DE2217635C3 - Vorrichtung zur automatischen Probenanalyse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Probenanalyse durch die Bestimmung der Konzentration einer Substanz, die innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbandes Strahlung absorbiert, in Gegenwart einer störenden Substanz, die ebenfalls im Bereich des Wellenlängenbandes Strahlung absorbiert, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 19 21302 bekannt, wobei keine Vorkehrungen zur Kompensation der Absorption, die durch die störende Substanz erfolgt, vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend zu verbessern, daß der Einfluß störender Substanzen, die in dem gleichen Wellenlängenband absorbieren wie die Substanz, deren Konzentration zu bestimmen ist, ausgeschaltet wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung isi Gegenstand des Anspruches Z

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen unter anderem darin, daß durch die Verwendung jeweils eines Filterpaares, wobei ein Filter vor und ein Filter nach dem Probengefäß angeordnet ist, die Probenanalyse bei Tageslicht durchgeführt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur automatischen Probenanalyse im Schnitt;

Fig.2 die Filtereinrichtung der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig.3 die Absorptionskurven der Substanz, deren Konzentration bestimmt werden soll, und der störenden Substanzen sowie die von den Filtern durchgelassenen Wellenlängen und

F i g. 4 die Strahlungsintensitäten bei den verschiedenen Wellenlängen, die von den Filtern durchgelassen werden.

Die in F i g. 1 im Schnitt gezeigte Vorrichtung enthält eine Cuvette 31, einen karussellartigen Aufbau 110 und eine Antriebseinrichtung 168 für den Aufbau 110. Die Cuvette 31 enthält eine Anzahl von Abteilen, in die die zu analysierenden Proben gegeben werden.

Der Aufbau 110 wird durch ein zylindrisches Grundteil 112 mit Bühnen 114, il5 gebildet Die Bühne 114 trägt eine Halterungssäule ItG, um die sich die Cuvette 31 in einer Inkubatorbadkammer 124 dreht. In den Wänden der Inkubatorbadkammer sind Fenster vorgesehen, die den Durchtritt der für die Probenanalyse verwendeten Strahlung ermöglichen. Durch ein Heizelement und einen Thermistor 131 wird das Inkubatorbad auf einer bestimmten Temperatur gehalten.

Der Aufbau 110 weist ferner eine Bühne 130 auf, die um die Halterungssäule 116 drehbar ist Am Umfang der Bühne 130 sind Probenvorratsbehälter 140, 141 angeordnet und durch Federn 143,144 festgehalten. An der Unterseite weist die Bühne 130 Blasen 148 auf, mittels der die Bühne 130 von der Antriebseinrichtung 168 schrittweise weitergedreht wird. Die Bühne 130 trägt in der Mitte die Cuvette 31. Der Rand der Bühne 130 geht in einen zylindrischen, nach unten verlängerten Randteil 132 über. Der Randteil 132 enthält eine Codierung 152, die aus 5 Löchern besteht, durch die Strahlung über ein Rohr 156 von einer Strahlungsquelle 2 auf eine Anzahl ortsfester Fototransistoren 154 fällt. Dadurch kann festgestellt werden, in welcher Position sich die Bühne 130 befindet, d. h. die Probe in welchem Abteil analysiert wird. Am Rand des Aufbaus 110 befindet sich noch eine Einrichtung 158, die dazu dient, festzustellen, ob ein Probenvorratsbehälter für dasjenige Abteil der Cuvette vorhanden ist, das gerade analysiert wird.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur

automatischen Probenanalyse enthält eine Strahlungsquelle 2 mit einem Faden, der Licht im gesamten sichtbaren und UV-Spektrum erzeugt Die Strahlungsquelle wird von einer Feder 3 und einer Platte 5 in einem Sockel 1 gehalten. Die Strahlungsquelle 2 schickt Licht in das Rohr 156, zu den Linsen 6, 7, welche das Licht über einen Spiegel 8 auf eine ringförmige, auf einer Scheibe 10 befindliche FiUereinrichtung 12 fokussieren, und zu einem Kommutatorring der Scheibe 10, die sich um eine mittige Achse 11 dreht ι ο

Gemäß Fig.2, weist die Filtereinrichtung 12 zwei Filter 14, 16 auf, die um 180° gegeneinander versetzt sind, identisch sind und die Strahlung nur im Bereich einer bestimmten Wellenlänge L1 hindurchtreten lassen. Die Filtereinrichtung 12 weist ferner zwei Filter 418, 420 auf, die gegeneinander um 180° versetzt und ebenfalls identisch sind und Strahlung nur im Bereich einer anderen Wellenlänge L 2 hindurchtreten lassen. Die Filtereinrichtung 12 weist schließlich noch zwei Filter 422,424 auf, die gegeneinander um 180° versetzt und identisch sind und Strahlung nur im Bereich einer dritten Wellenlänge L 3 hindurchtreten lassen. Die Filtereinrichtung 12 ist so ausgelegt, daß Strahlung der Wellenlänge die durch ein Filterpaar durchgelassen wird, von den anderen Filterpaaren nicht durchgelassen wird. Die Filtereinrichtung 12 weist auch opake Segmente 426 bis 429 auf, die kein Licht durchlassen und einen Nullstrahlungs-Bezugswert ergeben.

Die Wellenlängen Li bis L 3 sind entsprechend den Absorptionseigenschaften der jeweils zu analysierenden Substanz gewählt Die Wahl dieser Wellenlängen für die Filterpaare ist schematisch in Fig.3 erläutert, worin Kurve A die Absorptionseigenschaften einer zu analysierenden Substanz wiedergibt und die Kurven B und Cdie Absorptionseigenschaften von anderen in der Probe zusammen mit der zu untersuchenden Substanz A vorliegenden störenden Substanzen wiedergeben.

Die sich normalerweise bei der Bestimmung der Konzentration der Substanz A auf Grund der Absorption von Substanzen B und C ergebenden Schwierigkeiten lassen sich weitgehend beseitigen, indem man die Wellenlänge L1 so wählt daß sie in der Mitte der Absorptionsbande der Substanz A liegt Die Wellenlänge L 2 wird so gewählt daß sie kleiner als L1 ist und im wesentlichen außerhalb der Absorptionsbande von Substanz A liegt Wellenlänge L 3 wird so gewählt, daß sie größer als L1 ist und im wesentlichen ebenfalls außerhalb der Absorptionsbande der Substanz A liegt Die Absorptionsbande der Substanz A liegt im Bereich D von F i g. 3.

Absorptionskurven für die meisten üblicherweise analysierten Substanzen sind bekannt und der chemischen Literatur entnehmbar, so daß die richtigen Wellenlängen L\ bis L 3 unschwer festgelegt werden können. Wenn z.B. eine Gesamtprotein-Bestimmung von Blutproben gewünscht wird, wird L1 gewöhnlich im Bereich von 545 nm, L 2 ungefähr im Bereich von nm und L 3 ungefähr im Bereich von 600 nm liegen. Die Probenanalyse mit mehreren Wellenlängen setzt die Auswirkungen von Trübung der Probe, von in der Probe eingeschlossenen Luftbläschen und von optischen Mängeln der Küvette herab.

Bei Verwendung von nur zwei Wellenlängen ist es zweckmäßig, LX so zu wählen, daß bei dieser Wellenlänge die Absorptionskoeffizienten der Substanzen A und B sehr vei schieden sind, und L 2 so zu wählen, daß bei dieser Wellenlänge die Absorptionskoeffizienten der Substanzen A und B im wesentlichen gleich sind.

Wie in Fig.2 gezeigt weist die Scheibe 10 ferner einen Kommutatorring 30 auf, der auf der Scheibe außerha'b des Bereichs der Filtereinrichtung 12 (iegt und der zwei Schlitze 32,34 aufweist, die sich gegenüber den Filtern 14 bzw. 16 befinden und beide auf einem gemeinsamen, zur Achse 11 konzentrischen Kreis liegen, ferner zwei Schlitze 36, 38, die sich gegenüber den Filtern 18 bzw. 20 befinden und auf einem gemeinsamen, zur Achse U konzentrischen Kreis liegen, sowie zwei Schlitze 40, 42, die sich gegenüber den Filtern 22 bzw. 24 befinden und auf einem gemeinsamen, zur Achse U konzentrischen Kreis liegen. Wie in F i g. 2 gezeigt hat jeder der Kreise, auf denen die Schlitz-Paare liegen, einen anderen Radius, so daß die Schlitz-Paare radial gegeneinander versetzt sind.

Licht von der Strahlungsquelle 2 geht nach oben durch die Schlitz-Paare zu drei photoelektrischen Transistoren, die mit den Kreisen fluchten, auf denen die verschiedenen Schlitzpaare liegen, d.h. jeder der Transistoren empfängt Licht dur-,ΐ! die Schlitze eines Paars, nicht jedoch von einem benactibijten Schütz.

Die Scheibe 10 wird in Richtung von Pfeil E(Fig. 2) von einer Motor-Getriebe-Einheit 44 (F i g. 1) in Umlauf versetzt die eine Welle 446 über eine Magnetkupplung 48 \ιτ:ά Lager 50, 52 antreibt Die Einheit 44 treibt die Scheibe 10 mit etwa 1800 U/Min, an.

Beim Umlauf der Feuereinrichtung 12 tritt Licht von der Strahlungsquelle 2 durch sie hindurch, wodurch Lichtstrahlenbündel, die aus zyklischen Impulsen monochromatischen Lichtes bestehen, längs eines Weges 54 erzeugt werden. Ein vollständiger Zyklus von Lichtimpulsen ist in Fig.4 in Form von Impulsen Pl, P2 und P3 gezeigt Der Impuls P1 wird vom Impuls P2 durch ein Intervall /1 getrennt das durch Segment 26 oder 28 der Filtereinrichtung 12 hervorgerufen wird. In entsprechender Weise ist der Impuls P3 vom Impuls P1 in jedem Zyklus durch ein Intervall /2 getrennt das durch die Segmente 27 und 29 hervorgerufen w>oL

Die durch einen Filter eines Filterpaares und die Strahlungsquelle 2 erzeugten Impulse monochromatischen Lichtes durchlaufen jede zu analysierende Probe. Wenn sich z. B. ein Abteil 83 einer Küvette 31 in der in F i g. 1 gezeigten Analysierposition befindet gehen die Impulse durch eine Linse 56 hindurch, werden am Spiegel 57 reflektiert und treten durch die Inkubatorbadkammer 124 und die darin befindliche Küvette 31 mit der Probe im Abteil 83, hindurch, werden an einem Spiegel 58 reflektiert und treten durch eine weitere Linse 60 hindurch, welche die Licht-Impulse auf den anderen Filter des Filterpaares fokussiert Da korrespondierende, identische Filter eines Paares um IW versetzt sind, unterliegt jeder Impuls der zweimaligen Filterung durch identische Filter, nämlich bevor er in die Probe eintritt und nachdem er die Probe verlassen hat Dadurch werden Fehler durch Streulicht verhindert

Die Lichtimpulse treffen dann auf einen Wandler, z. ß. einen Photovervielfacher 62, der elektrische Impulse erzeugt die der Intensität des durch die Probe hindurchgetretenen Lichtes bei jeder der Wellenlängen L1 bis L 3 proportional sind

Das heißt die Signale des Photovervielfschers 62 auf der Ausgangsleitung 70 entsprechen den Impulsen Pi-P3.

Unter Steuerung durch die als Nachweiseinrichtung dienenden Transistoren, die durch die Öffnungen 32,34, 36, 38, 140 bzw. 122 Strahlung erhalten, wird mittels Komperatoren ein Signal erzeugt dessen Werte der

Konzentration der Substanz proportional ist. Bei Verwendung von 3 Filterpaaren wird ein Signal erzeugt, das dem Ausdruck log (JP2 + KPJ)ILPX entspricht, wobei Pi. Pl und P3 die in Fig.4 gezeigten Impulse sind und /, K und L Konstanten sind, die so gewählt werden können, daß das Ausgangssignal unmittelbar in den gewünschten Einheiten, zum Beispiel mg/1 angezeigt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur automatischen Probenanalyse durch die Bestimmung der Konzentration einer Substanz, die innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbandes Strahlung absorbiert, in Gegenwart anderer störender Substanzen, die ebenfalls im Bereich des Wellenlängenbandes Strahlung absorbieren, mit einer Strahlungsquelle, mit einer optischen Einrichtung zur Führung des Strahlenbündels durch die die Substanzen enthaltenden Probegefäße unter Verwendung einer Filtereinrichtung und mit einem Wandler zur Erzeugung von der Strahlungsintensität entsprechenden elektrischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (12) auf einer Rotationsachse (11) angeordnet, vier Filter (14, 16, 18, 20) umfaßt, von denen jeweils zwei identisch und derart diametral einander zugeordnet sind, daß sich bei der Messung die zu untersuchende Substanz mit dem Probengefp im Strahlengang zwischen den diametral einander zugeordneten Filtern befindet, daß das erste Filterpaar (14,16) die Strahlung einer ersten Wellenlänge (L 1) durchläßt, für die die zu untersuchende und die störende Substanz unterschiedliche Absorption aufweisen, daß das zweite Filterpaar (18,20) die Strahlung einer zweiten Wellenlänge (L 2) durchläßt, für die die zu untersuchende und die störende Substanz im wesentlichen gleiche Absorption aufweisen, daß der Wandler (62) zur Erzeugung einer Mehrzahl elektrischer Signale in Abhängigkeit von der Intensität des über das erste (14, 16) bzw. zweite Filterpaar (18, 20) durrh die Substanz geschickten Strahlenbündels jeweils dem zr-siten Filter (16 bzw. J5 20) nachgeordnet ist,

daß die Filtereinrichtung (12) in Zuordnung zu den einzelnen Filtern Öffnungen (32,34,36,38) aufweist, die Lichtstrahlen zu Nachweiseinrichtungen durchlassen und so zur Trennung der einzelnen, der Strahlenintensität entsprechenden, elektrischen Signale dienen und

daß Komparatoren zum Vergleichen der elektrischen Signale und zur Erzeugung eines Signals, dessen Wert der Konzentration der Substanz proportional ist, vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß ein drittes Filterpaar (22,24) vorgesehen ist, das die Strahlung einer dritten Wellenlänge (L 3) durchläßt, für die die zu untersuchende und die störende Substanz im wesentlichen gleiche Absorption aufweisen, und

daß die Wellenlänge (L 2) des zweiten Filterpaares (18,20) kleiner und die Wellenlänge (L 3) des dritten Filterpaares (22,24) größer als die Wellenlänge (L 1) des ersten Filterpaares (14,16) ist