Dispositif pour mesurer la réponse de fluorescence d'une matière fluorescente
La présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer la réponse de fluorescence d'une matière fluorescente, comprenant une cellule d'échantillon transparente destinée à contenir la matière fluorescente dont on veut mesurer la réponse, une source lumineuse, un premier réseau par réflexion monté pivotant et disposé de manière que la lumière de la source soit réfléchie par le premier réseau sur ladite cellule d'échantillon, un oscilloscope à rayons cathodiques présentant un moyen de déviation horizontale et un moyen de déviation verticale, un dispositif photosensible, un second réseau par réflexion monté pivotant et disposé de manière que la lumière fluorescente émise par ladite cellule d'échantillon, en réponse à l'excitation de cette cellule par la lumière de ladite source,
soit réfléchie sur le dispositif photosensible, et des moyens de connexion reliant le dispositif photosensible à l'un desdits moyens de déviation de l'oscilloscope.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé par des moyens pour faire osciller sélectivement lesdits réseaux par réflexion, par des générateurs de tension de balayage associés auxdits réseaux, par des moyens moteurs construits et disposés de manière à faire osciller chaque réseau et à commander simultanément le générateur de tension de balayage qui lui est associé, par des moyens de connexion pour relier sélectivement les générateurs de tension de balayage à l'autre desdits moyens de déviation de l'oscilloscope, et par des moyens de commutation pour court-circuiter la sortie de chaque générateur de tension de balayage à un moment prédéterminé pendant l'oscillation du réseau qui lui est associé.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif objet de l'invention.
La fig. 1 est un schéma représentant l'agencement optique et les connexions électriques fondamentales d'un dispositif constituant la première forme d'exécution.
La fig. 2 est un schéma montrant l'agencement des éléments optiques du dispositif constituant la seconde forme d'exécution.
En se référant particulièrement à la fig. 1, le numéro de référence 11 désigne une cellule d'échantillon transparente, par exemple, une cellule en quartz fondu ayant une section droite horizontale carrée, ladite cellule étant montée sur un support approprié. Le numéro de référence 12 désigne une source rectiligne de lumière blanche, par exemple une lampe à arc au xénon présentant une fente verticale de forme sensiblement linéaire. Ladite lampe est excitée à partir d'une paire de conducteurs d'alimentation 13, 14 par l'intermédiaire d'une résistance de charge 15 et d'un dispositif d'amor çage 16, comme représenté.
Le numéro de référence 17 désigne un réseau par réflexion qui est monté à pivot sur un support approprié (non représenté) pour osciller autour d'un axe vertical, par exemple sur un arbre vertical 18, ledit réseau 17 étant situé en avant de la lampe à arc 12 et entre cette dernière et la cellule d'échantillon 11, comme on le voit sur la fig. 1, de façon à recevoir un faisceau de lumière blanche 19 à partir de la lampe et à disperser ledit faisceau et à réfléchir ses composantes spectrales en direction d'une face 20 de la cellule 11. Une plaque 21 à fente verticale est prévue devant la face 20 de la cellule, ladite fente ne permettant qu'à une seule ligne du spectre produit par la dispersion sur ledit réseau de réflexion 17 du faisceau de lumière blanche 19 de pénétrer dans la cellule 1 1 à travers la face 20 dans toute position donnée du réseau 17.
Le faisceau portant l'image réfléchie de la composante spectrale est désigné par 22 sur la fig. 1.
Le numéro de référence 23 désigne un dispositif électronique photosensible de tout type approprié, tel qu'une cellule photo électrique, un tube photomultiplicateur, etc. La cellule photoélectrique 23 et la lampe 12 sont placées sur les. côtés opposés de la cellule d'échantillon 11, comme représenté. Un second réseau par réflexion 24 pivote de façon à osciller sur un axe vertical et est fixé par exemple sur un arbre vertical 25 situé en avant de la cellule 1 1 et entre cette dernière et le dispositif photosensible 23. Le réseau 24 est disposé de façon à recevoir un faisceau 26 de lumière fluorescente à partir d'une face 27 de la cellule 11 par l'intermédiaire d'une plaque 28 à fente verticale prévue en avant de ladite face. La face émissive 27 est adjacente à la face d'activation 20 et perpendiculaire à cette dernière.
Le dispositif photosensible 23, par exemple une cellule photoélectrique comme représenté, est situé de façon à recevoir sur sa cathode un faisceau 30 de la composante spectrale réfléchi à partir du réseau 24 à travers une plaque 29 à fente verticale prévue devant la cellule photoélectrique, comme représenté.
Le dispositif photo sensible 23 est connecté électriquement à l'entrée d'un amplificateur 31 d'un type classique, agencé de façon à engendrer aux bornes de ses conducteurs de sortie 32, 33 une tension de sortie dont l'amplitude varie suivant l'intensité du faisceau 30 de la composante spectrale venant frapper la cellule 23. Les conducteurs 32 et 33 sont connectés respectivement aux plaques de déviation se faisant face, verticalement espacées 34, 35, d'un oscilloscope à rayons cathodiques 36 de sorte que la déviation verticale du faisceau cathodique de l'oscilloscope varie également suivant l'intensité du faisceau 30 de la composante spectrale.
Un voltmètre 37 est connecté aux bornes des conducteurs de sortie 32, 33 de l'amplificateur 31 de façon à pouvoir lire la valeur de la tension de sortie de l'amplificateur à tout instant.
Les réseaux par réflexion 17 et 24 sont de construction classique et sont constitués par un miroir présentant un grand nombre de lignes parallèles ou espacées tracées sur lui. Ils peuvent tre par exemple analogues à ceux du catalogue
No 33-53-08-26 de Bausch & Lomb Optical Co. ,
Rochester, N.Y.
Le réseau 17 est muni d'un bras de manceu- vre 38 qui y est fixé rigidement et qui s'étend vers l'avant à partir du plan du réseau, en observant la fig. 1, l'extrémité du bras venant en contact avec la périphérie d'une came de commande 39 fixée à un arbre vertical 40 qui tourillonne dans un support approprié. Le bras 38 est sollicité contre la périphérie de la came, à savoir dans le sens sinistrorsum en observant la fig. 1, par un ressort 41 relié au bras et à un support fixe 42.
La came 39 est profilée de façon à faire tourner le réseau de réflexion 17 à une vitesse sensiblement uniforme sur un angle suffisant pour réfléchir toutes les composantes spectrales du rayonnement visible et ultraviolet du faisceau 19 dans la fente verticale de la plaque 21 et pour permettre alors au réseau de revenir rapidement à sa position de départ sous l'influence du ressort 41, en réponse à la rotation dans le sens sinistrorsum de l'arbre 40, en observant la fig. 1, à une vitesse uniforme.
L'arbre 40 est accouplé par l'intermédiaire d'un embrayage à friction 43 à l'arbre d'un moteur électrique 44. Ce dernier est muni d'un potentiomètre 45 de réglage de vitesse commandé à la main, connecté aux conducteurs d'alimentation 13, 14 par rintermédiaire des pôles 46, 47 d'un interrupteur bipolaire 48 commandé à la main. Ainsi, une borne 49 du moteur 44 est reliée au conducteur d'alimentation 13 par l'intermédiaire du pôle 47, et l'autre borne 50 du moteur est connectée au curseur 51 du potentiomètre.
Le moteur 44 peut tre de tout type approprié et est de préférence du type à vitesse lente présentant une vitesse nominale de quatre tours environ par minute.
Le balayage horizontal du faisceau de l'oscilloscope est synchronisé avec l'oscillation du réseau 17 par un bras de contact 52 qui est accouplé à l'arbre 18 par l'intermédiaire de roues dentées classiques (non représentées) et qui glisse sur un enroulement 53 de potentiomètre monté concentriquement par rapport audit arbre. Une batterie 54 est connectée aux bornes de l'enroulement du potentiomètre. La borne positive de la batterie est connectée par un conducteur 55 à l'une des plaques de déviation horizontalement espacées 56 de l'oscillos- cope 36. L'autre plaque de déviation horizontale 57 est connectée au conducteur 58, qui est connecté à son tour par l'intermédiaire d'un interrupteur 59 à commande manuelle et d'un conducteur 60 au bras de contact 52.
Lorsque l'interrupteur 59 est fermé, la tension de balayage horizontale appliquée aux bornes des plaques 56, 57 augmente d'une valeur minimum à une valeur maximum simultanément à la rotation dans le sens dextrorsum de la grille 17.
A la fin du balayage horizontal, les plaques 56 et 57 sont court-circuitées par-un commutateur 61 commandé par came, présentant un contact fixe 62 et un bras de contact élastique 63 qui vient en prise avec la périphérie d'un disque de came 64 fixé à l'arbre 40. Le contact 62 est connecté par l'intermédiaire d'un conducteur 65 au conducteur 60. Le bras de contact 63 est connecté par un conducteur 66 au conducteur 55. Le disque de came 64 est muni d'une partie 67 de fermeture du commutateur présentant un plus grand rayon et qui ferme le commutateur 61 à la fin de l'oscillation d'exploration du réseau 17 et élimine ainsi la tension de balayage à partir des plaques 56, 57 jusqu'à ce que le réseau soit revenu dans sa position initiale, après quoi le disque 64 permet au commutateur 61 de s'ouvrir et permet à la tension de balayage d'tre de nouveau appliquée aux plaques 56, 57.
Ainsi qu'il est évident, la tension périodique appliquée aux bornes des plaques de déviation horizontales 56, 57 a une forme de dent de scie et est synchronisée avec le balayage du réseau 17. La tension en dent de scie est produite par le générateur de balayage en dent de scie comprenant le bras de contact 52, l'enroulement 53 du potentiomètre, la batterie 54, la came 64, des contacts de court-circuitage 62, 63, l'arbre 18, le bras 38, la came 39 et le moteur 44.
Sur le disque de came 64 est inscrite une échelle de longueurs d'ondes, et on prévoit un repère fixe 68 au voisinage de la périphérie du disque, l'échelle de longueurs d'ondes indiquant la longueur d'onde du faisceau monochromatique 22 dans les différentes positions angulaires du réseau 17.
L'embrayage à friction 43 est suffisamment souple pour permettre de faire tourner l'arbre 40 à la main au moyen du disque de came 64 lorsque le moteur 44 est désexcité, par exemple lorsque l'interrupteur 48 est ouvert de façon à pouvoir régler manuellement le réseau 17 dans toute position, par exemple dans une position fournissant une longueur d'onde constante voulue du faisceau 22, comme indiqué par la valeur de l'échelle sur le disque 64 au voisinage du repère 68.
De la description ci-dessus, il ressort que le réseau 17 et les éléments qui lui sont associés constituent un moyen permettant de disperser les composantes spectrales du faisceau 19, tout en les réfléchissant vers la face 20 de la cellule 11 à travers la fente de la plaque 21, de façon que la cellule puisse tre excitée soit en étant explorée successivement par toutes les composantes spectrales de la lumière blanche lorsque le moteur 44 est excité, soit par une composante spectrale monochromatique choisie lorsque le moteur 44 est désexcité, et que le disque de came 64 est réglé à la main pour fournir ladite composante spectrale voulue de la façon décrite ci-dessus.
Le réseau 24 est muni d'un moyen de commande analogue à celui associé au réseau 17, à savoir un moteur r de commande 44'accouplé par l'intermé- diaire d'un embrayage à friction 43' à un arbre de commande 40' auquel est fixée une came 39' de commande du réseau dont la périphérie vient en contact glissant avec l'extrémité d'un bras 38' fixé rigidement à l'arbre 25 de pivotement du réseau 24. La came 39' est analogue à la came 39 et commande le réseau 24 de la mme façon que le réseau 17 est commandé.
Un ressort de traction 41' est monté entre le bras 38' et un support fixe 42', sollicitant le bras 38' contre la périphérie de la came 40', en sollicitant le réseau 24 en direction de sa position de départ, et la came 39 est profilée de façon à ramener le réseau 24, par une oscillation
dans le sens sinistrorsum, rapidement dans sa posi
tion initiale à la fin de l'oscillation d'exploration
du réseau faite dans le sens dextrorsum, en obser
vant la fig. 1.
Le balayage horizontal du faisceau de l'oscillos
cope est synohronisé avec le mouvement d'explora
tion du réseau 24 par un potentiomètre 53' de
balayage agencé concentriquement par rapport à
l'arbre 25 et venant en contact glissant avec un
bras de contact 52' accouplé à l'arbre 25 par l'in
termédiaire d'un engrenage classique (non repré
senté). Une batterie 54' est connectée aux bornes de
l'enroulement du potentiomètre 53'. Un bras 62'
est connecté par -un conducteur 60' par l'intermé
diaire d'un interrupteur 59' commandé à la main
à la plaque de déviation horizontale 57 de l'oscil-
loscope.
La borne positive de la batterie 54' est con
nectée par l'intermédiaire d'un conducteur 55' à la
plaque de déviation 56.
Les conducteurs 55' et 60' sont court-circuités à
la fin de l'oscillation d'exploration du réseau 24 par
un commutateur de court-circuitage 61' compre-
nant un contact fixe 62' et un bras de contact élas
tique 63' qui vient en prise avec la périphérie d'un
disque de came 64' profilé de façon à déplacer le
bras de contact 63' pour l'amener en prise avec le
contact 62' à la fin de l'oscillation d'exploration et
à maintenir son contact de court-circuitage jusqu'à
ce que le réseau 24 soit ramené dans sa position de
départ. Le contact 62' est connecté au conducteur 60'
par un conducteur 65'.
Le bras 63' du commutateur
est connecté au conducteur 55' par un conduc
teur 66'.
La tension périodique engendrée aux bornes des
conducteurs 55', 60' est en forme de dent de scie
analogue à la tension en dent de scie engendrée - aux bornes des conducteurs 60, 55 par l'excitation
du moteur 44, comme précédemment décrit, la ten
sion en dent de scie aux bornes des conducteurs 55',
60' étant synchronisée avec le balayage du
réseau 24. Ainsi, les éléments 52', 53', 54', 64', 62',
63', 25, 8', 39' et 44' constituent un générateur de
balayage en dent de scie synchronisé avec le
balayage du réseau 24.
Le disque de came 64' est muni d'une échelle de
longueurs d'ondes analogues à celle du disque 64 et
d'un repère fixe 68' pour lire échelle.
Le moteur 44' est analogue au moteur 44 et est
réglé quant à sa vitesse par un potentiomètre 45'
connecté aux conducteurs d'alimentation 13 et 14
par l'intermédiaire des pôles 46' et 47' d'un interrup
teur bipolaire 48' à commande manuelle. Une
borne 49' du moteur est connectée au conducteur
d'alimentation 13 par l'intermédiaire du pôle 47' du
commutateur, et l'autre borne 50' du moteur est
connectée au curseur 51' du potentiomètre 45'.
De la description ci-dessus, il ressort que le
réseau 24 et ses éléments associés constituent un moyen permettant de disperser les composantes
spectrales du faisceau de fluorescence 26 tout en les réfléchissant vers la cathode du dispositif photosensible 23 à travers la fente de la plaque 29 de façon que le dispositif photosensible puisse tre excité soit en étant exploré successivement par les composantes spectrales de la lumière de fluorescence à partir de la cellule d'échantillon 11 lorsque le moteur 44' est excité, soit par une composante spectrale mono chromatique choisie de la lumière de fluorescence lorsque le moteur 44' est dés excité et que le disque de came 64' est réglé à la main pour fournir ladite composante spectrale voulue.
L'oscilloscope 36 est de préférence d'un type présentant un écran d'observation à matière luminescente à persistance prolongée, bien que si l'on utilise des vitesses d'exploration rapides pour les réseaux 17, 24, l'écran de l'oscilloscope puisse tre d'un type à persistance moins prolongée.
Au cours de l'utilisation de l'appareil, si les propriétés fluorescentes de l'échantillon contenu dans la cellule 1 1 sont inconnues, on procède selon les stades suivants pour déterminer des longueurs d'ondes à la fois d'excitation et de fluorescence:
1. On règle le dispositif jusqu'à ce qu'on observe une certaine fluorescence (l'amplificateur 31 et l'oscilloscope sont réglés pour une grande sensibilité; les interrupteurs 59' et 48' sont fermés, et la longueur d'onde d'excitation est modifiée manuellement par des déplacements de faible amplitude du disque 64).
2. Lorsqu'une longueur d'onde d'excitation est localisée, on arrte l'exploration de la fluorescence (en ouvrant l'interrupteur 48'), et on règle manuellement le disque 64' des longueurs d'ondes de fluorescence à une valeur fournissant une fluorescence maximum (donnant une lecture de tension maximum sur le voltmètre 37).
3. On déplace alors de nouveau le disque 64 des longueurs d'ondes d'excitation jusqu'à ce qu'on observe une nouvelle valeur maximum de fluorescence sur le voltmètre 37, et on règle le disque 64 sur cette longueur d'onde d'excitation.
4. On ferme l'interrupteur 48', en commençant l'exploration de fluorescence de façon que le nouveau spectre de fluorescence soit représenté sur l'écran de l'oscilloscope.
5. Si l'on connaît une longueur d'onde d'excitation (crte d'absorption) de l'échantillon, on règle le disque 64 de longueur d'onde d'excitation sur cette valeur. On commence l'exploration de fluorescence en fermant l'interrupteur 48', et on règle la sensibilité du dispositif de façon à obtenir la représentation voulue du spectre de fluorescence.
6. De façon analogue, si l'on connait la longueur d'onde de fluorescence, on règle le disque 64' des longueurs d'ondes de fluorescence sur cette valeur, et on déplace à la main le disque 64 des longueurs d'ondes d'excitation jusqu'à ce qu'on obtienne une indication maximum de la fluorescence (sur le voltmètre 37), et on règle le disque 64 sur cette valeur. En fermant l'interrupteur 48', on commence l'exploration de la fluorescence et le spectre de fluorescence est représenté sur l'écran de l'oscilloscope.
On peut utiliser l'appareil pour obtenir un spectre d'excitation , à savoir une courbe représentant la relation existant entre la longueur d'onde d'excitation et l'intensité de fluorescence reçue à la longueur d'onde de fluorescence maximum. Lorsqu'un échantillon est excité à une longueur d'onde correspondant à une crte d'excitation, la hauteur de la crte de fluorescence maximum du spectre de fluorescence est la mme que celle de la crte correspondante du spectre d'excitation. La longueur d'onde correspondant à la crte la plus haute du spectre de fluorescence est la longueur d'onde de fluorescence maximum obtenue lorsque l'échantillon est excité par la lumière de la longueur d'onde fournissant la fluorescence maximum.
Pour obtenir un spectre d'excitation, on règle le disque 64' des longueurs d'ondes de fluorescence sur la valeur qui correspond à la fluorescence maximum; on ferme l'interrupteur 59 pour relier les plaques de déviation horizontales de l'oscilloscope au système d'exploration d'excitation et on commence l'exploration de l'excitation en fermant l'interrupteur 48. On ouvre les interrupteurs 59' et 48' de façon que le réseau 24 reste immobile.
Dès qu'on a trouvé une crte de fluorescence pour un composé en cours d'essai, cette crte sert ensuite d'indication pour un essai quantitatif. On doit interrompre l'exploration de fluorescence et la régler à la longueur d'onde fournissant la fluorescence maximum. De façon générale, pour des solutions diluées, la hauteur de la crte de fluorescence est une fonction linéaire de la concentration.
La fig. 2 représente schématiquement un agencement préféré des éléments d'un dispositif destiné à mesurer la réponse de fluorescence d'une matière fluorescente. Le numéro de référence 70 désigne schématiquement un support formé par une première partie 71 de boîtier contenant les composantes monochromatiques d'excitation et une seconde partie 72 du boîtier contenant les composantes monochromatiques de fluorescence. La lampe 12 est montée dans un boîtier 73 qui communique par un passage 74 avec l'intérieur de la partie 71 du boîtier. La lumière provenant de la lampe 12 est réfléchie à partir d'un premier miroir concave 75 monté de façon fixe dans la partie 71 du boîtier vers le réseau par réflexion 17, qui est monté dans la partie 71 du boîtier pour osciller sur un axe vertical.
Les composantes spectrales qui sont dispersées et réfléchies à partir du réseau 17 vers un second miroir concave fixe 76 monté dans la partie 71 du boîtier et sont réfléchies à partir du miroir 76 par l'intermédiaire d'un obturateur 77 de cellule dans un boîtier de cellule 78 dans lequel est montée la cellule transparente 1 1 de l'échantillon, et à travers un ensemble de fente généralement analogue à la plaque fendue 21 de la fig. 1. L'ensemble à fente comprend une paire de plaques 79 à fentes espacées et alignées, les plaques étant situées devant l'une des faces de la cellule 1 1 comme représenté.
La paroi du boîtier 78 de la cellule faisant face à l'obturateur 77 de cellule est munie d'un collecteur de lumière 80 destiné à recevoir et à supprimer la lumière à partir du faisceau 22 qui passe à travers la cellule d'échantillon.
La lumière fluorescente provenant de la cellule 11, représentée sous forme du faisceau 26, traverse une série de plaques 81 à fentes espacées et alignées, définissant un ensemble à fente généralement analogue à la plaque fendue 28 de la fig. 1, dans la seconde partie 72 du boîtier, et est réfléchie à partir d'un miroir concave fixe 82 monté dans cette dernière vers le réseau de réflexion 24. Ce dernier est monté dans la partie 72 de boîtier pour osciller sur un axe vertical. Les composantes spectrales de la lumière fluorescente sont réfléchies à partir du réseau 24 sous forme d'un faisceau 30, et sont réfléchies à partir d'un miroir concave fixe 83 par l'intermédiaire d'un obturateur 84 de photomultiplicateur dans le boîtier 85 du photomultiplicateur fixé à la partie 72 du boîtier.
Le faisceau 30 traverse une plaque à fente 29 pour arriver à un tube photomultiplicateur 23' qui correspond à la cellule photoélectrique 23 de la fig. 1.
Les moyens de commande pour les réseaux de réflexion 17 et 24 et les éléments électriques associés à l'appareil sont les mmes que sur la fig. 1.
Device for measuring the fluorescence response of a fluorescent material
The present invention relates to a device for measuring the fluorescence response of a fluorescent material, comprising a transparent sample cell intended to contain the fluorescent material whose response is to be measured, a light source, a first network by reflection mounted. pivoted and arranged so that light from the source is reflected by the first grating onto said sample cell, a cathode ray oscilloscope having horizontal deflection means and vertical deflection means, a photosensitive device, a second grating by reflection pivotally mounted and arranged so that fluorescent light emitted by said sample cell, in response to excitation of that cell by light from said source,
is reflected on the photosensitive device, and connection means connecting the photosensitive device to one of said deflection means of the oscilloscope.
The device according to the invention is characterized by means for selectively oscillating said networks by reflection, by scanning voltage generators associated with said networks, by motor means constructed and arranged so as to make each network oscillate and simultaneously control the scanning voltage generator associated therewith, by connection means for selectively connecting the scanning voltage generators to the other of said deflection means of the oscilloscope, and by switching means for shorting the output of each sweep voltage generator at a predetermined time during the oscillation of the network associated with it.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the device which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a diagram showing the optical arrangement and the fundamental electrical connections of a device constituting the first embodiment.
Fig. 2 is a diagram showing the arrangement of the optical elements of the device constituting the second embodiment.
With particular reference to FIG. 1, reference numeral 11 denotes a transparent sample cell, for example, a fused quartz cell having a square horizontal cross section, said cell being mounted on a suitable support. Reference numeral 12 denotes a rectilinear source of white light, for example a xenon arc lamp having a vertical slit of substantially linear shape. Said lamp is energized from a pair of supply conductors 13, 14 via a load resistor 15 and a starting device 16, as shown.
Reference numeral 17 denotes a reflection grating which is pivotally mounted on a suitable support (not shown) to oscillate about a vertical axis, for example on a vertical shaft 18, said grating 17 being located in front of the lamp. arc 12 and between the latter and the sample cell 11, as seen in FIG. 1, so as to receive a beam of white light 19 from the lamp and to scatter said beam and to reflect its spectral components in the direction of a face 20 of the cell 11. A plate 21 with a vertical slit is provided in front of the face 20 of the cell, said slit allowing only a single line of the spectrum produced by the dispersion on said reflection grating 17 of the white light beam 19 to enter the cell 11 through the face 20 in any given position network 17.
The beam carrying the reflected image of the spectral component is designated by 22 in FIG. 1.
Reference numeral 23 denotes a photosensitive electronic device of any suitable type, such as a photoelectric cell, a photomultiplier tube, etc. The photocell 23 and the lamp 12 are placed on them. opposite sides of sample cell 11, as shown. A second reflection network 24 pivots so as to oscillate on a vertical axis and is fixed for example on a vertical shaft 25 located in front of the cell 1 1 and between the latter and the photosensitive device 23. The network 24 is arranged so receiving a beam 26 of fluorescent light from a face 27 of the cell 11 via a plate 28 with a vertical slit provided in front of said face. The emissive face 27 is adjacent to the activation face 20 and perpendicular to the latter.
The photosensitive device 23, for example a photoelectric cell as shown, is located so as to receive on its cathode a beam 30 of the spectral component reflected from the grating 24 through a plate 29 with a vertical slit provided in front of the photoelectric cell, as represented.
The photosensitive device 23 is electrically connected to the input of an amplifier 31 of a conventional type, arranged so as to generate at the terminals of its output conductors 32, 33 an output voltage the amplitude of which varies according to the intensity of the beam 30 of the spectral component hitting the cell 23. The conductors 32 and 33 are connected respectively to the vertically spaced facing deflection plates 34, 35, of a cathode ray oscilloscope 36 so that the vertical deflection of the cathode beam of the oscilloscope also varies according to the intensity of the beam 30 of the spectral component.
A voltmeter 37 is connected to the terminals of the output conductors 32, 33 of the amplifier 31 so as to be able to read the value of the output voltage of the amplifier at any time.
The reflection gratings 17 and 24 are of conventional construction and consist of a mirror having a large number of parallel or spaced lines drawn on it. They can for example be similar to those in the catalog.
No 33-53-08-26 of Bausch & Lomb Optical Co.,
Rochester, N.Y.
The network 17 is provided with a handle arm 38 which is rigidly fixed thereto and which extends forwards from the plane of the network, observing FIG. 1, the end of the arm coming into contact with the periphery of a control cam 39 fixed to a vertical shaft 40 which pivots in a suitable support. The arm 38 is urged against the periphery of the cam, namely in the sinistrorsum direction, observing FIG. 1, by a spring 41 connected to the arm and to a fixed support 42.
The cam 39 is profiled so as to rotate the reflection grating 17 at a substantially uniform speed over an angle sufficient to reflect all the spectral components of the visible and ultraviolet radiation of the beam 19 in the vertical slit of the plate 21 and to then allow the network to quickly return to its starting position under the influence of the spring 41, in response to the rotation in the sinistrorsum direction of the shaft 40, observing FIG. 1, at a uniform speed.
The shaft 40 is coupled by means of a friction clutch 43 to the shaft of an electric motor 44. The latter is provided with a speed control potentiometer 45 controlled by hand, connected to the conductors of the motor. power 13, 14 via the poles 46, 47 of a bipolar switch 48 controlled by hand. Thus, one terminal 49 of the motor 44 is connected to the supply conductor 13 via the pole 47, and the other terminal 50 of the motor is connected to the slider 51 of the potentiometer.
The motor 44 can be of any suitable type and is preferably of the slow speed type having a nominal speed of about four revolutions per minute.
The horizontal scanning of the oscilloscope beam is synchronized with the oscillation of the array 17 by a contact arm 52 which is coupled to the shaft 18 by means of conventional toothed wheels (not shown) and which slides on a winding 53 of potentiometer mounted concentrically with respect to said shaft. A battery 54 is connected to the terminals of the winding of the potentiometer. The positive terminal of the battery is connected by a lead 55 to one of the horizontally spaced deflection plates 56 of the oscilloscope 36. The other horizontal deflection plate 57 is connected to the lead 58, which is connected to its turn via a manually operated switch 59 and a conductor 60 to the contact arm 52.
When switch 59 is closed, the horizontal sweep voltage applied to the terminals of plates 56, 57 increases from a minimum value to a maximum value simultaneously with the dextrorsal rotation of the gate 17.
At the end of the horizontal sweep, the plates 56 and 57 are shorted by a cam controlled switch 61, having a fixed contact 62 and a resilient contact arm 63 which engages the periphery of a cam disc. 64 attached to the shaft 40. The contact 62 is connected through a conductor 65 to the conductor 60. The contact arm 63 is connected through a conductor 66 to the conductor 55. The cam disc 64 is provided with a switch closing portion 67 having a larger radius and which closes the switch 61 at the end of the scanning oscillation of the network 17 and thus eliminates the sweep voltage from the plates 56, 57 until the array has returned to its original position, after which the disk 64 allows the switch 61 to open and allows the sweep voltage to be applied again to the plates 56, 57.
As is evident, the periodic voltage applied across the horizontal deflection plates 56, 57 has a sawtooth shape and is synchronized with the scan of the array 17. The sawtooth voltage is produced by the generator. sawtooth sweep comprising contact arm 52, potentiometer winding 53, battery 54, cam 64, shorting contacts 62, 63, shaft 18, arm 38, cam 39 and engine 44.
On the cam disc 64 is inscribed a wavelength scale, and a fixed mark 68 is provided in the vicinity of the periphery of the disc, the wavelength scale indicating the wavelength of the monochromatic beam 22 in the different angular positions of the array 17.
The friction clutch 43 is flexible enough to allow the shaft 40 to be rotated by hand by means of the cam disc 64 when the motor 44 is deenergized, for example when the switch 48 is open so that it can be adjusted manually. the grating 17 in any position, for example in a position providing a desired constant wavelength of the beam 22, as indicated by the value of the scale on the disc 64 in the vicinity of the reference mark 68.
From the above description, it emerges that the grating 17 and the elements associated with it constitute a means making it possible to disperse the spectral components of the beam 19, while reflecting them towards the face 20 of the cell 11 through the slit of the plate 21, so that the cell can be excited either by being explored successively by all the spectral components of white light when the motor 44 is excited, or by a monochromatic spectral component chosen when the motor 44 is de-excited, and that the cam disc 64 is manually adjusted to provide said desired spectral component as described above.
The network 24 is provided with a control means similar to that associated with the network 17, namely a control motor 44 'coupled by the intermediary of a friction clutch 43' to a control shaft 40 '. to which is fixed a network control cam 39 ', the periphery of which comes into sliding contact with the end of an arm 38' rigidly fixed to the pivoting shaft 25 of the network 24. The cam 39 'is similar to the cam 39 and controls network 24 in the same way as network 17 is controlled.
A tension spring 41 'is mounted between the arm 38' and a fixed support 42 ', urging the arm 38' against the periphery of the cam 40 ', urging the network 24 in the direction of its starting position, and the cam 39 is profiled so as to bring back the network 24, by an oscillation
in the sinistrorsum sense, quickly in its posi
initial tion at the end of the exploration oscillation
of the network made in the dextrorsum direction, to observe
before fig. 1.
Horizontal scanning of the oscillos beam
cope is synchronized with the explora movement
tion of network 24 by a 53 'potentiometer
scanning arranged concentrically with respect to
shaft 25 and coming into sliding contact with a
contact arm 52 'coupled to shaft 25 by the in
via a conventional gear (not shown
felt). A 54 'battery is connected to the terminals of
winding of potentiometer 53 '. One arm 62 '
is connected by a 60 'conductor through the
diary of a 59 'hand operated switch
to the horizontal deviation plate 57 of the oscil-
loscope.
The positive terminal of battery 54 'is con
nected through a 55 'conductor at the
deflection plate 56.
The 55 'and 60' conductors are shorted to
the end of the exploration oscillation of network 24 by
a 61 'short-circuiting switch includes
with a fixed contact 62 'and an elas contact arm
tick 63 'which engages the periphery of a
64 'cam disc profiled to move the
contact arm 63 'to bring it into engagement with the
contact 62 'at the end of the exploration oscillation and
to maintain its short-circuiting contact until
that the network 24 is brought back to its position of
departure. Contact 62 'is connected to conductor 60'
by a conductor 65 '.
The 63 'arm of the switch
is connected to conductor 55 'by a conduc
tor 66 '.
The periodic voltage generated across the
55 ', 60' conductors is sawtooth shaped
analogous to the sawtooth voltage generated - across conductors 60, 55 by the excitation
of the motor 44, as previously described, the ten
sawtooth edge across the 55 'conductors,
60 'being synchronized with the sweep of the
network 24. Thus, the elements 52 ', 53', 54 ', 64', 62 ',
63 ', 25, 8', 39 'and 44' constitute a generator of
saw tooth sweep synchronized with the
network scan 24.
Cam disc 64 'is fitted with a scale of
wavelengths analogous to that of disk 64 and
a fixed mark 68 'to read the scale.
Motor 44 'is analogous to motor 44 and is
adjusted as to its speed by a 45 'potentiometer
connected to supply conductors 13 and 14
via poles 46 'and 47' of an interrup
48 'bipolar torch with manual control. A
motor terminal 49 'is connected to the conductor
power supply 13 via pole 47 'of the
switch, and the other 50 'terminal of the motor is
connected to slider 51 'of potentiometer 45'.
From the above description, it appears that the
network 24 and its associated elements constitute a means for dispersing the components
spectral values of the fluorescence beam 26 while reflecting them towards the cathode of the photosensitive device 23 through the slit of the plate 29 so that the photosensitive device can be excited either by being explored successively by the spectral components of the fluorescence light from sample cell 11 when motor 44 'is excited, or by a selected monochromatic spectral component of fluorescence light when motor 44' is de-energized and cam disc 64 'is manually adjusted to provide said desired spectral component.
Oscilloscope 36 is preferably of a type having an extended persistence luminescent material viewing screen, although if high scan speeds are used for arrays 17, 24, the screen of the oscilloscope can be of a less prolonged persistence type.
During use of the apparatus, if the fluorescent properties of the sample contained in cell 1 1 are unknown, the following steps are taken to determine both excitation and fluorescence wavelengths. :
1. Adjust the device until some fluorescence is observed (amplifier 31 and oscilloscope are set for high sensitivity; switches 59 'and 48' are closed, and wavelength d excitation is manually modified by small amplitude displacements of the disc 64).
2. When an excitation wavelength is located, the fluorescence scan is stopped (by opening the switch 48 '), and the disk 64' is manually adjusted from the fluorescence wavelengths to a value providing maximum fluorescence (giving maximum voltage reading on voltmeter 37).
3. The excitation wavelength disk 64 is then moved again until a new maximum fluorescence value is observed on the voltmeter 37, and the disk 64 is adjusted to this wavelength d. 'excitation.
4. Close switch 48 ', starting the fluorescence scan so that the new fluorescence spectrum is represented on the oscilloscope screen.
5. If an excitation wavelength (absorption peak) of the sample is known, set the excitation wavelength disk 64 to that value. The fluorescence exploration is started by closing the switch 48 ', and the sensitivity of the device is adjusted so as to obtain the desired representation of the fluorescence spectrum.
6. Similarly, if the fluorescence wavelength is known, set the disk 64 'of the fluorescence wavelengths to this value, and the disk 64 of the wavelengths is moved by hand. excitation until a maximum indication of fluorescence is obtained (on voltmeter 37), and disk 64 is set to that value. By closing the switch 48 ', the exploration of the fluorescence is started and the fluorescence spectrum is represented on the screen of the oscilloscope.
The apparatus can be used to obtain an excitation spectrum, namely a curve representing the relationship between the excitation wavelength and the fluorescence intensity received at the maximum fluorescence wavelength. When a sample is excited at a wavelength corresponding to an excitation peak, the height of the maximum fluorescence peak of the fluorescence spectrum is the same as that of the corresponding peak of the excitation spectrum. The wavelength corresponding to the highest peak of the fluorescence spectrum is the maximum fluorescence wavelength obtained when the sample is excited by light of the wavelength providing maximum fluorescence.
To obtain an excitation spectrum, the disk 64 'of the fluorescence wavelengths is adjusted to the value which corresponds to the maximum fluorescence; the switch 59 is closed to connect the horizontal deflection plates of the oscilloscope to the excitation exploration system and the exploration of the excitation is started by closing the switch 48. The switches 59 'and 48 are opened. 'so that the network 24 remains stationary.
Once a peak of fluorescence has been found for a compound under test, this peak then serves as an indication for a quantitative assay. The fluorescence scan should be stopped and adjusted to the wavelength providing maximum fluorescence. In general, for dilute solutions, the height of the fluorescence peak is a linear function of the concentration.
Fig. 2 schematically shows a preferred arrangement of elements of a device for measuring the fluorescence response of a fluorescent material. Reference numeral 70 schematically denotes a support formed by a first housing part 71 containing the monochromatic excitation components and a second housing part 72 containing the fluorescence monochromatic components. The lamp 12 is mounted in a housing 73 which communicates through a passage 74 with the interior of the part 71 of the housing. Light from lamp 12 is reflected from a first concave mirror 75 fixedly mounted in part 71 of the housing to the reflection array 17, which is mounted in part 71 of the housing to oscillate on a vertical axis. .
Spectral components which are scattered and reflected from grating 17 to a second fixed concave mirror 76 mounted in portion 71 of the housing and are reflected from mirror 76 via a cell shutter 77 in a housing. cell 78 in which is mounted the transparent cell 1 1 of the sample, and through a slot assembly generally similar to the slit plate 21 of FIG. 1. The slot assembly comprises a pair of plates 79 with spaced apart and aligned slots, the plates being located in front of one of the faces of the cell 1 1 as shown.
The wall of cell housing 78 facing cell shutter 77 is provided with a light collector 80 for receiving and removing light from beam 22 which passes through the sample cell.
Fluorescent light from cell 11, shown as beam 26, passes through a series of spaced and aligned slit plates 81, defining a slit assembly generally similar to slit plate 28 of FIG. 1, in the second part 72 of the housing, and is reflected from a fixed concave mirror 82 mounted therein to the reflection grating 24. The latter is mounted in the part 72 of the housing to oscillate on a vertical axis. The spectral components of fluorescent light are reflected from grating 24 as a beam 30, and are reflected from a fixed concave mirror 83 through a photomultiplier shutter 84 in housing 85 of the photomultiplier fixed to part 72 of the housing.
The beam 30 passes through a slit plate 29 to arrive at a photomultiplier tube 23 'which corresponds to the photoelectric cell 23 of FIG. 1.
The control means for the reflection networks 17 and 24 and the electrical elements associated with the device are the same as in FIG. 1.