專利名稱：具有透明隔板的液體測量池的制作方法
本申請要求美國臨時申請60/742 354和60/74 24 55的權益，上述美國臨時申請都在2005年12月5日提交，并且都作為這里一部分用于所有目的。
與相關申請的交叉參考
本文所公開的內(nèi)容在下面共同待批的專利申請中公開和陳述，所述申請全都一道同時發(fā)布并全部轉讓給本發(fā)明的受讓人
用于測量液體的顏色性質的系統(tǒng)(FA-1320)；和
用于測量液體的顏色性質的探頭設備(FA-1506)。
背景技術：
發(fā)明領域 本發(fā)明涉及一種用于測量液體如油漆的顏色性質的流動池，所述流動池具有透明隔板，該隔板與流動池的窗口間隔開。
技術說明 顏料分散體和沖談劑(tint)在配制高性能液體涂料組分中廣泛使用。這些組分例如用作汽車和卡車的外部面漆。
這些液體組分的干色料測量可以認為是組分的顏色性質的最準確的指示。這種測量通常是用人工采取制備等分組分進行。將組分作為涂料噴涂到平板上并將平板烘烤和干燥。干燥的涂層的一種或多種顏色性質可以用光度計或分光光度計與標準色對照進行測量。根據(jù)測量結果，努力調(diào)節(jié)制備的批料，以便得到與標準色更接近的匹配。人工顏色測量很耗時間，主要是由于制備時間和干燥時間長。另外，在達到所希望的顏色性質之前，操作手續(xù)可能必需重復許多次。
可以認為，制造效率可以通過測量液體組分在濕態(tài)下顏色性質的能力達到。然而，為了有效，任何濕法測量都必須準確地預知組分在干燥時的顏色。這個目的已證明難以捉摸(elusive)。
應用反射分光光度計的儀器已用來得到濕的液體分散體的自由表面反射度測量。這些儀器的代表是在美國專利6583878(Hustert)、美國專利6292264(Voye等)和德國專利DE 2525701(Langer)中所描述的裝置。這些儀器全都利用分光光度計從事濕的涂膜的自由表面反射度測量。這樣從這些儀器所采取的測量實施涂膜顏色的最好表示法，上述涂膜的顏色可以用測量干態(tài)下的同樣涂膜進行校正。然而，這類濕涂層的表面不均勻性及粘度變化、沉降、和絮凝作用可能還導致錯誤的結果和不能接受的測量易變性。
可以認為，通過把這種裝置結合到制造方法中可以達到另一些效率。然而，如剛才所述把這種裝置結合到連續(xù)方法中有它自己的受拖累的困難，所述困難包括但不限于上述裝置在揮發(fā)性易燃溶劑存在下的操作，上述揮發(fā)性易燃溶劑從樣品表面及清洗中排放出。
為了將顏色測量裝置結合到制造方法中，由于上述揮發(fā)性易燃溶劑的可能存在，及考慮許多方法是在高于環(huán)境壓力下工作，所以標準做法是得到在閉合系統(tǒng)中穿過裝置的流體樣品流，上述裝置通過窗口與照明光源和光譜檢測器分開，該窗口具有足夠強度并因此具有足夠的厚度以便承受上述壓力。這種窗口所需的厚度由下面方程式規(guī)定 式中Z是窗口的形狀因子； P是所包含壓力； D’是無支承的直徑，和 σ是窗口材料的最大設計應力(壓力)。
已經(jīng)提議把測量裝在閉合系統(tǒng)中的液體的吸光度和/或散射性能的儀器用于標準分光光度測量，其中包括用透射或反射方式的實驗室應用和生產(chǎn)過程應用。這些儀器中的某些儀器還聲稱用反射方式穿過觀察玻璃進入生產(chǎn)過程液流或在樣品池內(nèi)測量液體的顏色，上述樣品池應用在樣品和檢測器之間的窗口。美國專利4511251(Falcoff等)和美國專利6288783(Auad等)是這類儀器的代表。
在最近涉及的專利中所描述的儀器應用可變光程測量池來測量液體的性質，包括顏色的性質。儀器應用閉合路線用于待測量的液體的流動，因此能把它放在制造廠環(huán)境內(nèi)有危險的等級的區(qū)域中。然而，這種特別的儀器具有多個移動部件，所述這些移動部件是液體路線的一部分，它們可能造成清潔困難，并難以維修。另一個缺點是儀器需要大體積液體樣品以便讀取合適的讀數(shù)。此外，盡管儀器可以用反射方式或透射方式二者測量，但每種方式都應用0/0(面間)幾何形狀。結果，在透射方式中，不提供有關分析流體中散射光的信息。在反射方式中，來自光源的未減輕的背散射光沖洗掉顏色靈敏度。
最后，在測量與流動池的窗口密切接觸的液體的顏色時待克服的一個最重要的問題是由于窗口本身存在而發(fā)生的光線在它返回檢測器的路線上的離散。光線的這種離散的原因包括，但不限于，光線相對于窗口的不同表面的反射、折射、全內(nèi)反射、和損失或逃逸。由于這種離散的結果，光線最后或是決不會到達檢測器，或是被與其相互作用的窗口的表面變更，因此提供給檢測器的光譜信息不再真實地代表測量的樣品。
與觀察窗口密切接觸的液體當人眼穿過窗口觀察時與用自由表面方式，亦即在人眼和濕液體的自由表面之間沒有東西情況下觀察時同一液體的顏色看上去不同。


圖1是在液體L和窗口W之間的界面處發(fā)生的光學現(xiàn)象的格式化的示意圖。窗口W可以形成流動池或探頭的一部分。液體L在某一預定的流體壓力下朝流動方向G流過窗口。液體L處于與窗口W接觸。液體組分的光散射顏料通常分散在溶劑漆料(Vehicle)中，所述溶劑漆料具有一折射率接近窗口材料的折射率。
為了獲得當液體通過窗口觀察時所發(fā)生的光學現(xiàn)象的更好理解，考慮圖1所示的情況。當光射線R穿過介質M(比如空氣)傳播時，它沖擊窗口W的外表面E。窗口W的材料使射線R折射。折射的射線R’穿過窗口W朝窗口/液體界面方向傳播。如果窗口和溶劑二者的折射率基本上相等(亦即在彼此相差約0.2折射率單位的范圍之內(nèi))，則在液體和窗口之間沒有光學界面，而射線沿著基本上是同一路線繼續(xù)前進。
進入液體并沖擊懸浮的顏料粒子的光射線R’鏡反射和擴散式散射到從散射部位X發(fā)散的2π半徑的實心半球中(應該注意，盡管散射是在液體內(nèi)發(fā)生，但散射部位X在圖1中示出是在窗口/液體界面處)。散射的鏡射線比如射線S以一角度θs(相對于窗口表面的垂線測得)沖擊窗口表面E，所述角度θs小于窗口/介質界面的臨界角θc。這種散射的鏡射線S出射窗口(在點Q處)進入提供給檢測器的視場F。
然而，一部分擴散式散射的射線，比如從散射部位X發(fā)散的射線U，以一角度θu對著窗口表面E沖擊，上述角度θu大于臨界角θc。這種擴散式散射的線射U是在窗口內(nèi)(在點V處)全內(nèi)反射。擴散式散射的射線U向后朝窗口/液體界面方向傳播，此處它可以在部位X’處經(jīng)歷二次散射沖擊，在所述點處它的散射角可以改變方向。
在部位X’處二次散射沖擊本身產(chǎn)生鏡散射和擴散散射。這種情況在窗口材料內(nèi)重復幾次。在每個散射沖擊處，一部分光線以一些角度反射，所述角度使它在窗口表面E處的方向變得大于窗口/空氣界面的臨界角，而一部分光線以另外角度反射，所述角度使它在窗口表面E處的方向小于窗口/空氣界面的臨界角。
起初沖擊部位X和二次沖擊部位X’之間的距離d按照下述關系取決于窗口W的厚度T d＝2·T tanθu， 式中θu是擴散式散射射線U與表面E的垂線形成的角。
如上所述，由于窗口必須足夠厚以便承受樣品流的壓力，所以可能有下述情況，即有不足的側向距離可供散射的射線U用來在與表面E的垂線成一角度擴散之前經(jīng)歷統(tǒng)計學上有效的二次沖擊數(shù)，上述角度小于窗口/空氣界面的臨界角。在那種情況下，射線U更可能窗過窗口W的圓周表面P出射，如點Z處所示。該能量是在視場F的外部，并不受檢測器影響。
由擴散式散射的射線的全內(nèi)反射所產(chǎn)生的效果加倍。首先，最終到達檢測器的散射光的強度減小。這使液體顯得顏色更暗。其次，全內(nèi)反射使窗口主體顯示“輝光效應”。這增加了測量檢測的輻射的背景。
接收強度的減小與背景強度的增加結合，產(chǎn)生強度/波長曲線或檢測的反射光譜的波形變平。當按照ClELab76形式體系實施標準比色計算來計算L*，a*和b*時，這種計算的最后效果是產(chǎn)生色度的損失C*ab＝[a*2+b*2]1/2，和曲解所感覺的顏色性質的測定。此外，因為強度在不同的局部波長范圍內(nèi)經(jīng)歷不同范圍的失真，所以問題不能通過僅僅給所產(chǎn)生的強度波形定標而快速解決。而且，如果光線在它回到檢測器的路上用一種方式離散，以致錯誤表示樣品的實際顏色的測量結果，則可以得出對那種顏色進行調(diào)節(jié)，如可以在制造過程中要求，也可以是在出錯時進行調(diào)節(jié)。
因此，由于上述情況，所以在用反射光譜法測量液體材料顏色期間，提供減少光線離散并因此減少色度損失的設備和方法可以認為是有利的。這些液體測量很好的校正在材料的干態(tài)下對其進行的測量也可以認為是有利的。
可以認為另一個優(yōu)點是，設備和方法能在不改變顏色測量的情況下于加壓流體的環(huán)境中工作。
可以認為還有另一個優(yōu)點是提供一種設備，此處將加壓流體在不經(jīng)歷任何流動不連續(xù)性的情況下引入測量區(qū)中，因此保持加壓液流的層流通過窗口。
可以認為還有另一個優(yōu)點是提供下述一種設備，所述設備能快速清潔(比如1或2分鐘之內(nèi))，因此測量的周期時間與生產(chǎn)過程變化相比極??；能很容易(包括自動的)輸送樣品到分析池，因此可快速進行顏色的測量；及設備可以放置在潛在有危險的環(huán)境如工廠地面中。
發(fā)明提要 在第一方面，本發(fā)明針對一種方法，所述方法用于以一種方式測量加壓流動的測試液的顏色性質，以便減少光線的離散。測試液貼著透明隔板接觸，所述透明隔板與透明窗口間隔開一預定距離。隔板具有預定的折射率，并具有一厚度尺寸是小于窗口的厚度尺寸。
一波長是在預定波長范圍內(nèi)的詢問(interrogating)輻射的射線穿過透明的窗口和隔板二者射入液體中。至少一部分從液體反射的輻射在隔板內(nèi)經(jīng)歷全內(nèi)反射，而同時防止反射的輻射漸消失的結合到窗口的材料中。
防止?jié)u消失的結合到窗口的材料中通過下述方法完成 i)在窗口和隔板之間設置一種介質，所述介質具有折射率為小于隔板的折射率，和 ii)使窗口隔板之間的間距保持一距離，所述距離小于詢問輻射的波長的3倍。
由于隔板的厚度尺寸，所以給隔板內(nèi)的輻射提供必要的側向距離，以便經(jīng)歷統(tǒng)計學上有效的內(nèi)反射數(shù)足以讓那個輻射出射隔板。結果，能使比讓反射的輻射直接進入較厚的窗口的情況有更多經(jīng)過反射的輻射能進入檢測器的視場并因此加以收集。因此，可以減少光離散和伴隨的色度損失。
在另一方面，本發(fā)明針對顏色測量設備和一種系統(tǒng)，上述顏色測量設備取流動池的形式，而上述系統(tǒng)包括上述流動池，用于利用在預定波長范圍內(nèi)的波長下的詢問輻射測量穿過流動池流動的液體的顏色性質。
流動池包括基底和蓋。蓋具有詢問輻射可透過的窗口。一詢問輻射也可透過的薄隔板安裝在流動池內(nèi)，在窗口和基底之間成間隔開的關系。隔板優(yōu)選的是由撓性聚合物膜形成，所述撓性聚合物膜在其上具有第一表面和第二表面。隔板具有預定的折射率，和具有一厚度尺寸為小于窗口的厚度尺寸。
隔板的第一表面和窗口協(xié)同工作，以便在它們之間限定一空氣腔，從液體樣品室中的液體反射。液體樣品室限定在隔板的第二表面和基底之間。
隔板和窗口之間的間距是這樣，以便防止從液體反射的輻射漸消失式結合到窗口的材料中。因此，至少一部分從液體反射的輻射在隔板內(nèi)經(jīng)歷全內(nèi)反射。通常，這個間距是不小于詢問輻射的波長范圍內(nèi)預定最大波長的3倍的距離。
隔板提供足夠的側間距離，用于反射的輻射在散射到下述一角度中之前經(jīng)歷統(tǒng)計學上有效的反射數(shù)，上述角度小于隔板/空氣腔界面的臨界角。這樣，基本上從液體反射的全部輻射然后橫過空氣腔、進入窗口、橫過窗口、和然后在朝向檢測器的這側上出射窗口，同時少量光線離散并損失色度。
在空氣腔中設置多個間隔元件，以便保持隔板和窗口之間的間隔開的關系。
按照本發(fā)明的流動池的一個實施例，間隔件取在窗口的表面上形成的圓柱形桿狀構造或者不規(guī)則形狀的結節(jié)構造的形式。由其限定間隔元件的每個這樣的構造都從窗口朝隔板方向延伸。所測得的每個構造的平均尺寸約為1密耳(0.001英寸)或者25微米。每個構造與相鄰結構間隔開的平均距離為不小于平均構造尺寸的10倍。
可供選擇地，間隔件可以在隔板的第一表面(面對窗口的表面)上形成。如果隔板的第一表面是粗糙表面，則隔板上不規(guī)則的粗糙表面可以用作間隔元件。
作為另一種可供選擇的方案，間隔元件可以取限制在空氣腔內(nèi)的構件的形式，所述構件不附接到窗口或隔板上。
按照本發(fā)明的還有另一個方面，流動池具有在其中形成的液體供應通道和液體排出通道。液體供應通道、樣品室和液體排出通道協(xié)同工作，以便限定穿過流動池的液體流動路線。液體供應通道、樣品室和液體排出通道這樣加工成一定形狀，以便在沿著液體流動路線的任何位置處基本上與液體流動路線垂直的平面中所取的任何橫斷面都顯示基本上相同的截面積。
利用本發(fā)明的流動池的系統(tǒng)包括一種反射方式分光光度計和泵，上述分光光度計相對于流動池設置，而上述泵用于泵送液體樣品穿過流動池。分光光度計是使詢問輻射對準穿過樣品室流動的液體，并與從液體反射的詢問輻射相對應，以便產(chǎn)生代表液體顏色性質的電信號。
按照本發(fā)明的另一個可供選擇的實施例，流動池具有在其中形成的流入通道和流出通路。流入和流出通路各都與空氣腔連通。流入和流出通路各加工成一定尺寸，以便讓加壓流體如加壓空氣這樣通過空氣腔，以便在使用時，通過空氣腔中的加壓流體保持隔板和窗口之間的間隔開的關系?？諝馇恢屑訅毫黧w的壓力按照穿過流動池流動的液體的壓力確定。
按照另一方面，本發(fā)明可以取探頭的形式實施，所述探頭供利用預定波長下的詢問輻射測量測試液的性質。探頭包括一外殼件，所述外殼件具有安裝在其第一端處的窗口，詢問輻射可透過所述窗口。可讓詢問輻射透過的隔板成間隔開的關系安裝到窗口上。隔板在其上具有第一表面和第二表面，同時隔板的第一表面面對窗口。隔板這樣設置，以使隔板的第一表面與窗口協(xié)同工作，來限定在它們之間的空氣腔。隔板和窗口之間的間距是這樣，以便防止從設置成與隔板的第二表面接觸的液體中反射的輻射漸消失地結合到窗口中，因此反射的輻射在隔板中而不是在窗口中經(jīng)歷全內(nèi)反射。
附圖簡介 本發(fā)明從下面參照附圖所作的詳細說明將更充分理解，所述附圖形成本申請的一部分，和其中 圖1是現(xiàn)有技術在流動池的窗口和與流動池的窗口接觸的液體之間的界面處光學效應的格式化示圖； 圖2是用于測量液體的顏色性質的流動池的優(yōu)選實施例的完全用剖面表面的部件分解側視圖； 圖3是圖2的流動池的基底沿著其中觀察線3-3所取的平面圖； 圖4是整個以剖面示出本發(fā)明的流動池的詳細情況，和尤其是隔板成間隔開關系安裝在流動池的基底和蓋之間的放大側視圖； 圖5是沿著圖2的觀察線5-5所取的裝配圖2的流動池蓋的窗口內(nèi)表面的平面圖，同時示出設置在窗口上的桿狀構造陣列； 圖6是類似圖5的平面圖，示出圖2的流動池的蓋的窗口內(nèi)表面和設置在窗口上的結節(jié)構造陣列； 圖7是整個用剖面表面沿著圖6中剖面線所取的側視圖； 圖8，9，10和11是沿著圖3和4中相應編號的剖面線所取的剖視圖，示出流體穿過流動池的流動路線的配置； 圖12是包括按照本發(fā)明所述流動池的測量系統(tǒng)的示意圖； 圖13A和13B是與圖1類似的格式化視圖，示出在本發(fā)明的流動池內(nèi)發(fā)生的光學相互作用； 圖14是示出本發(fā)明的流動池的可供選擇的實施例的放大側視圖，其中流動池具有在其中形成的加壓流體流入通路和加壓流體流出通路； 圖15A是本發(fā)明的探頭實施方案的側視圖，而圖15B是圖15A的探頭的端部的放大圖；和 圖16是實例樣品1當用實例中所討論的每種儀器測量時的反射度與波長的關系曲線圖。
發(fā)明詳細說明 在整個下面詳細說明中，同樣的標號涉及所有附圖中同樣的元件。應該理解，在不同圖中所示的本發(fā)明的不同結構的詳細情況和操作在形式上都已格式化，同時某些部分進行了放大或擴大，全都是為了圖示方便和理解容易。
圖2是流動池的優(yōu)選實施例整個剖面的部件分解側視圖，所述流動池(flow cell)一般用標號10表示，用于測量一種濕的液體如油漆當它在壓力下流過流動池時的顏色性質。測量是用預定波長范圍內(nèi)的詢問輻射通過分光光度計118(圖12；比如，用反射方式操作)進行。合適的詢問波長范圍是400-700納米?；鶞瘦S線10A貫穿流動池10。應該理解，盡管本文說明是測量液體油漆的一個或多個顏色性質，但流動池10有利的是可用來測量流過該池的任何液態(tài)或氣態(tài)流體物料的其它性質。
流動池10包括封閉式外殼，所述封閉式外殼由可結合的第一和第二外殼構件14，16形成。在圖2所示的安排中，第一外殼構件14限定流動池10的基底，而第二外殼構件16限定一活動蓋。兩外殼構件的其中之一，在優(yōu)選情況下通常是蓋16，具有一安裝于其中的窗口20。窗口20在光學上是詢問輻射可透過的。待分析的液體穿過基底14加到流動池10中。然而，應該理解，如果希望的話，上述各部件的安排可以顛倒過來，在這種情況下窗口將設置在基底中，而液體穿過蓋加入。
基底14包括主體部分14B，所述主體部分14B用不銹鋼或任何合適的可與測量其顏色性質的液體相容的可供選擇的穩(wěn)定材料機加工制成。液體供應通道18和液體排出通道19貫穿基底14的主體部分14B。每個通道18，19都具有相應的貫穿它的各自軸線18A，19A。相應的液體供應通道18和液體排出通道19的相應軸線18A，19A相對于基準軸線10A限定一相應的角18L，19L(圖1)。角18L，19L位于30°-45°范圍內(nèi)。
如從圖2和3可以看出的，主體14B圍繞其周邊形成浮凸(relieved)，以便限定一具有外螺紋14T的安裝凸耳14S(圖2)。直立的密封唇14L在基底14的頂部表面上形成，并封閉一液體流動區(qū)域，所述液體流動區(qū)域一般用標號14F表示(圖3)。液體流動區(qū)域14F包括液體測量表面14M和相關的過渡表面14I、14J。
測量表面14M一般是垂直于軸線10A定向的平表面。測量表面14M占據(jù)液體流動區(qū)域14F的主要部分。在優(yōu)選的情況下，測量表面14M由陶瓷插件14C(圖2)露出的上表面限定，上述陶瓷插件14C膠接到凹槽14R中，所述凹槽R在主體14B的表面上形成。陶瓷具有一玻璃狀表面(優(yōu)選的是顏色為白色)，所述玻璃狀表面具有一反射率大于85％。
過渡表面14I、14J分別從測量表面14M的相對的邊緣朝液體供應通道18和液體排出通道19的口18M、19M方向傾斜。
基底14擴孔，以便接收相應的液體供應管接頭和液體排出管接頭18F、19F。管接頭18F、19F容納相應的供應管線和排出管線110，112(圖12)，因而流動池10可以連接到液體流動回路中。
在優(yōu)選實施方案中，過渡表面14I，14J、測量表面14M、液體供應通道18和液體排出通道19二者的內(nèi)表面、及密封唇14L全都涂裝有一薄層含氟聚合物材料26(圖4)。薄層26優(yōu)選的是具有一均勻厚度約為0.002-0.005英寸(0.0051-0.0127cm)。任何合適的含氟聚合物材料都可以使用，唯一條件是至少薄層26疊加陶瓷插件14C(如果設置的話)相當大部分表面的那部分26’是透光的。用于薄層26的含氟聚合物材料是由E.I.du pont de Nemours and company，Inc.制造，并作為

Silverstone銷售的那種含氟聚合物材料。透光層26’(如果使用的話)可以用由E.I.du pont de Nemours and company，Inc.制造，并作為

AF銷售的含氟聚合物材料實施。
在結構上，如圖2和4中所示，蓋16包括外邊緣30和環(huán)形支承環(huán)32。支承環(huán)32容納一般是圓盤形的透明窗口20。
邊緣30包括環(huán)形圓盤部分30D，從所述圓盤部分30D懸重凸緣30F。在凸緣30F的內(nèi)周表面上設置螺紋30T。
支承環(huán)32的主體部分32B有一向內(nèi)延伸的唇邊32L(亦即，朝軸線10A方向延伸)和向外延伸的密封肩32S。主體部分32B在唇邊32L下方的表面限定一環(huán)形支承面32M。
窗口20包括主體部分20B，所述主體部分20B有一般分別平行的外表面和內(nèi)表面20E、20I。窗口20可以用石英、藍寶石、或者合成材料如熔凝石英、熔凝硅石或硼硅酸鹽制成。這些材料具有折射率相當于約1.50。這個折射率接近制造液體油漆時所用溶劑的折射率，所述液體油漆的顏色性質可以用流動池10進行測量，窗口20的周邊邊界表面20P成形為與支承環(huán)32上的支承表面32M匹配。
邊緣30上的螺紋30T加工成一定尺寸，以便接合安裝凸耳14M上的外周邊螺紋14T，因此蓋16可以活動式連接到基底14上。當把蓋16擰到基底14上時，將窗口20支承在合適位置，同時疊加液體測量表面14M。
如圖4中最佳示出的，當把蓋16裝配和連接到基底14上時，窗口20這樣被支承環(huán)32可伸縮地容納，以便窗口20的周邊邊界表面20P配合貼著支承環(huán)32上的支承表面32M。窗口20的外表面20E面對支承環(huán)32的唇邊32L的下表面。窗口20的厚度和支承表面32M的高度這樣選定，以便在窗口20的外表面20E和唇邊32L的下表面之間限定一余隙空間40。當把蓋16擰到基底14上時，余隙空間40使窗口20斷裂的可能性減至最小。邊緣30的圓盤部分30D加工成一定尺寸，以便當把蓋16擰到基底14上時，疊加并貼著支承環(huán)32上的密封肩32S起作用。主體部分32和圓盤部分30D之間的環(huán)形間隙42有助于在邊緣30和支承環(huán)32之間不存在粘結的情況下把邊緣30擰到凸耳14S上。
當基底14和蓋16完全結合時，窗口20的內(nèi)表面20I和基底14的上表面協(xié)同工作，以便限定封閉的內(nèi)部體積48。
按照本發(fā)明，一般用標號50表示的透明隔板50以間隔開的關系安裝在流動池內(nèi)窗口20和基底14之間。隔板50用來將封閉的內(nèi)部體積48再細分成空腔54(圖4)和液體樣品室58。
或許如圖4最佳示出的，隔板50通過安裝肩32S貼著安裝唇邊14L起作用的夾緊作用保持在流動池10內(nèi)合適位置。如果希望的話，為了進一步保證這個環(huán)形界面的密封整體性，可以在隔板50和唇邊14L之間設置密封墊60。
隔板50的主體部分50P可以用任何合適的材料制成，所述材料在光學上可透過預定波長下的詢問輻射，且實際上能將加壓流動的液體限制在液體樣品室58內(nèi)。隔板具有折射率約為(1.3)-(1.7)。實際上，隔板由柔軟的聚合物材料如含氟聚合物或聚酯制成。如果隔板用含氟聚合物之外的材料制成，則如果希望的話，可以將隔板涂裝光學上透明的含氟聚合物材料薄層50L，如用于涂層26的一部分26’的含氟聚合物材料。薄層50L的折射率接近隔板50的主體部分50P的折射率。
隔板50在其上具有第一表面50A和相對的第二表面50B。窗口20的內(nèi)表面20I同支承環(huán)32上一部分配合表面32M一起與隔板50的第一表面50A協(xié)同工作，以例限定空腔54?？涨?4限定鄰近窗口20的內(nèi)表面20I的區(qū)域，所述區(qū)域能容納一種其折射率與隔板和窗口材料折射率不同(約為0.2)的材料。
如本文更充分說明的，隔板與窗口20的厚度尺寸相比是較薄的構件。實際上，隔板具有厚度“t”(也見圖13A，13B)是在0.005-0.010英寸(0.0127-0.0254cm)范圍內(nèi)。
在最簡單的實施方案中，空腔54與大氣相通，以便在使用時，空腔內(nèi)的物料是空氣。因此，如果流動池10在敞開的大氣中工作，則空氣是設置在窗口20的兩側上的物料，且對入射輻射的折射作用最小。然而，假定適應任何折射作用，則在空腔54內(nèi)設置一種與流動池中所用的大氣不同的材料屬于本發(fā)明的實施方案內(nèi)。應該理解，流動池可以在與周圍空氣不同的氛圍中工作。
在隔板50緊固在合適位置的情況下，在隔板50的第二表面50B和內(nèi)表面20I之間限定一空隙或間隙。隔板50的第二表面50B和內(nèi)表面20I之間(朝平行于軸線10A的方向上測得)的間隙的尺寸用標號54D表示。尺寸54D的大小是重要的。由于本文關于圖13A和13B更充分說明的原因，間隙(朝平行于基準軸線10A的方向測得)的尺寸54D應該至少不小于用來詢問待測試的液體樣品的輻射的波長的3倍。作為例子，如果詢問輻射的最大波長是700納米，則尺寸54D是在2.1-3微米范圍內(nèi)。
液體樣品室58限定在隔板50的第二表面50B和基底14上面對設置的液體液動區(qū)14F之間。唇邊14L用作樣品室58的圓周邊界。液體樣品室58把液體樣品限制為它在壓力下，沿著從液體供應通道18延伸的流動路線62，穿過樣品室58流到液體排出通道19。液體樣品從供應通道18的口18M，經(jīng)由入口過渡區(qū)64L、經(jīng)由測量區(qū)64M、和經(jīng)由出口過渡區(qū)64J(圖14)流到排出通道19的口19M。入口過渡區(qū)64L限定在過渡表面14L和隔板50的表面50B之間。測量表面14M和隔板50的表面50B協(xié)同工作，以便限定測量區(qū)64M。出口過渡區(qū)64J限定在過渡表面14J和隔板50的表面50B之間。
測量區(qū)64M(在平行于基準軸線10A的方向上測得)的尺寸64D加工成一定大小，以便當液體在測量表面14M的上方通過時保持層流。通常，這個尺寸64D約為0.010英寸(0.0254cm)。
在優(yōu)選實施方案中，通過在空氣腔54內(nèi)設置一個或多個間隔元件保持隔板50的第二表面50B和窗口20的內(nèi)表面20I之間的間隙的尺寸54D而同時防止隔板50的撓曲或彎曲，上述間隔元件一般用標號68表示。間隔元件68優(yōu)選的是可以在窗口20的主體部分20B的內(nèi)表面上整體形成。另外在本發(fā)明的設想范圍內(nèi)，間隔元件可以在隔板50的表面50B上形成，或者用別的方法實際上限定在空氣腔54內(nèi)，而不附接到窗口或隔板二者上。
在圖3，4和5所示的實施例中，間隔元件68取桿狀件68P的形式，所述桿狀件68P在窗口20的主體的內(nèi)表面上整體形成。桿狀件68P具有一般是平整的端部。桿狀件68P從內(nèi)表面20I伸入空氣腔54中一定距離，所述距離足夠保持空氣腔54的預定間隙尺寸54D。因此，按照間隙的最小尺寸54D，桿狀件68P的軸向長度尺寸為至少2.1-3微米。
除了保持空氣腔54的尺寸54D之外，桿狀件68P陣列還防止隔板50的彎曲或隆起，因此用來在整個測量區(qū)64M中保持液體樣品室58的光程長恒定。(應該注意，在圖4中，把桿狀件68P的平整的端部示出與隔板50稍微間隔開僅是用于圖示清楚的目的)。
如圖5中最佳示出的，桿狀件68P它們的橫斷面一般是圓形，具有平均直徑為約1密耳(0.001英寸)(25微米)。每個桿狀件68P都與相鄰桿狀件分開一平均距離68D為不小于桿狀件的橫向尺寸(比如直徑)的大約10倍。
在圖6和7所示的可供選擇的實施例中，間隔元件68取一般是圓形粒狀結節(jié)68N的形式。每個結節(jié)68N是一般異圓的形體，具有平均直徑為約1密耳(0.001英寸)(25微米)和高度尺寸與間隙的最小尺寸54D一致。每個結節(jié)68N都與相鄰的結節(jié)68N分開一平均距離為不小于粒子的平均橫向尺寸(比如直徑)的10倍。
無論是以桿狀件68P的形式還是以結節(jié)68N的形式實施，間隔元件68都不應覆蓋窗口20的內(nèi)表面20I的面積的大于3％-10％。優(yōu)選的是，間隔元件68覆蓋表面20I的面積應不大于約5％。間隔元件68可以形成規(guī)整的形式(如桿狀件68P的情況下所示)或者形成為隨機設置的陣列(如結節(jié)68N的情況下所示)。
標狀件68P或者結節(jié)68N優(yōu)選的是用光刻技術在窗口的主體上形成。一般，光刻技術包括在窗口20的內(nèi)表面上沉淀一層聚合物光刻膠材料。將具有所希望的規(guī)整或隨機構造的圖案的光掩膜鋪放在光刻膠上。例如，光刻膠可以用噴墨打印機透明軟片的一側上結節(jié)表面形成，上述噴墨打印機透明軟片可從Hewlett-parkard Inc.，購買，并以HPC3834A型Premium Inkjet Transparency Film作為光掩膜用模板銷售。光刻膠在掩膜處于合適位置情況下暴露于光輻射下，同時在聚合物層中產(chǎn)生聚合區(qū)和非聚合區(qū)。圖案中不想要的材料用化學方法從光致聚合層中溶解，同時留下所產(chǎn)生的間隔元件的圖案。
在一種特定的制造技術中，使窗口用的熔融石英圓盤在濕法清洗崗位經(jīng)受經(jīng)過修改的“RCA式”清洗，以便除去有機物和金屬污染物。“RCA式清洗”是RCA公司開發(fā)研究出的工業(yè)標準，用于除去晶片中的污染物。石英圓盤浸入65℃浴槽中10分鐘，所述浴槽含NH4OH∶H2O2∶H2O的比例為1∶1∶6。在圓片用去離子水漂洗10分鐘后，將它浸入85℃含95％H2SO4的槽中10分鐘。用去離子水漂洗15分鐘，和用氮氣吹干。然后將圓盤真空脫水并在干燥氮氣氣氛中加熱和冷卻，以便準備薄膜沉積。
柱狀間隔元件用光刻膠和照相工具形成。合適的光刻膠是從Microchem Incorporated，Newton，Masschusetts作為NANOTM SU-82000Negative Tone Photoresist購買的那種。這種環(huán)氧樹脂基光刻膠可在不同粘度下使用，用于旋涂不同的厚度范圍。主要是，調(diào)節(jié)溶劑(環(huán)戊酮)的百分率以便達到正確的粘度。這種光刻膠含有光引發(fā)劑和增感劑，所述增感劑“撥入”到365nm l-線紫外光。
利用旋涂器設備如購自Headway Research，Inc.，Garland，Texas的設備，將光刻膠涂布到圓盤的表面上。旋涂條件由所希望的間隔元件的高度決定。光刻膠分別在65℃和95℃下用兩級熱板烘烤進行軟烘烤。烘烤時間與光刻膠厚度有關。
然后將冷卻的圓盤的UV曝光設備如購自Optical Associates Inc.，San Jose，Califirnia以OAI HybralignTM Series 500 Mask Alignment andExposure System出售的設備上成像。UV是365nm l-線紫外光。功率電平為5mW/cm2；曝光時間與光刻膠厚度有關。
接著進行曝光后烘烤。這是分別在65℃和95℃下的兩級烘烤。烘烤時間與光刻膠厚度有關。圓盤然后緩慢冷卻，并在SU8顯影劑中進行浸入顯影，所述SU8顯影劑購自Microchem Incorporated。這種顯影劑是溶劑，即PGMEA(聚乙二醇單甲醚乙酸酯)。
在檢驗之后，將形成圖形的圓盤在實驗室烘箱中進行硬烘烤。直線升溫到175℃，保溫2小時，并直線降到室溫。
間隔元件也可以用任何其它合適的微型制造法在窗口的表面上形成。
在可供選擇的實施例中，間隔元件可以在隔板的第二表面上整體形成。例如，如果利用噴墨打印機透明膠片的聚酯基片材(具有從前表面剝離的任何膠粘劑涂層)來提供隔板，則片材的相對表面可以顯示出結節(jié)狀表面，所述結節(jié)狀表面足以保持隔板與窗口的間距。噴墨打印機透明膠片購自Hewlett-Parkard Inc.并以Model Hp C3834APremium Inkjet Transparency Film銷售，所述透明膠片適用于這個目的。
在還有另一個可供選擇的實施例中，間隔元件可以設置在空腔54內(nèi)，所述空腔54既不附接到窗口上也不附接到隔板上。
為了保持液體穿過樣品室的層流，重要的是當液體沿著流動路線62前進時不使液體流動中斷。
為此，液體供應通道18、液體排出通道19、入口過渡區(qū)64L、測量區(qū)64M、和出口過渡區(qū)64J全都這樣成形、以便在沿著液體流動路線的任何位置處基本上垂直于液體流動路線的平面中所采取的任何橫斷面都顯示基本上相同的面積。
這種構造在圖8-11所述的系列立視圖中示出。這些不同視圖示出液體供應通道18在流動池的主體14B內(nèi)(圖8)、在液體供應通道18的口18M處(圖9)、在入口過渡區(qū)64L中(圖10)、在測量區(qū)64M中(圖11)的配置。因為流動池10的構造對稱，所以流動路線62在出口過渡區(qū)64J中、在液體排出通道19的口19M處、及在液體排出通道19中的配置分別與圖10、圖9和圖8中所示的配置相同。
在優(yōu)選的情況下，液體供應通道18和液體排出通道19各都形成為基本上是貫穿主體14B的圓孔。因此，穿過通道(比如圖8)的橫斷面是圓形形狀。由于流動池10的幾何形狀，所以在相應通道18，19的口18M，19M處、在過渡區(qū)64L，64M中、及在測量區(qū)64M中的橫斷面基本上是矩形形狀(比如，圖9-11)。流動池的幾何形狀是這樣，以使這些橫斷面的面積基本上相等。因此，當沿著流動路線62泵送液體時，液體不會遭遇流動不連續(xù)性。
另外，在本發(fā)明的設想內(nèi)，液體供應通道18和液體排出通道19各都可以可供選擇地成形為矩形形狀。在這種安排中，每個通道都可以由彼此面對的成對基本上是平面壁形成。在至少一對彼此面對的平面壁中的各壁在通道的長度上朝通道軸線方向會聚，以便在沿著通道軸線的每個點處每個垂直于通道軸線的平面中都保持均勻的橫截面積。
圖12是示出按照本發(fā)明所述的流動池10當在分光光度系統(tǒng)內(nèi)使用時的示意圖，所述分光光度系統(tǒng)一般用標號100表示，用于測量加壓流動的流體的性質。流體可以是任何希望查明或監(jiān)測其性質的液態(tài)或氣態(tài)流體。在本討論中，假定是查明和監(jiān)測液體油漆或沖淡劑(tint)的顏色性質。
液體材料的各成分計量加入容器102中，并通過由攪拌槳葉104所產(chǎn)生的混合作用結合。液體材料用泵108打循環(huán)穿過由管道環(huán)路106所限定的循環(huán)流動路線。不用泵，可以用加壓流體(比如加壓空氣)來沿著流動路線106除去閉合容器中的液體。流動路線106可以有一個或多個安裝開口108A，108B，所述安裝開口108A，108B沿著流動路線設置在預定位置處用于待說明目的。
在一種安排中，流動池10通過入口連接管線110和出口連接管線112連接到循環(huán)環(huán)路106中。連接管線110，112分別被設置在流動池10中的管接頭18F，19F接收(圖1)。可以設置相應的壓力傳感器114，116，以便監(jiān)測連接管線110，112的壓力。
隨著液體穿過液體樣品室64流動，所述液體被分光光度計118詢問。分光光度計工作，以便直接詢間朝向穿過流動池的樣品室流動的流體的輻射，并對從流體反射的詢問輻射作出響應，以便產(chǎn)生代表其性質的電信號。如果希望的話，分光光度計可以用一種方式安裝成利用3個測量的方向，如轉讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利4479718(Alman)中所公開的。
所用的具體分光光度計與液體樣品測量的性質有關。對含有有效顏料的液體的顏色測量來說，優(yōu)選的分光光度計可以用這種方式安裝，以將幾個(兩個或多個)檢測器設置成與鏡反射的輻射成多個相應的角度。每個檢測器用下述方法之一設置 1)在由照明射線和鏡反射射線所限定的平面內(nèi)(以后簡稱之為照明的平面)；或者 2)在上述平面外與上述平面成多個相應的方位方向，和與樣品穿過樣品流動室流動的平面成多個相應的預定傾斜角。
在后一種情況下，分光光度計是測角分光光度計。作為前一種情況的例子，在測量含金屬顏料的液體時，可以利用如上所述在3個測量方向處有檢測器的分光光度計，如轉讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利4479718(Alman)中所公開的。
進一步的顏色信息可以通過將本文所述的流動池10這樣定向以便可以進行測量得到，其中穿過流動池的流動方向與上述照明的平面成任何任意的方位角傾斜。
還假定分光光度計118已經(jīng)通過合適的離線校準手續(xù)或是通過詢問測量板(plaque)(如果設置一個的話)的表面進行了校準。
圖13A是類似于圖1的射線示意圖，圖13A示出本發(fā)明的流動池的光運行。在預定波長下的詢問輻射的入射射線R朝窗口20的外表面20E方向傳播。窗口20的材料具有折射率為大于包圍流動池的介質的折射率。在投射到表面20E上時，窗口上方的介質和窗口材料之間折射率的不一致產(chǎn)生一折射射線R’。折射射線R’穿過窗口傳播，直到它遇到窗口的內(nèi)表面20I。當射線從窗口出射時，窗口材料和空腔54內(nèi)的材料之間折射率的不一致再次引起射線折射。為了使所折射效應減至最小，優(yōu)選的是介質M和腔體54內(nèi)的材料相同(比如周圍空氣)。因而最終折射的射線用與射線R相同的相對于軸線10A的傾斜角朝隔板50方向傳播。
射線R穿過空腔54朝隔板50的表面50A方向傳播。射線R被隔板50的材料折射。折射的射線R”出射表面50B，并與樣品室58中的液體材料相互作用。
如果射線R”遇到液體中的顏料粒子或其它散射實體，則射線R”將鏡式反射和擴散式散射，與圖1中散射體位置X處發(fā)生的相互作用相同。鏡式反射的輻射將出射隔板的上表面50A，并穿過空腔54朝窗口20方向傳播。
如果空腔54的尺寸加工成一定大小，以便防止擴散式散射的輻射短暫地結合到窗口2中，則擴散式散射的輻射將經(jīng)歷在隔板中全內(nèi)反射。由于隔板的厚度“t”(相對于窗口的厚度)，所以沿著隔板的平面有足夠的側向距離D用于內(nèi)部反射的輻射令人滿意地經(jīng)歷相當大量的二次散射。使輻射以一小于隔板和空腔之間介面的臨界角的角度重新散射的可能性增加。因此，加強了全內(nèi)反射能的較大部分出射窗口20的可能性。
合適地選擇窗口20和隔板50之間的間隙的尺寸54D來防止隔板中的光暫時結合到窗中，因此增加了將由檢測器得到的擴散式散射輻射的量。窗口和隔板必須保持分開足夠的尺寸54D，以便防止隔板內(nèi)發(fā)生的全內(nèi)反射受抑。該稱作受抑全內(nèi)反射的效應實際上是輻射在隔板中全內(nèi)反射的電場泄漏到窗口材料中，并且當兩種具有相同折射率的材料處于密切接觸時發(fā)生，達到這樣程度，以致它們相應的并置表面分開一距離小于輻射透入較稀薄介質的深度l(在這種情況下是輻射和窗口之間的間隙)的小倍數(shù)，或者是損耗波幅在較稀薄的介質中降到它的值的l/e所需要的距離。該透入深度l取決于下述關系式
式中 λ是光的最大波長； n隔板是隔板的折射率； h間隙是隔板和窗口之間間隙的折射率；和 θu是隔板內(nèi)全內(nèi)反射光射線相對于隔板和間隙之間的界面的垂線的入射角。
用于保證在被較稀薄的介質分開的兩個濃密介質之間保持足夠的距離以防止受抑全內(nèi)反射的一般法則是將兩個濃密介質分開一尺寸54D不小于最大詢問波長的3倍。
現(xiàn)在轉向隔板50的厚度尺寸“t”，重要的是該厚度尺寸十分薄。為了回答應該多薄的問題，重要的是要記住為什么其折射率與待測量的材料的折射率接近的較厚窗口使光線中斷，以致檢測器錯誤表示材料的真實顏色的問題，如果沒有窗口存在，或者如果觀察材料的自由表面，則會看到上述情況。如上面圖1的討論方面所述，原因是 1)一部分光線穿過窗口邊緣跑出，因此當用檢測器看時物體的亮度減小，因為一部分光線決不會到達該物體，和 2)窗口由于使來自窗口邊緣的散射偏離而發(fā)光，因此升高了所檢測的反射光譜的本底或基線。
如果插板插在窗口和待測量的材料之間，和如果在隔板內(nèi)，用某種方式防止光線從檢測器的視場F跑出，則減輕了這兩種現(xiàn)象，如圖13A所示。在下面討論中，假定檢測器的視場F的側向尺寸小于隔板的側向尺寸Dp。
為了實現(xiàn)這點，同時確定測量的材料中一部分擴散式散射光在隔板內(nèi)遭受全內(nèi)反射，必須保證隔板的任何規(guī)定的散射射線重新出射之前所橫過的側向距離D，如圖13A所示，小于F/2。
參見圖13B，應該注意，由于上述射線可以在表面50B與待測量的材料接觸的不同點處以不同的角度θu1、θu2、等，或者通式θui散射，所以由擴散式散射和全內(nèi)反射所橫過的總距離D包括若干段d1、d2等，或者通式di。如上所述，角度θui是射線在角方向上的散射的散射角，所述散射角大于相對于通常用于表面50A處隔板/空氣腔界面的系統(tǒng)的臨界角θc，因為假定所考慮的反射是全內(nèi)反射?，F(xiàn)在把θc，亦即用于隔板/空氣腔界面的臨界角定義如下

θc≤θui≤π/2 如果射線在隔板內(nèi)產(chǎn)生m次反射，它們除了第m次反射外每次反射都是全內(nèi)反射，因為第m次反射穿過隔板50的上表面再次出射，所以在橫向方向上沿著隔板的側向尺寸行進的總距離D由下式給出 從幾何學上考慮，di一直到但不包括dm的范圍內(nèi)可以由隔板厚度尺寸t和散射角θui計算為 di＝2t tanθui 假定在第m次反射之后，射線穿過表面50再出射，因此dm具有最小值為0，而最大值由下式給出 dm max＝t tanθc 因此，隔板厚度的標準現(xiàn)在可以設定為 或 假定視場F由分光光度計制造廠家設定，則隔板的最大厚度t可以通過使不等式的右側最小求得，因此，使上述公式的分母最大。顯然，如果所有θui至π/2，和θm＝θc，則分母趨向無窮大，而t接近0，這就是說，自由表面測量將捕集所有可能的光線。
然而，實際上，如果希望將樣品裝在閉合系統(tǒng)中，則問題可能是希望捕集的擴散式散射光的百分率的情況。假定鏡式散射光將在第一散射碰撞之后從表面50A再次出射，因為它的散射角為θr，所以在隔板中的折射角按定義小于θc。
因此，對擴散式散射光來說，如果假定測量的樣品是Lambertian散射體，并因此所有散射角都是等概率的，而在接近最壞的情況下，每次與表面50B散射碰撞的最大側向距離di由于內(nèi)部反射/散射射線而受到損失，因此，從實用觀點來看，設定θui全都等于它們最大可能值π/2的高百分率，其中所述最大可能值叫做θumax，并設定θm＝θc，以使上述用于“t”的不等式的分母最大，但沒有接近無限大。因而用于“t”的公式變成 或者，利用臨界角的定義，
式中，p是接近90％-100％的百分率。
為了確定在上述公式中應使用什么m值，即隔板內(nèi)散射的次數(shù)，必需考慮射線一旦在邊界50B處與散射中心形成碰撞散射成一大于臨界角的角度的幾率與上述射線散射成一小于臨界角的角度的幾率的比值。另外，如果假定測量的材料是Lambertian散射體，則擴散散射將是各向異性，并因此所有的角度都是同等可能。因此，情況正是那樣，對散射中心i處的隔板/空氣腔界面來說，射線散射成一大于臨界角的角度的幾率P(θui≥θc)由下式給出 同樣，如上所述射線散射成一小于臨界角的幾率P(θui≤θc)是 因此，在m次散射事件之后于隔板50A的表面處光射線出射的幾率是下述幾率的累計組合的幾率 1)對m-1次散射事件射線散射成一角度大于臨界角的幾率，和 2)對第m次散射事件射線散射成一角度小于臨界角的幾率，或者用數(shù)學公式表示 或 進行求和，然后將該公式簡化為 倘若光的所希望的百分離Pm(θum≤θc)已知，亦即在m次散射事件之后再出射并由檢測器收集，則該公式可以反演以便解出m。我們有 然后從這些公式，通過某些假設，可以估計隔板的最大厚度“t”。例如，如果首先假定間隙包括空氣，則n間隙＝1。另外，如果假定聚酯材料用于隔板，則n隔板＝1.65，和θc然后變成37.3°。最后，如果希望收集90％的光線，則Pm＝0.9，而m，即為達到這一目的所必需的反射的次數(shù)，變成 此處應該知道，從2/π開始的一些系素實際上是角度的比值，且此處各角度已轉換成以度(°)為單位。反射分光光度計的常用視場是F＝0.5″。另外假定，在每個反射事件處，散射角是每個反射事件所橫過的最大側向距離的P/2的90％，然后可以將這個結果代入上面用于t的公式，并得到
圖14還示出按照本發(fā)明所述的流動池的另一個可供選擇的實施例。在這個實施例中，蓋16具有至少一個加壓流體流入通路70和至少一個加壓流體流出通路72。流入和流出通路各與空氣腔54連通。
泵80在流體回路中分別與流入通路和流出通路70，72二者連接。泵80由泵控制器82控制。控制器82按照連接管線110，112(圖11)中如壓力傳感器114，116所監(jiān)測的壓力值發(fā)出泵控制信號。
流入和流出通路70，72分別加工成一定大小，以使加壓流體這樣通過空氣腔54，以便在使用中，保持隔板和窗口之間的間隔開關系。
還應該理解，在該實施例的可供選擇的方案中，窗口可以省去，而分光光度計的透鏡可以有效地用作空氣腔54的上邊界。在這種情況下，提供合適的手段以便將光度計安裝在流動池的主體上。
與上述流動池相比，本發(fā)明也可以取探頭設備150的形式實施。
如圖15A和15B所示，按照本發(fā)明的這方面所述的探頭150包括外殼件154，所述外殼件154具有安裝在其第一端處的窗口20，該窗口20可使詢問輻射透過。外殼154優(yōu)選的是取一般是細長的管狀件的形式。外殼的橫斷面可以采取任何方便的配置。外殼的內(nèi)部在其長度的一部分上如標號159處形成螺紋，因而探頭150可以安裝在安裝開口108A，108B內(nèi)(圖12)。其它一些合適的安裝安排也可以使用。
詢問輻射通過一個或多個光纖束156A-156D傳導向窗口和反射從窗口出射的。(在圖中，光纖156D貫穿外殼154的中心，而光纖156A-156C圍繞外殼的內(nèi)部排列。另一些合適的安排也可以使用。)每個光纖都可以用合適的夾具158固定在外殼154內(nèi)?？梢栽O置一些可供選擇的用于將輻射傳導到窗口和從窗口傳導的裝置如內(nèi)部鏡面。
詢問輻射可透過的隔板50安裝在外殼154的端部處與窗口20成間隔開的關系。隔板50具有在其上的第一表面和第二表面。隔板的第一表面50A與窗口20面對并協(xié)同工作，以便限定在它們之間的空氣腔54。隔板50和窗口20之間的間距是這樣，以便防止從液體反射的輻射有漸消失地結合到窗口中，上述液體設置成與隔板的第二表面50B接觸，因此所反射的輻射在隔板50中而不是在窗口中經(jīng)歷全內(nèi)反射。
在使用中，再參見圖12，探頭150可以用外螺紋159安裝到開口108A和/或108B中(或流動路線內(nèi)任何其它方便位置處)。如在流動池的情況下那樣，來自合適光源的詢問輻射傳導向窗口。入射輻射傳導到反射型分光光度計。
實例 通過按照本發(fā)明所述的流動池所提供的在光線中斷方面的預防及相應的色度和顏色靈敏度方面的改善可以從下面的實例理解。
樣品1是有機沖淡劑，所述有機沖淡劑從E.L.du Pont de Nemoursand Co.Wilmington Delaware購買，如Tint 853J，有機沖淡劑與合適量的白色混合基料混合，以便提供全光譜信息。樣品2是同樣有機沖淡劑摻有0.32％的不飽和的黑色色料，所述黑色色料可從E.L.du Pontde Nemous and co.，Wilmington Delaware作為Tint 806J購買。
利用3種儀器即參考儀器、現(xiàn)有技術對照儀器、和本發(fā)明的儀器的每一種對兩種液體樣品即樣品1和樣品2進行反射度與波長關系曲線測量。
參考儀器是一種轉盤系統(tǒng)，一般如德國專利DE 2525701中所述。液體樣品1和2用有槽的容器分開涂布到轉盤的表面和自由表面上，并進行反射度的測量。選定從這個儀器進行的反射度測量作為參考標準，因為它們最接近地顯示如人眼所看到的樣品的顏色外觀。濕法自由表面測量接近用本申請的背景部分中所說明的干法自由表面測量技術所采用的那些。
現(xiàn)有技術對照儀器是一種閉合系統(tǒng)，一般如美國專利4511251(Falcoff等人)所述。泵送液體樣品1和2穿過流動池。由于流動池的構造，每個樣品都隨著樣品通過流動池而與流動池的窗口密切接觸。
本發(fā)明的儀器是一種具有按照本發(fā)明所述的隔板的閉合式流動池，基本上如本文所述和圖2-7所示。
對每種儀器來說，每種液體樣品的反射度值都用MA90BR型分光光度計進行測量，所述MA90BR型分光光度計購自X-Rite，Incorporated，Grandville，Michigan。
每組測量用的CIELab76值L，a，b都用反射光譜進行計算。色度(C*ab)用CIELab76形式體系進行計算(C*ab＝[a*2+b*2]1/2)。
還計算用每種儀器對樣品1和2所測得的反射度值之間的變化ΔL、Δa和Δb。
所有測量和計算的結果都在下表中列出。當用每種儀器測量時樣品1的反射度與波長的關系曲線圖在圖16中示意示出。
表 討論 在測量光譜的藍色區(qū)(400-500nm)中，現(xiàn)有技術對照儀器與參考儀器和本發(fā)明儀器相比，顯示升高的反射度值。相反，在測量光譜的紅色區(qū)(600-700nm)中，由現(xiàn)有技術對照儀器和產(chǎn)生的值低于參考儀器和本發(fā)明儀器二者所產(chǎn)生的值。在藍色光譜區(qū)中增加的反射度基線和紅色光譜區(qū)中減小的反射度峰值可以認為應為因于來自窗口的光能中斷和損失，如背景技術中所述。
參考儀器的色度值為58.10，而現(xiàn)有技術對照儀器的色度值為46.81，和本儀器的色度值為53.62。參見上表，用現(xiàn)有技術儀器和參考儀器二者測得的色度之間的差值為11.29。用本發(fā)明儀器和參考儀器二者測得的色度之間的差值為4.48。改進可以通過采取兩個差值之間的差值來量度，所述差值為6.81。因此，相對改進僅為6.81/11.29，或～60％。因此，本發(fā)明儀器提供優(yōu)于現(xiàn)有技術對照儀器的有效改進。
變化Δa和Δb的對照揭示出，與現(xiàn)有技術對照儀器相比，本發(fā)明儀器還提供好得多的顏色靈敏度。
參考儀器記錄樣品1和樣品2之間的變化Δa和Δb分別為-1.66和-0.95?，F(xiàn)有技術儀器記錄的Δa為-1.05和Δb為-0.62，而本發(fā)明的儀器記錄的Δa為-1.52和Δb為-0.85。為了確定本發(fā)明儀器和現(xiàn)有技術儀器的靈敏度，僅需要計算現(xiàn)有技術儀器和本發(fā)明儀器二者占參考儀器所記錄的總變化的百分率。這可以通過對每種儀器形成與參考儀器的Δa和Δb的比值做到。就是， Δa 現(xiàn)有技術儀器 1.05/1.66＝63％ 本發(fā)明儀器 1.52/1.66＝91％ Δb 現(xiàn)有技術儀器 0.62/0.95＝66％ 本發(fā)明儀器 0.85/0.95＝89％ 對Δa和Δb二者來說，本發(fā)明儀器記錄對自由表面測量的顏色變化的靈敏度約為90％，而現(xiàn)有技術對照儀器顯示靈敏度分別是在63％和66％下。
從上述情況可知，本發(fā)明的流動池提供優(yōu)于現(xiàn)有技術系統(tǒng)的相當大的優(yōu)點。
本發(fā)明避免了當流動池的窗口與待測試的液體密切接觸時所存在的問題。通過使用隔板來限制加壓液體樣品，所述隔板足夠薄以便減輕光線的中斷和伴隨的色度損失，本發(fā)明有利于通過濕的液體在閉合系統(tǒng)中的反射光譜法進行顏色測量，所述顏色測量令人滿意地產(chǎn)生一致的結果，并有把握地預言濕法讀數(shù)也與干法中的標準匹配。
在隔板后面間隔元件或加壓流體的存在提供足夠的強度，以便防止當樣品是在壓力之下時可能發(fā)生的彎曲。因此，本發(fā)明解決了因注意使用有窗口的系統(tǒng)而產(chǎn)生的強度(厚度)與色度損失的表面上矛盾的問題。
通過提供含氟聚合物材料的涂層，流動池能快速地(在1-2分鐘內(nèi))清潔，以便測量的周期時間與生產(chǎn)過程變化相比極小。
由于本發(fā)明的流動池實施例和探頭實施例可以插在加壓液體的流動路線上，所以測試樣品的輸送可以快速而方便地完成。這使顏色測量能更快進行。
而且，由于流動池或探頭可以在閉合系統(tǒng)的范圍內(nèi)工作，所以流動池和探頭可以在可能包含爆炸性氣氛的環(huán)境中放置在設備底面上。
該領域的技術人員利用如上所述本發(fā)明的技術可以對本發(fā)明進行許多修改。這些修改可以認為都屬于如所附權利要求所述本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種流動池，用于利用預定波長下的詢問輻射測量加壓流動的流體的性質，上述流動池包括
第一和第二外殼件，其中一個外殼件具有詢問輻射可透過的窗口；
隔板，詢問輻射可透過所述隔板，隔板安裝在流動池內(nèi)與具有窗口的外殼件和另一外殼件二者成間隔開的關系，
隔板在其上具有第一表面和第二表面，隔板的第一表面面對一個外殼件中的窗口，而隔板的第二表面面對另一個外殼件，
隔板這樣設置，以使隔板的第一表面和窗口協(xié)同工作來在它們之間限定一空腔，而隔板的第二表面和另一外殼件協(xié)同工作來在它們之間限定一流體樣品室，
隔板和窗口之間的間距是這樣，以使從樣品室中流體反射的輻射能在隔板中經(jīng)歷全內(nèi)反射，而沒有漸消失地結合到窗口上；和
多個間隔元件，所述間隔元件設置在空腔中，并在隔板的第二表面和窗口之間延伸，間隔元件加工成一定大小，以便保持隔板和窗口之間的間距。
2.如權利要求1所述的流動池，其中隔板的第一表面與窗口間隔開一距離，所述距離不小于詢問輻射的預定波長的3倍。
3.如權利要求1所述的流動池，其中間隔元件附接到窗口上。
4.如權利要求1所述的流動池，其中窗口具有多個在其表面上形成的桿狀構造，每個桿狀構造都從窗口朝隔板方向延伸，因而限定間隔元件，每個桿狀構造都具有穿過它的軸線，
在垂直于軸線的平面中測得的每個桿狀構造的平均尺寸約為1密耳(0.001英寸)，
每個桿狀構造與相鄰桿狀構造分開一平均距離為不小于平均尺寸的10倍。
5.如權利要求4所述的流動池，其中桿狀構造在窗口的表面上形成規(guī)整的陣列。
6.如權利要求1所述的流動池，其中窗口具有多個結節(jié)構造，每個結節(jié)構造都從窗口朝隔板方向延伸，因而限定間隔元件，
每個結節(jié)構造都具有平均尺寸為約1密耳(0.001英寸)，
每個結節(jié)構造都與相鄰的結節(jié)構造分開一平均距離為不小于平均尺寸的10倍。
7.如權利要求1所述的流動池，其中結節(jié)構造在窗口的表面上形成一隨機陣列。
8.如權利要求1所述的流動池，其中隔板是具有最大厚度的基本上是平面的構件，上述最大厚度是這樣，以使輻射由于在隔板內(nèi)的全內(nèi)反射的傳播最小，
因而基本上是所有從流體測得的反射的輻射都沿著隔板的平面在預定的側向距離內(nèi)從隔板出射。
9.如權利要求8所述的流動池，其中隔板具有最大厚度是在0.005-0.010英寸范圍內(nèi)。
10.如權利要求1所述的流動池，其中隔板具有最大厚度是在0.005-0.010英寸范圍內(nèi)。
11.如權利要求8所述的流動池，其中隔板的第一表面其上具有不規(guī)則的變粗糙的構造，所述在隔板的不規(guī)則的變粗糙的構造朝向窗口延伸，因而限定間隔元件。
12.如權利要求1所述的流動池，其中隔板是撓性聚合物膜。
13.如權利要求3所述的流動池，其中窗口在其上具有一預定面積的表面，和其中間隔元件蓋住窗口不大于的3％(3％-10％)表面積。
14.如權利要求13所述的流動池，其中間隔元件蓋住窗口表面積的不大于約5％。
15.如權利要求1所述的流動池，其中另一外殼件具有在其中形成的供應通道和排出通道，上述供應通道和排出通道各與樣品室連通，
供應通道、樣品室和排出通道協(xié)同工作，以便限定穿過流動池的流動路線，
供應通道、樣品室和排出通道各都加工成一定形狀，以便在基本上垂直于流動路線中沿著所述流動路線的任何位置處所取的任何橫斷面都顯示基本上相同的截面積。
16.用于利用預定波長下的詢問輻射測量加壓流動的流體性質的流動池，所述流動池包括
第一和第二外殼件，其中一個外殼件具有詢問輻射可透過的窗口，
隔板，所述隔板詢問輻射可透過，安裝在流動池內(nèi)與具有窗口的外殼件和另一個外殼件二者成間隔開的關系，
隔板在其上具有第一表面和第二表面，隔板的第一表面面對一個外殼件中的窗口，而隔板的第二表面面對另一外殼件，
隔板這樣設置，以使隔板的第一表面和窗口協(xié)同工作，來限定它們之間的空腔，而隔板的第二表面和另一外殼件協(xié)同工作，來限定它們之間的流體樣品室，
隔板和窗口之間的間距是這樣，以使從樣品室中的流體所反射的輻射能經(jīng)歷在隔板中全內(nèi)反射，而不漸消失地結合到窗口上；和
流入和流出通路，所述流入通路和流出通路在具有窗口的外殼件中形成，流入通路和流出通路各與空腔連通，流入通路和流出通路加工成一定尺寸，以便加壓流體這樣通過空腔，以致在使用中通過空腔中的加壓流體保持隔板和窗口之間的間隔開的關系。
17.如權利要求16所述的流動池，其中隔板的第一表面與窗口間隔開一距離為不小于詢問輻射的預定波長的3倍。
18.如權利要求16所述的流動池，其中隔板是具有最大厚度的基本上是平面的構件，最大厚度是這樣，以使輻射的傳播由于隔板內(nèi)的全內(nèi)反射而最小，
因而基本上全部測量的流體中反射的輻射都沿著隔板的平面預定側向距離內(nèi)從隔板出射。
19.如權利要求18所述的流動池，其中隔板具有最大厚度是在約0.005～0.010英寸范圍內(nèi)。
20.如權利要求16所述的流動池，其中隔板具有最大厚度是在0.005-0.010英寸范圍內(nèi)。
21.如權利要求16所述的流動池，其中隔板是撓性聚合物膜。
22.如權利要求16所述的流動池，其中另一外殼件具有在其上形成的供應通道和排出通道，上述供應通道和排出通道各與樣品室連通，
供應通道、樣品室和排出通道協(xié)同工作，以便限定穿過流動池的流動路線，
供應通道，樣品室和排出通道各都這樣加工成一定形狀，以便在基本上垂直于流動路線的平面中沿著流動路線的任何位置處所取的任何橫斷面都顯示基本上相同的截面積。
23.如權利要求22所述的流動地，其中外殼件具有在其上形成的供應通道和排出通道，所述供應通道和排出通道各與樣品室連通，
流動池還包括
壓力傳感器，所述壓力傳感器用于監(jiān)測供應到供應通道中的流體的壓力；和
控制器，所述控制器用于按照由壓力傳感器所監(jiān)測的壓力值產(chǎn)生控制信號，以便控制空腔中加壓流體的壓力。
24.如權利要求22所述的流動池，其中外殼件具有在其中形成的供應通道和排出通道，所述供應通道和排出通道各與樣品室連通，
流動池還包括
壓力傳感器，所述壓力傳感器用于監(jiān)測排出通道中存在的流體的壓力；和
控制器，所述控制器用于按照由壓力傳感器所監(jiān)測的壓力值產(chǎn)生泵控制信號，以便控制空腔中加壓流體的壓力。
25.如權利要求22所述的流動池，其中外殼件具有在其中形成的供應通道和排出通道，所述供應通道和排出通道各與樣品室連通，
流動池還包括
第一壓力傳感器，所述第一壓力傳感器用于監(jiān)測供應到供應通道中的流體的壓力；
第二壓力傳感器，所述第二壓力傳感器用于監(jiān)測排出通道中存在的流體的壓力；和
控制器，所述控制器用于按照由第一和第二壓力傳感器和監(jiān)測的壓力值控制空腔中加壓流體的壓力。
全文摘要
用于利用預定波長下的詢問輻射測量穿過流動池流動的液體的顏色性質的流動池，具有一薄的隔板，所述隔板安裝在流動池的窗口和基底之間成間隔開的關系。隔板具有一預定的折射率和一厚度尺寸，所述厚度尺寸小于窗口的尺寸。隔板和窗口之間的間距是這樣，以便防止將從液體反射的輻射漸消失的結合到窗口的材料上。流動池具有在其中形成的液體供應通道和液體排出通道。在空氣空腔中可以設置多個間隔元件，以便保持隔板和窗口之間的間隔開的關系。可供選擇地，將加壓流體如加壓充氣這樣充滿空氣腔，以便通過空氣腔中的加壓流體保持隔板和窗口之間的間隔開關系?？諝馇恢屑訅毫黧w的壓力按照穿過流動池流動的液體的壓力確定。
文檔編號G01N21/05GK101322024SQ200680045793
公開日2008年12月10日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權日2005年12月5日
發(fā)明者J·B·阿爾斯帕奇, J·R·朱哈什, A·J·馬蒂諾, M·P·賴因哈德特, K·S·謝爾馬赫, T·W·辛普森三世 申請人:納幕爾杜邦公司