiert, so daß diese einen Innendurchmesser des Kapillarrohrs (16) durchsetzt,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Halter (103), der die Elemente (a) bis (d) in fester Ausrichtung hält, wobei jedes der Elemente (b) bis (d) auf derselben geraden optischen Achse (α) zentriert ist, und eine zweite Barriere (21) vorgesehen sind, die eine zweite Öffnung auf der optischen Achse definiert, wobei die zweite Linse (28) so angeordnet ist, daß sie die elektromagnetische Strahlung mehrerer Wellenlängen, die durch das Kapillarrohr (16) durchsetzt hat, auf der geraden optischen Achse (α) fokussiert, so daß sie die zweite Öffnung in der zweiten Barriere (21) durchsetzt, und daß dadurch ein Absorptionsspektrum erzeugt wird, und wobei die zweite Öffnung die Eingangsöffnung (21) eines Polychromators (24) ist.

2. Durchflußzelle nach Anspruch 1, wobei das Kapillarrohr (16) in direktem Kontakt mit jeder der sphärischen Linsen (26), (28) steht.

3. Durchflußzelle (12) nach Anspruch 1, wobei der Halter (103) eine durchgehende Bohrung (119) und längs dieser in folgender Reihenfolge

(a) die erste sphärische Linse (26);

(b) das Kapillarrohr (109), das so angeordnet ist, daß die optische Achse die Mitte des Rohrs (109) durchsetzt; und

(c) die zweite sphärische Linse (28) aufweist.

4. Durchflußzelle (12) nach Anspruch 3, wobei die erste sphärische Linse (26) einfallende elektromagnetische Strahlung auf die optische Achse (α) innerhalb des Aufnahmewinkels der zweiten sphärischen Linse (28) fokussiert und wobei die zweite sphärische Linse (28) einfallende elektromagnetische Strahlung aus der ersten sphärischen Linse (26) auf einen Punkt fokussiert, der sich weiter entfernt auf der optischen Achse (α) befindet.

5. Durchflußzelle (12) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die folgenden Elemente längs der optischen Achse (α) in der nachstehenden Reihenfolge ausgerichtet sind:

(a) eine Maske (115), die eine im wesentlichen auf der optischen Achse (α) zentrierte erste Öffnung (105) definiert;

(b) die erste sphärische Linse (26);

(c) das Kapillarrohr (109), das in einem Kanal (121) in dem Halter (103) so gehalten ist, daß die optische Achse (α) das Kapillarrohr (109) längs eines das Kapillarrohr im wesentlichen an einer zentralen Achse der Kapillare kreuzenden Weges seitlich durchsetzt;

(d) die zweite sphärische Linse (28); und

(e) eine zweite Öffnung (113), die im wesentlichen auf der optischen Achse (α) zentriert ist.

6. Durchflußzelle (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite sphärische Linse (26, 28) ein Saphir ist.

7. Durchflußzelle (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kapillarrohr (16) abnehmbar ist.

8. Durchflußzelle (12) nach Anspruch 1, die zusätzlich einen Detektor für mehrere Wellenlängen enthält, der so ausgerichtet ist, daß er Licht zu empfängt, das eine zentrale Bohrung des Kapillarrohrs (16) durchsetzt hat.