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Dokumentenidentifikation DE69405087T2 18.12.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0679881
Titel Optischer Detektor
Anmelder Hewlett-Packard GmbH, 71034 Böblingen, DE
Erfinder Fouckhardt, Henning, Prof. Dr. rer. nat., D-30159 Hannover, DE;
Delonge, Thomas, Dipl.-Ing., D-38122 Braunschweig, DE
Vertreter Harbach, T., Dipl.-Phys., 71034 Böblingen
DE-Aktenzeichen 69405087
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 27.04.1994
EP-Aktenzeichen 941065518
EP-Offenlegungsdatum 02.11.1995
EP date of grant 20.08.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.12.1997
IPC-Hauptklasse G01N 21/05
IPC-Nebenklasse G01N 27/447   G01N 30/74   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Detektor für ein analytisches Meßsystem, wobei sich dieser optische Detektor insbesondere für die Verwendung in Systemen der Flüssigkeitschromatographie und der Kapillarelektrophorese eignet.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen optischen Detektor, der für die Verwendung in Chromatographen und in Kapillarelektrophoresevorrichtungen adaptiert wird und eine hohe Detektionsempfindlichkeit aufweist

TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND

Bei analytischen Meßprozeduren werden neben anderen Substanzen Fluidsubstanzen analysiert. Zwei der gängigen Verfahren zur Analyse von Fluidsubstanzen sind die Chromatographie und die Kapillarelektrophorese.

Ein Chromatograph sowie eine Kapillarelektrophoresevorrichtung besteht im Prinzip aus drei Einheiten, nämlich erstens einem sogenannten lnjektor, mit dem die Substanzen, die das Analyt, nämlich meistens Flüssigkeiten, enthalten, mit einer Genauigkeit im Bereich von Nano- oder Picolitern in das System injiziert werden, zweitens der Trennsäule in der eine räumliche Trennung der in der injizierten Lösung enthaltenen Substanzen mittels physikalischer oder chemischer Interaktionen ausgeführt wird, so daß am Ende der Trennsäule zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Substanzen eintreffen, und drittens dem Detektor am Ausgang der Trennsäule wobei der Detektor das Eintreffen der einzelnen in der Lösung enthaltenen Substanzen anzeigt. Siehe beispielsweise IEEE Proceedings - Microelectro Mechanical Systems: An Investigation of Microstructures, Sensors, Actuators, Machines and Systems, 7. - 10. Februar 1993, S.219 - 224, Sobek et al., "A microfabricated flow chamber for optical measurements in fluids".

Die für die meisten Substanzenklassen geeignete Art der Detektion ist die optische Detektion Wenn die optische Detektion vorgenommen wird, wird normalerweise in einem optischen Detektor Licht mit einer geeigneten Wellenlänge am Ende einer Trennsäule transversal durch die Trennsäule und folglich durch die zu analysierende Lösung geführt. Ein bestimmter Prozentsatz des Lichts wird von den Substanzen absorbiert. Die Lage der Absorptionsspitzen im Spektrum und ihre Form ermöglichen es, Informationen über die Natur und Konzentration der Substanzen zu gewinnen.

Aus verschiedenen Gründen werden Kapillare mit Innendurchmessern von wenigen Mikrometern bis zu etwa 100 Mikrometern als Trennsäule im Bereich der Kapillarelektrophorese und zunehmend auch im Bereich der Chromatographie verwendet. Wenn Licht transversal zur Längsrichtung der Trennsäule durch die Trennsäule geführt wird, wird die lnteraktionsstrecke zwischen dem Licht und der Materie bzw. der zu analysierenden Substanz sehr kurz, so daß die mögliche Detektionsempfindlichkeit vergleichsweise gering ist.

Um eine längere Interaktionsstrecke zwischen dem Licht und dem Fluid mit dem Analyt in einem Analytkanal am Ende der Trennsäule zu erreichen, ist es wünschenswert, das Licht über eine bestimmte Strecke entlang des Fluidkanals in der Trennsäule direkt innerhalb der Lösung zu führen.

Die meist verwendeten wäßrigen Lösungen weisen Brechungskoeffizienten von etwa n = 1,33 auf, wobei typische Kapillarmaterialien im Falle von Quarz einen Brechungskoeffizienten von mindestens n = 1,47 haben. Folglich ist der übliche Weg, das Licht mittels totaler interner Reflexion zu leiten, unmöglich, da zu diesem Zweck das Medium, in dem das Licht geführt werden soll, einen höheren Brechungskoeffizienten als das Kapillarmaterial aufweisen muß.

Eine in Verbindung mit handelsüblichen Chromatographiesystemen verwendete Lösungsmöglichkeit besteht darin, die Länge des Lichtpfads, entlang dessen eine Interaktion mit der Lösung stattfinden kann, durch lokale Erweiterung der Kapillare bis zu einer Blase, durch die das Licht geführt wird, zu erhöhen.

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, das Licht innerhalb des Fluids in Richtung der Säule durch totale interne Reflexion an der Grenze zwischen Fluid und Kapillarinnenwand zu leiten. Wie bereits erläutert, erfordert die totale interne Reflexion eine chemische Lösung mit einem Brechungskoeffizienten, der über dem Brechungskoeffizienten der angrenzenden Schicht liegt.

Die technische Veröffentlichung A. Manz, D.H. Harrison, E. Verpoorte und H.M. Widmer: "Planar chips technology for miniaturization of separation systems: a developing perspective in chemical monitoring, Advances in Chromatography 33 (1993), 1-65, zeigt auf, wie Licht mittels normaler Fresnelscher Reflexion geleitet wird. Dies führt zu erheblichen Verlusten, insbesondere bei kleinen lnnendurchmessern der Kapillaren und hohen Wellenlängen.

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, das Licht durch totale interne Reflexion in der Wand der Trennsäule zu leiten, um die Interaktion in verkleinerten Trennsystemen zu erhöhen. Dieses Verfahren beruht auf der Absorption der transversal gedämpften Feldkomponenten in der zu analysierenden Lösung. Dieses bekannte System benötigt jedoch auch vergleichsweise lange Interaktionsstrecken zwischen dem Licht und der zu analysierenden Lösung, da nur schwache, stark gedämpfte Lichtwellen absorbiert werden.

Zum Erreichen einer totalen internen Reflexion können zwei Verfahren gewählt werden: das erste besteht darin, daß eine chemische Lösung mit einem hohen Brechungskoeffizienten verwendet wird, wobei der Brechungskoeffizient über dem des Kapillarmatenals liegt.

Dies wird beispielsweise durch Kombinationen von Salzlösungen mit Teflon-PFA- oder Teflon-PFE-Beschichtungen erreicht, wie in US-Patenten 4 009 382 und 3 954 341 dargelegt. Beim zweiten Verfahren wird die Innenwand der Kapillare mit einem Material mit niedrigem Brechungskoeffizienten beschichtet. Der erste Fall weist zwei Nachteile auf: die wäßrige Salzlösung ist für viele analytische Messungen unvorteilhaft und die erwähnten Teflonmaterialien sind bei kürzeren UV-Strahlen des verwendeten Lichts nicht transparent genug. Bei Verwendung des zweiten erwähnen Verfahrens muß die Innenwand der Hartglaskapillare mit einem Material mit niedrigem Brechungskoeffizienten, beispielsweise mit amorphen Fluorpolymeren, beschichtet werden.

Die ARROW-Theorie wird in Optics Letters, 1. Juni1991, Band 16, Nr.11, "Directional coupler based on an antiresonant reflecting optical waveguide", Mann et al. besprochen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom Stand der Technik ist es deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen optischen Detektor für analytische Meßsysteme der eingangs erwähnten Art so weiterzuentwickeln, daß der Detektor trotz der Tatsache, daß er eine einfache Struktur aufweist und leicht herzustellen ist, eine verbesserte Detektionsempfindlichkeit aufweist.

Dieses Ziel wird von einem optischen Detektor für analytische Meßsysteme erreicht, insbesondere zur Verwendung in Systemen der Flüssigkeitschromatographie und der Elektrophorese, wobei der Detektor folgendes umfaßt:

einen Analytkanal, durch den ein Fluid mit dem Analyt geführt werden kann, und

einen Lichtpfad, der durch den Analytkanal verläuft, in den Licht von einer Lichtquelle gebracht und von dem Licht ausgekoppelt und in ein optoelektrisches Sensorelement des analytischen Meßsystems gebracht werden kann,

wobei zumindest ein Teil des Lichtpfades von einem Wellenleiter gebildet wird und dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil des Lichtpfades als Braggsche Wellenleiterstruktur in der Weise ausgebildet ist, daß das Licht zumindest entlang einer Teilstrecke des Analytkanals im wesentlichen in Kanalrichtung durch den Analytkanal geführt wird.

In Übereinstimmung mit einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Braggsche Wellenleiterstruktur als kombinierte Braggsche ARROW- Wellenleiterstruktur (ARROW = anti resonant reflecting optical waveguide, dt.: antiresonanter optischer Reflexionswellenleiter) implementiert.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Teil des Lichtpfades als Wellenleiter ausgebildet, der zumindest teilweise eine Braggsche Wellenleiterstruktur ist, so daß das Licht zumindest entlang einer Teilstrecke des Analytkanals im wesentlichen in Kanalrichtung durch den Analytkanal geführt wird. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Braggsche Wellenleitung ist eine Wellenleitungsart, wie sie in der optischen Nachrichtentechnik verwendet wird. Die vorliegende Erfindung verwendet diese Wellenleitungsart zum ersten Mal zur Lösung von Problemen bei analytischen Meßverfahren, wie sie oben dargelegt wurden. Das Prinzip des Braggschen Wellenleiters besteht darin, daß das geführte Licht an den Übergängen der Schichten, die abwechselnd hohe und niedrige Brechungskoeffizienten aufweisen und dem eigentlichen Wellenleiterkern folgen, reflektiert werden. Der Brechungskoeffizient dieser Schichten kann niedriger, gleich hoch oder höher als der Brechungskoeffizient des Kerns sein. In einem erfindungsgemäßen optischen Detektor wird der Kern des Braggschen Wellenleiters von einem Analytkanal gebildet, d.h. von einem Kanal, durch den das Fluid, das den Analyt enthält, geführt wird.

In Übereinstimmung mit einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der optische Detektor so ausgelegt, daß zwei verwandte Wellenleitermechanismen kombiniert werden. In einer ersten Ebene, die sich durch den Analytkanal erstreckt, ist die Wellenleitung als Braggsche Wellenleitung mittels Braggscher Reflexionsschichten, die die Ober- und Unterseite des Analytkanals sowie der Referenzkanäle bedecken, wobei die Wellenleitung in der Ebene, die sich senkrecht zu dieser Ebene und durch den Analytkanal erstreckt, in Form von ARROW-Wellenleitung ausgeführt wird. Die ARROW-Wellenleitung wird dadurch erreicht, daß sich die Referenzkanäle im wesentlichen in parallelen Abständen zum Analytkanal befinden, der Brechungskoeffizient des optisch transparenten Detektorkörpers des Detektors höher ist als der Brechungskoeffizient des Fluids im Analytkanal sowie in den Referenzkanälen, so daß sich die Bereiche des Detektorkörpers, die sich zwischen dem Analytkanal und den neben dem Analytkanal liegenden Referenzkanälen befinden, wie erste ARROW-Reflektoren verhalten, während sich die Bereiche des Detektorkörpers, die sich jeweils zwischen den Referenzkanälen befinden, wie zweite, dritte etc. ARROW-Reflektoren verhalten. Kurz gesagt, der Analytkanal und die Referenzkanäle sowie die Bereiche des Detektorkörpers, die sich zwischen diesen Kanälen befinden, definieren Abfolgen von Schichten mit abwechselnd hohen und niedrigen Brechungskoeffizienten, wodurch eine antiresonante optische Wellenleiterstruktur (ARROW) definiert wird.

ARROW-Wellenleitung ist eine spezielle Art der Braggschen Wellenleitung, wobei die Reflektordicke einer bestimmten Formel unterliegt, die im Abschnitt "Beschreibung der bevorzugten Ausführungen der Erfindung" der vorliegenden Anmeldung dargelegt wird.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors ist der Wellenleiter als antiresonanter optischer Reflexionswellenleiter (ARROW) ausgebildet.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors wird der Wellenleiter von Braggschen Reflexionsschichten in einer Ebene, die sich durch den Analytkanal erstreckt, gebildet, und der Wellenleiter wird von einer antiresonanten Reflexionswellenleitersturktur in einer zusätzlichen Ebene, die sich senkrecht zur ersten Ebene und ebenfalls durch den Analytkanal erstreckt, gebildet.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors erstreckt sich der Analytkanal durch einen optisch transparenten Detektorkörper, wobei sich auf jeder Seite des Analytkanals zumindest ein Referenzkanal in parallelem Abstand zum Analytkanal befindet, so daß der Analytkanal und die Referenzkanäle in dem Detektorkörper eine anti resonante optische Reflexionswellenleiterstruktur (ARROW) bilden, die in einer ersten Ebene wirksam ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors dienen die Kanäle, die hier als Referenzkanäle bezeichnet werden, nicht als Referenzkanäle im Sinne analytischer Messungen, sondern nur als Reflektoren. Der Brechungskoeffizient der Substanz in diesen Kanälen muß ähnlich dem Brechungskoeffizienten des Fluids im Analytkanal sein.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors sind der Analytkanal und die Referenzkanäle jeweils mit Braggschen Reflexionsschichten auf zwei einander gegenüberliegenden Grenzschichten ausge stattet, wobei die Braggschen Reflexionsschichten eine Braggsche Wellenleiterstruktur in einer zweiten Ebene bilden, die sich im rechten Winkel zur ersten Ebene erstreckt.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors umfaßt der Detektorkörper ein Trägerelement und ein Abdeckelement, wobei der Analytkanal und die Referenzkanale in das Trägerelement und/oder das Abdeckelement mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt geätzt sind.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors wird die Braggsche Wellenleitung sowohl in vertikaler wie auch in horizotaler Richtung angewandt. Die Reflexionsschichten könnten durch Aufdampfen oder CVD aufgebracht werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors weist der Detektorkörper eine zylindersymmetrische Form auf, und es wird die Braggsche Wellenleitung angewandt. Die Reflexionsschichten könnten durch CVD aufgebracht werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors bewegt sich die Größe des Querschnitts des Analytkanals und der Referenzkanäle zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometer und liegt vorzugsweise im Bereich von einigen 10 Mikrometern, wenn die Wellenlängen des Vakuumdetektors des optischen Detektors zwischen 100 nm und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 190 nm und 600 nm liegen.

In Übereinstimmung mit einem weiterem wichtigen Aspekt der Erfindung wird der Kern des optischen Wellenleiters vom Analytkanal gebildet.

In einer anderen bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors ist der Brechungskoeffizient des optisch transparenten Detektorkörpers höher als der Brechungskoeffizient des Fluids im Analytkanal und als der Brechungskoeffizient des Fluids in den Referenzkanälen, so daß sich Bereiche des Detektorkörpers, die sich zwischen dem Analytkanal und den daneben liegenden Referenzkanälen befinden, als erste ARROW-Reflektoren verhalten, wobei sich die neben dem Analytkanal liegenden Referenzkanäle wie zweite ARROW-Reflektoren verhalten, und sich Bereiche, die sich zwischen den entsprechenden Referenzkanälen befinden, wie zusätzliche ARROW-Reflektoren verhalten.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen optischen Detektors unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen im Detail erklärt:

Abb. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführung des erfindungsgemäßen optischen Detektors

Abb. 2 zeigt eine horizontale Schnittdarstellung der Ausführung gemäß Abb. 1;

Abb. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt einer Teilansicht entlang der Schnittlinie A-A der in Abb. 1 und 2 gezeigten Ausführung;

Abb. 4 zeigt eine leicht veränderte Ausführung in einer Darstellung gemäß Abb. 2, die optische Spalte aufweist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Wie aus Abb. 1 ersichtlich umfaßt der optische Detektor, allgemein mit der Referenznummer 1 gekennzeichnet, im wesentlichen zwei Teile, nämlich ein Abdeckelement 2 und einen Träger 3. Das Abdeckelement 2 und der Träger 3 bilden an den Oberflächen, an denen sie sich gegenüberliegen, einen Analytkanal 4 sowie Referenzkanalabschnitte 8, 9, 10, 11 der Referenzkanäle 6,7 auf beiden Seiten eines Längsabschnittes 5 des Analytkanals 4, wobei die Referenzkanalabschnitte 8, 9,10, 11 in einem bestimmten Abstand parallel zu dem Längsabschnitt 5 des Analytkanals 4 verlaufen.

Wie im folgenden im Detail ausgeführt wird, wird ein Fluid durch den Analytkanal 4 geführt, wobei der Analyt in dem Fluid enthalten bzw. in Lösung ist. Den Referenzkanalabschnitten 8, 9, 10, 11 wird über die Referenzkanäle 6,7 ein Fluid zugeführt, dessen Brechungskoeffizient im wesentlichen mit dem Brechungskoeffizienten des Fluids im Analytkanal 4 übereinstimmt.

Im Bereich einer Stirnfläche des Detektorkörpers 12, der von dem Abdeckelement 2 und dem Träger 3 gebildet wird, enden die beiden Referenzkanäle 6,7 und der Analytkanal 4 jeweils in Kapillaranschlüsse 6a, 6b, 7a, 7b, 4a, 4b, die an geeignete Leitungen (nicht abgebildet) für die Zuführung des Referenzfluids und des Fluids mit dem Analyt angeschlossen werden können.

Die oben erläuterte Struktur des optischen Detektors 1 kann mit Standardprozessen im Bereich der Halbleitertechnologie hergestellt werden, mittels deren die Kanäle 4, 6,7 jeweils im Abdeckelement 2 und im Träger 3, die aus Quartz, Hartglas oder einem anderem Material bestehen, mit Hilfe photolithographischer Strukturierung eines Abdecklacks gebildet und dann durch Naß-, Plasma- oder Ionenätzen eingegraben werden.

Wie aus Abb. 2 und der fragmentarischen Querschnittsansicht in Abb. 3 ersichtlich sind die jeweiligen Basisbereiche der Kanäle 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, die einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen, mit einer Braggschen Reflexionsschichtenstruktur 14, 15, 16, 17, 18 im Abdeckelement 2 und 19, 20, 21, 22, 23 im Träger 3 ausgestattet, wobei die Braggschen Reflexionsschichten parallel zur Grenze 13 zwischen dem Abdeckelement 2 und dem Träger 3 verlaufen. In einer anderen Ausführung befinden sich die Kanäle 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 nur im Träger 3. Die Abdeckung 2 ist flach und mit einer durchgängigen Braggschen Reflexionsschicht beschichtet, die Braggsche Reflexionsschichtenstrukturen 14, 15, 16, 17, 18 zu einer Struktur kombiniert.

Die oben beschriebenen Braggschen Reflexionsschichten 14 bis 23 können durch Aufdampfen aufgebracht oder im Falle kristalliner Halbleitermaterialien, die bevorzugt für das Abdeckelement 2 und den Träger 3 verwandt werden, durch Epitaxie hergestellt werden.

Zusammen mit den jeweiligen Bereichen des Trägerkörpers 12, die zwischen den Referenzkanälen 8, 9, 10, 11 oder zwischen einem Referenzkanal 9, 10 und dem Analytkanal 5 liegen, bilden die Referenzkanäle 8, 9, 10, 11 auf beiden Seiten des Kerns 24 vier ARROW-Reflektoren, wobei der Detektorkörperbereich, der zwischen dem Längsabschnitt 5 des Analytkanals 4 und dem angrenzenden Referenzkanalabschnitt 10 liegt, den ersten ARROW-Reflektor bildet, der einen höheren Brechungskoeffizienten als der Kern 24 aufweist, wobei der angrenzende Referenzkanalabschnitt 10 den zweiten ARROW-Reflektor bildet, dessen Brechungskoeffizient im wesentlichen dem Brechungskoeffizienten des Kerns 24 entspricht etc..

Die Anordnung der in Abb. 3 gezeigten ebenen Kanäle ermöglicht so die ARROW- Wellenleitung in horizontaler Richtung, wobei Braggsche Reflexionswellenleitung in vertikaler Richtung stattfindet.

Eine für die Optimierung der Wellenleitung geeignete bevorzugte Ausführung besteht darin, daß die Dicke dR2 der entsprechenden mit geraden Zahlen numerierten ARROW-Reflektoren, die in Paaren angeordnet sind und durch die Referenzkanalabschnitte 8, 9, 10, 11 gebildet werden, ein ungerades Vielfaches der Hälfte der Dicke des Kerns dc ist, obwohl dies in Bezug auf den Betriebsmodus der erfindungsgemäßen Braggschen Wellenleitung nicht entscheidend ist, wobei die Braggsche Wellenleitung innerhalb der optischen Vorrichtung in Richtung des Lichts, das an der Lichteingangsgrenzoberfläche 25 eintritt, stattfindet. Die Dicke dR2 dieser Resonatorschichten entspricht im allgemeinen der folgenden Gleichung:

dE2 (2i - 1) dc/2, i=1, 3,5...

Wenn man nur eine einzelne Vakuumwellenlänge λ des Lichts, das sich den Lichtpfad entlang bewegt, betrachtet, wird die optimale Dicke der ungeraden Resonatorschichten dR1, die vom Material des Detektorkörpers zwischen dem Kern 24 und dem Referenzkanalabschnitt 10 gebildet wird, durch folgende Gleichung angegeben:

In obiger Gleichung ist nc der Brechungskoeffizient des Kerns 24 und n&sub1; der Brechungskoeffizient der ersten Schicht und folglich des Materials des Detektorkörpers 12.

Diese Gleichung gilt nur für einen Spektralbereich von einigen 10 nm. Für eine Breitbandübertragung kann eine beliebige Dicke dR&sub1; gewählt werden.

Die leicht modifizierte Ausführung, die als Skizze in Abb. 4 dargestellt ist, weicht von der mit Bezug auf Abb. 1 bis 3 beschriebenen Ausführung nur darin ab, daß der Lichtpfad zwischen der Lichteingangsgrenzoberfläche 25 und der Lichtausgangsgrenzoberfläche 26 von spiegelnden oder geschwärzten Bereichen 27, 28 begrenzt wird, die zur Bildung der Fensterbereiche 29, 30 und der Seitenmaße dienen, die im wesentlichen der Breite des Analytkanals 4 entsprechen, wobei die spiegelnden oder geschwärzten Bereiche an den Grenzoberflächen angebracht werden.


Anspruch[de]

1. Optischer Detektor für analytische Meßsysteme, insbesondere für die Verwendung in Systemen der Flüssigkeitschromatographie und der Kapillar elektrophorese, der folgendes umfaßt:

einen Analytkanal (4), durch den ein Fluid mit dem Analyt geführt werden kann und

einen Lichtpfad (25, 26), der im Analytkanal (4) verläuft, in den Licht von einer Lichtquelle gebracht werden kann und aus dem Licht ausgekoppelt und in ein optoelektrisches Sensorelement des analytischen Meßsystems gebracht werden kann,

wobei zumindest ein Teil des Lichtpfades von einem Wellenleiter gebildet wird und dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest ein Teil des Lichtpfades als Braggsche Wellenleiterstruktur (8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) in der Weise ausgebildet ist, daß das Licht zumindest entlang einer Teilstrecke (5) des Analytkanals (4) im wesentlichen in Kanalrichtung durch den Analytkanal (4) geführt wird.

2. Optischer Detektor gemäß Anspruch 1, wobei der Wellenleiter als antiresonanter optischer Reflexionswellenleiter (ARROW) ausgebildet ist.

3. Optischer Detektor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Wellenleiter von Braggschen Reflexionsschichten (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) in einer Ebene, die entlang des Analytkanal (4) angeordnet ist, gebildet wird, und wobei der Wellenleiter von einer antiresonanten optischen Reflexionswellenleiterstruktur (8, 9, 10, 11) in einer zusätzlichen Ebene gebildet wird, die sich im rechten Winkel zur oben genannten Ebene befindet und ebenfalls entlang des Analytkanals (4) angeordnet ist.

4. Optischer Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der Referenzkanäle (8, 9, 10, 11) umfaßt, die nur als Reflektoren dienen, wobei der Brechungskoeffizient einer Substanz in diesen Referenzkanälen ähnlich dem Brechungskoeffizient des Fluids im Analytkanal (4) ist.

5. Optischer Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Analytkanal (4) in einem optisch transparenten Detektorkörper (12) befindet auf jeder Seite des Analytkanals mindestens ein Referenzkanal (8, 9, 10, 11) in einem Abstand parallel zum Analytkanal so angeordnet ist, daß der Analytkanal (4) und die Referenzkanäle (8, 9, 10, 11) im Detektorkörper (12) eine anti resonante optische Reflexionswellenleiterstruktur (ARROW) bilden, die in einer ersten Ebene wirksam ist.

6. Optischer Detektor gemäß Anspruch 5, wobei der Analytkanal (4) mit Braggschen Reflexionsschichten (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) auf zwei entgegengesetzten Grenzschichten ausgestattet ist, wobei die Braggschen Reflexionsschichten (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) in einer zweiten Ebene, die sich im rechten Winkel zur ersten Ebene befindet, eine Braggsche Wellenleiterstruktur bilden.

7. Optischer Detektor gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Detektorkörper ein Trägerelement (3) und ein Abdeckelement (2) umfaßt, wobei der Anayltkanal (4) und die Referenzkanäle (9, 10, 11) in das Trägerelement (3) und/oder das Abdeckelement (2) mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt geätzt sind.

8. Optischer Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Braggsche Wellenleiterstruktur (8, 9, 10, 11, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23) die Braggsche Wellenleitung sowohl in vertikaler wie auch in horizontaler Richtung anwendet.

9. Optischer Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Detektorkörper eine zylindersymmetrische Form aufweist.

10. Optischer Detektor gemäß Anspruch 7, wobei die Größe des Querschnitts des Analytkanals (4) und der Referenzkanäle (8, 9, 10, 11) sich zwischen 1 Mikrometer und 100 Mikrometer bewegt und vorzugsweise im Bereich von einigen 10 Mikrometer liegt, wenn die Wellenlängen des Vakuumdetektors des optischen Detektors zwischen 100 nm und 1000 nm, vorzugsweise zwischen 190 nm und 600 nm liegen.

11. Optischer Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Kern (24) des optischen Wellenleiters vom Analytkanal (4) gebildet wird.

12. Optischer Detektor gemäß Anspruch 4, wobei der Brechungskoeffizient des optisch transparenten Detektorkörpers (12) höher ist, als der Brechungskoeffizient des Fluids im Analytkanal (4) und als der Brechungskoeffizient des Fluids in den Referenzkanälen (8, 9, 10,11), so daß sich Bereiche des Detektorkörpers (12), die sich zwischen dem Analytkanal (4) und den daneben liegenden Referenzkanälen (9, 10) befinden, als erste ARROW-Reflektoren verhalten, wobei sich die neben dem Analytkanal liegenden Referenzkanäle (9, 10) wie zweite ARROW-Reflektoren verhalten, und sich Bereiche, die sich zwischen den entsprechenden Referenzkanälen befinden, wie zusätzliche ARROW-Reflektoren verhalten.







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