DE112012004766T5

DE112012004766T5 - Durchflusszelle und Flüssigkeitsanalysegerät

Info

Publication number: DE112012004766T5
Application number: DE112012004766.4T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Ltd. Goto Yusuke; c/o Hitachi Ltd. Ishige Yu; c/o Hitachi High-Technologies Kubo Shintaro; c/o Hitachi Ltd. Kamahori Masao; c/o Hitachi Ltd. Sasaki Hiroshi; c/o Hitachi High-Technologies Akiyama Hideyuki
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-12-04
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: WO2013084626A1; JP2013120151A; US20140332674A1; CN103998917B; JP5883631B2; US9658153B2; CN103998917A; DE112012004766B4

Abstract

Um die Verringerung der Empfindlichkeit einer Durchflusszelle zu verhindern, die auf der Totalreflexion von Licht an einer Außenfläche einer Glaskapillare an einem Verbindungsteil mit einem Rohr basiert, weist die Durchflusszelle an Verbindungsteilen mit einem Rohr 605 zum Einführen einer Lösung in eine Glaskapillare 601 und mit einem Rohr zum Ablassen der Lösung aus der Kapillare eine anorganische Materialschicht 602, die Messlicht reflektiert, zum Modifizieren der Außenfläche der Glaskapillare sowie eine Verstärkungsschicht 711 zum Modifizieren von deren Oberfläche auf.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Durchflusszellen für die spektroskopische Untersuchung einer Probe und insbesondere auf eine Durchflusszelle für die spektroskopische Untersuchung, die für ein Flüssigkeitsanalysegerät verwendet wird.
Stand der Technik
Spektroskopische Analysegeräte zur Untersuchung von Proben mittels Spektroskopie mit ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht, die in Flüssigkeitsanalysegeräten wie etwa einem Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät enthalten sind, sind mit einer Durchflusszelle versehen, und diese Analysegeräte führen die Absorptionsspektrometrie oder Fluoreszenzanalyse mit dieser Durchflusszelle durch. Eine Durchflusszelle mit einer längeren optischen Pfadlänge weist in der Regel eine höhere analytische Empfindlichkeit auf. Bei einer Durchflusszelle mit einer langen optischen Pfadlänge tritt jedoch das Problem auf, dass Messlicht auf die Innenwand des Kanals trifft und daher die Menge des Messlichts, das die Durchflusszelle passiert, abnimmt und sich dadurch die Empfindlichkeit verschlechtert. Insbesondere im Falle eines Analysegeräts auf der Basis der Absorptionsspektroskopie verursacht auf die Innenwand der Durchflusszelle auftreffendes Messlicht ungeordnete Lichtreflexion/Lichtstreuung oder Lichtabsorption, wodurch sich häufig das Rauschen verstärkt (Nicht-Patentliteratur 1). Das heißt, es besteht ein bekanntes Problem, dass sich die Lösung in ihrem Brechungsindex aufgrund von äußeren Faktoren wie Temperaturänderung, Druckänderung oder Änderung der Zusammensetzung der Lösung ändert, wodurch sich das Verhältnis von reflektiertem Licht oder gestreutem Licht zu einfallendem Licht ändert, und eine solche Änderung wird als scheinbare Änderung des Absorptionsgrades, d. h. Rauschen oder Drift, erfasst.
Zur Lösung dieser Probleme ist ein Verfahren zur vollständigen Reflexion von Messlicht an einer Wandfläche des Kanals vorgeschlagen worden, um die Empfindlichkeit zu verbessern. Dieses Verfahren lässt sich grob in zwei Arten mit einer lichtreflektierenden Schicht auf einer Innenwand des Kanals und mit einer lichtreflektierenden Schicht auf einer Außenwand des Kanals unterteilen. Für das erstere Verfahren besteht ein vorgeschlagenes Verfahren darin, ein organisches Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als Wasser (Brechungsindex 1,33), das am häufigsten für spektroskopische Untersuchungen benutzt wird, insbesondere Teflon^® AF als ein Fluorpolymer, als eine lichtreflektierende Schicht auf die Innenwand des Kanals aufzubringen (Patentliteratur 1 und 2). Ein solcher Aufbau erreicht eine Totalreflexion des Messlichts 104 an der Grenzfläche zwischen der Lösung 103 in der Durchflusszelle und einer lichtreflektierenden Schicht 102, die auf der Kanalinnenwand 101 angeordnet ist, wie in 1 gezeigt. Dieses Verfahren kann jedoch leider die Totalreflexionsbedingungen für das Licht nicht aufrechterhalten, wenn sich auf der Innenwand des Kanals Schmutz ansammelt, weshalb sich die Empfindlichkeit verschlechtert. Darüber hinaus ist es schwierig, ein organisches Material mit einem niedrigen Brechungsindex aufzubringen, das für die vollständige Lichtreflexion an der Innenwand des Kanals in einer Durchflusszelle mit einer langen optischen Pfadlänge erforderlich ist, um solche optische Eigenschaften zu entfalten, und daher gibt es eine Obergrenze für die Länge des optischen Pfads, um die dieser verlängert werden kann.
Für das letztere Verfahren besteht ein vorgeschlagenes Verfahren darin, eine Durchflusszelle mit einem Kanal zu verwenden, der aus einer Glaskapillare besteht, die kein Messlicht absorbiert, und eine lichtreflektierende Schicht auf der Außenfläche der Glaskapillare anzuordnen, wodurch, wie in 2 gezeigt, Messlicht 104, das sich durch die Lösung 103 ausbreitet, an der Grenzfläche zwischen der Außenfläche der Glaskapillare 201 und der lichtreflektierenden Schicht 202 vollständig reflektiert wird. Weil es sich um totale Lichtreflexion handelt, die auf dem Unterschied im Brechungsindex zwischen der Lösung und der lichtreflektierenden Schicht über die Glaskapillare basiert, und wegen ihrer Vorteile ist es einfach, den optischen Pfad zu verlängern, und es gibt theoretisch keine Obergrenze für die Länge des optischen Pfads, um die dieser verlängert werden kann. Ein vorgeschlagenes Verfahren ist zum Beispiel, Luft als lichtreflektierende Schicht zu verwenden, um die Totalreflexion des Messlichts an der Grenzfläche zwischen der Außenwand des Kanals und Luft zu realisieren (Nicht-Patentliteratur 2). 3 zeigt den typischen Aufbau einer solchen Durchflusszelle. Die Durchflusszelle insgesamt ist so aufgebaut, dass sie die Glaskapillare 201, zwei Lichtleitfasern 302 und 303, auf die Messlicht zur Aufnahme auftrifft, zwei Rohre 304 und 305 zum Einführen und Ablassen einer Lösung und Verbindungsteile 306 und 307 mit zwei Kanälen zu ihrer Verbindung aufweist. Das Messlicht breitet sich durch die Durchflusszelle fort, wobei es an der Grenzfläche zwischen der Außenfläche der Glaskapillare 201 und Luft aufgrund des Unterschieds im Brechungsindex zwischen der Lösung und Luft vollständig reflektiert wird. Als ein weiterer Aufbau wird eine Durchflusszelle vorgeschlagen, die eine lichtreflektierende Schicht auf der Oberfläche einer Glaskapillare aus Teflon^® AF aufweist (Patentliteratur 3). Bei der Herstellung dieser Durchflusszellen müssen die Verbindungsteile dicht ohne Austreten von Flüssigkeit verbunden werden, wobei die Verbindungsteile einen Kanal zum Verbinden der Durchflusszelle mit einer Glaskapillare, einer Lichtleitfaser und einem Rohr aufweisen. Zu diesem Zweck gibt es bekannte Verfahren, um mit mechanischen Komponenten wie einem Schneidring und einer Mutter Druck auf sie auszuüben, um einen Zwischenraum zwischen den Komponenten zu verschließen, und um ein Verbindungsteil aus einem wärmelöslichen Harz bereitzustellen und Wärme darauf einwirken zu lassen, um so den Zwischenraum zwischen den Komponenten mit dem gelösten Harz zur Verbindung zu verschließen. Verglichen mit dem ersten Verfahren verringert das letztere Verfahren die Anzahl der Komponenten und Mannstunden, weshalb vorzugsweise das letztere thermische Schweißen verwendet wird.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: US 5184192 A
Patentliteratur 2: US 6542231 A
Patentliteratur 3: US 5570447 A

Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: J. Chromatogr. 465, 227 (1989)
Nicht-Patentliteratur 2: Appl. Spectrosc. 43, 49 (1989)

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das Verfahren mit einer lichtreflektierenden Schicht auf der Außenwand des Kanals weist ein Problem an einem Teil in der Nähe des Verbindungsteils auf. 4 zeigt eine Querschnittsansicht in der Nähe des Verbindungsteils einer Durchflusszelle mit einer lichtreflektierenden Schicht, bei der es sich um Luft handelt. Ein intern mit der Lösung 103 gefülltes Verbindungsteil 306 weist eine Glaskapillare 201, eine Lichtleitfaser 302 und ein Rohr 304 darin auf, wie in 4 gezeigt. Dieser Aufbau erfüllt jedoch an einem Teil, wo die Außenfläche der Glaskapillare 201 auf das Verbindungsteil 306 trifft, nicht die Bedingungen für die Totalreflexion von Licht, und deshalb wird die Menge des Messlichts 104 gedämpft und die Empfindlichkeit verschlechtert sich.
Versuche zur Lösung dieses Problems mit einem organischen Material mit einem niedrigen Brechungsindex wie etwa Teflon^® AF als lichtreflektierende Schicht verursachen die für ein organisches Material spezifischen Probleme. Eines der Probleme bezieht sich auf die Herstellung. Weil ein wärmelösliches Harz, das als ein Material für das Verbindungsteil verwendet wird, oft einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als die obere Grenztemperatur für die Verwendung eines organischen Materials, das oft als die lichtreflektierende Schicht verwendet wird, und sehr nahe seiner Zersetzungstemperatur ist. Polyetheretherketonharze als ein typisches Beispiel für das wärmelösliche Harz haben zum Beispiel einen Schmelzpunkt von etwa 340 bis 370°C, während Teflon^® AF als ein typisches Beispiel für das organische Material, das für die lichtreflektierende Schicht verwendet wird, eine obere Einsatz-Grenztemperatur von 285°C und eine Zersetzungstemperatur von 360°C aufweist. Weil die Temperaturen der Komponenten beim thermischen Schweißen oft über den Schmelzpunkt des wärmelöslichen Harzes ansteigen, treten bei einer unter diesen Bedingungen hergestellten Durchflusszelle die Probleme auf, dass das organische Material seine Funktion als lichtreflektierende Schicht verliert oder das organische Material selbst verschwindet.
Ein weiteres Problem bezieht sich auf die Langzeitstabilität der Eigenschaften. Verglichen mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten einer Glaskapillare weist ein als die lichtreflektierende Schicht verwendetes organisches Material oft einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der mindestens 100-mal höher ist. Siliziumdioxid, das zum Beispiel ein typisches Material für die Glaskapillare ist, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,6 × 10^–7/°C auf, während Teflon^® AF als ein typisches Beispiel für das organische Material, das für die lichtreflektierende Schicht verwendet wird, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,0 × 10^–5/°C aufweist. Dies bedeutet, dass das für die lichtreflektierende Schicht verwendete organische Material nur aufgrund einer Temperaturänderung unter Betriebsbedingungen und in einer Umgebung, wo sich die Temperatur stark ändert, wiederholt quillt und schrumpft. Weil sich die Beanspruchung langfristig lokal sehr stark auf das organische Material konzentriert, löst sich das für die lichtreflektierende Schicht verwendete organische Material von der Oberfläche der Glaskapillare ab und die Menge des Messlichts verschlechtert sich. Daher erfüllt das herkömmliche Verfahren mit einer lichtreflektierenden Schicht aus Luft oder einem organischen Material auf der Außenwand des Kanals aufgrund der vorstehend genannten physikalischen Eigenschaften der Materialien nicht die Bedingungen für die Totalreflexion in der Nähe des Verbindungsteils, weshalb das Problem einer Verschlechterung der Empfindlichkeit auftritt.
Wegen dieser technischen Einschränkungen muss zur Erfüllung der Bedingungen für die totale Lichtreflexion des Messlichts 104 bei einer herkömmlich aufgebauten Durchflusszelle des Typs mit einer lichtreflektierenden Schicht auf der Außenwand des Kanals die Endfläche der Lichtleitfaser 302 von einem Teil der Glaskapillare 201, die mit dem Verbindungsteil 306 in Kontakt kommt, auf der Innenseite der Glaskapillare positioniert werden, wie in 5 gezeigt. Eine solche Konfiguration weist jedoch einen kleinen Zwischenraum zwischen der Innenwand der Glaskapillare 201 und der Lichtleitfaser 302 auf, der nicht größer als etwa einige zig Mikrometer ist, weshalb Feinsubstanzen 507 wie etwa feine Füllstoffpartikel, Salzablagerungen oder feiner Staub, die in die Durchflusszelle fließen, in dem Zwischenraum eingeschlossen werden. Dieses Phänomen behindert das Fließen der Lösung 103, wodurch sich die Analysewerte ändern, und führt außerdem im schlimmsten Fall zum Verstopfen des Kanals und dadurch zu einem plötzlichen Anstieg des Innendrucks in der Durchflusszelle, wodurch die Durchflusszelle bersten kann.
Weil darüber hinaus ein niedrigerer Brechungsindex eine höhere Ausbreitungseffizienz des Messlichts bedeutet, ist es wünschenswert, Luft (Brechungsindex 1) mit dem aus Sicht der Empfindlichkeit niedrigsten Brechungsindex zu verwenden. Weil andererseits ein organisches Material einen relativ hohen Brechungsindex (Brechungsindex 1,29 bis 1,32) aufweist, besteht das Problem einer unzureichenden Ausbreitungseffizienz des Messlichts.
In Anbetracht dieser Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Problem der Verschlechterung der Empfindlichkeit in der Nähe eines Verbindungsteils des Typs mit einer lichtreflektierenden Schicht auf der Außenwand des Kanals zu lösen und so eine Durchflusszelle mit hoher Empfindlichkeit bereitzustellen.
Lösung des Problems
Eine Durchflusszelle in einer typischen Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist zwischen einer Lichtquelle und einem Photodetektor angeordnet und weist eine Glaskapillare mit einem Probenkanal, durch den von der Lichtquelle ausgesendetes Messlicht passiert, eine Lichtleitfaser, von der Messlicht auf das Innere der Glaskapillare fallt, ein optisches Element, das Messlicht empfangt, das das Innere der Glaskapillare passiert, ein erstes Rohr zum Einführen einer Lösung in das Innere der Glaskapillare, ein zweites Rohr zum Ablassen der Lösung, die die Glaskapillare passiert hat, einen ersten Verbindungsteil mit einem Kanal, der die Glaskapillare, die Lichtleitfaser und das erste Rohr verbindet, und einen zweiten Verbindungsteil mit einem Kanal auf, der die Glaskapillare, das optische Element und das zweite Rohr verbindet. Die Glaskapillare weist eine Außenfläche in Kontakt mit dem ersten Verbindungsteil oder dem zweiten Verbindungsteil auf, und die Außenfläche ist mit einer anorganischen Materialschicht modifiziert, um das Messlicht zu reflektieren.
Die anorganische Materialschicht weist vorzugsweise eine Schicht auf, die anorganische Substanzpartikel und ein Bindemittel als Gerüst enthält und mit Luft gefüllte Hohlräume aufweist. Die anorganischen Substanzpartikel enthalten wünschenswerterweise anorganische Oxidfeinpartikel oder anorganische Fluoridfeinpartikel, und das Bindemittel enthält ein Polymer mit einer Alkoxysilangruppe oder ein thermoplastisches Polymer.
Vorzugsweise weist die anorganische Materialschicht eine Oberfläche auf, die mit einer Verstärkungsschicht an einem Teil modifiziert ist, der mit den Verbindungsteilen in Kontakt ist, und die Verstärkungsschicht besteht aus einem Material, das Licht in einem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert.
Wünschenswerterweise ist das optische Element koaxial mit der Mittelachse der Glaskapillare angeordnet, und das optische Element weist eine Lichtleitfaser, ein Fensterelement oder eine Linse auf. Wünschenswerterweise weist das optische Element einen Radius auf, der mindestens dem Außenradius der Glaskapillare entspricht, und der Abstand von dem optischen Element bis zu einer Endfläche der Glaskapillare entspricht höchstens einem Wert, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Radius des optischen Elements und dem Außenradius der Glaskapillare durch den Tangen des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem von der Endfläche der Glaskapillare emittierten Messlicht gebildet wird.
Wünschenswerterweise ist das Verbindungsteil so angeordnet, dass die Mittelachse des Kanals und die Mittelachse der Glaskapillare koaxial sind, der Kanal in dem Verbindungsteil weist einen Innenradius auf, der mindestens dem Kernradius der Lichtleitfaser und höchstens dem Innenradius der Glaskapillare entspricht, der Kernradius der Lichtleitfaser entspricht höchstens dem Außenradius der Glaskapillare und der Abstand von der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare entspricht höchstens einem Wert, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Innenradius der Glaskapillare und dem Kernradius der Lichtleitfaser durch den Tangen des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem Messlicht gebildet wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorstehend erwähnten Probleme können mit einer anorganischen Materialschicht als eine lichtreflektierende Schicht gelöst werden, die das Messlicht reflektiert. Das heißt, weil die anorganische Materialschicht einen Schmelzpunkt oder eine Zersetzungstemperatur aufweist, der bzw. die ausreichend höher als der Schmelzpunkt eines wärmelöslichen Harzes ist, das als ein Material für die Verbindungsteile verwendet wird, kann eine solche Schicht die Funktion als lichtreflektierende Schicht aufrechterhalten, auch wenn die Komponenten bei der Herstellung einer Durchflusszelle durch thermisches Schweißen verbunden werden. Weil die Glaskapillare und das anorganische Material ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, quillt oder schrumpft die anorganische Materialschicht unter Betriebsbedingungen und in einer Umgebung, wo sich die Temperatur stark ändert, nicht, weshalb eine Langzeitstabilität der Eigenschaften erzielt werden kann. Diese vorteilhaften Wirkungen können sich am stärksten entfalten, wenn die anorganische Materialschicht aus Siliziumdioxid besteht, das insbesondere dasselbe Material wie für die Glaskapillare ist.
Eine Schicht, die anorganische Substanzpartikel und ein Bindemittel als Gerüst enthält und mit Luft gefüllte Hohlräume aufweist, kann als die anorganische Materialschicht verwendet werden. Dadurch kann Luft mit dem niedrigsten Brechungsindex in der lichtreflektierenden Schicht eingeschlossen werden, und so kann verglichen mit einem herkömmlichen organischen Material ein niedriger Brechungsindex erreicht werden. Dies kann die Menge des Messlichts, das sich durch die Durchflusszelle ausbreiten kann, erhöhen und führt zu einer Verbesserung der Empfindlichkeit.
Zusätzlich kann eine Festigkeitsverstärkungsschicht, die Licht in einem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, auf der anorganischen Materialschicht vorgesehen werden. Dies kann externes Streulicht verhindern und gleichzeitig der Zerbrechlichkeit der Glaskapillare Rechnung tragen. Außerdem kann dies zu der vorteilhaften Wirkung führen, die Glaskapillare dünner zu machen, um die effektive optische Pfadlänge zu erhöhen.
Bei dem Verfahren mit einer lichtreflektierenden Schicht auf der Außenwand des Kanals wird eine anorganische Materialschicht als die lichtreflektierende Schicht verwendet, wodurch die Totalreflexion von Licht an dem Verbindungsteil erreicht werden kann, und die optisch optimierte Anordnung der Komponenten kann die Ausbreitungseffizienz des Messlichts in der Durchflusszelle verbessern. Das heißt, die Totalreflexion von Licht kann an der Kontaktfläche der Glaskapillaren-Außenfläche und der Verbindungsteile erreicht werden, was mit der herkömmlichen lichtreflektierenden Schicht nicht erreicht werden kann, und so können Komponenten auf der Verbindungsteilseite angeordnet werden, wo ein optisches Element zum Empfangen des Messlichts angeordnet ist, um das Messlicht, das sich durch die Glaskapillare ausbreitet, ohne Verlust zu empfangen, wodurch die Empfindlichkeit verbessert werden kann. Auf der Verbindungsteilseite, wo sich die Lichtleitfaser befindet, von der ebenfalls Messlicht auftrifft, können Komponenten angeordnet werden, um das Messlicht ohne Verlust an die Glaskapillare weiterzuleiten, wodurch die Empfindlichkeit verbessert werden kann. Die so optimierte Anordnung der optischen Elemente führt zu einer Verringerung eines sich verengenden Teils des Kanals in der Durchflusszelle und kann daher ein Verstopfen der Durchflusszelle aufgrund von Feinsubstanzen verhindern.
Andere als die vorstehend beschriebenen Probleme, Konfigurationen und vorteilhaften Wirkungen werden anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsform ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch ein herkömmliches Verfahren für die Totalreflexion von Licht an der Innenwand eines Kanals.
2 zeigt schematisch ein herkömmliches Verfahren für die Totalreflexion von Licht an der Außenwand eines Kanals.
3 zeigt den Umriss eines typischen Durchflusszellenaufbaus bei einem herkömmlichen Verfahren für die Totalreflexion von Licht an der Außenwand eines Kanals.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustands eines Verbindungsteils in einem typischen Durchflusszellenaufbau bei einem herkömmlichen Verfahren für die Totalreflexion von Licht an der Außenwand eines Kanals.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustands eines Verbindungsteils in einem typischen Durchflusszellenaufbau bei in einem herkömmlichen Verfahren für die Totalreflexion von Licht an der Außenwand eines Kanals.
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustands eines beispielhaften Verbindungsteils der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustands eines weiteren beispielhaften Verbindungsteils der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine Querschnittsansicht des Zustands noch eines weiteren beispielhaften Verbindungsteils der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Querschnittsansicht zur Beschreibung eines Problems an einem Verbindungsteil der Durchflusszelle.
12 zeigt den Umriss eines Flüssigkeitsanalysegeräts mit der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt den Umriss eines Detektors in einem Flüssigkeitsanalysegerät mit der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt den Umriss eines anderen Detektors in einem Flüssigkeitsanalysegerät mit der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann ihre vorteilhaften Wirkungen mit beiden Methoden zum Ausüben von Druck auf Komponenten bei der Herstellung einer Durchflusszelle zum dichten Verbinden der Komponenten und zum Einbeziehen eines Verbindungsteils aus einem wärmelöslichen Harz zum dichten Verbinden durch thermisches Schweißen entfalten, wobei sich die vorteilhaften Wirkungen bei dem letzteren Verfahren stärker entfalten können. Die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich auf die Ausführungsformen und Zeichnungen zur Herstellung einer Durchflusszelle mittels thermischem Schweißen.
6 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung. Diese Durchflusszelle weist eine Glaskapillare 601, eine anorganische Materialschicht 602 zur Oberflächenmodifikation der Glaskapillare 601 zum Reflektieren von Messlicht, eine erste Lichtleitfaser 603 zum Einleiten von Messlicht 610 in die Glaskapillare 601, eine zweite Lichtleitfaser 604 zum Empfangen des Messlichts 610, das sich durch die Glaskapillare 601 ausbreitet, ein erstes Rohr 605 zum Einführen der Lösung 609 in die Glaskapillare 601, ein zweites Rohr 606 zum Ablassen der Lösung 609, die durch die Glaskapillare 601 fließt, und Verbindungsteile 607 und 608 mit zwei Kanälen auf, die sie verbinden. Wie nachstehend beschrieben, wenn die Durchflusszelle in einem Flüssigkeitsanalysegerät eingebaut ist, wird das von einer Lichtquelle ausgesandte Messlicht 610 durch die Lichtleitfaser 603 in die Glaskapillare 601 eingeleitet, pflanzt sich aufgrund der anorganischen Materialschicht 602 durch die Glaskapillare fort und wird von der Lichtleitfaser 604 zur Messung mit einem Detektor empfangen. Die Lösung 609, die durch das Rohr 605 fließt, wird über einen Probenkanal in dem Verbindungsteil 607 in die Glaskapillare 601 eingeführt und wird an dem Rohr 606 über einen Probenkanal in dem Verbindungsteil 608 abgelassen.
Die Glaskapillare 601 kann aus einem Material bestehen, das kein Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, wozu zum Beispiel Quarz oder geschmolzenes Silika, das ein typisches Glasmaterial ist, gehören. Die Glaskapillare weist eine Querschnittsform auf, die wünschenswerterweise kreisförmig ist, um den Umfang der Positionsverteilung einer Probe durch einen rheologischen Effekt zu minimieren, wobei es sich um eine elliptische oder polygonale Form handeln kann. Insbesondere weist die Glaskapillare vorzugsweise einen Innenradius von mindestens 25 μm und höchstens 300 μm und eine Dicke von mindestens 1 μm und höchstens 75 μm auf.
Die anorganische Materialschicht 602 kann aus einem Material bestehen, das einen Brechungsindex, der niedriger ist als der Brechungsindex der Lösung, die durch die Glaskapillare 601 fließt, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der ähnlich dem der Glaskapillare ist, und eine Zersetzungstemperatur aufweist, die ausreichend höher ist als der Schmelzpunkt des wärmelöslichen Harzes. Wünschenswerterweise kann dies zum Beispiel eine Schicht sein, die aus einer anorganischen Substanz als Gerüst besteht und mit Luft gefüllte Hohlräume aufweist. Ein solcher Aufbau kann einen Wert für den Brechungsindex als die Gesamtschicht erreichen, der zwischen dem Brechungsindex 1 von Luft und dem Brechungsindex eines anorganischen Materials entsprechend dem Verhältnis von Luft in der Schicht liegt und der niedriger ist als der Brechungsindex 1,33 von Wasser, das typischerweise für Flüssigkeitsanalysen verwendet wird. Siliziumdioxid als ein typisches Material, mit dem ein solcher Aufbau implementiert werden kann, weist einen Schmelzpunkt/eine Zersetzungstemperatur von 1.000°C oder höher auf was ausreichend höher ist als der Schmelzpunkt von Polyetheretherketonharzen, die oft als Harze für das thermische Schweißen verwendet werden, sowie einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, weil es dasselbe Material wie das der Glaskapillare ist. Eine solche anorganische Materialschicht zersetzt sich nicht, auch wenn sie einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, die höher ist als der Schmelzpunkt des Harzes für das thermische Schweißen bei der Herstellung der Durchflusszelle mittels thermischem Schweißen, und kann daher die Funktion als lichtreflektierende Schicht behalten. Eine solche anorganische Materialschicht wird außerdem unter Betriebsbedingungen und in einer Umgebung, wo sich die Temperatur stark ändert, nicht quellen oder schrumpfen, und daher wird sich die anorganische Materialschicht auch nach längerem Gebrauch nicht von der Glaskapillare ablösen. Dies bedeutet, dass die Menge des Messlichts über längere Zeit auf einem konstanten Wert und die Leistung über längere Zeit stabil gehalten werden können.
Diese Schicht ist eher erwünscht, weil ihr Brechungsindex durch Steuerung des Verhältnisses von Hohlräumen in der Schicht frei geändert werden kann, und sie kann einen Brechungsindex erreichen, der unter dem Brechungsindex 1,29 von Teflon^® AF liegt, das im Allgemeinen verwendet wird. Dies ermöglicht die Ausbreitung von Messlicht, das eine numerische Apertur aufweist, die höher als herkömmlich ist, und kann so die Empfindlichkeit verbessern. Ein beispielhaftes Verfahren zur Implementierung eines solchen Aufbaus besteht darin, anorganische Substanzpartikel mit einem Bindemittel zu kombinieren, um sie zu fixieren. Wünschenswerte anorganische Substanzpartikel sind zum Beispiel Siliziumdioxidpartikel (Brechungsindex 1,46), und ein solches Bindemittel ist ein Polymer mit einer Alkoxysilangruppe.
Im Folgenden wird ein Beispiel des Herstellungsprozesses beschrieben. Eine n-Butanol-Lösung, die eine Mischung aus Siliziumdioxidpartikeln mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 15 nm und einer Siliziumverbindung (Silika-Sole) mit hydrolysierbaren Rückständen (Alkoxysilangruppe) enthält, wird durch Eintauchen auf die Oberfläche einer Kapillare aus geschmolzenem Silika aufgebracht. Nach dem Aufbringen wird die Kondensationsreaktion für 30 Minuten bei 120°C fortgesetzt, um ein Polymer aus den Siliziumdioxidpartikeln und der Siliziumverbindung zu bilden und so eine anorganische Materialschicht mit einem Brechungsindex von 1,22 zu bilden.
Auf diese Weise werden die Siliziumdioxidpartikel zufällig auf der Oberfläche der Glaskapillare angeordnet und abbinden gelassen, wodurch eine Schicht aus Siliziumdioxid als Gerüst und mit Luft gefüllten Hohlräumen gebildet wird. Andere anorganische Substanzpartikel können unter anderem Natriumhexafluoralminat-Partikel (Brechungsindex 1,33) und anorganische Fluoride wie Calciumfluorid-Partikel (Brechungsindex 1,26), Natriumfluorid-Partikel oder Magnesiumfluorid-Partikel sein. Natriumhexafluoralminat weist einen Brechungsindex auf, der niedriger als der von Siliziumdioxid ist, und daher kann eine Schicht mit einem niedrigeren Brechungsindex mit einem ähnlichen Herstellungsprozess gebildet werden. Diese anorganischen Materialien werden entsprechend abhängig von den priorisierten Eigenschaften unter Berücksichtigung der drei Faktoren Schmelzpunkt oder Zersetzungstemperatur, Wärmeausdehnungskoeffizient und Brechungsindex gewählt, und Siliziumdioxid ist besonders wünschenswert.
Obwohl anorganische Oxidpartikel wie Aluminiumoxid, Titanoxid oder Ceriumoxid verwendet werden können, um einen niedrigen Brechungsindex zu erzielen, kann Siliziumdioxid, das denselben Hauptbestandteil wie die Glaskapillare aufweist, eine lichtreflektierende Schicht bilden, die fester auf der Oberfläche der Glaskapillare haftet, und daher ist Siliziumdioxid als Gerüst wünschenswert. Um das Eindringen der Mischung eines Materials einer Verstärkungsschicht oder anderer Bestandteile in die Hohlräume der Schicht mit den Hohlräumen und mit Siliziumdioxid als Gerüst zu verhindern, wird die Oberfläche der anorganischen Materialschicht vorzugsweise mit einer Schicht aus Siliziumdioxid oder einer Polymerschicht beschichtet. Die anorganische Materialschicht kann eine abgeschiedene Metallschicht sein, die Aluminium, Rhodium, Gold oder Silber enthält, obwohl in diesem Fall keine Totalreflexion erreicht wird. Die anorganische Materialschicht weist wünschenswerterweise eine Dicke in der Wellenlänge von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht oder mehr auf, das heißt mindestens 1 μm, weil sie Licht mit der Wellenlänge von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht reflektiert.
Eine Schicht mit einem niedrigen Brechungsindex ähnlich der vorstehenden kann unter Verwendung hohler anorganischer Substanzpartikel oder eines Aerosols gebildet werden. Solche hohlen Feinpartikel sind jedoch fragil in Bezug auf ihre mechanische Festigkeit, weshalb eine Schicht mit der Kombination der vorstehend genannten anorganischen Substanzpartikel und einem Bindemittel bevorzugt wird. Anstelle von Partikeln als Gerüst kann eine homogene oder äquivalente regelmäßige Mikrostruktur gebildet werden, mit der ähnliche vorteilhafte Wirkungen erhalten werden können. Hierzu gehören zum Beispiel eine invertierte kolloidale Kristallstruktur, eine Gyroidstruktur, eine Nanosäulenstruktur oder eine invertierte Nanosäulenstruktur, die mittels Phasentrennung unter Verwendung verschiedener Polymergruppen wie etwa Polystyrol und Polymethylmethacrylat oder mittels Lithographie gebildet werden können.
Die Lichtleitfasern 603 und 604 können Fasern sein, die die Ausbreitung von Messlicht in einem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht ohne Verlust ermöglichen, und eine Quarzlichtleitfaser ist zum Beispiel wünschenswert. Weil die Lichtmenge für eine verbesserte Empfindlichkeit ausreichen muss, handelt es sich vorzugsweise um eine Multimode-Lichtleitfaser, damit sich möglichst viel Licht in einem breiten Winkel ausbreiten kann. Für eine verbesserte Ausbreitungseffizienz der Lichtmenge weisen die Lichtleitfasern vorzugsweise einen Kernradius auf, der höchstens dem Innendurchmesser der Glaskapillare entspricht, der im Einzelnen mindestens 25 μm und höchstens 200 μm betragen kann.
Die Rohre 605 und 606 weisen wünschenswerterweise einen möglichst kleinen Innendurchmesser auf, um den Umfang der Positionsverteilung einer Probe aus rheologischer Sicht zu begrenzen, der zum Beispiel mindestens 25 μm und höchstens 300 μm im Innendurchmesser betragen darf. Sie können zum Beispiel aus Polyetheretherketonharz, einer mit Polyetheretherketonharz umgebenen Silikakapillare, Teflon-Harz oder rostfreiem Stahl hergestellt werden. Die Rohre können eine Querschnittsform aufweisen, die wünschenswerterweise kreisförmig ist, um den Umfang der Positionsverteilung einer Probe zu minimieren, wobei es sich um eine elliptische oder polygonale Form handeln kann.
Die Verbindungsteile 607 und 608 sind mit einem Probenkanal darin versehen und weisen einen möglichst kleinen Innendurchmesser auf, um den Umfang der Positionsverteilung einer Probe zu begrenzen, der im Einzelnen mindestens 25 μm und höchstens 300 μm im Innendurchmesser betragen darf. Sie können aus einem Material hergestellt werden, das Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, um Streulicht von außen zu vermeiden, und weisen wünschenswerterweise Chemikalienbeständigkeit auf. Der Probenkanal kann eine Querschnittsform aufweisen, die wünschenswerterweise kreisförmig ist, um den Umfang der Positionsverteilung einer Probe durch einen rheologischen Effekt zu minimieren, wobei es sich um eine elliptische oder polygonale Form handeln kann. Weil winzige Probenkanäle bearbeitet werden müssen, können sie aus einem harten Material hergestellt werden, bei dem es sich zum Beispiel um Polyetheretherketonharz, Tefzel-Harz oder rostfreien Stahl handeln kann. Ein Material kann in zwei Teile geteilt werden, deren Oberflächen geschliffen werden können und die dann dem thermischen Schweißen unterzogen werden, wodurch ein winziger Probenkanal gebildet werden kann.
Die Verbindungsteile 607 und 608 haben die Funktion, die Glaskapillare 601, die mit der anorganischen Materialschicht 602 versehen ist, die Lichtleitfasern 603 und 604 und die Rohre 605 und 606 dicht ohne Leckage zu verbinden. Zu den Verfahren für das Verbinden gehören ein mechanisches Crimp- oder Quetschverfahren und ein thermisches Schweißverfahren, wie vorstehend angegeben. Ein typisches Verfahren für das mechanische Crimpen besteht darin, mit einem Schneidring und einer Mutter Druck auszuüben, um den Schneidring elastisch oder plastisch zu verformen, um einen kleinen Zwischenraum zu verschließen. Bei diesem Verfahren kann ein beliebiges Material für die Komponenten verwendet werden, zum Beispiel Polyetheretherketonharze oder rostfreier Stahl. Ein Verfahren für das thermische Schweißen umfasst das Bestrahlen von Kontaktteilen der Verbindungsteile, der Glaskapillare 601, die mit der anorganischen Materialschicht 602 versehen ist, der Lichtleitfasern 603 und 604 und der Rohre 605 und 606 mit Ultraschallwellen und Laser oder das Anlegen eines Hochfrequenz-Magnetfeldes an diese, um lokal Wärme zu erzeugen und die Verbindungsteile 607 und 608 teilweise zu schmelzen und dadurch einen kleinen Zwischenraum zu verschließen. Dieses Verfahren erfordert die Verwendung eines Harzes, das schmelzen kann, zum Beispiel Polyetheretherketonharze, für die Verbindungsteile 607 und 608. Zusätzlich werden, weil die Möglichkeit besteht, dass verschiedenartige Materialien einen kleinen Zwischenraum nicht verschließen, wenn sie eine schlechte Verträglichkeit an ihrer Grenzfläche aufweisen, die Verbindungsteile 607 und 608 und die Rohre 605 und 606 wünschenswerterweise aus demselben Material hergestellt. Für beide Verbindungsverfahren wird eine größere Haftfläche der Verbindungsteile 607 und 608, der anorganischen Materialschicht 602, der Lichtleitfasern 603 und 604 und der Rohre 605 und 606 bevorzugt, um einen kleinen Zwischenraum ausreichend zu verschließen, und im Einzelnen weist ein Teil, das mit den Verbindungsteilen verbunden wird, vorzugsweise eine Länge von mindestens 1 mm auf.
Der in 6 gezeigte Durchflusszellenaufbau kann die Totalreflexion durch die anorganische Materialschicht aufrechterhalten, auch wenn Schmutz außen auf der Außenseite der Durchflusszelle anhaftet, so dass die Menge des Messlichts nicht abnimmt und sich die Empfindlichkeit nicht verschlechtert.
Der herkömmliche Durchflusszellenaufbau mit einer lichtreflektierenden Schicht auf der Außenwand des Kanals weist mehrere Probleme auf, die durch seine Glaskapillare bedingt sind. Weil die Glaskapillare und die lichtreflektierende Schicht aus einem Material hergestellt sind, das kein Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, ist eine Gegenmaßnahme gegen Streulicht erforderlich, etwa das Abdecken der Umgebung der Durchflusszelle mit einem Material, das Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht separat absorbiert. Bei der Absorptionsspektroskopie, die allgemein für spektroskopische Untersuchungen verwendet wird, kann es außerdem sein, dass die Probenlösung das Licht nicht absorbiert, wenn das Messlicht den Glaskapillarenteil passiert, und daher wird die effektive optische Pfadlänge entsprechend der Dicke der Glaskapillare verringert. Weil die Festigkeit der Glaskapillare gering ist, kann die Glaskapillare außerdem unter der Bedingung brechen, wenn sie wie in einem Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät mit einer Durchflusszelle einem hohen Innendruck ausgesetzt wird.
Diese Probleme können durch Modifizieren der Oberfläche der anorganischen Materialschicht in dem Durchflusszellenaufbau in 6 mit einer Verstärkungsschicht gelöst werden. 7 zeigt eine schematische Ansicht derselben. Eine Verstärkungsschicht 711 kann aus einem Material hergestellt werden, das Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, und kann die Festigkeit der Glaskapillare verstärken, wenn sie die Außenfläche der Glaskapillare bedeckt, wobei es sich wünschenswerterweise um ein leicht formbares Harz handelt. Hierzu gehören zum Beispiel Polyimidharz, Polyetheretherketonharz, Teflon-Harz, Tefzel-Harz, ABS-Harz und Polyvinylchloridharz, die alleine verwendet werden, oder Harze einschließlich von Mischungen der Vorstehenden mit Karbon- oder Glasfasern. Wenn ein höherer Innendruck angelegt wird, wie in einem Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät, werden wünschenswerterweise Polyetheretherketonharze verwendet.
Eine solche Verstärkungsschicht, aufgebracht auf der Oberfläche des anorganischen Materials, kann mehrere Probleme lösen, die sich aus der Glaskapillare ergeben. Das heißt, dies kann Streulicht von außen in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht verhindern und die Verringerung der Empfindlichkeit unterbinden. Die vorgesehene Verstärkungsschicht kann die Festigkeit der Durchflusszelle als Ganzes verbessern, so dass die Dicke der Glaskapillare dünner ausgeführt werden kann, ohne zu zerbrechen, und daher kann die effektive optische Pfadlänge verlängert werden. Zusätzlich kann die Verstärkungsschicht das Brechen der Glaskapillare verhindern, wenn an einem Teil nahe den Verbindungsteilen Druck von außen auf die Glaskapillare einwirkt. Die anorganische Materialschicht und die modifizierte Verstärkungsschicht auf der Außenwandfläche der Glaskapillare vereinfachen die Handhabung der Glaskapillare und beseitigen die Notwendigkeit, Einrichtungen wie etwa einen Reinraum zur Verhinderung von Verunreinigung oder zur exakten Steuerung der ausgeübten Kraft vorzusehen, um das Zerbrechen der Glaskapillare zu verhindern, so dass eine Durchflusszelle zu niedrigen Kosten und problemlos hergestellt werden kann. Wenn die Glaskapillare, die Lichtleitfasern, die Rohre und die Verbindungsteile durch thermisches Schweißen verbunden werden, kann die Verstärkungsschicht aus demselben Material wie die Verbindungsteile hergestellt werden, wodurch ein Problem hinsichtlich der Verträglichkeit an der Grenzfläche vermieden werden kann; so kann die vorteilhafte Wirkung des Verbinden durch thermisches Schweißen sicher erwartet werden.
Für noch weiter verbesserte vorteilhafte Wirkungen nach der vorliegenden Erfindung muss eine Positionsbeziehung der Komponenten in den Verbindungsteilen festgelegt werden. Als Erstes zeigt 8 den Durchflusszellenaufbau, bei dem die Komponenten für eine verbesserte Ausbreitungseffizienz des Messlichts angeordnet sind, das sich auf die Messlichtempfangsseite konzentriert.
Für eine effiziente Erfassung des Messlichts 610, das sich durch die Glaskapillare 601 ausgebreitet hat, wird die Lichtleitfaser 604 auf der Empfangsseite vorzugsweise koaxial mit der Glaskapillare 601 angeordnet. Um das von der Endfläche der Glaskapillare 601 emittierte Messlicht 610 effizient zu erfassen, wird der Abstand L von der Endfläche der Lichtleitfaser 604 bis zu der Endfläche der Glaskapillare 601 wünschenswerterweise mit dem Außenradius b der Glaskapillare 601, dem Kernradius a der Lichtleitfaser 604 und dem Abstrahlwinkel α des von der Endfläche der Glaskapillare 601 emittierten Messlichts 610 optimiert, um so einen Probenkanal in dem Verbindungsteil 608 zu definieren. Dabei muss der Kernradius a der Lichtleitfaser 604 auf der Empfangsseite mindestens gleich dem Außenradius b der Glaskapillare 601 sein.
Um dies zu realisieren, muss unter der Annahme, dass der Abstrahlwinkel α des von der Endfläche der Glaskapillare 601 emittierten Messlichts wie in Ausdruck 1 mit dem Einfallswinkel θ des Messlichts, dem Brechungsindex n₁ der Lösung und dem Brechungsindex n₂ der Glaskapillare 601 gegeben ist, der Abstand L von der Endfläche der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare optimiert werden, um den Ausdruck (2) mit dem Kernradius a der Lichtleitfaser, dem Außenradius b der Glaskapillare und dem Abstrahlwinkel α des von der Endfläche der Glaskapillare 601 emittierten Messlichts 610 zu erfüllen.
Wenn zum Beispiel eine allgemein verfügbare Quarzlichtleitfaser von 500 μm im Kernradius mit einem zulässigen Einfallswinkel von etwa 12 und eine Glaskapillare von 330 μm im Außenradius zum Gebrauch miteinander kombiniert werden, beträgt der Abstand von der Endfläche der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare wünschenswerterweise höchstens 0,3 mm. Ein solcher Aufbau ermöglicht das Erfassen des gesamten Messlichts, das sich durch die Glaskapillare 601 ausgebreitet hat, und die Menge des Lichts ändert sich nicht, auch wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Lösung 609 im Inneren ändern.
Wenn die Lichtleitfaser 604 in die Glaskapillare 601 eingesteckt ist, wie in 6, ändert sich, wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Lösung 609 im Inneren ändern, zum Beispiel wenn sich die Temperatur und der Druck ändert oder wenn sich die Zusammensetzung der beiden Arten von Lösungsmitteln kontinuierlich ändert, wie bei einem Gradientenverfahren für ein Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät, die Menge des empfangenen Lichts, weil sich die optische Intensitätsverteilung an der Endfläche der Lichtleitfaser zum Empfangen oder die Position der Lichtleitfaser-Endfläche aufgrund einer Druckänderung ändert, was oft als Rauschen oder Auswandern der Grundlinie beobachtet werden kann, insbesondere bei der Absorptionsspektroskopie. Der in 8 gezeigte Aufbau kann die Menge des Empfangslichts an der Endfläche der Lichtleitfaser konstant halten, auch wenn sich die physikalischen Eigenschaften der Lösung im Inneren ändern, so dass Rauschen und Auswandern der Grundlinie verringert werden können. Weil das Rohr 606 auf der Lösungsablassseite, das mit dem Verbindungsteil 608 auf der Lichtempfangsseite verbunden ist, einen kleineren Durchmesser aufweist, wirkt ein hoher Innendruck auf den Hauptkörper der Durchflusszelle ein, und dadurch erhöht sich die Druckänderung im Inneren der Durchflusszelle, und die Änderung in der Menge des empfangenen Lichts an der Lichtleitfaser aufgrund der Änderung der physikalischen Eigenschaften der Lösung im Inneren erhöht sich, wie vorstehend beschrieben. Um dies zu vermeiden, weist das Rohr auf der Lösungsablassseite einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Rohres auf der Lösungseinfüllseite, um so den Innendruck, der auf den Hauptkörper der Durchflusszelle einwirkt, zu verringern, wodurch eine Änderung der Menge des empfangenen Lichts an der Lichtleitfaser aufgrund der Änderung der physikalischen Eigenschaften der Lösung im Inneren unterdrückt werden kann. Die derartige Veränderung in der Position der Lichtleitfaser von der Innenseite der Glaskapillare zur Außenseite kann einen sich verengenden Teil des Kanals in der Durchflusszelle verringern und kann so ein Verstopfen aufgrund von Feinsubstanzen verhindern, die durch die Durchflusszelle fließen.
Die vorstehend genannten Wirkungen zur Verbesserung der Ausbreitungseffizienz und Verringerung einer Änderung der Menge des empfangenen Lichts können nicht nur bei einer Lichtleitfaser als optisches Element zum Empfangen von Licht erzielt werden, sondern auch bei optischen Elementen 904 wie etwa einem einfachen Fensterelement, einer flachen Konvexlinse, einer asphärischen Linse, einer Kugellinse, einer Stablinse oder einer Kegellinse, wie in 9 gezeigt. In diesem Fall, ähnlich wie in 8, muss das optische Element 904 den Radius des Elements a aufweisen, der mindestens dem Außenradius b der Glaskapillare 601 entspricht, und der Abstand L von der Endfläche des optischen Elements bis zu der Endfläche der Glaskapillare muss optimiert werden, um denselben Ausdruck (2) mit dem Kernradius a des optischen Elements 904, dem Außenradius b der Glaskapillare und dem Abstrahlwinkel α des von der Endfläche der Glaskapillare 601 emittierten Messlichts 610 zu erfüllen. Wenn zum Beispiel ein zylindrisches Fensterelement von 3.000 μm im Radius als ein optisches Element mit einem Einfallswinkel des Messlichts von etwa 12 und eine Glaskapillare von 330 μm im Außenradius verwendet werden, beträgt der Abstand von der Endfläche des zylindrischen Fensterelements bis zu der Endfläche der Glaskapillare wünschenswerterweise höchstens 4,6 mm. Ein solches optisches Element kann den optimalen Abstand von der Endfläche des optischen Elements bis zu der Endfläche der Glaskapillare auf der Grundlage von Ausdruck (2) vergrößern, weil ein solches optisches Element typischerweise einen größeren Radius aufweist als der Kern einer Lichtleitfaser.
Unterdessen wird unter Konzentration auf die Einfallsseite zum effektiven Erfassen des von der Endfläche der Lichtleitfaser 603 emittierten Messlichts 610 der Abstand L von der Endfläche der Lichtleitfaser 603 bis zu der Endfläche der Glaskapillare 601 wünschenswerterweise mit dem Außenradius b der Glaskapillare 601, dem Kernradius c der Lichtleitfaser 603 und dem Einfallswinkel θ des Messlichts 610 optimiert, wie in 10 gezeigt, um so den Probenkanal in dem Verbindungsteil 607 zu definieren. Das heißt, der Abstand L von der Endfläche der Lichtleitfaser 603 bis zu der Endfläche der Glaskapillare 601 kann den Ausdruck (3) mit dem Kernradius c der Lichtleitfaser 603, dem Außenradius b der Glaskapillare 601 und dem Einfallswinkel θ des Messlichts erfüllen.
Wenn zum Beispiel eine allgemein verfügbare Quarzlichtleitfaser von 200 μm im Kernradius mit einem Einfallswinkel von etwa 12 und eine Glaskapillare von 330 μm im Außenradius zum Gebrauch miteinander kombiniert werden, beträgt der Abstand L von der Endfläche der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare wünschenswerterweise höchstens 0,6 mm. Eine so festgelegte Position des Lichtleitfaseraufbaus ermöglicht die Ausbreitung des Messlichts ohne Verlust, und ähnlich wie auf der Empfangsseite, kann die Veränderung der Position der Lichtleitfaser von der Innenseite der Glaskapillare zur Außenseite einen sich verengenden Teil des Kanals in der Durchflusszelle verringern und kann so ein Verstopfen aufgrund von Feinsubstanzen verhindern, die durch die Durchflusszelle fließen.
Wie in 11 gezeigt, wenn die Endfläche der Glaskapillare 601 zu dem Probenkanal in dem Verbindungsteil 607 hin freiliegt, fällt das Messlicht 610 direkt auf die Endfläche der Glaskapillare, und daher nimmt der Anteil zu, der den Probenkanal in der Glaskapillare nicht passiert, sondern sich nur durch einen Teil der Glaskapillare ausbreitet, was eine Verschlechterung der Empfindlichkeit bewirkt. Um dies zu vermeiden, wie in 10 gezeigt, wird die Endfläche der Glaskapillare 601 vorzugsweise verschlossen, indem an dem Verbindungsteil ein Probenkanal mit einer Stufenhöhe mit einem ähnlichen Durchmesser wie die gesamte äußere Form der Glaskapillare 601 einschließlich der anorganischen Materialschicht 602 und der Verstärkungsschicht 711 und mit einem Durchmesser ähnlich dem Innendurchmesser der Glaskapillare 601 vorgesehen wird. Das heißt, die Endfläche der Glaskapillare 601 ist vorzugsweise so beschaffen, dass sie mit dem Verbindungsteil 607 in Kontakt kommt, um zu verhindern, dass das Messlicht direkt von der Endfläche auf die Innenseite der Glaswandung fällt, die die Glaskapillare bildet.
Die vorstehend genannten vorteilhaften Wirkungen der in den Verbindungsteilen angeordneten Komponenten sind ausreichend, unabhängig davon, ob nur eine der Strukturen verwendet wird oder beide Strukturen verwendet werden.
Dies ist die Beschreibung, die auf der Annahme basiert, dass die Glaskapillare 601 und die Lichtleitfaser 603 koaxial angeordnet sind. Die Lichtleitfaser 603 auf der Einfallsseite kann schräg zu der Glaskapillare 601 angeordnet sein. In diesem Fall werden sie für eine effiziente Ausbreitung des Messlichts vorzugsweise so angeordnet, dass die Gesamtsumme des Winkels zwischen der Mittelachse der Glaskapillare 601 und der Mittelachse der Lichtleitfaser 603 und des Einfallswinkels des Messlichts 610 höchstens der kritische Winkel für die Totalreflexion wird, die durch organische Materialschicht 602 garantiert ist.
Die vorstehend genannten vorteilhaften Wirkungen aufgrund der so spezifizierten Glaskapillare und der Lichtleitfasern können durch Modifikation einer anorganischen Materialschicht auf der Oberfläche der Glaskapillare erhalten werden, die das Messlicht vollständig reflektieren kann. In Anbetracht der Gesamtwirkung ist der wünschenswerteste Durchflusszellenaufbau derart beschaffen, dass die Glaskapillare mit der Modifikation der anorganischen Materialschicht und der Verstärkungsschicht versehen ist, wobei der Aufbau in 10 auf der Einfallsseite des Messlichts und der Aufbau in 8 oder 9 auf der Empfangsseite des Messlichts verwendet werden.
Die Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung kann in ein Flüssigkeitsanalysegerät etwa für die Fließinjektionsanalyse oder die Flüssigkeitschromatographie eingebaut werden, um zum Beispiel für die spektroskopische Untersuchung einer Probe anhand der Absorption oder Emission von Licht verwendet zu werden. 12 bis 14 beschreiben den Fall, bei dem eine Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung in einem Flüssigkeitsanalysegerät eingebaut ist.
12 zeigt ein Kanalsystem für ein Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät. Elutionsmittel wird aus einem Elutionsmittelbehälter 1201 mit einer Pumpe 1202 entnommen und dann über einen Probeneinführteil 1203 einer Trennsäule 1204 zugeführt. Eine Probe mit einem Testbestandteil wird aus einem Injektor 1205 zugeführt, in der Trennsäule 1204 einer Komponententrennung unterzogen und durch ein Spektralphotometer 1206 geleitet, um danach in einen Flüssigabfallbehälter 1207 abgelassen zu werden. Das Spektralphotometer 1206 ist an eine Steuereinheit 1208 angeschlossen. Die Steuereinheit 1208 kann zum Beispiel ein Personalcomputer (PC) sein, wie in 12 gezeigt. Der PC umfasst eine Datenanzeige 1209 und einen Datenprozessor 1210, wobei der Datenprozessor 1210 zum Beispiel eine Recheneinheit 1211, einen Zwischenspeicher 1212 und einen nicht flüchtigen Speicher 1213 aufweist.
13 zeigt ein optisches System, das eine bestimmte Wellenlänge in dem Spektralphotometer 1206 in 12 erfassen kann. Eine Durchflusszelle 1305 weist einen Aufbau mit der Kombination von 8 und 10 auf. Licht von einer Lichtquelle 1301 wird durch eine Kondensorlinse 1302 geleitet und an einem Beugungsgitter 1303 spektral gebrochen. Danach wird spezifisches monochromatisches Licht durch eine Lichtleitfaser in eine Durchflusszelle 1305 geleitet, die mit einer Vorrichtung 1304 fixiert ist, und dann in die Glaskapillare eingeführt. Eine Lösung, die die verflüssigte und in der Trennsäule 1204 getrennte Probe enthält, wird durch ein Rohr der Durchflusszelle 1305 zugeführt, passiert die Glaskapillare und wird dann aus dem Rohr abgelassen. Das Messlicht, das die Glaskapillare passiert, durchläuft die Lichtleitfaser und wird von einem Photodetektor 1306 aufgenommen, und das Empfangslichtsignal wird in einer Erfassungsschaltung 1307, die an eine Steuereinheit 1308 angeschlossen ist, in die Extinktion umgewandelt. Die verwendete Lichtquelle 1301 kann jede Lichtquelle sein, die Licht in einem bestimmten Band aussenden kann, einschließlich unter anderem eine Deuteriumlampe oder eine Halogenlampe. Der verwendete Photodetektor 1306 kann ein Photodetektor sein, der Licht mit einer bestimmten Wellenlänge erfassen kann, zum Beispiel eine Silizium-Photodiode.
14 zeigt eine schematische Ansicht eines optischen Systems, das mehrere Wellenlängen erfassen kann, bei dem es sich um ein beispielhaftes Flüssigkeitsanalysegerät mit einem Spektralphotometer in einer anderen Form handelt. Eine Durchflusszelle 1404 weist einen Aufbau mit der Kombination von 8 und 10 auf. Licht von einer Lichtquelle 1401 wird durch eine Kondensorlinse 1402 geleitet, sodann durch eine Lichtleitfaser in eine Durchflusszelle 1404 geleitet, die mit einer Vorrichtung 1403 fixiert ist, und dann in die Glaskapillare eingeführt. Eine Lösung, die die verflüssigte und in der Trennsäule 1204 getrennte Probe enthält, wird durch ein Rohr der Durchflusszelle 1404 zugeführt, passiert die Glaskapillare und wird dann aus dem Rohr abgelassen. Das Licht, das die Glaskapillare passiert, durchläuft die Lichtleitfaser und wird über eine Kondensorlinse 1405 und ein Beugungsgitter 1406 von einem Photodetektor 1407 aufgenommen, und das Empfangslichtsignal wird in einer Erfassungsschaltung 1408, die an eine Steuereinheit 1409 angeschlossen ist, in die Extinktion umgewandelt. Die verwendete Lichtquelle 1401 kann jede Lichtquelle sein, die Licht in einem bestimmten Band aussenden kann, einschließlich unter anderem eine Deuteriumlampe oder eine Halogenlampe. Der verwendete Photodetektor 1407 kann ein Photodetektor sein, der Licht mit verschiedenen Wellenlängen erfassen kann, zum Beispiel ein Photodioden-Array.
Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Versuch zum Nachweis der vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Durchflusszelle (nachstehend als Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet) mit dem in 7 gezeigten Aufbau und eine Durchflusszelle (nachstehend als Durchflusszelle 2 nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet) mit dem Aufbau mit der Kombination von 8 und 10 wurden unter Verwendung einer Kapillare aus geschmolzenem Silika mit einem Innenradius von 265 μm und einer Dicke von 65 μm als die Glaskapillare, einer Schicht mit Siliziumdioxid als Gerüst mit der Kombination von Siliziumdioxid-Nanopartikeln von etwa 15 nm und einer Siliziumverbindung und mit Luft gefüllten Hohlräumen als die anorganische Materialschicht, einer Schicht aus Polyetheretherketonharz als die Verstärkungsschicht, einer Multimode-Quarzlichtleitfaser vom Stufenindextyp mit einer numerischen Apertur von 0,22 und einem Kernradius von 200 μm als die Lichtleitfaser auf der Einfallsseite, einer Multimode-Quarzlichtleitfaser vom Stufenindextyp mit einer numerischen Apertur von 0,22 und einem Kernradius von 500 μm als die Lichtleitfaser auf der Lichtempfangsseite, einem Rohr aus Polyetheretherharz mit einem Innendurchmesser von 0,1 mm als das Rohr und einem Verbindungsteil aus Polyetheretherketonharz mit einem Probenkanal mit einem Durchmesser von 0,5 mm als das Verbindungsteil hergestellt. Die optische Pfadlänge wurde als der Abstand zwischen den Endflächen den Lichtleitfasern festgelegt, der auf 50 mm eingestellt war. Um die Glaskapillare, die Lichtleitfasern, die Rohre und die Verbindungsteile dicht zu verbinden, wurden sie mittels thermischem Schweißen verbunden. Insbesondere die Verbindungsteile wurde auf mindestens 370°C erwärmt, um die Verbindungsteile miteinander zu verschmelzen. Zum Vergleich wurden Durchflusszellen mit demselben Aufbau, das heißt der Kombination von 8 und 10, wie nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Luft und Teflon^® AF als die lichtreflektierende Schicht an der Oberfläche der Glaskapillare hergestellt (nachstehend als Vergleichsdurchflusszelle 1 bzw. Vergleichsdurchflusszelle 2 bezeichnet). Eine herkömmliche Durchflusszelle mit dem in 5 gezeigten Aufbau (nachstehend als Durchflusszelle 3 bezeichnet) wurde ebenfalls hergestellt. Das Lösungsmittel, das in die Durchflusszellen gefüllt wurde, war für alle Durchflusszellen Wasser.
Der Versuch wurde mit dem in 12 gezeigten Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät mit dem in 13 gezeigten Spektralphotometer durchgeführt. Die verwendete Lichtquelle war eine Halogenlampe. Wie vorstehend beschrieben, besteht bei einem herkömmlichen Verfahren zur Erzielung einer Totalreflexion von Licht an der Außenwand des Kanals das Problem, dass die Totalreflexion von Licht an einem Teil in der Nähe der Verbindungsteile bei der Herstellung mittels thermischem Schweißen nicht aufrechterhalten werden kann. Sodann wurde die Menge des Messlichts zwischen der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung, der herkömmlichen Durchflusszelle 1, der herkömmlichen Durchflusszelle 2 und der herkömmlichen Durchflusszelle 3 verglichen. Das Ergebnis zeigt, dass verglichen mit der Menge des Messlichts in der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung die Menge des Messlichts bei der Vergleichsdurchflusszelle 1 mit der lichtreflektierenden Schicht aus Luft auf 32% und bei der Vergleichsdurchflusszelle 2 mit der lichtreflektierenden Schicht aus Teflon^® auf 47% verringert war. Zwischen der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsdurchflusszelle 3 war die Menge des Messlichts ähnlich. Diese Ergebnisse zeigen klar, dass der Durchflusszellenaufbau nach der vorliegenden Erfindung eine Totalreflexion von Licht in der Nähe der Verbindungsteile erreichen kann.
Danach wurde ein Test bezüglich der Langzeitstabilität der Eigenschaften eines Durchflusszellenaufbaus nach der vorliegenden Erfindung unter Betriebsbedingungen und in einer Umgebung, wo sich die Temperatur stark ändert, durchgeführt. Im Einzelnen wurde eine Prüfung mit Wechselbeanspruchung 300-mal mit der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung und der Vergleichsdurchflusszelle 2 durchgeführt, wobei sich die Temperatur rasch zwischen 0°C und 100°C änderte. Das Ergebnis zeigt, dass sich die Menge des Messlichts bei der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung vor und nach der Wechselbeanspruchungsprüfung nicht änderte, und bei der Vergleichsdurchflusszelle 2 war die Menge des Messlichts auf 92% verringert. Dieses Ergebnis bedeutet, dass der Durchflusszellenaufbau nach der vorliegenden Erfindung die Eigenschaften unter Betriebsbedingungen und in einer Umgebung, wo sich die Temperatur stark ändert, über lange Zeit aufrechterhalten kann.
Im Folgenden wird die vorteilhafte Wirkung des Durchflusszellenaufbaus nach der vorliegenden Erfindung zur Optimierung einer Positionsbeziehung der Komponenten beschrieben. Ein Vergleich zwischen der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung und der Durchflusszelle 2 nach der vorliegenden Erfindung wurde für die Menge des Messlichts vorgenommen, und das Ergebnis zeigt, dass die Menge des Messlichts in der Durchflusszelle 2 nach der vorliegenden Erfindung 178% des Messlichts in der Durchflusszelle 1 nach der vorliegenden Erfindung betrug.
Im Folgenden wird das Ergebnis eines Versuchs zum Nachweis der vorteilhaften Wirkung der vorliegenden Erfindung gegen äußeren Schmutz beschrieben. Als Modell für von außen einwirkenden Schmutz wurde ein Harz verwendet, das Licht in dem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert, und die Menge des Messlichts wurde vor und nach dem Auftropfen des Harzes auf die Außenwandfläche der Glaskapillare verglichen. Das Ergebnis zeigt, dass die Menge des Messlichts bei der Vergleichsdurchflusszelle 1 nach dem Auftropfen des Schmutzmodells auf 13% verringert war, während sich die Menge des Messlichts bei der Durchflusszelle nach der vorliegenden Erfindung vor und nach dem Auftropfen des Schmutzmodells nicht ändert. Darüber hinaus bestand die für diesen Versuch verwendete Verstärkungsschicht aus Polyetheretherketonharz, so dass keinerlei Streulicht von der Außenseite weitergeleitet wurde. Bei dem Versuch wurden visuell weder ein Druckabfall noch ein Austreten von Flüssigkeit beobachtet, und daher brach die Glaskapillare auch nicht, als ein hoher Innendruck von etwa 10 MPa darauf einwirkte. Danach wurden als Modell des Verstopfens durch Feinsubstanzen Silikapartikel von 3 μm durch die Durchflusszelle fließen gelassen, und es wurden keine Anzeichen für ein Verstopfen wie etwa ein abrupter Druckanstieg beobachtet.
Im Folgenden wird das Ergebnis eines Versuchs zu einer verlängerten effektiven optischen Pfadlänge beschrieben, weil die Glaskapillare dünner ausgeführt wurde. Der Versuch wurde in denselben Konfigurationen wie bei dem vorstehenden Versuch durchgeführt, um die effektiven optischen Pfadlängen mit zwei Arten von Glaskapillaren mit einem Innenradius von 125 μm und einer Dicke von 50 μm und mit einem Innenradius von 90 μm und einer Dicke von 85 μm zu messen, wobei die optische Pfadlänge auf 65 mm eingestellt war. Die effektive optische Pfadlänge wurde unter Verwendung verschiedener Dichten von Amidschwarz-Ethanollösung verglichen, wobei ein Vergleich mit einer Extinktionskurve für eine 10 mm-Küvette in einem typischen Absorptiometer erfolgte. Das Ergebnis zeigt, dass die Durchflusszelle mit der Glaskapillare mit einem Innenradius von 125 μm und einer Dicke von 50 mm eine effektive optische Pfadlänge von 60,1 mm aufwies und die Glaskapillare mit einem Innenradius von 90 μm und einer Dicke von 85 μm eine effektive optische Pfadlänge von 52,4 mm hatte. Auf diese Weise wurde bestätigt, dass eine Durchflusszelle mit einer dünneren Glaskapillare die effektive optische Pfadlänge mehr verlängern kann. Wie vorstehend beschrieben, wurden die vorteilhaften Wirkungen aufgrund des mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Aufbaus durch die Versuche bestätigt.
Weiter wurde bestätigt, dass ähnliche Ergebnisse auch mit den in anderen Zeichnungen gezeigten Durchflusszellenaufbauten anstelle des Durchflusszellenaufbaus mit der Kombination von 8 und 10 erhalten werden können. Ein Versuch unter denselben Bedingungen wurde mit einem in 12 gezeigten Flüssigkeitschromatographie-Analysegerät mit dem in 14 gezeigten Spektralphotometer durchgeführt, und es wurde bestätigt, dass damit ähnliche Ergebnisse erhalten werden können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedene Modifikationsbeispiele umfassen. So ist zum Beispiel die gesamte Detailkonfiguration der vorstehend zur Erläuterung beschriebenen Ausführungsformen für die vorliegende Erfindung nicht immer erforderlich. Ein Teil einer Ausführungsform kann mit der Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, oder die Konfiguration einer Ausführungsform kann zu der Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Die Konfiguration jeder Ausführungsform kann zusätzlich eine andere Konfiguration umfassen, oder ein Teil der Konfiguration kann weggelassen oder ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

101: Kanalinnenwand
102, 202: Lichtreflektierende Schicht
103, 609: Lösung
104, 610: Messlicht
201, 601: Glaskapillare
602: Anorganische Materialschicht
711: Verstärkungsschicht
302, 303, 603, 604: Lichtleitfaser
304, 305, 605, 606: Rohr
306, 307, 607, 608: Verbindungsteil
507: Feinsubstanz
904: Optisches Element
1201: Elutionsmittelbehälter
1202: Pumpe
1203: Probeneinführteil
1204: Trennsäule
1205: Injektor
1206: Spektralphotometer
1207: Flüssigabfallbehälter
1208, 1308, 1409: Steuereinheit
1209: Datenanzeige
1210: Datenprozessor
1211: Recheneinheit
1212: Zwischenspeicher
1213: Nicht flüchtiger Speicher
1301, 1401: Lichtquelle
1302, 1402, 1405: Kondensorlinse
1303, 1406: Beugungsgitter
1304, 1403: Vorrichtung
1305, 1404: Durchflusszelle
1306, 1407: Photodetektor
1307, 1408: Erfassungsschaltung

Claims

Durchflusszelle, aufweisend: eine Glaskapillare, eine Lichtleitfaser, von der Messlicht auf das Innere der Glaskapillare fällt, ein optisches Element, das Messlicht empfängt, das das Innere der Glaskapillare passiert, ein erstes Rohr zum Einführen einer Lösung in das Innere der Glaskapillare, ein zweites Rohr zum Ablassen der Lösung, die die Glaskapillare passiert, ein erstes Verbindungsteil mit einem Kanal, der die Glaskapillare, die Lichtleitfaser und das erste Rohr verbindet, und ein zweites Verbindungsteil mit einem Kanal, der die Glaskapillare, das optische Element und das zweite Rohr verbindet, wobei die Glaskapillare eine Außenfläche in Kontakt mit dem ersten Verbindungsteil oder dem zweiten Verbindungsteil aufweist und die Außenfläche mit einer anorganischen Materialschicht modifiziert ist, um das Messlicht zu reflektieren.
Durchflusszelle nach Anspruch 1, wobei die anorganische Materialschicht eine Schicht aufweist, die anorganische Substanzpartikel und ein Bindemittel als Gerüst enthält und mit Luft gefüllte Hohlräume aufweist.
Durchflusszelle nach Anspruch 2, wobei die anorganischen Substanzpartikel anorganische Oxidfeinpartikel oder anorganische Fluoridfeinpartikel enthalten und das Bindemittel ein Polymer mit einer Alkoxysilangruppe oder ein thermoplastisches Polymer enthält.
Durchflusszelle nach Anspruch 1, wobei die anorganische Materialschicht eine Oberfläche aufweist, die mit einer Verstärkungsschicht modifiziert ist.
Durchflusszelle nach Anspruch 4, wobei die Verstärkungsschicht Polyetheretherketonharz, Polyimidharz, Teflon-Harz, Tefzel-Harz, ABS-Harz oder Polyvinylchloridharz enthält.
Durchflusszelle nach Anspruch 4, wobei die Verstärkungsschicht Licht in einem Wellenlängenband von ultraviolettem, sichtbarem oder infrarotem Licht absorbiert.
Durchflusszelle nach Anspruch 1, wobei das optische Element eine Lichtleitfaser, ein Fensterelement oder eine Linse aufweist, die bzw. das koaxial mit der Glaskapillare angeordnet ist, das optische Element einen Radius aufweist, der mindestens dem Außenradius der Glaskapillare entspricht, und der Abstand von dem optischen Element bis zu einer Endfläche der Glaskapillare höchstens einem Wert entspricht, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Radius des optischen Elements und dem Außenradius der Glaskapillare durch den Tangens des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem von der Endfläche der Glaskapillare emittierten Messlicht gebildet wird.
Durchflusszelle nach Anspruch 1, wobei die Lichtleitfaser und die Glaskapillare koaxial angeordnet sind, die Glaskapillare eine Endfläche aufweist, die mit dem ersten Verbindungsteil in Kontakt kommt, der Kanal in dem ersten Verbindungsteil, der mit der Glaskapillare verbunden ist, einen Innenradius aufweist, der mindestens dem Kernradius der Lichtleitfaser und höchstens dem Innenradius der Glaskapillare entspricht, der Kernradius der Lichtleitfaser höchstens dem Außenradius der Glaskapillare entspricht und der Abstand von der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare höchstens einem Wert entspricht, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Innenradius der Glaskapillare und dem Kernradius der Lichtleitfaser durch den Tangens des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem Messlicht gebildet wird.
Flüssigkeitsanalysegerät, aufweisend eine Lichtquelle, eine Durchflusszelle und einen Photodetektor, die Durchflusszelle aufweisend: eine Glaskapillare, eine Lichtleitfaser, von der Messlicht von der Lichtquelle auf das Innere der Glaskapillare fällt, ein optisches Element, das Messlicht empfängt, das das Innere der Glaskapillare passiert, und das Messlicht auf den Photodetektor fallen lässt, ein erstes Rohr zum Einführen einer Lösung in das Innere der Glaskapillare, ein zweites Rohr zum Ablassen der Lösung, die die Glaskapillare passiert, ein erstes Verbindungsteil mit einem Kanal, der die Glaskapillare, die Lichtleitfaser und das erste Rohr verbindet, und ein zweites Verbindungsteil mit einem Kanal, der die Glaskapillare, das optische Element und das zweite Rohr verbindet, wobei die Glaskapillare eine Außenfläche in Kontakt mit dem ersten Verbindungsteil oder dem zweiten Verbindungsteil aufweist und die Außenfläche mit einer anorganischen Materialschicht modifiziert ist, um das Messlicht zu reflektieren.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 9, wobei die anorganische Materialschicht eine Schicht aufweist, die anorganische Substanzpartikel und ein Bindemittel als Gerüst enthält und mit Luft gefüllte Hohlräume aufweist.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 10, wobei die anorganischen Substanzpartikel anorganische Oxidfeinpartikel oder anorganische Fluoridfeinpartikel enthalten und das Bindemittel ein Polymer mit einer Alkoxysilangruppe oder ein thermoplastisches Polymer enthält.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 9, wobei die anorganische Material schicht eine Oberfläche aufweist, die mit einer Verstärkungsschicht modifiziert ist.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 12, wobei die Verstärkungsschicht Polyetheretherketonharz, Polyimidharz, Teflon-Harz, Tefzel-Harz, ABS-Harz oder Polyvinylchloridharz enthält.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 9, wobei das optische Element eine Lichtleitfaser, ein Fensterelement oder eine Linse aufweist, die bzw. das koaxial mit der Glaskapillare angeordnet ist, das optische Element einen Radius aufweist, der mindestens dem Außenradius der Glaskapillare entspricht, und der Abstand von dem optischen Element bis zu einer Endfläche der Glaskapillare höchstens einem Wert entspricht, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Radius des optischen Elements und dem Außenradius der Glaskapillare durch den Tangens des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem von der Endfläche der Glaskapillare emittierten Messlicht gebildet wird.
Flüssigkeitsanalysegerät nach Anspruch 9, wobei die Lichtleitfaser und die Glaskapillare koaxial angeordnet sind, die Glaskapillare eine Endfläche aufweist, die mit dem ersten Verbindungsteil in Kontakt kommt, der Kanal in dem ersten Verbindungsteil, der mit der Glaskapillare verbunden ist, einen Innenradius aufweist, der mindestens dem Kernradius der Lichtleitfaser und höchstens dem Innenradius der Glaskapillare entspricht, der Kernradius der Lichtleitfaser höchstens dem Außenradius der Glaskapillare entspricht und der Abstand von der Lichtleitfaser bis zu der Endfläche der Glaskapillare höchstens einem Wert entspricht, der durch Dividieren der Differenz zwischen dem Innenradius der Glaskapillare und dem Kernradius der Lichtleitfaser durch den Tangens des Winkels erhalten wird, der zwischen der Mittelachse der Glaskapillare und dem Messlicht gebildet wird.