DE2137332B2 - Kolorimeter zur bestimmung einer anzahl von substanzen in einem fluid - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolorimeter zur Bestimmung einer Anzahl von Substanzen in einem Fluid mit einer Lichtquelle, mit einer der zu bestimmenden Anzahl von Substanzen entsprechenden Anzahl von Durchflußzellen, die jeweils von einer Probe des Fluids durchströmt sind, mit Einrichtungen zur Beaufschlagung der Durchflußzellen mit dem Licht der Lichtquelle, mit einer photoelektrischen Detektoranordnung zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von der Intensität des aus den einzelnen Durchflußzellen austretenden Lichts entsprechenden Meßsignalen, mit Einrichtungen zur Erzeugung von den Meßsignalen jeweils zugeordneten Bezugssignalen, mit einer an die Detektoranordnung angeschlossenen Auswerteschaltung zur Bildung des Verhältnisses der jeweils einander zugeordneten Meß- und Bezugssignale und mit einer an die Auswerteschaltung angeschlossenen Registriereinrichtung.
Ein derartiges Kolorimeter ist aus der US-PS 32 41432 bekannt. Dieses Kolorimeter weist eine optische Abtasteinrichtung auf, die die einzelnen, von den Fluidproben durchströmten Durchflußzellen aufeinanderfolgend abtastet. Die Abtasteinrichtung enthält eine einzige Lichtquelle, mit deren Licht die Durchflußzellen aufeinanderfolgend beaufschlagt werden, und weist eine photoelektrische Detektoranordnung aus zwei Photozellen auf. Während die eine Photozelle von der Lichtquelle über eine der Durchflußzellen bestrahlt wird, in der sich eine auf eine besondere Substanz zu analysierende Probe des zu untersuchenden Fluids befindet, wird gleichzeitig das von der Lichtquelle ausgehende Licht der anderen Photozelle über eine Einrichtung zugeführt, die zur Erzeugung eines dem Meßsignal zugeordneten Bezugssignals dient. Die Ausgangssignale der beiden Photozellen werden gleichzeitig einer diese Signale ins Verhältnis setzenden Vergleichseinrichtung zugeführt, der eine Registriereinrichtung nachgeschaltet ist. Zur Durchführung eines Multiplexbetriebs werden die einzelnen, aus jeweils einer Probendurchflußzelle und einer zugehörigen Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung gebildeten Analysenkanäle aufeinanderfolgend in die beiden Lichtstrahlengänge zwischen der Lichtquelle und den beiden Photczellen gebracht. Bei dem bekannten Mehrkanalkolorimeter sind somit zwei Photozellen vorgesehen, von denen die eine zum Abtasten der Probendurchflußzelle und die andere zum gleichzeitigen Abtasten der zugehörigen Einrichtung zur Erzeugung des Bezugssignals dient. Abgesehen von derselben Lichtquelle sind bei dem bekannten Kolorimeter zwei parallele, elektrisch optische Abtastkanäle vorhanden. Da die in diesen beiden Abtastkanälen auftretenden Signale bei der Auswertung des Analysenergebnisses zueinander ins Verhältnis gesetzt bzw. miteinander verglichen werden, können in den registrierten Meßdaten Ungenauigkeiten auftreten, wenn sich in den beiden Abtastkanälen die optischen und bzw. oder elektrischen Betriebskenndaten unterschiedlich ändern. Solche unterschiedlichen Änderungen können beispielsweise durch äußere Umgebungseinflüsse hervorgerufen werden, wie Temperaturänderungen oder Schwankungen in den Versorgungsspannungen. Darüber hinaus können in den Bauelementen der beiden Abtastkanäle unterschiedliche Drifterscheinungen auftreten. So kann sich beispielsweise die Lichtempfindlichkeit der beiden verwendeten Photozellen in Abhängigkeit von der Zeit verschieden stark ändern. Um trotz dieser Schwierigkeiten eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erzielen, hat man bisher verhältnismäßig hochwertige Bauelemente und Baueinheiten verwendet, beispielsweise Gleichspannungsverstärker hoher Qualität und genau geregelte Netzgeräte zur Spannungsversorgung. Ein weiterer Nachteil des bekannten Kolorimeters besteht darin, daß viele hochwertige Bauteile wenigstens zweimal vorhanden sein müssen, beispielsweise Bauelemente, die eine vorgegebene Nichtlinearität aufweisen, Slteuer- und Detektorschaltungen, optische Bauelemente, photoelektrische Elemente sowie von Hand einstellbare Blendenöffnungen u.dgl., die zum Einstellen verschiedener Lichtenergiepegel dienen.

Zum weiteren Stand der Technik wird auf die US-PS 34 28 814 verwiesen, aus der es bereits bekannt ist, einen Photovervielfacher in Reihe mit einer logarithmierenden Diode zum Nachweis des von einer Probe durchgelassenen Lichts zu verwenden. Diese bekannte Anordnung gibt jedoch keine Anregung zur Lösung der oben geschilderten Probleme. Aus der US-PS 34 87 225

ist es bekannt, das Ausgangssignal einer Probenzelle und das Ausgangssignal einer Bezugszelle über einen Zerhacker auf einen einzigen photoelektriscben Detektor zu geben. Das Bezugssignal ändert sich linear mit der Zeit und soll irgendwelche in dem Meßkanal vorhandene Nichtlinearitäten ausgleichen. Dazu wird unter Verwendung einer sich drehenden Scheibe mit einem sich im Querschnitt ändernden optischen Fenster ein ziemlich verwickelter Funktionsablauf vorgenommen, bei dem nicht, wie beim Anmeldungsgegenstand, ein ι ο festes Bezugssignal mit dem Probensignal ins Verhältnis gesetzt wird. Aus der US-PS 33 93 800 ist schließlich noch eine Vorrichtung zum Messen von Licht bekannt, die ebenfalls nur von einem einzigen Photodetektor Gebrauch macht, der aufeinanderfolgend mit den Lichtstrahlen von verschiedenen Meßkanälen beaufschlagt wird. Die anfallenden Meßsignale werden jedoch für sich ausgewertet und nicht mit irgendwelchen Bezugssignalen verarbeitet. Die beiden zuletzt genannten Druckschriften zeigen somit auch keinen Weg zur Lösung der oben beschriebenen Unzulänglichkeiten auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kolorimeter zu schaffen, das unter Vermeidung eines hohen meßtechnischen Aufwands Analysenergebnisse liefert, die weitgehend unabhängig von äußeren Umgebungseinflüssen, Spannungsschwankungen und Alterungserscheinungen der Bauelemente, einschließlich von Lang- und Kurzzeitdrift, sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Kolorimeter nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung aus einem Photoelektronenvervielfacher besteht, daß Einrichtungen zur Beaufschlagung des Photoelektronenvervielfachers mit den einzelnen Meßsignalen im Wechsel mit den jeweils zugeordneten Bezugssignalen vorgesehen sind und daß die Auswerteschaltung eine mit dem Ausgang des Photoelektronenvervielfachers verbundene logarithmierende Diode sowie an deren Ausgang angeschlossene Abtast- und Halteschaltungen für die einzelnen logarithmierten Meß- und Bezugssignale umfaßt.

Das nach der Erfindung ausgebildete Kolorimeter weist nur einen einzigen elektrisch optischen Abtastkanal auf, in dem sowohl die Proben- als auch Bezugssignale verarbeitet werden. Irgendwelche Änderungen in den Betriebskenndaten der in dem einzigen elektrisch optischen Abtastkanal verwendeten Bauelemente wirken sich somit gleichermaßen auf das Probensignal und das Bezugssignal aus. Da jedoch bei der späteren Auswertung das Bezugssignal und das Probensignal zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, sind in den aufgezeichneten Analysensignalen keine Fehler mehr vorhanden. Die Analysenergebnisse sind daher genau und können leicht reproduziert werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel; rm

Fig.2 ist eine Vorderansicht der in der Fig. 1 dargestellten feststehenden Lichtdurchlaßscheibe;

F i g. 3 ist eine Rückansicht der in der F i g. 1 dargestellten rotierenden Zeittaktscheibe;

Fig.4A und 4B zeigen, wie die Probenteilschübe <>s gleichzeitig die in der F i g. 1 dargestellten Probendurchflußzellen durchströmen;

F i s. 5A bis 5C erläutern anhand von Zeitverläufen die Arbeitsweise der anhand von Fig. 1 beschriebenen Vorrichtung;

Fig,6 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, das zur gleichzeitigen kolorimetrischen und fluorometrischen Analyse benutzt wird;

F i g. 7 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem einzigen Lichtfaserbündel bei der Lichtquelle;

F i g. 8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel mit einer einstellbaren Lichtquelle;

Fig.9 ist eine Vorderansicht einer abgeänderten feststehenden Lichtdurchlaßscheibe;

Fig. 10 ist ein schematisches Teilbild des in der F i g. 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels mit der in Fig.9 dargestellten feststehenden Lichtdurchlaßscheibe;

F i g. 11 ist ein schematisches Teilbild des in der F i g. 8 dargestellten Ausführungsbeispiels mit der in der F i g. 9 dargestellten feststehenden Lichtdurchlaßscheibe;

Fi g. 12 erläutert in einer schematischen Darstellung die Verwendung des in der F i g. 1 oder in der F i g. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels bei einem automatisch arbeitenden Gerät zum Aufnehmen und Behandeln von Fluidproben.

Eine anhand der Fig. 1 als Ausführungsbeispiel beschriebene Vorrichtung zum Zeitmultiplexbetrieb eines Fluidprobenanalysiergeräts enthält eine kolorimetrische Fluidprobenanalysiereinrichtung 12, eine lichtempfindliche Detektoreinrichtung 14, eine Digitallogikeinrichtung 16, eine Takt- und Steuereinrichtung 17 für die Detektor- und Digitallogikeinrichtung, eine Detektorschaltungseinrichtung 18, eine Ausgabeeinrichtung 19 für die Analysenergebnisse der Fluidproben und eine Takt- und Steuereinrichtung 20 für die Ausgabeeinrichtung. Die erwähnten Einrichtungen sind in der gezeigten Weise zusammengeschaltet.

Die Analysiereinrichtung 12 enthält Bezugsfluiddurchflußzeilen 22 und 24 und Probenfluiddurchflußzellen 26 und 28. Diese Durchflußzellen können in der gleichen Weise aufgebaut sein, wie die aus der US-PS 33 45 910 bekannten Durchflußküvetten. Jede Durchflußzelle weist somit eine Fluidströmungsbahn auf, die eine Lichtdurchtrittsbahn mit einer genau vorgegebenen Länge bbildet. Diese Lichtdurchtrittsbahn erstreckt sich zwischen den gegenüberliegenden durchsichtigen Stirnwänden der Durchflußzelle. So erstreckt sich bei der Durchflußzelle 26 die Lichtdurchtrittsbahn zwischen den Stirnwänden 30 und 32.

Eine Bezugsfluiddurchflußzelle und eine Probendurchflußzelle sind jeweils zu einem Durchflußzellenpaar zusammengefaßt, um einen kolorimetrischen Fluidprobenanalysenkanal zu bilden. So arbeiten beispielsweise die Probenfluiddurchflußzelle 26 und die Bezugsfluiddurchflußzelle 22 zusammen und bilden einen kolorimetrischen Analysenkanal 1. In ähnlicher Weise sind die Probenfluiddurchflußzelle 28 und die Bezugsfluiddurchflußzelle 24 einander zugeordnet und bilden einen kolorimetrischen Analysenkanal 2. Wenn man beispielsweise eine Reihe von Fluidproben auf 12 verschiedene Probensubstanzen durch automatische Kolorimetrie gleichzeitig analysiert, werden insgesamt 12 kolorimetrische Fluidprobenanalysenkanäle benötigt. Zu diesem Zweck kann die in der F i g. 1 dargestellte Vorrichtung 20 weitere Durchflußzellen (nicht gezeigt) aufweisen, die die Kanäle 3— 12 bilden.

Ferner weist die kolorimetrische Fluidprobenanalysiereinrichtung 12 eine Lichtquelle 34 auf, die von einem nicht dargestellten Netzteil gespeist wird. Da die Vorrichtung 10 einen verhältnismäßig hohen optischen

Wirkungsgrad hat, kann die Lichtquelle 34 einfacher ausgeführt sein als es normalerweise bei der kolorimetrischen Analyse notwendig ist. Um die Lebensdauer der Lichtquelle zu erhöhen, kann man sie mit einer niedrigeren Spannung betreiben und an ein verhältnismäßig einfach aufgebautes Netzteil anschließen. Ein aufwendiges geregeltes Netzteil ist nicht erforderlich.

Lichtübertragungseinrichtungen 36 leiten das von der Lichtquelle 34 ausgesandte Licht zu den Lichtdurchtrittsbahnen der einzelnen Durchflußzellen und von dort über die Takt- und Steuereinrichtung 17 zu der lichtempfindlichen Detektoreinrichtung 14. Die Lichtübertragungseinrichtung 36 kann aus lichtleitenden Fasern und Faserbündeln bestehen. Wie die F i g. 1 zeigt, führt ein Lichtleiter 38 von der Lichtquelle 34 zur Probenfluiddurchflußzelle 26 des kolorimetrischen Analysenkanals 1 und von dort weiter zur Takt- und Steuereinrichtung 17. In ähnlicher Weise überträgt ein Lichtleiter 40 Licht von der Lichtquelle zu der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des kolorimetrischen Analysenkanals 1. Ebenso wird das Licht der Lichtquelle von einem Lichtleiter 42 zur Probenfluiddurchflußzelle 28 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 und von einem Lichtleiter 44 zu der Bezugsfluiddurchflußzelle 24 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 übertragen. Die weiteren Lichtleiter für die Durchflußzellen der Kanäle 3—12 sind lediglich durch zwei Lichtleiter 48 und 50 in der F i g. 1 angedeutet.

Ein optisches Filter 45, dessen Durchlaßbcrcich derjenigen Fluidprobensubstanz angepaßt ist, die im ersten kolorimetrischen Analyscnkanal 1 quantitativ bestimmt werden soll, ist in der gezeigten Weise in die Lichtleiter 38 und 40 des kolorimetrischen Analyscnkanals 1 eingefügt. In ähnlicher Weise ist ein optisches Filter 46, dessen Durchlaßbereich derjenigen Fluidprobensubstanz angepaßt ist, die durch kolorimetrischc Analyse im Analysenkanal 2 bestimmt werden soll, in die Lichtleiter 42 und 40 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 eingefügt. In die Lichtleiter der übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle 3 bis 12 sind in ähnlicher Weise optische Filter eingesetzt, deren Durchlaßbcrcich entsprechend den dort zu bestimmenden Probensubstanzen ausgewählt sind.

Die von den Durchflußzcllcn kommenden Lichtleiter sind zu einem Lichtfascrbündcl 56 zusammengefaßt, das zu der Takt- und Steuereinrichtung 17 der Detektor- und Logikeinrichtung führt. Die Lichtubcrtragungscin· richtung 36 weist ein weiteres Lichtfascrbiliuicl 58 aus Lichtleitern 60, 62, 64, 66 und 68 auf, die zu einem Bündel zusammengefaßt von der Lichtquelle 34 wegführen und dann un ihren Lichtaustrittsenden bei der Takt- und Steuereinrichtung 17 auseinanderlaufen.

Die Takt- und Steuereinrichtung für die Detektor- und Logikeinrichtung enthält einen mit konstanter Drehzahl laufenden Antriebsmotor 70, dessen Trlcbwcl-Ic 72 beispielsweise eine konstante Drehzahl von 1800 U/min hat. Am Ende der Triebwolle 72 ist eine Taktscheibe 74 befestigt, die sich mit der gleichen Drohzahl wie die Trlebwcllc droht. Wie aus der Fi g. 3 hervorgeht, ist die Rückseite 76 der Taktscheibe 74 binär codiert. Zu diesem Zweck Ist die rückseitige Oberfläche der Scheibe mit lichtreflektierendcn und lichtabsorbierenden, also nicht reflektierenden Dereichen versehen. Bei einem automatisch arbeitenden Gerät zur kolorimetrischen Analyse mit zwölf Analysenkanälen Ist die rückseitige Oberfläche der Scheibe In zwölf konzentrische ringförmige Bänder 76,78,80,82, 84 unterteilt. Die Bänder sind in radialer Richtung in

•ίο

zwölf Sektoren 1 bis 12 aufgeteilt. Jedem Analysenkanal ist ein Sektor zugeordnet. Die einzelnen Bandsektoren sind wiederum in radialer Richtung jeweils in einen Bezugsfluidbandsektor R und einen Probcnfluidbandsektor 5unterteilt.

Wenn man annimmt, daß ein lichtabsorbierender oder nicht reflektierender Bereich ein Bit darstellt, dann befinden sich beispielsweise Bits in den Bezugsbandsektoren der Bänder 82 und 84 des Analysenbandsektors 1. Im Probenfluidbandsektor des Analysenkanalbandsektors I befindet sich nur im Band 82 ein Bit. Im Bezugsfluidbandsektor der Bänder 76 und 84 befinden sich Bits beim kolorimetrischen Analysenkanal 8. Ferner befindet sich beim Kanal 8 im Probenfluidbandsektor lediglich ein Bit im Band 76. Die lichtreflektierenden Bereiche in den Analysenkanalbandsektoren auf der Oberfläche der Taktscheibe 74 identifizieren somit nicht nur jeweils einen kolorimetrischen Analysenkanal, sondern identifizieren auch den zugeordneten Bezugsfluid- oder Probenfluidbandsektor der Analysenkanalbandsektoren.

Wie bereits erwähnt, überträgt das Lichtlciterbündel 58 Licht von der Lichtquelle 34 zur Taktscheibe 74. Die Lichtaustrittsenden der Lichtleiter 60,62, 64,66 und 68 sind in bezug auf die Oberfläche der Taktscheibe etwa in radialer Richtung angeordnet, und zwar derart, daß das Austrittsende des Lichtleiters 60 auf dem Zeittaktband 84 einen Fleck passender Größe und Form beleuchtet. In ähnlicher Weise beleuchtet das Austrittsende des Lichtleiters 62 das Taktscheibenband 82, das Austrittsende des Lichtleiters 64 das Taktscheibenband 80, das Austrittsende des Lichtleiters 66 das Taktscheibenband 78 und das Austrittsendc des Lichtleiters 68 das Taktscheibenband 76.

Die Takt- und Steuereinrichtung 17 enthält ferner mehrere lichtempfindliche Bauelemente, beispielsweise Siliziumphotozcllen 86,88,90,92 und 9Λ Ein Lichtleiter % ist auf den Lichtfleck, den der Lichtleuür 60 auf dom Band 84 der Taktscheibe 74 hervorruft, ausgerichtet und überträgt das von dem Rand 84 reflektierte Licht zu der Siliziumphotozcllc 86. In ähnlicher Weise überträgt ein Lichtleiter 98 das von dem Taktscheibenbund 82 reflektierte Licht des von dem Lichtleiter 62 hervorgerufenen Lichtflccks zu der Siliziumphotozcllc 88. Das gleiche gilt für weitere Lichtleiter 100, 102 und 104, die in der gezeigten Weise angeordnet sind und das von den Takischcibenbändcrn 80,78 und 76 reflektierte Licht zu den Siliziumphotozellen 90,92 und 94 übertragen.

Infolge der beschriebenen Anordnung der Tnktschcibc 74, der Siliziumphotozcllen 86,88,90,92 und 94 und der zugehörigen Lichtleiter geben die Ausgangssignulc der Siliziumphotozcllen zu jeder Zelt die genaue Drehstellung der sich drehenden Tnktschcibc 74 an. Wenn beispielsweise gcrude die Probenfluldbandbereiehe des Analyscnkanals I an den Lichtaustrittsenden der Lichtleiter 60.62,64,66 und 68 vorbeilaufcn, werden nur die Siliziumzellen 86, 90, 92 und 94 erregt. Wenn hingegen gerade die Bczugsfluldbundborclche des kolorimetrischen Analyscnkanals 2 on den Lichtaustrittsenden der von der Lichtquelle kommenden Lichtleiter vorbelloufcn, werden lediglich die Slllziumphoiozcllcn 88,92 und 94 erregt.

Weiterhin enthüll die Takt- und Steuereinrichtung 17 eine feststehende LichtdurchloBschclbe 106, die in der FI g. I und Insbesondere In der FI g. 2 dargestellt Ist. Die Llchtdurchlaßschclbc 106 weist In Ihrer Mitte dnc vcrhaitnlsmllölg große Lichtdurchlaßöffnung 108 auf. Nahe beim AtiÜcnrand der UchtdurehluBscheibc sind

auf einem mit der öffnung 108 konzentrischen Kreis mehrere kleinere Lichtdurchlaßöffnungen in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Bei einem Analysiergerät mit 12 kolorimetrischen Analysenkanälen befinden sich auf dem Kreis insgesamt 24 Lichtdurchlaßöffnungen 110 bis 156, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist. Die von den Bezugsfluid- und Probcnfluiddurchflußzellen der kolorimetrischen Analysenkanäle 1 bis 12 in Form eines Lichtleiterbündels 56 kommenden Lichtleiter werden an der Lichtdurchlaßscheibe 106 derart voneinander getrennt und angeordnet, daß ihre Lichtaustrittsenden jeweils auf eine zugeordnete öffnung der Lichtdurchlaßöffnungen UO bis 156 ausgerichtet sind. Das von den Durchflußzellen kommende Licht wird somit zu verschiedenen Durchlaßöffnungen übertragen. So gelangt das Licht von der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des Kanals 1 über den Lichtleiter 40 zur Lichtdurchlaßöffnung UO. Das von der Probenfluiddurchflußzelle26des Kanals 1 kommende Licht gelangt über den Lichtleiter 38 zur Lichtdurchlaßöffnung 112. Das von der Bezugsfluiddurchflußzelle 24 des Kanals 2 kommende Licht gelangt über den Lichtleiter 44 zur Lichtdurchlaßöffnung 114. Das von der Probenfluiddurchflußzelle 28 des Kanals 2 ausgehende Licht wird über den Lichtleiter 42 zur Lichtdurchlaßöffnung 116 übertragen. In ähnlicher Weise wird das Licht von den Bezugsfluid- und Probcnfluiddurchflußzellcn der übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle 3—12 über die zugeordneten Lichtleiter zu den zugeordneten Lichtdurchlaßöffnungen in der feststehenden Scheibe 106 übertragen. Die genaue Zuordnung der Lichtdurchlaßöffnungen in der Lichtdurchlaßscheibc 106 kann man der l-'ig. 2 entnehmen. Dabei ist die dem Probcnfluid zugeordnete Lichtdurchlaßöffnung eines Kanals mit S und die dem Bezugsfluid zugeordnete l.ichidurchlaßöffniing mil K bezeichnet.

Hin etwa U-förmigcr Lichtleiter-Abtaster 160 ist, wie es die F i g. 1 zeigt, am linde der Motortricbwelle 72 befestigt, so daß sich der Abtaster 160 synchron mit der Taktscheibe 74 dreht. Der l.ichtleitcrabtaster 160 tastet somit die Lichtdurchlaßöffnungen 110 bis 156 der feststehenden Liehtdurchlaßscheibe 106 aufeinanderfolgend 30mal pro Sekunde ab und überträgt das abgetastete Licht zu der lichtempfindlichen Dctcktoreinriehtiing 14, wie es durch die gestrichelt eingezeichnete Linie dargestellt ist. Hei jeder Umdrehung des l.ichtleiterabtiisters 160 wild das von den Ikvugsfluid- und Probcnfluidzellen der kolorimetrischen Analysenktinlllc 1-12 kommende Licht in Form von aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen zu der lichtempfindlichen Dctektorcinrlchuing übertragen, und zwar in einer Bczugsfluld-Probenfluid-Wechsellolge.

Bei der in der F i g. I gezeigten Drohstellung ist der sich drehende Lichtlcilcrabtustcr 160 mit seinem Liclucingangscndc 161 gerade auf die Lichtdurchlaßöff· nutig 110 der feststehenden Lichtdurchlaßscheibc 106 ausgerichtet. Der Lichllcitcrabtastcr 160 übertrügt daher das von der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 über den Lichtleiter 40 kommende Licht zu der lichtempfindlichen Detektoreinrichtung 14. Wenn sich der IMtlcitcrabtaster 160 um etwa 180" gedreht hut, lsi sein Lichtelngongsenclc 16t mit der Llchtdurehlaßöffnting 136 der feststehenden Llehtdurehlaßsehcibe 106 ausgerichtet. In diesem Fall wird das von der nicht gezeigten Probcnflulddtirchfliiüzclle des kalorimetrischen Analy· scnkanals 7 über beispielsweise den Lichtleiter 30 kommende Lieht von dem Lichllcitcrubtaster !60 zur lichtempfindlichen Detektoreinrichtung übertragen.

Die Digitallogikeinrichtung 16 enthält eine Reihe von Schaltnetzwerken aus passiven elektronischen Bauelementen in Form von Diodennetzwerken 163, die von den durch die Siliziumphotozellen 86,88,90,92 und 94 in elektrische Signale umgesetzten optischen Signale angesteuert werden, die bei der Drehung der Taktscheibe 74 entstehen. Die Diodennetzwerke 163 liefern geeignete Torsignale an die Takt- und Steuereinrichtung 20 der Ausgabeeinrichtung, um die Arbeitsweise der letzteren zu steuern. Zu diesem Zweck ist die Digitallogikeinrichtung 163 über elektrische Leitungen 164, 166, 168, 170 und 172 an die Siliziumphotozellen angeschlossen. Der Digitallogikeinrichtung wird somit die genaue Drehstellung der Taktscheibe 74 und auch des Lichtleiterabtastcrs 160 mitgeteilt.

Durch die beschriebene Anordnung mit der feststehenden Liehtdurchlaßscheibe 106, der rotierenden Taktscheibe 74, dem rotierenden Lichtleiterabiaster 160, der sich synchron mit der Taktscheibe dreht, allen beschriebenen Lichtleitern, den Siliziumphotozellen 86, 88,90,92 und 94 und mit den zu der Digitallogikcinrichtung 16 führenden Verbindungen wird die Identität des gerade auf der lichtempfindlichen Detektorcinrichtung 14 auftreffenden Lichts bezüglich der von dem Licht durchsetzten Durchflußzelle über die gleichzeitig mit dem Licht auftretenden elektrischen Signale der Digitallogikeinrichtung 16 mitgeteilt. So wird bei dem in der F i g. I beschriebenen Ausführungsbeispiel das von der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des kolorimetrischen Analysenkanals 1 kommende und der lichtempfindlichen Dctektorcinrichtung zugeführte Licht dadurch identifiziert, daß gleichzeitig mit dem Auftreten des Lichts lediglich die Siliziumphoiozellcn 90, 92 und 94 erregt werden und die dabei auftretenden elektrischen Ausgangssignale über die Leitungen 168,170 und 172 als F.ingangssignale der Digilallogikeinrichlung 16 zugeführt werden, um die besondere BezugsNiiiddurdiFlulizclle 22 zu identifizieren. Wenn sich beispielsweise der Lichtleiierabtaster 160 um etwa aus der in der Fig. I gezeigten Stellung um 40' weitcrgeilreht hat und somit das Lichteingangsende 161 mit der l.ichidurchlaßöffnung 116 der feststehenden Scheibe 106 ausgerichtet ist, um das von der Probenfluiddurchflußzi-Ile 28 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 ausgehende Licht zu der Dctcktoreiniic'huing 14 zu übertragen, wird die genaue Identität dieser Durchfluß/eile 28 dadurch bestimmt, daß der Digitallogikeinrichtung 16 lediglich über die Leitungen 164, 166, 170 und 172 elektrische Signalu zugeführt werden,

Die lichtempfindliche Deiektorcinrichtung 14 enthüll eine einzige Photoclcktroncnverviclfachcrröhre 180. Die Photoelektroncnvcrviclfnchcrröhre wird, wie es gezeigt ist, von einer negativen Spannungsquelle gespeist, Der besondere Vorteil der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß die Analysenergebnisse einer Anzahl von kolorimetrischen Analysenkunülcn lediglich durch eine einzige lichtempfindliche Detektoreinrichtung nachgewiesen werden. Die Verwendung einer Photoelektroncnverviclfucherröhre In der lichtempfindlichen Detektoreinrichtung 14 unstcllc der Im allgemeinen benutzten photoclcktriiichen /.eilen bietet den weiteren Vorteil, daß die Verstärkung der Photoelektronen vervielfacherröhre 180 in erster Linie lediglich von der Speisespannung abhangt, und zwar im allgemeinen der Speisespannung proportional ist, so daß die Verstärkung durch entsprechende Steuerung der Speisespannung wahrend des verhältnismäßig

kurzen Bezugsfluid-Probenfluid-Intervalls nahezu konstant ist. Dies bedeutet, daß die Linearität des Ausgangs der Photoelektronenvervielfacherröhre nicht beeinträchtigt wird, obwohl sich die Verstärkung der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 über verhältnismäßig lange Zeitperioden ändern darf. Es ist daher nicht erforderlich, die Photoelektronenvervielfacherröhre mit einem aufwendigen gut geregelten Netzteil zu speisen.

Die Detektorschaltungseinrichtung 18 enthält eine logarithmische Diode 182, die auf der Ausgangsseite der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 in einer Leitung 184 liegt, wie es gezeigt ist. Ferner weist die Detektorschaltungseinrichtung einen Verstärker 186 mit einem hohen Eingangswiderstand auf. Der Eingang des Verstärkers 186 ist über eine Leitung 181 an die logarithmische Diode 182 und den Ausgang der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 angeschlossen. Damit der Verstärker 186 einen hohen Eingangswiderstand hat, ist er vorzugsweise in Form eines Feldeffekttransistorfolgers aufgebaut. Man kann aber auch andere Verstärker verwenden.

Über Leitungen 190, 192 und 194 ist an den Verstärker 186 ein Widerstandsnetzwerk aus Widerständen 1% und 198 sowie einem temperaturempfindlichen Widerstand 200 angeschlossen, der mit den Leitungen 190 und 192 in Reihe liegt. Das temperaturstabilisierte Widerstandsnetzwerk bewirkt, daß in der Gleichung für die Spannung an der logarithmischen Diode 182 die temperaturabhängige Übertragungsfunktion des Verstärkers 186 und der temperaturabhängige Term im Zähler und Nenner auftreten, so daß sich die temperaturabhängigen Ausdrücke etwa aufheben, so daß die logarithmischc Diode 182 und der Verstärker 186 von Umgebungstemperaturschwankungen unabhängigsind.

Die logarithmische Diode 182 und der Verstärker 186 geben an eine Leitung 202 eine Ausgangsspannung V₀ ab. Diese Ausgangsspannung wird der Takt- und Steuereinrichtung 20 für die Ausgabeeinrichtung zugeführt und ist der Konzentration Γ der interessierenden Fluidprobensubstanz stets direkt proportional, Wenn man beispielsweise die Probenfluiddurehflußzülle 26 des kolorimetrischcn Analysenkanals I betrachtet, kann man die Beziehung zwischen der einfüllenden Strahlung, die von der Lichtquelle 34 kommt und über den Lichtleiter 38 der Durchflußzelle 26 zugeführt wird, und der austretenden Strahlung, die am Lichtaustrittsende der Durchfluß/eile 26 von dem Lichtleiter 38 aufgenommen und zu dem sich drehenden Lichtleitcrubtuster 160 weitergcleitet wird und von dort zu der Photoelektronenvervielfucherröhre 1180 gelungt, in Übereinstimmung mit der Qcerschen Formel durch die folgende Gleichung (I) ausdrücken:

P ai»'

Dübel ist PdIc Austrittsstruhlung, Mi die einfallende Strahlung, ti die Lichlnbsorptionsftthigkeit der Interessierenden Fluidprobe, tdie Lunge der Lichtbahnstrcckc der Durchflußzcllc und C die Konzentration der interessierenden Substanz.

In ähnlicher Welse kitnn man die Beziehung zwischen der uus der DurchfluOaielle austretenden Strahlung, die der Photoelektronenvtirvielfacherröhre 180 zugeführt wird, und dem Ausgangsstrom der Photoelektronenver· vlelfttcherröhre 180 durch die folgende Gleichung (2) ausdrücken:

Dabei ist /der Ausgangsstrom der Photoelektronenvervielfacherröhre, P die Austrittsstrahlung und K\ eine Konstante der Photoelektronenvervielfacherröhre, die in erster Linie von dem Umwandlungswirkungsgrad und der Verstärkung der Röhre abhängt.

Der an der logarithmischen Diode 182 auftretende Spannungsabfall, der von dem Ausgangsstrom der Photoelektronenvervielfacherröhre hervorgerufen wird, kann man durch die folgende Gleichung (3) definieren:

Dabei ist V₀ der Spannungsabfall, K die Boltzman-Konstante, Γ die absolute Temperatur in °C, Q die konstante Ladung eines Elektrons und /₀ eine Konstante, die von den Eigenschaften der logarithmischen Diode bestimmt ist.

Die obige Gleichung für den Spannungsabfall an der logarithmischen Diode 182 kann man umschreiben, wie es in der folgenden Gleichung (4) geschehen ist:

W) = -yr- log

Die folgende Gleichung (5) gibt die Spannung V, wieder, die an der logarithmischen Diode 182 durch einen Probenausgangsstrom /, der Photoelektronenvervielfacher röhre hervorgerufen wird, der dadurch entsteht, daß die Austrittsstrahlung P einer Probcnfluiddurchflußzelle, beispielsweise der Durchflußzelle 26 oder 28, auf der aktiven Oberfläche der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 auftrifft:

Γ =

KT

Die folgende Gleichung (b) beschreibt eine Spannung V₁, die durch einen durch die Photoelektronenvervielfachcrröhrc fließenden Bezugsausgangsstrom I, hervorgerufen wird, der dadurch entsteht, daß die Ausgangsstrahlung P einer Bczugsfluiddurchflußzellc, beispielsweise der Durchflußzolle 22 oder 24, auf der aktiven Oberfläche der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 auftrifft;

V.

Ιομ

Die durch den Strom /, der Photoelektroncnvcrvielfaeherrührc hervorgerufene und in der Gleichung (5] beschriebene Spannung V, ist der Konzentration Cder interessierenden Substanz in der kolorimetrisch anuly sierten Fluidprobe direkt proportional. In ähnlicher Welse ist die durch den durch die Photoelcktronenvcrviclfacherröhre fließenden Strom l_r hervorgerufene und in der Gleichung (6) beschriebene Spunnung V, der Konzentration des Interessierenden Bezugsfluids direki proportional. Abgesehen davon, dall die an dei logarithmischen Diode auftretenden Spannungen der Probenfluid· und Bezugsiluldkon/entrutlonen direki proportional sind, kommt als Vorteil noch hinzu, dulJ Infolge der Wirkung des temperuturstabilislerendcr Widerstandsnetzwerk» des Versülrkers 186 die geiuinn· ten Spannungen unabhängig von Umgebungstcmperu turschwankungen sind,

Die un der logarlthmlschcn Diode 182 ubwcchsclnt auftretenden Bezugs· und P'robenspunnungen Wund V, die die Ergebnisse der in den Anulvsenkunttlen I-IJ

ausgeführten kolorimetrischen Analysen angeben und in dieser Reihenfolge auftreten, werden über die Leitung 188 dem Verstärker 186 zugeführt. Von dort gelangen die verstärkten Spannungen zur Takt- und Steuereinrichtung 20 der Ausgabeeinrichtung.

Ein besonderer Vorteil der Detektorschaltungseinrichtung 18 mit nur einer einzigen logarithmischen Dioae 182, die insofern eine Doppelfunktion ausführt, als sie infolge der Zeitaufteilung die Bezugsspannung V_r und die Probenspannung V₅ zeitlich voneinander getrennt liefert, besteht darin, daß die Verwendung eines angepaßten logarithmischen Diodenpaares mit genau übereinstimmenden Maßstabsfaktoren entfällt. Dadurch entstehen sowohl betriebstechnische als auch wirtschaftliche Vorteile. Ferner bietet die Verwendung des Verstärkers 186 als Geradeausspannungsverstärker den Vorteil, daß das Stromrauschen unbeachtlich ist und man die schwierige Aufgabe umgehen kann, einen Verstärker zu schaffen, der sowohl bezüglich der Spannung als auch des Stromes günstige Rauscheigenschaften aufweist.

Die Takt- und Steuereinrichtung 20 ist eine Betätigungsschaltungseinrichtung für die Ausgabeeinrichtung. In der Fi g. 1 sind lediglich die Bauglieder zur Ausgabe der kolorimetrischen Analysenergebnisse der Kanäle 1 und 2 dargestellt. Eine gemeinsame Eingangsspannungsleitung 204 ist über Eingangsleitungen 214, 216,218 und 220 an Abtast/Halte-Bausteine 206 und 208 für den kolorimetrischen Analysenkanal 1 und Abtast/ Halte-Bausteine 210 und 212 für den kolorimetrischen Analysenkanal 2 angeschlossen. Die Abtast/Halte-Bausteine 206,208,210 und 212 werden über Leitungen 222, 224,226 und 228 von der Digitallogikeinrichtung 16 mit Bctriebsartstcuersignalcn torgesteuert.

Die Abtast/Haltc-Bausteinc 206, 208, 210 und 212 laufen den analogen Eingangssignalen nach, die die Bezugs- und Probenspannungen V_r und V, am Ausgang des Verstärkers 186 darstellen und halten die Momentanwerte der analogen Eingangssignal fest, wenn sie von der Digitallogikcinrichlimg 16 Bctriebsartsleuersignale erhallen.

Bei den Abtast/Ilaltc-Baustcinen kann es sich beispielsweise um ein bekanntes kommerzielles Modell handeln, welches einen nicht invertierenden Verstärker mit einem Verstilrkungsgrad von I enthält und eine mittlere Ansprechzeit aufweist. Während des Abtasten* folgt der Haustein dem analogen Eingangssignal und lullt den Momcntunwcrt des analogen Eingangssignals fest, sobald der Baustein vom Abtustbetrieb auf den Haltcbotricb umgeschaltet wird. Dieser Abtasi/Hulte-Buustein bidet den besonderen Vorteil, daß man keine weiteren äußeren Bauelemente benötigt und daß man zum Betreiben des Bausteins lediglich eine Gleichspannung von ± 15 Volt braucht.

Weiterhin cmhlllt die Bettttigungsschultungscinrich· Hing der Ausgabeeinrichtung für den koloriinetrischcn Analysenkonnl I einen Differonzenversltlrker 230, dessen Eingänge über Leitungen 232 und 234 an die Ausgange dor dein Kanal I zugeordneten Abtast/Huließuustclne 206 und 208 angeschlossen sind. In ähnlicher Weise sind die Eingänge eines Diffcrcn/.enversttlrkurs 236 Ober Leitungen 238 und 240 an die Ausgänge der dem Amilysenkiimil 2 zugeordneten Abtust/! lulic-Huusteine 210 und 212 angeschlossen.

Bei der Ausgabeeinrichtung 19 kunn es sich um Schreiber handeln, die üle kolorlniclrisehen Analysenergebnisse der einzelnen KaiUtlc aufzeichnen. RIr den Anulyscnkuiutl I Im uls Ausgabegerät ein Sireifcnblall·

schreiber 250 vorgesehen, der beispielsweise nach Art des in der US-PS 32 41 432 beschriebenen Schreibers aufgebaut sein kann. Dabei handelt es sich um einen gleichspannungsbetriebenen Schreiber mit Nullabgleich. Der Streifenblattschreiber 250 enthält ein Streifenblatt 254, dessen Vorschubrichtung durch einen eingezeichneten Pfeil angedeutet ist, und einen Aufzeichnungsstift 256, der entsprechend den von dem kolorimetrischen Analysenkanal 1 gelieferten Ergebnissen bewegt wird und diese auf dem Streifenblatt aufzeichnet. Der Streifenblattschreiber 250 ist über eine Leitung 258 an den Ausgang des Verstärkers 230 angeschlossen. Für den Analysenkanal 2 ist ebenfalls ein Streifenblattschreiber 258 vorgesehen. Dieser Schreiber enthält ein Streifenblatt 260, dessen Vorschubrichtung durch einen Pfeil angedeutet ist. Ein Aufzeichnungsstift 262 zeichnet die von dem kolorimetrischen Analysenkanal 2 kommenden Signale auf dem Streifenblatt auf. Zu diesem Zweck ist der Streifenblattschreiber 258 über eine Leitung 264 an den Ausgang des Differenzverstärkers 236 angeschlossen. Die Ausgabeeinrichtung 19 kann für die weiteren 10 kolorimetrischen Analysenkanäle 3—12 weitere Streifenblattschreiber aufweisen, die in ähnlicher Weise wie die beschriebenen Streifenblattschreiber 250 und 258 aufgebaut sein können.

Im folgenden wird die Betriebsweise der beschriebenen Vorrichtung erläutert. Hierzu dient als Beispiel die automatische aufeinanderfolgende Untersuchung von Blutproben durch kolorimetrische quantitative Analyse auf mehrere verschiedene Substanzen, beispielsweise Harnsäure, Glukose, Bluthurnstiekstoff, Biliiubin, direktes Cholesterin, P(X gesamtes und direktes Bilirubin, Albumin, Laktat-Dehydrogenase, Kreatin, Gesamprotcin und Glutumat-Oxalat-Trunsuminasc. Zur Vorbereitung der Analyse werden die Blutproben aufeinanderfolgend aus Probenbechern entnommen und behandelt. Die Probenentnahmeeinrichuing und die Behandlungseinrichtung können in der gleichen Weise aufgebaut sein, wie es in der US-PS 32 41 432 beschrieben ist. In der Behandlungscinrichuing werden die ein/einen Probentcilschübe zur kolorimetrischen quantitativen Analyse auf verschiedene interessierende Blutprobensubstanzen vorbehandelt. Die auf diese Weise behandelten Blutprobenteilschübe werden synchron den zugeordneten Probenfluiddurchflußzellen der bisher anhand der Figuren beschriebenen Vorrichtung zugeführt, und zwar derart, daß die l'robenteilschübe nahezu gleichzeitig durch die Durchfluß/cllen strömen.

In der Fig.4B sind beispielsweise eine Reihe von Ulutprobcnteilschubcn SH 1 bis SH5 dargestellt, die zur Untersuchung auf HarnsUurc durch kalorimetrische quantitative Analyse in der Bchundlungseinrichtung bereits behandelt worden sind. Die Probentcilschübe sind jeweils durch einen geeigneten Schub aus einem Trennungsfluid SFgetrennt. Dieser sich aus Probenteil· Schüben und Trennungsfluidschüben zusammensetzende Strom wird der Probenfluiddurehflußzelle 26 des kolorimetrischen Anulysenkanols I zugeführt. Wie uus der FI g, 4A hervorgeht, wird ein ähnlich zusammengesetzter Strom aus einer Reihe von Blutprobenteilschüben SA 1 bis SA 5, die jeweils durch einen Trennung*· fluidsehub SF getrennt sind, gleichzeitig der Probenflulddiirchflußzelle 28 des kolorimetrischen Analysenkarials 2 zugeführt. Die »lutprobenteilsehube SA 1 bis SA 5 sind zur kalorimetrischen quuntitutlven Anulyse auf Albumin in der Hchantllungseinrichtung bereits behandelt. Ahnlich uufgebautc Ströme aus mehreren Blutprobenteilschubcn, die zur kolorimetrischen quunli-

tativen Analyse auf eine verschiedene Substanz vorbehandelt sind und durch Trennungsfluidschübe getrennt sind, werden gleichzeitig und mit einer etwa gleichen zeitlichen Phasenbeziehung den übrigen, nicht gezeigten Probenfluiddurchflußzellen der übrigen kolo- s rimetrischen Analysenkanäle 3 bis 12 zugeführt.

Gleichzeitig mit den durch die Probenfluiddurchflußzellen der kolorimetrischen Analysenkanäle 1 bis 12 strömenden Blutprobenteilschüben werden durch die Bezugsfluiddurchflußzellen der kolorimetrischen Analy- ι ο senkanäle in Abhängigkeit von der jeweils interessierenden Substanz Bezugsfluidströme mit bekannter Konzentration geleitet. So wird durch die Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des kolorimetrischen Analysenkanals 1 ein Bezugsfluid geleitet, dessen Konzentration in is bezug auf die kolorimetrische Analyse auf Harnsäure bekannt ist. In ähnlicher Weise wird durch die Bezugsfluiddurchfiußzeüe 24 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 ein Bezugsfluid geleitet, dessen Konzentration in bezug auf die kolorimetrische Analyse auf Albumin bekannt ist.

Wenn die Blutprobenquotientenströme und Bezugsfluidströme gleichzeitig durch die zugeordneten Bezugsfluid- und Probenfluiddurchflußzellen der kolorimetrischen Analysenkanäle 1 bis 12 geleitet werden, tastet der sich mit der Taktscheibe 74 drehende Abtaster 160 die Austrittsstrahliing P aufeinanderfolgend an den einzelnen Durchflußzellen ab und überträgt die abgetastete Strahlung zur Photoelektronenvervielfacherröhre 180. Da der die Taktscheibe 174 antreibende Motor 70 eine Drehzahl von 1800 U/min hat, werden dreißig vollständige Abtastzyklen pro Sekunde durchgeführt. Im folgenden werden lediglich die in den Figuren dargestellten kolorimetrischen Analysenkanäle 1 und 2 betrachtet. Der sich drehende Lichtleiterabta- is ster 160 überträgt in der genannten Reihenfolge das Licht von der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des kolorimetrischen Analysenkanals 1, das Licht von der Probenfluiddurchflußzelle 26 des kolorimetrischen Analysenkanals 1, dessen Intensität dem Betrag der Harnsäure in dem diese Durchflußzelle durchströmenden Blutprobenteilschub SU1 proportional ist, das Licht von der Bezugsfluiddurchflußzelle 24 des kolorimetrischen Analysenkanals 2 und das Licht von der Probenfluiddurchflußzelle 28 des kolorimetrischen Analysenkanals 2, dessen Intensität dem Betrag des Albumins, in dem diese Durchflußzelle durchströmenden Blutprobenteilschub SA 1 proportional ist, zu der Photoelektronenvervielfacherröhre 180. Die zugeordneten Bezugs- und Probenströme l_r und /., der so Photoelektronenvervielfacherröhre 180 und die sich ergebenden zugeordneten Bezugs- und Probenspannungen V_r und V₅ des Verstärkers 186 sind, wie es aus den obigen Gleichungen (2), (5), (6) hervorgeht, der bekannten Konzentration in dem die Bezugsfluiddurchflußzelle 26 durchströmenden Harnsäure Bezugsfluid, der Harnsäurekonzentration in dem die Probenfluiddurchflußzelle 26 durchströmenden Blutprobenteilschub SU1, der bekannten Konzentration in dem die Bezugsfluiddurchflußzelle 24 durchströmenden Albu- i«> minbezugsfluid und der Albuminkonzentration in dem die Probenfluiddurchflußzelle 28 durchströmenden Blutprobenteilschub SA 1 direkt proportional.

Gleichzeitig mit dieser aufeinanderfolgenden Lichtübertragung von den Bezugsfluid- und Probcnfluid- i>> durchflußzellen der kolorimetrischen Analysenkanäle 1 und 2 betätigt die sich mit einer Drehzahl von 1800 U/min drehende Taktscheibe 74 die Digitullogikeinrichtung 16, um die Abtast/Halte-Bausteine 206, 208, 210 und 212 in der richtigen Reihenfolge anzusteuern.

Wenn beispielsweise das Lichteingangsende 161 des Lichtleiterabtasters 160 an der Lichtdurchlaßöffnung UO der feststehenden Scheibe 106 vorbeiläuft, um das von der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 des Analysenkanals 1 kommende Licht zu der Pholoelektronenvervielfacherröhre 180 zu übertragen, schaltet die Digitallogikeinrichtung 16 über die Leitung 222 lediglich den Abtast/Halte-Baustein 206 vom Abtastbetrieb zum Haltebetrieb um, so daß dieser Abtast/Halte-Baustein die Bezugsspannung K festhält, die die bekannte Konzentration in dem die Bezugsfluiddurchflußzelle 22 durchströmenden Bezugsfluid angibt. Der Abtast/Halte-Baustein 206 gibt das Gipfelniveau dieser Bezugsspannung in Form eines Gleichspannungssignals über die Leitung 232 an den Differenzenverstärker 230 weiter.

Wenn das Lichteintrifisende 161 des Lichtleiterabtasters 160 an der Lichtdurchlaßöffnung 112 der feststehenden Scheibe 106 vorbeiläuft, um die von der Probenfluiddurchflußzelle 26 des kolorimetrischen Analysenkanals i kommende Auslrittsstrahlung zu der Photoelektronenvervielfacherröhre 180 zu übertragen, steuert die Taktscheibe 74 die Digitallogikeinrichtung 16 derart an, daß sie über die Leitung 224 lediglich Abtast/Halte-Baustein 208 vom Abtastbetrieb in den Haltebetrieb umschaltet, so daß dieser Baustein das Gipfelniveau der von dem Verstärker 186 kommenden Probenspannung V₅ festhält, die die Harnsäurekonzentration in dem Blutprobenschub SUi anzeigt, der gerade durch die Probenfluiddurchflußzelle 26 strömt. Der Abtast/Halte-Baustein 208 gibt dieses Gipfelniveau als Gleichspannungssignal über die Leitung 234 an den Differenzenverstärker 230 weiter.

In ähnlicher Weise betätigt die Digitallogikeinrichtung 16 den Abtast/Halte-Baustein 210, um ihn von dem Abtastbetrieb in den Haltebetrieb umz 'schalten, wenn die Bezugsspannung V_r am Ausgang des Verstärkers 186 die bekannte Konzentration in dem die Bezugsfluiddurchflußzelle 24 des Kanals 2 durchströmenden Bezugsfluid angibt. Ebenso wird von der Digitallogikeinrichtung 16 lediglich der Ablast/Halte-Baustein 212 vom Abtastbetrieb in den Haltebelrieb umgeschaltet, wenn am Ausgang des Verstärkers 186 eine Probenspannung V( auftritt, die die Albuminkonzentration in dem die Probenfluiddurchflußzelle 28 des Kanals 2 durchströmenden Blutprobenteilschub 5*4 1 angibt. Dabei wird jeweils ein dem Gipfelniveau der Verstärkerausgangsspannung entsprechendes Gleichspannungssignal über die Leitungen 238 und 240 dem Differenzenverstärker 236 zugeführt.

Die Betriebsweise der Betätigungsschaltungseinrichtung 20 für die Ausgabeeinrichtung geht am besten aus den in den Fig. 5A bis 5D gezeigten Zeitabläufen hervor. Die dargestellten Zeitabläufe haben den gleichen Maßstab und erläutern lediglich die Arbeitsweise der Betätigungsschaltungseinrichtung 20 für die kolorimetrische Analyse des Blutprobenteilschubs SU1, also des Analysenkanals 1. In der Fig. 5A ist die Bezugsspannung V, gezeigt, die der Verstärker 186 aufgrund der Austrittsstrahliing Fder Bezugsfluiddurchflußzelle 22 der Photoelektronenvervielfacherröhrc 180 zuführt. Wie man sieht, besteht diese Spannung aus einer Reihe von Impulsen 270. Infolge der Drehung des Lichtlciterabtasters 160 mit einer Drehzahl von 1800 U/min treten in einer Sekunde 30 Impulse 270 auf. Der Betrag der Impulse 270 ist stets der gleiche, da das durch die Bc/ugsfluiddurchflußzcllc strömende Harn-

säurebezugsfluid eine konstante bekannte Konzentration aufweist.

In der F i g, 5B ist der Verlauf der Probenspannung V, gezeigt, die der Verstärker 186 der Betätigungsschal tungseinrichtung 20 zuführt, und zwar aufgrund der s Austrittsstrahlung P, die der Photovervielfacherröhre 180 von der Probenfluiddurchflußzelle zugeführt wird, durch die der Blutprobenteilschub SU1 strömt. Wie man sieht, ergeben sich dabei Impulse 272, die infolge der Drehung des Lichtleiterabtasters 160 in bezug auf ι ο die Lichtdurchlaßöffnung 110 und 112 in der feststehenden Scheibe 106 den Impulsen 270 unmittelbar zeitlich folgen.

Da die Bezugsspannungsimpulse 270 über die Leitung 214 dem Abtast/Halte-Baustein 206 zugeführt werden is und die Digitallogikeinrichtung 16 diesen Abtast/Halte-Baustein synchron mit dem Auftreten der Impulse von dem Abtastbetrieb in den Haltebetrieb umschaltet, tritt am Ausgang dieses Abtast/Halte-Bausteins ein etwa konstantes Gleichspannungssignal 274 auf, wie es in der Fig.5C dargestellt ist. Dieses Signal wird über die Leitung 232 dem einen Eingang des Differenzenverstärkers 230 zugeführt. Ebenso schaltet die Digitallogikeinrichtung 16 gleichzeitig mit dem Auftreten jedes Probenspannungsimpulses 272 an der Leitung 216 den Abtast/Halte-Baustein 208 vom Abtastbetrieb in den Haltebetrieb um. Dadurch liefert der Abtast/Halte-Baustein 208 einen Gleichspannungspegel 275, der auf ein etwa konstantes Gipfelniveau 276 ansteigt und auch wieder entsprechend der Zunahme oder Abnahme der Spitzenwerte der Probenspannungsimpulse 272 ab-

nimmt. Das sich ergebende Gleichspannungssignal 275 wird über die Leitung 234 dem anderen Eingang des Differenzenverstärkers 230 zugeführt.

Das in der Fig.5C gezeigte Gleichspannungssignal 274 und das in der Fig.5D gezeigte Gleichspannungssignal 275 werden somit gleichzeitig dem Differenzenverstärker 230 zugeführt. Da der Differenzenverstärker als Subtrahierer arbeitet, führt er über die Leitung 258 dem Streifenblattschreiber 250 ein Signal zu, das dem Logarithmus des Bezugsstroms /_r minus dem Logarithmus des Probenstroms h proportional ist. Dabei handelt es sich bei dem Bezugsstrom /_rum einen Strom, den die Photoelektronenvervielfacherröhre 180 aufgrund der Austrittsstrahlung P der Bezugsfluiddurchflußzelle 22 abgibt. Der Probenstrom h ist ein Strom, den die Photoelektronenvervielfacherröhre 180 aufgrund der Bestrahlung mit der Austrittsstrahlung P der ProbendurchfluOzelle 26 abgibt. Der Pegel des von dem Differenzenverstärker 230 abgegebenen Gleichspannungssignals ist der Differenz zwischen dem Bezugsspannungspegel, der durch die bekannte Konzentration in dem die Bezugsfluiddurchflußzelle 22 durchströmenden Bezugsfluid hervorgerufen wird, und dem Probenspannungspegel direkt proportional, der durch die Harnsäurekonzentration in dem die Probenfluiddurchflußzelle 26 durchströmenden Blutprobenschub SUi hervorgerufen wird. Unter Bezugnahme auf die Gleichungen (5), (6) kann man das Gleichspannungsausgangssignal des Differenzenverstärkers für den Analysenkanal 1 durch die folgende Gleichung (7) wiedergeben:

^KT

(log- - log _t) = -_r .Og₁-

Das Gleichspannungssignal des Differenzenverstärkers 230 betätigt den Aufzeichnungsstift 256 des Streifenblattschreibers 250, um das Analysenergebnis auf dem Streifenblatt 254 aufzuzeichnen. Dort wird die Harnsäurekonzentration des Blutprobenteilschubs SU1 in einem linearen Maßstab angegeben. Man kann also normales Aufzeichnungspapier verwenden. Logarithmisches Papier ist nicht erforderlich. Dadurch kann man das von dem Aufzeichnungsstift aufgetragene Analysenergebnis leichter interpretieren.

Für die übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle 2—12 führen die Betätigungsschaltungseinrichtung 20 und die diesen Kanälen zugeordneten Streifenblattschreiber eine ähnliche Arbeitsweise aus, wie sie im Zusammenhang mit dem kolorimetrischen Analysenka- 5" nal 1 oben beschrieben ist. Wenn somit eine zeitlich aufeinander abgestimmte Gruppe aus 12 Blutprobenteilschüben einer Blutprobe durch die zugeordneten Probenfluiddurchflußzellen der kolorimetrischen Analysenkanäle 1 bis 12 strömt, werden auf den Streifenblättern der zwölf Streifenblattschreiber der Ausgabeeinrichtung 19 die Beträge von zwölf verschiedenen Blutprobensubstanzen in linearer Weise aufgezeichnet. Die Aufzeichnungen stellen für jede der Blutprobensubstanzen eine Aufeinanderfolge dar. Wenn man beispiels- f«> weise nur die fünf ersten zu analysierenden Blutproben betrachtet, deren Teilschübe für die Analysenkanäle 1 und 2 in den F i g. 4A und 4B dargestellt sind, wird auf dem Streifenblatt 254 eine Reihe von Darstellungen aufgezeichnet, die dem Harnsäuregehalt der Blutpro- ^s benieilschübc SU1 bis SL'5 der fünf ersten analysierten Blutproben entsprechen. In ähnlicher Weise wird auf Streifenblatt 260 des Streifenblattschreibers 258

eine Reihe von Darstellungen aufgezeichnet, die den Albumingehalt der Blutprobenteilschübe 5/1 1 bis SA 5 derselben fünf ersten analysierten Blutproben angeben. Das Entsprechende gilt für die übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle 3 — 12. Durch den Zeitmultiplexbetrieb der einzigen lichtempfindlichen Detektoreinrichtung und durch die gleichzeitige Aufzeichnung wird bei der beschriebenen Vorrichtung 10 mit zwölf kolorimetrischen Anaiysenkanälen die Analyse von 12 Fluidproben und das Aufzeichnen der Analysenergebnisse in einer Zeit vorgenommen, die normalerweise zur Analyse und zum Aufzeichnen einer einzigen Fluidprobe benötigt wird, so daß sich eine Steigerung der Probenanalysiergeschwindigkeit um 1100% ergibt.

Die Verwendung einer einzigen Detektoreinrichtung bei einer Verhältnisbildneranordnung hat den Vorteil, daß die Verstärkung der Detektoreinrichtung innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann, ohne daß dadurch das Ausgangsstromverhältnis beeinträchtigt wird. Die Verwendung einer Elektronenvervielfacherröhre als Detektoreinrichtung bietet darüber hinaus in einer Verhältnisbildneranordnung den Vorteil, daß der Rauschabstand groß ist, so daß selbst bei einem großen dynamischen Schwankungsbereich der Energiepegel ein befriedigender Betrieb gewährleistet ist.

Die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zur gleichzeitigen kolorimetrischen und fluorometrischen quantitativen Analyse einer Reihe von Blutproben, die der Vorrichtung in Form von zwölf gleichphasigen Strömen aus Blutprobenteilschüben zugeführt werden, ist in der Fig.5 dargestellt. Wenn man beispielsweise lediglich den Kanal 1 für eine fluorometrische Analyse verwenden will, beispielsweise zur quantitativen Be-

Stimmung der Blutprobensubstanz Serum-Glutarninsäure-Pyruvat-Transaminase, wird zum Ausführen dieser fluorometrischen Analyse eine zusätzliche Strahlungsquelle 280 vorgesehen, bei der es sich beispielsweise um eine Quecksilberbogenlampe handeln kann, die die erforderliche ultraviolette Strahlung liefert. Weiterhin sind spezielle Lichtleiter 38<? und 40<? für die Weiterleitung der ultravioletten Strahlung von der mit Hochspannung betriebenen Quecksilberbogenlainpe zu den zugeordneten Bezugisfluid- und Probenfluiddurch- ι ο flußzellen 22 und 26 des fluorometrischen Analysenkanals 1 vorgesehen. Die Lichtleiter 38<? und 4OQ können beispielsweise aus einem Stoff hergestellt sein, der die optischen Durchlässigkeiti.eigenschaften von Quarz hat. Der andere bedeutende Unterschied besteht darin, daß in den fluorometrischen Analysenkanal 1, wie er in der Fig.6 dargestellt ist, eine antilogarithmische Schaltungseinrichtung 282 eingeschaltet ist. Die antilogarithmische Schaltungseinrichtung ist in die gemeinsame Signaleingangsleitung 204 der Betätigungsschaltungs- zo einrichtung 20 eingeschaltet. Sie setzt für den fluorometrischen Analysenkanal 1 das Bezugsspannungssignal V_r und das Probenspannungssignal V_s des Verstärkers in Signale um, die zum Betrieb des Streifenblattschreibers 250 geeignet sind. Die antilogarithmische Schaltungseinrichtung ist derart angeordnet, daß die umgesetzten Spannungssignale bereits den Abtast/Halte-Bausteinen 206 und 208 des Kanals 1 zugeführt werden, die dann entsprechende Gleichspannungssignale dem Differenzenverstärker 230 zuführen. Bei der fluorometrischen Analyse ist die Austrittsstrahlung P der zugeordneten Probenfluid- und Bezugsfluiddurchflußzelle 26 und 22 der Konzentration C der interessierenden Substanz direkt proportional. Da die logarithmische Diode ein auf die Extinktion abgestelltes Ausgangssignal liefert, das in bezug auf die Konzentration nicht linear ist, besteht die Notwendigkeit, dieses Ausgangssignal der antilogarithmischen Schaltungseinrichtung zuzuführen, um es in ein Signal zurückzuführen, das der Konzentration C der interessierenden Substanz direkt proportional ist, bevor es von dem Streifenblattschreiber 250 aufgezeichnet wird.

In allen anderen Punkten stimmt der Aufbau und die Art der Arbeitsweise der in der Fig.6 dargestellten Vorrichtung zur gleichzeitigen fluorometrischen und kolorimetrischen Analyse mit der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung überein. Die für den Analysenkanal 1 von dem Aufzeichnungsstift 256 auf dem Streifenblatt 254 des Streifenblattschreibers 250 aufgezeichneten Darstellungen geben allerdings die Menge einer Substanz einer Reihe von Blutprobenteilschüben an, die durch die ProbenfluiddurchfluQzelle 26 strömen und fluorometrisch anstatt kolorimetrisch analysiert sind.

Ein weiteres Ausführungs;beispiel ist in der F i g. 7 dargestellt. Dabei sind ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Hauptunterschied der in der F i g. 7 dargestellten Vorrichtung 300 gegenüber der in der F i g. 1 dargestellten Vorrichtung 10 besteht darin, daß eine einzige Lichtleitereinrichtung benutzt wird, um das Licht von fto der Lichtquelle 34 zu den Bezugsfluid- und Probenfluiddurchflußzellen zu übertragen. Die Lichtleitereinrichtung kann einen Z-förmigen Lichtleiter 302 mit einem Lichteingangsende 304 und einem Lichtausgangsende 306 aufweisen. Der Lichtleiter 302 ist in der dargestell- <\s ten Weise an dem einen Ende der Triebwelle 72 des sich nit konstanter Drehzahl drehenden Motors 70 befeitigt. Der Lichtleiter arbeitet als Lichtdiffusor mit

geringen Verlusten. Eine Fokussierlinsenanordnung30i fokussiert das von der Lichtquelle 34 kommende Lichi auf das Lichteingangsende 304, um dort einen sehi feinen Brennfleck zu bilden, von dem das Licht durch den Lichtleiter 302 weitergeleitet wird.

Weiterhin sind zwei feststehende Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 vorgesehen. Bei einer Anordnung mil zwölf Analysenkanälen sind die feststehenden Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 in ähnlicher Weise ausgebildet wie die in F i g. 2 dargestellte feststehende Lichtdurchlaßscheibe 106. Das bedeutet, daß jede der feststehenden Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 in ähnlicher Weise wie die Scheibe 106 vierundzwanzig Lichtdurchlaßöffnungen aufweist, die in etwa gleichen Abständen voneinander auf einem Kreis angeordnet sind und abwechselnd den Bezugsfluid- und Probenfluiddurchflußzellen zugeordnet sind. Die Scheiben 310 und 312 weisen auch zentrale Durchgangsöffnungen 314 und 316 auf, durch die sich die Triebweile 72 des Motors erstreckt. Die Scheiben 310 und 312 sind derart angeordnet, daß die mit gleichen Bezugszahlen versehenen Lichtdurchlaßöffnungen aufeinander ausgerichtet sind, wie es beispielsweise für die Durchlaßöffnung UO und die Durchlaßöffnung 136 in der Figur gezeigt ist.

Am anderen Ende der Triebwelle 72 ist ein weiterer Z-föraiiger Lichtleiter 318 mit einem Lichteingangsende 320 und einem Lichtausgangsende 322 befestigt. Der Lichtleiter 318 dreht sich mit der Welle 72 und ist mit dem Lichtleiter 306 derart ausgerichtet, daß sich die beiden Lichtleiter synchron drehen. Das Lichtausgangsende 306 des sich drehenden Lichtleiters 30ίί hat den gleichen Radius wie der Kreis, auf dem Lichtdurchlaßöffnungen auf der feststehenden Scheibe 310 angeordnet sind. Das Entsprechende gilt für das Lichteingangsende 320 des sich drehenden Lichtleiters 318, das auf die Lichtdurchlaßöffnungen in der feststehenden Scheibe 312 ausgerichtet ist. Das Lichtausgangsende 30(5 und das Lichteingangsende 320 sind so dicht wie möglich bei der Oberfläche der feststehenden Scheiben angeordnet, um bei der Lichtübertragung einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erzielen. Bei dem beschriebenen Aufbau wird infolge der Drehung der Welle 72 eine synchrone Abtastung von einander zugeordneten Lichtdurchlaßöffnungspaaren in den beiden feststehenden Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 vorgenommen. Dies geschieht durch das Lichtausgangsende 306 des sich drehenden Lichtleiters 302 und das Lichteingangsende 320 des sich drehenden Lichtleiters 318.

Die Lichteingangsenden der vierundzwanzig Lichtleiter, die ein Lichtleiterbündel 36 bilden, sind derart angeordnet, daß sie in der richtigen Reihenfolge mit jeweils einer der Lichtdurchlaßöffnungen der Lichtdurchlaßscheibe 310 ausgerichtet sind. Die Beziehung zwischen den zugeordneten Lichtausgangsenden dieser Lichtleiter, die hinter den Durchflußzellen ;αι dem Lichtleiterbündel 56 zusammengefaßt sind, und den Lichtdurchlaßöffnungen der feststehenden Scheibe 312 ist in ähnlicher Weise getroffen, wie es bereits anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben ist.

Für die Triebwelle 72 des Motors ist eine Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 vorgesehen, deren betriebsmäßige Zuordnung zu der Triebwelle durch eine Leitung 324 angedeutet ist. Bei der Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 kann es sich um ein handelsübliches Gerät handeln, das in sich abgeschlossen ist und beispielsweise eine Lichtquelle enthalten kann. Der Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 326 kommt die Funktion der in Zusammenhang mit der Fig. 1

beschriebenen Takt- und Steuereinrichtung 17 zu. Die Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 steuert die Digitallogikeinrichtung 163 an, um diejenige der Durchflußzellen zu identifizieren, deren von der Lichtquelle 34 kommendes Austrittslicht gerade auf die lichtempfindliehe Detektoreinrichtung 14 trifft. Zu diesem Zweck ist die Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 über die Leitungen 164, 166, 168, 170 und 172 an die Digitallogikeinrichtung 16 angeschlossen.

Die lichtempfindliche Detektoreinrichtung 14, die ι ο Detektorschaltungseinrichtung 18, die die Ausgabeeinrichtung betätigende Takt- und Steuereinrichtung 20 und die Ausgabeeinrichtung 19 sind bei dem in der Fig.7 dargestellten Ausführungsbeispiel in ähnlicher Weise wie bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aufgebaut und daher in der F i g. 7 lediglich als Blöcke dargestellt.

Die Arbeitsweise der in F i g. 7 dargestellten Vorrichtung gleicht im wesentlichen der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung 10. Die Abtastung der Durchflußzellen wird von den synchron angetriebenen Lichtleiterabtastern 302 und 318 vorgenommen. Sie schicken in einer vorgegebenen Reihenfolge das von der Lichtquelle 34 kommende Licht aufeinanderfolgend durch die Durchflußzellen und leiten es von dort zu der lichtempfindli- 2s chen Detektoreinrichtung 14 weiter. Die Analysenergebnisse werden auf den Streifenblättern der Streifenblattschreiber der Ausgabeeinrichtung 19 aufgezeichnet.

Der Vorteil der in der F i g. 7 dargestellten Vorrichtung 300 besteht darin, daß das von der Lichtquelle 34 kommende Licht in einem sehr kleinen Brennpunkt am Lichteingangsende 304 des sich drehenden Lichtleiters 302 fokussiert wird. Dadurch ist es möglich, eine höhere Lichtenergie zu übertragen. Bei der Verwendung einer verhältnismäßig großen Anzahl von Analysenkanälen und einer Lichtquelle 34 mit einer verhältnismäßig begrenzten leuchtenden Oberfläche bietet die Vorrichtung 300 den weiteren Vorteil, daß die dann schwierige Anordnung der Lichteingangsenden einer großen Anzahl von Lichtleitern in bezug auf die begrenzte Oberfläche der Lichtquelle umgangen wird. Dadurch wird auch eine Überhitzung der Lichtquelle vermieden. Mit den sich drehenden, intern reflektierenden Lichtleitern 302 und 318 und durch die Fokussierung des von der Lichtquelle 34 kommenden Lichts in einem sehr kleinen Brennpunkt auf dem Lichteingangsende des Lichtleiters 302 übernimmt dieser Lichtleiter die Funktion eines Diffusors mit geringen Verlusten. Dadurch wird das elektronische Rauschen vermindert, das sich sonst durch Lichtquellenfadenvibrationen und -Schwankungen und/oder örtlich abhängige Empfindlichkeitsschwankungen der Photokathode der Photoelektronenvervielfacherröhre ergeben würde.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist in der F i g. 8 eine Vorrichtung 330 dargestellt. Dabei werden in den Fig. 1, 7 und 8 für ähnliche Bauelemente und Baueinheiten gleiche Bezugszeichen verwendet.

Im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen enthält die in der Fig. 8 dargestellte <>o Vorrichtung 330 eine einstellbare Lichtquelle, so daß es möglich ist, die Wellenlänge des ausgesandten Lichts in Abhängigkeit von der besonderen kolorimetrischen Analyse jeden Analysenkanals einzustellen. Bei der einstellbaren Lichtquelle 332 kann es sich um einen <>s einstellbaren optischen parametrischen Oszillator handeln, wie er beispielsweise in einem Aufsatz »Tunable Oniical Parametric Oscillators« von S.E. Harris in der Fachzeitschrift »Proceedings of the IEEE«, Dezember 1969, beschrieben ist. Ein derartiger Oszillator gibt einen Hochintensitätsstrahl 334 aus stark kollimiertem monochromatischem Licht ab. Die Wellenlänge ist durch entsprechende Steuerung der Temperatur oder des Winkels eines Kaliumhydrogenphosphat-Kristalls oder durch elektrooptische Abstimmung des Kristalls veränderbar. Bei der einstellbaren Lichtquelle kann es sich aber auch beispielsweise um einen einstellbaren Laser handeln, bei dem die Wellenlänge des abgegebenen Lichtstrahls durch Verwendung einer thermischen, magnetischen oder elektrostatischen Abstimmeinrichtung genau einstellbar ist.

Ein Digital/Analog-Umsetzer 336 ist über eine Leitung 338 an die Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 und über eine Leitung 340 an die einstellbare Lichtquelle 332 angeschlossen. Der Digital/Analog-Umsetzer 336 nimmt die Abstimmung der einstellbaren Lichtquelle 332 vor. Dies geschieht dadurch, daß die von der Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 gelieferte Digitalinformation in Analoginformation umgesetzt wird und zur Veränderung der Wellenlänge des von der Lichtquelle 332 ausgesandten Strahls 334 gemäß der Winkeisteilung der Welle 72 verwendet wird. Die Wellenlänge des von der einstellbaren Lichtquelle 332 abgegebenen Strahls hängt somit von dem gerade betriebenen kolorimetrischen Analysenkanal ab. Wenn man beispielsweise den Kanal 1 zur Harnsäurebestimmung und den Kanal 2 zur Albuminbestimmung verwendet, wird unter der Steuerung der Winkelstellungsanzeigeeinrichtung 323 und des Digital/Analog-Umsetzers 336 die Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts automatisch auf einen zur kolorimetrischen quantitativen Analyse der Fluidprobe auf Harnsäure automatisch geändert, wenn das Lichtausgangsende 306 des sich drehenden Lichtleiters 302 die der Probenfluiddurchflußzelle 26 zugeordnete Lichtdurchlaßöffnung 112 der feststehenden Scheibe 310 abtastet. In ähnlicher Weise wird, wenn das Lichtausgangsende 306 des sich drehenden Lichtleiters 302 die der Probenfluiddurchflußzelle 28 zugeordnete Lichtdurchlaßöffnung 116 der feststehenden Scheibe 310 abtastet, die Wellenlänge der einstellbaren Lichtquelle 332 derart verändert, daß sie zur kolorimetrischen quantitativen Analyse der Fluidprobe auf Albumin geeignet ist. Für die zehn übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle wird eine entsprechende Änderung der Wellenlänge des Lichtstrahls 334 der Lichtquelle 332 vorgenommen.

Der besondere Vorteil einer einstellbaren Lichtquelle 322 besteht darin, daß die optische Anordnung durch den Wegfall der in Fig. 1 für die Kanäle 1 und I dargestellten Filter 45 und 46 beträchtlich vereinfach wird. Die einstellbare Lichtquelle übernimmt somit dif Funktion der Filter. Da darüber hinaus die einstellbar« Lichtquelle einen hoch kollimierten und monochro matischen Lichtstrahl 334 abgibt, entfällt die zu: Fokussierung dienende Linsenanordnung 308. Da di< Lichtquelle 334 einen Strahl hoher Intensität abgibi wird die den Durchflußzellen zugeführte optisch* Eingangsleistung beträchtlich erhöht. Dies hat einweitere Verbesserung des Rauschabstandes der gesam ten Anordnung zur Folge. Dadurch ergeben siel genauere Analysenergebnisse. Ferner ist es infolge de höheren optischen Leistung möglich, in der lichtemp findlichen Detektoreinrichtung 14 anstelle einer Pho ^elektronenvervielfacherröhre einen einfacher aufge bauten und weniger aufwendigen Festkörperphotode

tektor zu benutzen. Ferner kommt man bei der kolorimetrischen Analyse mit einer geringeren Menge der chemischen Farbreagenzien aus, mit denen die Fluidproben behandelt werden. Dadurch ergeben sich wiederum kürzere Behandlungszeiten der zu analysie- > renden Fluidproben.

Ein weiterer Vorteil der in der Vorrichtung 330 verwendeten einstellbaren Lichtquelle 332 besteht darin, daß sie die gleichzeitige Durchführung einer kolorimetrischen und fluorometrischen Analyse mit ι ο derselben einzigen Lichtquelle ermöglicht. Durch die genaue und automatische Einstellung der Wellenlänge des ausgesandten Lichtstrahls 334 über den sichtbaren und ultravioletten Bereich kann man einen oder mehrere der Fluidprobenanalysenkanäle 1 bis 12 durch is entsprechendes Einstellen der Lichtquelle zur fluorometrischen anstatt zur kolorimetrischen Analyse der Fluidproben verwenden. Allerdings wäre bei der Vorrichtung 330 zu diesem Zweck noch die zusätzliche Verwendung von antilogarithmischen Schaltungsein- :o richtungen nach Art der in der Fig.6 dargestellten Einrichtung 282 an entsprechend zugeordneten Stellen der Takt- und Steuereinrichtung 20 für die Ausgabeeinrichtung erforderlich.

Obwohl bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen jeder Probenfluiddurchflußzelle eine Bezugsfluiddurchflußzelle zugeordnet ist, kann man die Bezugsfluiddurchflußzellen weglassen und ihre Funktion zum Erzeugen eines entsprechenden Bezugsstromes Ir am Ausgang der lichtempfindlichen Detektorein- w richtung für jeden der Analysenkanäle durch die Verwendung einer feststehenden Lichtdurchlaßscheibe mit entsprechend dimensionierten Bezugslichtdurchlaßöffnungen ausüben lassen.

Eine feststehende Lichtdurchlaßscheibe 350 der .*> erwähnten Art ist in der F i g. 9 dargestellt. Die Scheibe 350 eignet sich zum Betrieb eines Analysiergerätes mit zwölf Analysenkanälen und weist zu diesem Zweck zwölf Probenlichtdurchlaßöffnungen 112,116,120, 124, 128, 132, 136, 140, 144, 148, 152 und 156 sowie zwölf .|,, Bezugslichtdurchlaßöffnungen 352, 354, 356, 258, 360, 362, 364, 366, 368, 370, 372 und 374 auf, die in abwechselnder Reihenfolge längs eines Kreises an geordnet sind. Die Bezugslichtdurchlaßöffnungen können einstellbar sein, wie es dargestellt ist, um die Menge .|s des durch sie hindurchtretenden Lichts, das dann auf die lichtempfindliche Detcktorcinrichtung 14 fitlli, zu verändern. Dadurch kann man für jeden Annlyscnkunnl um Ausgang der lichtempfindlichen Detektoreinrichtung einen Bezugsstrom l_r einstellen, der zur kolorime- w Irischen Analyse der gerade interessierenden Substanz einen pnssenden Wert hat.

Die feststehende LichtdurchlaOscheibc 330 kann man in die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 10 anstelle der dort gezeigten feststehenden Scheibe 106 einsetzen μ und die zwölf Bezugsfluiddurchflußzellen wcglusscn. Die zwölf Lichtleiter, beispielsweise 38 und 42, denen die Funktion zukam, das Licht der Lichtquelle 34 zu den Bezugsfluiddurchflußzellen zu übertragen, leiten jetzt das Licht der Lichtquelle direkt zu den Bezugslicht· on durchlaßöffnungen 332 bis 374 in der feststehenden Scheibe 330, Im übrigen braucht die Arbeitsweise der Vorrichtung 10 durch das Einsetzen der Scheibe 330 anstelle der Scheibe 106 nicht abgeändert zu werden.

Ein Teil der in der Flg. I dargestellten Vorrichtung «* 10 Ist in der Fig. 10 durgestellt, Dabei ist die Scheibe 106 durch die Scheibe 330 ersetzt. Die Schnittlinie der Scheibe 330 führt allerdings durch eine Probenlicht· durchlaßöffnung 112 und eine einstellbare Bezugslichtdurchlaßöffnung 364, also längs der in F i g. 9 dargestellten Schnittlinie S-R. Die Bezugsfluiddurchflußzellen sind weggelassen. Durch einen eingezeichneten Bezugslichtleiter 366 wird angedeutet, daß die Bezugslichtleiter direkt zu den Bezugslichtdurchlaßöffnungen 352 bis 374 führen.

Wenn man die in der F i g. 9 dargestellte feststehende Lichtdurchlaßscheibe 350 in den in den F i g. 7 oder 8 dargestellten Vorrichtungen 300 oder 330 verwenden will, benötigt man zwei solcher Scheiben, um die beiden Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 zusammen mit den zwölf Bezugsfluiddurchflußzellen zu ersetzen. Die beiden Scheiben könnten dann dichter zusammengerückt werden, so daß man zwischen zugeordneten Bezugslichtdurchlaßöffnungen in den beiden Scheiben ohne zusätzliche Lichtleiter auskommt. Die grundsätzliche Arbeitsweise der in den F i g. 7 und 8 dargestellten Vorrichtungen 300 und 330 braucht im übrigen nicht verändert zu werden.

Die in der Fig.8 dargestellte Vorrichtung 330 ist in der abgeänderten Form in der Fig. 11 dargestellt. Die feststehenden Lichtdurchlaßscheiben 310 und 312 sind durch Lichtdurchlaßscheiben 350a und 350b nach Art der in der Fig.9 dargestellten Durchlaßscheibe 350 ersetzt. Die Scheiben 350a und 3506 sind verhältnismäßig dicht nebeneinander angeordnet, so daß zwischen den Bezugslichtdurchlaßöffnungen der beiden Scheiben, beispielsweise zwischen den öffnungen 364a und 3646, keine Lichtleiter angeordnet zu werden brauchen. Abweichend davon kann man zum Erzielen einer besseren Lichtübertragung geradlinige Lichtleiter zwischen den Bezugslichtdurchlaßöffnungen der Scheiben verwenden. Die beschriebenen Vorrichtungen weisen den zusätzlichen Vorteil auf, daß die Bezugsfluicl- und Probenfluiddurchflußzellen, die kolorimetrischen und bzw. oder fluorometrischen Analyscbaucinheiten und die dazugehörigen elektronischen Baueinheiten in bezug auf die Fluidprobcnzufuhrcinrichtung und die Fluidprobenbchandlungscinrichtung eine optimale I .agc einnehmen können. Bisher waren die Kolorimeterclurchflußzellcn zusammen mit dem Kolorimeter derart angeordnet, daß die zu analysierenden Fluidprobenteilschübc von der Sehlauchanordnung der Probcnzufuhreinrichtung und der Probcnbchandlungseinrichtung zu den Durchfluß/eilen gepumpt wurden und clic elektrischen Aiisgangssignalc vom Kolorimeter aus den elektronischen Schaltungscinrichtiingcn zugeführt wurden, um die Ausgabeeinrichtung zu bedingen,

Diese bisher übliche Anordnung mit der Kette DurchfluDzclle, Kolorimeter, elektronische Schaltung*· einrichtung und Ausgabeeinrichtung trug die Gefahr in sich, daß sowohl von der hydraulischen als auch von der elektrischen Seite her Fehler hervorgerufen wurden. So benötigte man infolge der von der Probenzufuhreinrichtung und Probcnbchandlungscinrichtung entfernten Anordnung der DurchfluBzcllcn im Kolorimeter seht lange hydraulische Leitungen, die zum einen /.wischer aufeinanderfolgenden Fluidprobcnieilschübcn schwierig auszuwaschen waren und zum anderen einen hoher Druckabfall erzeugten. Dadurch ergaben sich wicdcrutr lange hydraulische Vcrzögcrungszcitcn. In ähnlicher Welse riefen die vcrhttltnlsmHUig langen elektrischer Leitungen zwischen dem Kolorimeter und der davor entfernt angeordneten elektronischen Schaltungscin richtung für die Ausgabeeinrichtung Schwlcrigkclter hervor. So mußte man nttmlieh verhilltnlstnüßlt hochohmigc Photodetektorclnrlclmingen über lunge

Verbindungskabel an die elektronischen Schaltungseinrichtungen anschließen. Die hochohmige Widerstandsanpassung führte zu einem beträchtlichen elektronischen Rauschen und verursachte hohe Kosten.

Diese Nachteile treten bei den hier beschriebenen Vorrichtungen nicht auf. Die Durchflußzellen sind nämlich direkt mit den Leitungen der Probenentnahme- und Probenbehandlungseinrichtung verbunden und über Lichtleiter an die Strahlungsquelle und die entfernt angeordneten elektronischen Schaltungsglieder angeschlossen. Fig. 12 zeigt eine derartige Anordnung. Dabei ist das Leitungssystem der Probenentnahme- und Probenbehandlungseinrichtung durch einen Block 284 schematisch dargestellt. Die übrigen Bauelemente der Analysiereinrichtung 12, die lichtempfindliche Detektoreinrichtung 14, die Digitallogikeinrichtung 16, die Takt- und Steuereinrichtung 17 der Detektor- und Logikeinrichtung, die Detektorschaltungseinrichtung 18, die Betätigungsschaltungseinrichtung 20 der Ausgabeeinrichtung und die Ausgabeeinrichtung 19, die alle in der F i g. 1 gezeigt sind, werden in der F i g. 12 durch den Block 286 schematisch dargestellt. Obwohl die in der Fig. 12 gezeigte Vorrichtung ebenso wie die Vorrichtungen der Fig. 1 und der Fig.6 für 12 Kanäle ausgelegt ist, sind lediglich die Durchflußzellen 22,24,26 und 28 der Kanäle 1 und 2 gezeigt Für die übrigen kolorimetrischen Analysenkanäle 3 bis 12 sind zwanzig weitere Durchflußzellen vorgesehen.

Bei der Darstellung nach der Fig. 12 erwecken die Lichtleiter 38, 40, 42 und 44 sowie die nicht besonders bezeichneten Lichtleiter den Eindruck, als ob sie sehr lang seien. Die Lichtleiter sind jedoch zu einem einzigen kompakten Lichtleiterbündel 288 zusammengefaßt, das nur einen sehr geringen Platzbedarf hat und sehr leicht zwischen den einzelnen Baueinheiten der Vorrichtung verlegt werden kann.

Obwohl die dargestellten Ausführungsbeispiele zur kolorimetrischen und bzw. oder vereinigten kolorimetrischen und fluorometrischen Analyse stets zwölf Analysenkanäle zur gleichzeitigen Analyse von zwölf Probenschüben jeder zu untersuchenden Blutprobe aufweisen, kann die Anzahl der Analysenkanäle zur gleichzeitigen Analyse auch größer oder kleiner sein. Die Analysenkanalabtastgeschwindigkeit mit dreißig Zyklen pro Sekunde kann ebenfalls verändert werden. Darüber hinaus kann man die Abtastung in einer anderen Reihenfolge vornehmen.

Anstelle der als Ausgabeeinrichtung 19 benutzten gleichstrombetriebenen Streifenblattschreiber mit Nullabgleich, von denen in der F i g. 1 die Schreiber 250 und 258 gezeigt sind, kann man auch andere Ausgabegeräte benutzen, beispielsweise Analog/Digital-Ausgabegeräte oder Analog/Digital-Umsetzer, die direkt einen Rechner speisen, der die Analysenergebnisse ausdrucken und für diagnostische Zwecke weiterverarbeiten kann.

Weiterhin können mit den beschriebenen Vorrichtungen nicht nur Blutproben, sondern auch andere Fluidproben analysiert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um Wasserproben handeln, deren Reinheit im Hinblick auf verschiedene Substanzen festgestellt werden soll. Als zu analysierende Proben kommer auch Luft und andere Gase in Frage. Zur Analyse vor gasförmigen Proben werden die Durchflußzellen in allgemeinen abgeändert.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kolorimeter zur Bestimmung einer Anzahl von Substanzen in einem Fluid mit einer Lichtquelle, mit s einer der zu bestimmenden Anzahl von Substanzen entsprechenden Anzahl von Durchflußzellen, die jeweils von einer Probe des Fluids durchströmt sind, mit Einrichtungen zur Beaufschlagung der Durchflußzellen mit dem Licht der Lichtquelle, mit einer photoelektrischen Detektoranordnung zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von der Intensität des aus den einzelnen Durchflußzellen austretenden Lichts entsprechenden Meßsignalen, mit Einrichtungen zur Erzeugung von den Meßsignalen jeweils zugeordne- ι s ten Bezugssignalen, mit einer an die Detektoranordnung angeschlossenen Auswerteschaltung zur Bildung des Verhältnisses der jeweils einander zugeordneten Meß- und Bezugssignale und mit einer an die Auswerteschaltung angeschlossenen Registriereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung aus einem Photoelektronenverviell'acher (180) besteht, daß Einrichtungen (38,40,42,44, 106,160; 38,40,42,44, 312,318; 38,40,44,350,160) zur Beaufschlagung des Photoelektronenvervielfachers (180) mit den einzelnen Meßsignalen im Wechsel mit den jeweils zugeordneten Bezugssignalen vorgesehen sind und daß die Auswerteschaltung eine mit dem Ausgang des Photoelektronenvervielfachers (180) verbündene logarithmierende Diode (182) sowie an deren Ausgang angeschlossene Abtust- und Halteschaltungen (206, 208, 210, 212) für die einzelnen logarithmierten Meß- und Bezugssignale umfaßt

2. Kolorimeter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der logarithmierenden Diode (182) und den Abtast- und Halteschaltungen (206, 208, 210, 212) eine Kompensationsschaltung (186, 192,194,196,198,200) zum Ausgleich des Einflusses von Temperaturschwankungen auf das'ermittelte Signalverhältnis angeordnet ist.

3. Kolorimeter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Lichtquelle (332) in Abhängigkeit von der jeweils beaufschlagten Durchflußzelle (26, 28) automatisch einstellbar ist.