MERTENS, Guido (Wielandstrasse 19, Böblingen, 71032, DE)
WEISS, Michael (Bachstr. 8/1, Gerlingen, 70839, DE)
MERTENS, Guido (Wielandstrasse 19, Böblingen, 71032, DE)
| Patentansprüche 1. Optisches Messsystem (1) umfassend mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsempfänger, und mindestens eine Durchflusszelle (5), wobei von der mindestens einen Strahlungsquelle emittierte Strahlung mindestens teilweise auf einem zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verlaufenden optischen Pfad die Durchflusszelle (5) durchläuft und auf den mindestens einen Strahlungsempfänger trifft, und wobei der Strahlungsempfänger dazu ausgestaltet ist, ein von einer Intensität der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlung abhängiges Signal auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusszelle (5) in einer Zellenhalterung (4) angeordnet ist, welche über eine erste Verbindungsschnittstelle (1 1) lösbar mit dem Strahlungsempfänger verbunden ist und welche über eine zweite Verbindungsschnittstelle lösbar mit der Strahlungsquelle verbunden ist. 2. Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 1 , wobei der Strahlungsempfänger in einem Empfängergehäuse (3) angeordnet ist, welches lösbar mit der ersten Verbindungsschnittstelle (1 1) der Zellenhalterung (4) verbunden ist, wobei die erste Verbindungsschnittstelle (1 1) mechanische Befestigungsmittel aufweist, die in dazu komplementäre Befestigungsmittel des Empfängergehäuses (3) eingreifen, um die Zellenhalterung (4) und die darin angeordnete Durchflusszelle (5) in einer vorgegebenen Orientierung gegenüber dem Empfängergehäuse (3) zu fixieren, und wobei die erste Verbindungsschnittstelle (1 1) eine den optischen Pfad umgebende Öffnung (12) oder ein im optischen Pfad angeordnetes Fenster aufweist. 3. Optisches Messsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlungsquelle in einem Quellengehäuse (2) angeordnet ist, welches lösbar mit der zweiten Verbindungsschnittstelle der Zellenhalterung (4) verbunden ist, wobei die zweite Verbindungsschnittstelle mechanische Befestigungsmittel aufweist, die in dazu komplementäre Befestigungsmittel des Quellengehäuses (2) eingreifen, um die Zellenhalterung (4) und die darin angeordnete Durchflusszelle (5) in einer vorgegebenen Orientierung gegenüber dem Quellengehäuse (2) zu fixieren, und wobei die zweite Verbindungsschnittstelle eine den optischen Pfad umgebende Öffnung oder ein im optischen Pfad angeordnetes Fenster aufweist, 4. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zellenhalterung (4) ein die Durchflusszelle (5) umgebendes Zellengehäuse ist, und wobei die Durchflusszelle (5) eine Zuführung (6) und eine Ableitung (7) für ein Messmedium, insbesondere eine Messflüssigkeit aufweist, und wobei die Zuführung (6) und die Ableitung (7) mit jeweils einer Mediumsleitung, insbesondere einem Schlauch, verbunden sind, und wobei die Zuführung (6) oder die mit der Zuführung verbundene Mediumsleitung durch eine erste Wand des Zellengehäuses geführt ist, und wobei die Ableitung (7) oder die mit der Ableitung verbundene Mediumsleitung durch eine zweite, insbesondere von der ersten Wand verschiedene, Wand des Zellengehäuses, in dem die Durchflusszelle (5) angeordnet ist, geführt und mit jeweils einer Mediumsleitung, insbesondere einem Schlauch, verbunden sind. 5. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zellenhalterung (4) dazu ausgestaltet ist, verschiedene Durchflusszellen (5, 51 , 52, 53, 54, 55) von in Richtung des optischen Pfades unterschiedlichen Abmessungen aufzunehmen. 6. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Durchflusszelle (5) aus einem der Materialien Quarz, Quarzglas, Saphir und PMMA gebildet ist. 7. Optisches Messsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Durchflusszelle Fenster aus einem der Materialien Quarz, Quarzglas, Saphir und PMMA aufweist. 8. Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Durchführung einer Reihe von, insbesondere zeitlich aufeinander folgenden, Messungen, wobei eine Messung das Durchstrahlen der Durchflusszelle mit von der Strahlungsquelle emittierter Strahlung entlang des optischen Pfades und das Erfassen eines durch die nach Durchlaufen des optischen Pfades auf den Strahlungsempfänger auftreffende Strahlung erzeugten Messsignals umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Zur Durchführung einer ersten Messung Fixieren einer ersten Durchflusszelle in der Zellenhalterung, und Verbinden der Zellenhalterung über die erste Verbindungsschnittstelle mit dem Empfängergehäuse sowie über die zweite Verbindungsschnittstelle mit dem Quellengehäuse; - Durchführen der ersten Messung; - Zur Durchführung einer zweiten Messung Entnehmen der ersten Durchflusszelle aus der Zellenhalterung und Fixieren einer zweiten Durchflusszelle in der Zellenhalterung, und Verbinden der Zellenhalterung über die erste Verbindungsschnittstelle mit dem Empfängergehäuse sowie über die zweite Verbindungsschnittstelle mit dem Quellengehäuse; - Durchführung der zweiten Messung. 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Durchflusszelle aus einem anderen Material besteht als die zweite Durchflusszelle. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Durchflusszelle und die zweite Durchflusszelle in Richtung des optischen Pfades unterschiedliche Abmessungen aufweisen. 1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste und die zweite Durchflusszelle vor dem Verbinden der Zellenhalterung mit dem Empfängergehäuse und dem Quellengehäuse mittels Gammastrahlung sterilisiert wird. |
Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem, welches mindestens eine Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsempfänger und mindestens eine Durchflusszelle umfasst, wobei von der mindestens einen Strahlungsquelle emittierte Strahlung mindestens teilweise auf einem zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verlaufenden optischen Pfad die Durchflusszelle durchläuft und auf den mindestens einen Strahlungsempfänger trifft, und wobei der Strahlungsempfänger dazu ausgestaltet ist, ein von der Intensität der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlung abhängiges Signal auszugeben.
Solche Messsysteme werden beispielsweise in Online-Analysatoren der Prozessmesstechnik angewendet. Beispiele sind aus WO 2004/090513 A1 oder DE 102 22 822 A1 bekannt.
Bei solchen Messsystemen wird von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung, gegebenenfalls als mit Hilfe optischer Elemente, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Strahlteilern oder optischen Fasern, geformter Messstrahl oder Referenzstrahl mindestens teilweise auf dem optischen Pfad durch die Durchflusszelle gelenkt. Dabei erfolgt eine Wechselwirkung zwischen der Strahlung und dem in der Durchflusszelle enthaltenen Messmedium. Die Wechselwirkung kann insbesondere zu einer Absorption mindestens eines Teils der Strahlung, z.B. in einem bestimmten Wellenlängenbereich, führen. Nach Durchlaufen der Durchflusszelle trifft die durch die Wechselwirkung veränderte Strahlung auf den Strahlungsempfänger, der ein von der Intensität der auftreffenden Strahlung abhängiges Messsignal ausgibt. Aus dem Messsignal kann auf die Wechselwirkung mit dem Messmedium und damit auf die Natur und/oder Zusammensetzung des Messmediums, insbesondere auf die Konzentration eines Analyten in dem Messmedium, rückgeschlossen werden.
Die Strahlung kann von der Strahlungsquelle zur Durchflusszelle und von der Durchflusszelle zum Strahlungsempfänger mittels optischer Fasern geleitet werden.
Für Anwendungen derartiger optischer Messsysteme in industriellen biologischen, biochemischen oder biotechnologischen Prozessen kann es erforderlich sein, eine sterile Durchflusszelle zur Verfügung zu stellen. In biologischen, biochemischen oder biochemischen Prozessen wird die Sterilisierung von Komponenten, die mit dem Prozessmedium, insbesondere mit für die
biotechnologische Produktion verwendeten Bakterien oder Hefen, in Berührung kommen sollen, häufig durch Bestrahlung mit intensiver Gammastrahlung durchgeführt. Die Gammastrahlung kann jedoch zur Beschädigung anderer Komponenten des Messsystems, insbesondere des
Strahlungsempfängers oder einer nahe an der Durchflusszelle angeordneten Elektronik führen. Unbedingt zu vermeiden sind außerdem in biochemischen, biologischen oder biotechnologischen Prozessen Kreuzkontaminationen, die auftreten können, wenn eine mehrmals verwendete
Durchflusszelle für Messungen in verschiedenen Stadien eines Prozesses oder für Messungen an verschiedenen Systemen, d.h. verschiedenen Messmedien, verwendet wird. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein optisches Messsystem zur Verfügung zu stellen, das den genannten Anforderungen in biologischen, biotechnologischen oder biochemischen Anwendungen, insbesondere in der Prozessmesstechnik, Rechnung trägt. Insbesondere soll die Durchflusszelle leicht sterilisierbar sein, ohne dass weitere Komponenten des Messsystems der Gefahr der Beschädigung ausgesetzt werden. Weiterhin sollen idealerweise ohne aufwändige
Reinigungsschritte zwischen einzelnen Messungen unterschiedliche Messmedien in aufeinander folgenden Messungen untersucht werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Messsystem umfassend mindestens eine
Strahlungsquelle, mindestens einen Strahlungsempfänger, und mindestens eine Durchflusszelle, wobei von der mindestens einen Strahlungsquelle emittierte Strahlung mindestens teilweise als Messstrahlung auf einem optischen Pfad die Durchflusszelle durchläuft und auf den mindestens einen Strahlungsempfänger trifft, und wobei der Strahlungsempfänger dazu ausgestaltet ist, ein von einer Intensität der auf den Strahlungsempfänger auftreffenden Strahlung abhängiges Signal auszugeben,
wobei die Durchflusszelle in einer Zellenhalterung angeordnet ist, welche über eine erste
Verbindungsschnittstelle lösbar mit dem Strahlungsempfänger verbunden ist und welche über eine zweite Verbindungsschnittstelle lösbar mit der Strahlungsquelle verbunden ist. Indem die Durchflusszelle in einer Zellenhalterung angeordnet ist, welche jeweils über eine
Verbindungsschnittstelle mit der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verbunden ist, ist es auf einfache Weise möglich, die Durchflusszelle auszutauschen. Insbesondere kann die
Zellenhalterung mitsamt der Durchflusszelle aus dem Messsystem entnommen werden und die Durchflusszelle kann zwischen zwei Messungen ausgetauscht werden. Die Durchflusszelle kann außerhalb des Messsystems entweder bereits im Zellengehäuse oder noch vor dem Fixieren in dem Zellengehäuse mit Gammastrahlung sterilisiert werden. Aufgrund der so gegebenen
Austauschbarkeit der Durchflusszelle bzw. der Durchflusszelle mit Zellenhalterung kann ein modulares Messsystem realisiert werden, indem die Zellenhalterung so ausgestaltet ist, dass Durchflusszellen aus unterschiedlichem Material, das beispielsweise für Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche durchlässig ist, und Durchflusszellen mit unterschiedlichen Abmessungen in Richtung des optischen Pfades je nach gewünschter Applikation in die Zellenhalterung eingesetzt werden können. Auf diese Weise können für aufeinander folgende Messungen mit dem
Messsystem, je nach gewünschter Messwellenlänge oder je nach gewünschter optischer Weglänge der Messstrahlung durch das in der Durchflusszelle enthaltene Messmedium, entsprechend geeignete Durchflusszellen zur Verfügung gestellt werden.
Nach dem Austausch einer gebrauchten Durchflusszelle kann diese entsorgt werden. Indem die gebrauchten Durchflusszellen entsorgt und nicht erneut gereinigt und wieder für weitere Messungen eingesetzt werden, werden die eingangs genannten Kreuzkontaminationen vermieden. Die Zellenhalterung kann beispielsweise als ein geschlossenes Zellengehäuse ausgestaltet sein, in dem die Durchflusszelle in einer festgelegten Position fixiert wird, und das eine Öffnung oder ein Fenster zum Ein- und Austritt der Messstrahlung in das Zellengehäuse bzw. aus dem Zellengehäuse aufweist.
Die Strahlungsquelle kann ein oder mehrere UV-Leuchtdioden (UV-LEDs) umfassen. Sie kann zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Leuchtdioden umfassen, die Strahlung einer oder mehrerer Wellenlängen des Wellenlängenbereichs zwischen 100 und 2500 nm emittieren.
Vorzugweise emittieren die Leuchtdioden der Strahlungsquelle Strahlung im UV/Vis-Bereich. Die Strahlungsquelle kann auch eine breitbandige Strahlungsquelle, beispielsweise eine Blitzlampe oder eine Xenon-Lampe sein. In diesem Fall kann die Strahlungsquelle einen oder mehrere,
insbesondere einen adaptierbaren Filter zur Selektion einer gewünschten Messwellenlänge umfassen. Der Strahlungsempfänger kann eine Photodiode, ein Photodioden-Array, eine CCD-Kamera oder eine andere optoelektronische Vorrichtung umfassen.
In einer Ausgestaltung kann der Strahlungsempfänger in einem Empfängergehäuse angeordnet sein, welches lösbar mit der ersten Verbindungsschnittstelle der Zellenhalterung, insbesondere des Zellengehäuses, verbunden ist, wobei die erste Verbindungsschnittstelle mechanische
Befestigungsmittel aufweist, die in dazu komplementäre Befestigungsmittel des Empfängergehäuses eingreifen, um die Zellenhalterung und die darin angeordnete Durchflusszelle in einer vorgegebenen Orientierung gegenüber dem Empfängergehäuse zu fixieren, und wobei die erste
Verbindungsschnittstelle eine den optischen Pfad umgebende Öffnung oder ein innerhalb des optischen Pfades angeordnetes, für die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung mindestens teilweise transparentes, Fenster aufweist.
Die erste Verbindungsschnittstelle kann als mechanisches Befestigungsmittel insbesondere ein Gewinde, einen Bajonettverschluss oder einen mechanischen Verbinder mit ein oder mehreren flexiblen Rastnasen umfassen, die mit einem dazu komplementären Gewinde, Bajonettverschluss- Gegenstück oder eine zur Aufnahme der flexiblen Nase(n) ausgestalten Vorsprung oder Nut des Empfängergehäuses in Eingriff gebracht werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Strahlungsquelle in einem Quellengehäuse angeordnet sein, welches lösbar mit der zweiten Verbindungsschnittstelle der Zellenhalterung, insbesondere des Zellengehäuses, verbunden ist, wobei die zweite Verbindungsschnittstelle mechanische
Befestigungsmittel aufweist, die in dazu komplementäre Befestigungsmittel des Quellengehäuses eingreifen, um die Zellenhalterung und die darin angeordnete Durchflusszelle in einer vorgegebenen Orientierung gegenüber dem Quellengehäuse zu fixieren, und wobei die zweite
Verbindungsschnittstelle eine den optischen Pfad umgebende Öffnung oder ein innerhalb des optischen Pfades angeordnetes, für die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung mindestens teilweise transparentes, Fenster aufweist.
Wie zuvor für die erste Verbindungsschnittstelle beschrieben, kann auch die zweite
Verbindungsschnittstelle als mechanisches Befestigungsmittel insbesondere ein Gewinde, einen Bajonettverschluss oder einen mechanischen Verbinder mit ein oder mehreren flexiblen Rastnasen umfassen, die mit einem dazu komplementären Gewinde, Bajonettverschluss-Gegenstück oder eine zur Aufnahme der flexiblen Nase(n) ausgestalten Vorsprung oder Nut des Empfängergehäuses in Eingriff gebracht werden können.
Die Durchflusszelle kann eine Zuführung und eine Ableitung für ein Messmedium, insbesondere eine Messflüssigkeit, aufweisen. Wenn die Zellenhalterung als ein die Durchflusszelle umgebendes Zellengehäuse ausgestaltet ist, können die Zuführung und die Ableitung mit jeweils einer
Mediumsleitung, insbesondere einem Schlauch, verbunden sein, wobei die Zuführung oder die mit der Zuführung verbundene Mediumsleitung durch eine erste Wand des Zellengehäuses geführt ist, und wobei die Ableitung oder die mit der Ableitung verbundene Mediumsleitung durch eine zweite, insbesondere von der ersten Wand verschiedene, Wand des Zellengehäuses, in dem die
Durchflusszelle angeordnet ist, geführt und mit jeweils einer Mediumsleitung, insbesondere einem Schlauch, verbunden sind. Die Zuführung und Ableitung können als rohrförmige Fortsätze der Durchflusszelle oder auch nur als Öffnungen oder Anschlüsse der Durchflusszelle, an die die Mediumsleitungen anschließbar ist, ausgestaltet sein.
Die Mediumsleitungen können an einen zu überwachenden Prozess, beispielsweise an eine Chromatographiesäule eines biotechnologischen Aufreinigungsprozesses (Downstream-Prozess) angeschlossen sein. Hierzu können die Mediumsleitungen dicht und steril über handelsübliche Konnektoren zum dichten und sterilen Anschluss an biotechnologische Prozesse, angeschlossen sein.
Beim Austauschen der Durchflusszelle können die Mediumsleitungen mit ausgetauscht werden. In diesem Fall werden die Mediumsleitungen von den Konnektoren getrennt, wobei nach Trennung der zu überwachende Prozess gegenüber der Umgebung abgedichtet bleiben kann. Vorzugsweise sind die Mediumsleitungen und/oder die Zuführung bzw. Ableitung der Durchflussmesszelle mittels Ventilen gegenüber der Umgebung ebenfalls steril abdichtbar.
Die Zellenhalterung kann dazu ausgestaltet sein, Durchflusszellen von in Richtung des optischen Pfades unterschiedlichen Abmessungen aufzunehmen. Auf diese Weise lassen sich nach Belieben unterschiedliche optische Weglängen durch das Messmedium zur Verfügung stellen. Je nach gewünschter Applikation kann eine Durchflusszelle der gewünschten Weglängelänge durch das Messmedium zur Verfügung gestellt werden. Die Durchflusszelle kann aus einem der Materialien Quarz, Quarzglas, Saphir und PMMA
(Polymethylmethacrylat) gebildet sein. Vorzugsweise können unterschiedliche Messzellen gleicher oder unterschiedlicher Abmessungen aus unterschiedlichen Materialien vorgehalten werden. Je nach gewünschter Wellenlängen der von der Strahlungsquelle emittierten Messstrahlung kann dann ein passendes, d.h. für die Messwellenlänge transparentes, Material ausgewählt werden.
Alternativ kann die Durchflusszelle auch teilweise aus einem für die Messstrahlung nicht durchlässigen Material gebildet sein, und nur im Bereich des optischen Pfades Fenster aus einem der Materialien Quarz, Quarzglas, Saphir und PMMA aufweisen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Messsystems nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen zur Durchführung einer Reihe von, insbesonder zeitlich aufeinander folgenden, Messungen, umfasst die folgenden Schritte:
- Zur Durchführung einer ersten Messung Fixieren einer ersten Durchflusszelle in der
Zellenhalterung, und, insbesondere danach, Verbinden der Zellenhalterung über die erste
Verbindungsschnittstelle mit dem Empfängergehäuse sowie über die zweite
Verbindungsschnittstelle mit dem Quellengehäuse;
- Durchführen der ersten Messung;
- Zur Durchführung einer zweiten Messung Entnehmen der ersten Durchflusszelle aus der
Zellenhalterung und Fixieren einer zweiten Durchflusszelle in dem Zellenhalterung, und, insbesondere danach, Verbinden der Zellenhalterung über die erste Verbindungsschnittstelle mit dem Empfängergehäuse sowie über die zweite Verbindungsschnittstelle mit dem Quellengehäuse;
- Durchführung der zweiten Messung,
wobei das Durchführen einer Messung das Durchstrahlen der Durchflusszelle mit von der
Strahlungsquelle emittierter Strahlung entlang des optischen Pfades und das Erfassen eines durch die nach Durchlaufen des optischen Pfades auf den Strahlungsempfänger auftreffende Strahlung erzeugten Messsignals umfasst.
Die erste und die zweite Messung können unmittelbar aufeinander folgen. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen der ersten Messung mit der ersten Durchflusszelle und der zweiten Messung mit der zweiten Durchflusszelle eine Reihe von weiteren Messungen mit der ersten Durchflusszelle durchgeführt wird, und dann erst die erste Durchflusszelle gegen die zweite Durchflusszelle ausgetauscht wird.
Vorzugsweise wird zum Fixieren der ersten und der zweiten Durchflusszelle in der Zellenhalterung die Verbindung der Zellenhalterung mit dem Empfängergehäuse und dem Quellengehäuse gelöst und die Zellenhalterung aus dem Messsystem entnommen. Die aus der Zellenhalterung nach der ersten Messung entnommene erste Durchflusszelle kann sofort entsorgt werden. Indem die Durchflusszellen entsorgt und nicht erneut gereinigt und wieder für weitere Messungen eingesetzt werden, werden die eingangs genannten Kreuzkontaminationen vermieden. Die erste Durchflusszelle kann aus einem anderen Material bestehen als die zweite Durchflusszelle. Alternativ oder zusätzlich können die erste Durchflusszelle und die zweite Durchflusszelle in
Richtung des optischen Pfades unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, nacheinander Messungen bei unterschiedlichen Weglängen durch das Messmedium und/oder Wellenlängen durchzuführen.
Vorzugsweise werden die erste und die zweite Durchflusszelle vor dem Verbinden der
Zellenhalterung mit dem Empfängergehäuse und dem Quellengehäuse mittels Gammastrahlung sterilisiert. Wie voranstehend im Zusammenhang mit dem optischen Messsystem bereits ausgeführt, kann die Sterilisierung bei der bereits in der Halterung fixierten Durchflusszelle durchgeführt werden oder schon bevor die Durchflusszelle in die Zellhalterung eingesetzt wird. Die sterilisierte
Durchflusszelle wird mittels eines in der Zuführung bzw. Ableitung der Durchflusszelle angeordneten Ventils oder einer die Zuführung bzw. Ableitung der Durchflusszelle vollständig abschließenden Folie oder eines sonstigen Verschlusses steril gegenüber der Umgebung abgedichtet. Nach dem Anschließen der Durchflusszelle an die Mediumsleitungen wird die Folie oder der Verschluss entfernt oder das Ventil geöffnet.
Wenn die neu einzusetzende Durchflusszelle wie voranstehend beschrieben gleichzeitig mit den angeschlossenen Mediumsleitungen in das Messsystem eingesetzt wird, können die Durchflusszelle und die Mediumsleitungen gleichzeitig sterilisiert werden. Entsprechend werden die sterilisierten Mediumsleitungen mittels eines Ventils bzw. die nicht mit der Durchflusszelle verbundenen Enden der Mediumsleitungen mittels einer die Mediumsleitungen vollständig abschließenden Folie oder eines sonstigen Verschlusses steril gegenüber der Umgebung abgedichtet. Nach dem Anschließen der Mediumsleitungen an den zu überwachenden Prozess wird die Folie oder der Verschluss entfernt oder das Ventil geöffnet. Geeignete Konnektoren, die die sterilen Mediumsleitungen vor dem Anschließen an den Prozess in geeigneter weise abdichten, sind dem Fachmann bekannt, z.B. können Pall Konnektoren verwendet werden.
Zum Austausch des Empfängers oder der Lichquelle können das Empfängergehäuse und/oder das Quellengehäuse der Anordnung entnommen werden, und ein neues Empfängergehäuse bzw. ein neues Quellengehäuse in die Anordnung eingesetzt werden. Durch die Schnittstellen zwischen der Zellhalterung und dem Empfängergehäuse bzw. zwischen der Zellhalterung und dem
Quellengehäuse ist ein bestimmter Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Empfänger fest vorgegeben, so dass vor Inbetriebnahme des Messsystems nach Austausch der Lichtquelle und/oder des Empfängers keine erneute Justierung erforderlich ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele im Detail erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Messsystems mit einer Strahlungsquelle, einer Zellenhalterung und einem Strahlungsempfänger;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer als Zellengehäuse ausgestalteten
Zellenhalterung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Durchflusszellen mit unterschiedlicher Geometrie.
In Fig. 1 ist ein optisches Messsystem 1 mit einem Quellengehäuse 2, in dem eine Strahlungsquelle angeordnet ist, einem Empfängergehäuse 3, in dem ein Strahlungsempfänger angeordnet ist, und einer zwischen dem Quellengehäuse 2 und dem Empfängergehäuse 3 angeordneten, als
Zellengehäuse ausgestalteten Zellenhalterung 4 dargestellt. Die Zellenhalterung 4 enthält, wie näher anhand von Fig. 2 erläutert werden wird, eine Durchflusszelle 5, von der in Fig. 1 lediglich die durch eine obere Gehäusewand der Zellenhalterung 4 geführte Zuführung 6 und die durch eine untere Gehäusewand der Zellenhalterung 4 geführte Ableitung 7 für ein Messmedium zu sehen ist.
Die Strahlungsquelle kann eine monochromatische Strahlungsquelle, z.B. eine Leuchtdiode einer vorgegebenen Wellenlänge, mehrere monochromatische Strahlungsquellen, z.B. mehrere
Leuchtdioden einer vorgegebenen Wellenlänge, oder eine polychromatische Strahlungsquelle, beispielsweise eine Blitzlampe umfassen. Die von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung bildet einen, gegebenenfalls mittels eines oder mehrerer optischer Elemente, z.B. Linsen, Spiegeln, Blenden, Strahlteilern, geformten Messstrahl, der entlang eines zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsempfänger verlaufenden optischen Pfades, auch Messpfad genannt, durch die Durchflusszelle verläuft. Der Strahlungsempfänger kann eine oder mehrere Photodioden oder eine CCD-Kamera umfassen. Der Strahlungsempfänger gibt ein von der Intensität der auf ihn
auftreffenden Strahlung, insbesondere des Messstrahls, abhängiges elektrisches Messsignal aus, das von einer Auswertungseinheit (nicht dargestellt) des optischen Messsystems 1 zu einem
Messwert verarbeitet und ausgegeben wird. Der Messwert kann beispielsweise eine Konzentration eines Analyten, aber auch ein Absorptionswert bzw. eine Strahlungsintensität oder ein Spektrum sein.
Die Zellenhalterung 4 ist lösbar mit dem Quellengehäuse 2 und dem Empfängergehäuse 3 verbunden. Durch die Verbindung ist die in der Zellenhalterung 4 fixierte Durchflusszelle 5 in einer festen Position und Orientierung gegenüber der in dem Quellengehäuse 2 angeordneten
Strahlungsquelle und dem in dem Empfängergehäuse 3 aufgenommenen Strahlungsempfänger angeordnet, so dass auch beim Austausch der Durchflusszelle 5 gegen eine andere Durchflusszelle mit gleicher Geometrie und insbesondere mit gleichen Abmessungen entlang des optischen Pfades ein gleich bleibender Abstand zwischen der Strahlungsquelle, der Durchflusszelle 5 und dem Strahlungsempfänger erhalten bleibt. Auf diese Weise wird zum einen ein reproduzierbares
Messsignal des Strahlungsempfängers gewährleistet. Zum anderen ist eine Anpassung der Abstände oder eine Fokussierung des entlang des optischen Pfades von der Strahlungsquelle durch die Durchflusszelle 5 auf den Strahlungsempfänger verlaufenden Messstrahls nicht erforderlich.
In Fig. 2 ist die Zellenhalterung 4 im Detail dargestellt. Im hier gezeigten Beispiel ist sie als zur Umgebung hin abgeschlossenes Zellengehäuse ausgestaltet, das eine Aussparung 8 umfasst, in die die Durchflusszelle 5 einsetzbar ist. Die Zuführung 6 und die Ableitung 7 der Durchflusszelle 5 können in Bohrungen 9 des Zellengehäuses aufgenommen werden und werden so durch zwei gegenüberliegende Wände des Zellengehäuses geführt. Alternativ können durch die Bohrungen 9 auch Mediumsleitungen, beispielsweise Schläuche, durchgeführt werden, die direkt an die
Durchflusszelle 5 angeschlossen werden können.
Eine der Wände des Zellengehäuses ist als bewegliche Tür 10 ausgestaltet, die zum Einsetzen bzw. Entnehmen der Durchflusszelle 5 geöffnet werden kann. Bei eingesetzter Durchflusszelle 5 ist die Tür 10 geschlossen und schließt das Zellengehäuse gegenüber der Umgebung ab. Die
Zellenhalterung 4 ist mittels einer Verbindungsschnittstelle 1 1 , die im vorliegenden Beispiel als Konnektor mit einem Gewinde ausgestaltet ist, mit dem Quellengehäuse 2 bzw. dem
Detektorgehäuse 3 wieder lösbar verbindbar. Im hier gezeigten Beispiel verfügt die Zellenhalterung 4 über zwei identisch ausgestaltete Verbindungsschnittstellen 1 1 auf gegenüberliegenden Seiten, so dass an der einen Seite eine lösbare Verbindung mit dem Quellengehäuse 2 und auf der gegenüberliegenden Seite eine lösbare Verbindung mit dem Detektorgehäuse 3 gebildet ist (Fig. 1).
Die Verbindungsschnittstelle 1 1 verfügt über eine Öffnung 12, durch die der zwischen der in dem Quellengehäuse 2 angeordnete Strahlungsquelle und dem in dem Detektorgehäuse 3 angeordneten Strahlungsempfänger verlaufende optische Pfad verläuft. Die Öffnungen 12 der gegenüberliegenden Verbindungsschnittstellen fluchten miteinander und mit der Durchflusszelle 5, so dass von der Strahlungsquelle emittierte Strahlung die Durchflusszelle 5 durchläuft und nach dem Austritt aus der Durchflusszelle 5 auf den Strahlungsempfänger trifft.
In Fig. 3 sind verschiedene Durchflusszellen dargestellt. Um unterschiedliche optische Weglängen zu Verfügung zu stellen, können unterschiedliche Durchflusszellen in die Zellenhalterung eingesetzt werden. Die Zellenhalterung 4 des optischen Messsystems 1 kann vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass alle dargestellten Durchflusszellen 5, 51 52, 53, 54 und 55 in der Zellenhalterung
4aufgenommen werden können. Alternativ kann die Zellenhalterung auch nur zur Aufnahme einiger oder einzelner der dargestellten Durchflusszellen 5, 51 , 52, 53, 54 oder 55 geeignet sein. Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel können die Durchflusszellen 5, 51 , 53, 54 und 55 in die Ausparung 8 eingesetzt werden. Sollen in aufeinander folgenden Messungen unterschiedliche optische
Weglängen zur Verfügung gestellt werden, die die Messstrahlung innerhalb der Durchflusszelle zurücklegt, kann beispielsweise in einer ersten Messung die Durchflusszelle 5 eingesetzt werden. Später kann die Durchflusszelle 5 gegen die Durchflusszelle 51 ausgetauscht werden, um für eine zweite Messung eine längere optische Weglänge durch das Messmedium zur Verfügung zu stellen. Dies kann beispielsweise wünschenswert sein, wenn sich die Absorption oder Trübung des Messmediums mit der Zeit ändert, so dass beispielsweise zunächst ein Medium mit hoher Trübung oder Absorption durch die Durchflusszelle strömt, während nach einer Weile ein Medium mit niedriger Trübung oder Absorption durch die Durchflusszelle strömt.
Die unterschiedliche Geometrien der Durchflusszellen erlauben eine Anpassung der Dispersion der die Durchflusszellen durchlaufenden Messstrahlung. Die gekrümmten Wände der Durchflusszellen 52, 53 und 54 wirken als optische Elemente zur Strahlformung.
Die in Fig. 3 dargestellten Durchflusszellen können aus verschiedenen Materialien bestehen. Es können auch Durchflusszellen aller dargestellter Geometrien jeweils in unterschiedlichen Materialien zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise kann je nach Anwendung eine Durchflusszelle geeigneter Geometrie, insbesondere mit einem geeigneten Durchmesser in Richtung des optischen Pfades zur Bereitstellung einer geeigneten optischen Weglänge durch die Messstrahlung, und aus einem geeigneten Material, das einerseits chemisch inert gegenüber dem Messmedium ist und das andererseits transparent für die Wellenlänge der Messstrahlung ist, eingesetzt werden.
Geeignete Materialien können beispielsweise Kunststoff, insbesondere PMMA
(Polymethylmethacrylat), Quarz bzw. Quarzglas oder Saphir sein.