DE2245488C3

DE2245488C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals

Info

Publication number: DE2245488C3
Application number: DE2245488A
Authority: DE
Inventors: Warnick Alan Oak Park Mich. Taylor
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1971-09-15
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1982-12-16
Also published as: CA973950A; IT965348B; FR2153908A5; GB1353723A; DE2245488A1; US3734691A; JPS545993B2; DE2245488B2; JPS4838794A

Description

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in einem Gerät zur Messung von Chemolumineszenz einer in einer Reaktionskammer stattfindenden Reaktion mit einem Ichtdurchlässigen Element, mit einer lichtempfindlichen Einrichtung zur Aufnahme des durchgelassenen Lichts end zur Erzeugung eines elektrischen Signals, mit einer mechanischen, zwischen dem lichtdurchlässigen EIement und der lichtempfindlichen Einrichtung angeordneten, drehbaren Einrichtung zur periodischen Unterbrechung des auf die lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichts, wodurch ein periodisch unterbrochenes, elektrisches Signal in Form eines Wechselsignals erzeugt wird, und mit einer Einrichtung zur Verstärkung #es elektrischen Signals.

Die Messung der bei der Reaktion von Stickoxyd und Ozon abgegebenen Chemolumineszenz in einem Analytegerät erfolgt normalerweise unter Verwendung einer Fotovervielfacherröhre. Solche Fotovervielfacherröhren sind zwar hochempfindlich, haben jedoch den Nachteil, daß sie sehr zerbrechlich sind, verhältnismäßig große Abmessungen aufweisen und mit einer hohen Spannung versorgt werden müssen.

Vorrichtungen zur Erzeugung eines elektrischen Signals in einem Gerät zur Messung von Lumineszenz, wie Fotolumineszenz, Fluoreszenz oder Phosphoresrenz, sind bereits aus Applied Optics 3 (1964), S. 1049 bis 1056 sowie aus The Review of Scientific Instruments 36 (1965), S. 1853 bis 1856 bekannt. Neben den eingangs angeführten verschiedenen Einrichtungen enthalten diese bekannten Vorrichtungen noch zusätzliche Organe, wie mechanische Zerhacker zur Strahlenunterbrechung bei der Lumineszenzanalyse oder beispielsweise μ eine Anzahl von Linsensystemen, wie den jeweiligen F i g. 1 obiger Literatur zu entnehmen ist. Ferner weisen solche Vorrichtungen zur Analyse beispielsweise einen Monochromator oder ein Spektrometer auf. Wegen der Verwendung von mindestens zwei Zerbackern oder Blendeneinrichtungen sowie eine.' Anzahl von Linsensystemen haben die bekannten Vorrichtungen verhältnismäßig große Abmessungen, und aufgrund der zur Analyse vorgesehenen Einrichtungen, wie Spektrometern, ist eine verhältnismäßig hohe Spannung erforderlich. Darüber hinaus sind diese zur Analyse verwendeten Einrichtungen ziemlich empfindlich und störungsanfäl-Hg-

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die im Aufbau sehr kompakt und im Betrieb wenig störungsanfällig ist, und bei der gleichzeitig eine kapazitive Kopplung zwischen der lichtempfindlichen Einrichtung und der mechanischen Einrichtung auf ein Minimum zurückgeführt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine auf der dem lichtdurchlässigen Element zugewandten Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung aufgebrachte, lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht, die elektrisch mit der drehbaren, mechanischen Einrichtung verbunden ist, um die kapazitive Kopplung zwischen der lichtempfindlichen Einrichtung und der mechanischen Einrichtung auf ein Minimum zurückzuführen. Die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht auf der lichtempfindlichen Einrichtung ist am besten Zinnoxyd. Die von einem Elektromotor betriebene, mechanische Einrichtung in Form einer drehbaren Blendenanordnung weist vorzugsweise mindestens eine Blende auf, wobei diese Blende am besten eine Breite hat, die dem wirksamen Teil des. lichtdurchlässigen Elements mindestens gleich ist.

Die Zeitdauer, während der ein Lichtdurchgang vollständig gesperrt ist, wird vorzugsweise in Verbindung bzw. anhand der Ansprechempfindlichkeit der lichtempfindlichen Einrichtung gewählt, um sicherzustellen, daß ein Ausgangssignal der lichtempfindlichen Einrichtung auch tatsächlich auf null abnimmt. In der Elektronik kann ein mit dem Blenden synchronisierter Phasendetektor enthalten sein, um die Einflüsse von unerwünschten Störungen bzw. sonstigen Unregelmäßigkeiten auszuschalten.

Im Unterschied zu den bekannten Vorrichtungen sind erfindungsgemäß nur ein mechanischer Zerhacker oder eine Blendeneinrichtung sowie als lichtempfindliche Einrichtung beispielsweise eine Silizium-Fotodiode oder entsprechende, beispielsweise auf Infrarotlicht ansprechende, lichtempfindliche Einrichtungen vorgesehen. Hierdurch sind nicht nur zerbrechliche und störungsanfällige Einrichtungen, wie Spektrometer, Fotovervielfacherröhren und ähnliche Einrichtungen, entbehrlich, sondern es werden darüber hinaus auch keinerlei Linsensysteme oder ähnliche optische Einrichtungen benötigt.

Der Gefahr einer kapazitiven Kopplung, beispielsweise zwischen der drehbaren mechanischen Einrichtung und der lichtempfindlichen Einrichtung, die sich aufgrund des gedrängten Aufbaus ergeben könnte und zu unerwünschten Störungen des Ausgangssignals führen würde, die insbesondere von dem benötigten und auszuwertenden Ausgangssignal praktisch nicht unterschieden werden könnte, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch begegnet, daß auf der dem lichtdurchlässigen Element zugewandten Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung eine lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist, die elektrisch mit der drehbaren, mechanischen Einrich-

tung, beispielsweise dem Antriebsmotor verbunden ist Durch diese zusätzlich vorgesehene, lichtdurchlässige Schicht mit sehr guten elektrisch leitenden Eigenschaften wird die kapazitive Kopp:ung zwischen der lichtempfindlichen und der mechanischen Einrichtung zumindest auf ein Minimum zurückgeführt, wenn nicht sogar vollständig beseitigt. Vorzugsweise besteht diese Schicht aus Zinnoxid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich zu den ,bekannten Vorrichtungen ferner erheblich kompakter und einfacher aufgebaut und dadurch insgesamt wesentlich betriebssicherer und weniger anfällig gegen Störungen. Allein schon deshalb lassen sich den oben angegebenen Druckschriften keinerlei Anregungen für die vorliegende Vorrichtung entnehmen. Darüber hinaus ist der Großteil der betriebswichtigen Teile dieser Vorrichtung anders aufgebaut und besitzt zum Teil auch andere Betriebsfunktionen als vergleichbare Teile der bekannten Vorrichiungen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert Es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Chemolumineszenzinstruments mit der Anordnung gemäß der Erfindung. In der Figur ist die Beziehung zwischen der Chemolumineszenz-Reaktionskammer, einer Festkörper bzw. Halbleiter aufweisenden, lichtempfindlichen Einrichtung, die in einem geringen Abstand von der Reaktionskammer angeordnet und eine lichtdurchlässige, elektrisch leitende Auflage bzw. Schicht auf ihrer Oberfläche aufweist, und einer Anzahl von fächer- bzw. segmentförmigen Blenden dargestellt, die sich in dem Raum zwischen der Reaktionskammer und der lichtempfindlichen Einrichtung drehen.

F i g. 2 eine Draufsicht, in der die Beziehung zwischen den fächer- bzw, segmentförmigen Blenden und dem lichtdurchlässigen Element der Reaktionskammer gezeigt ist.

Eine Reaktionskammer für Chemolumineszenzgerät weist ein Gehäuse 10 mit einem lichtdurchlässigen Element 12 auf, das eine Seite einer Kammer 14 begrenzt. Eine Umlenk- oder Ablenkplatte 16 erstreckt sich durch die Kammer 14 in einer Ebene, die im wesentlichen parallel zu dem lichtdurchlässigen Element ist und in Abstand zu dessen Innenseite angeordnet ist. Die Umlenk- bzw. Ablenkplatte 16 begrenzt zusammen mit dem lichtdurchlässigen Element 12 einen verhältnismäßig schmalen Reaktionsraum 18. Über öffnungen in der Wandung des Gehäuses 10, von denen eine beispielsweise mit 20 bezeichnet ist, wird eine Probenmischung und eine Reagenzmischung in den Reaktionsraum 18 eingeleitet. Eine segmentförmig ausgebildete Ausnehmung 22 in der Umienk- bzw. Ablenkplatte 16 ist diametral zu der öffnung 20 auf der anderen Seite des Reaktionsraums 18 angeordnet; ein Auslaß 24 verläuft in dem rückwärtigen Flächenteil des Gehäuses 10 und steht mit der Kammer J4 hinter der Umlenkplatte 16 in Verbindung.

Eine Silizium-Fotodiode 26, die als lichtempfindliche Einrichtung dient, ist in geringem Abstand von dem e>o lichtdurchlässigen Element 12 an dessen Außenseite angeordnet. Verwendbare, lichtempfindliche Einrichtungen können auch andere Fotozellen enthalten, die Licht im Infrarot- oder in der Nähe des Infrarotbereichs des Spektrums (etwa 640 bis 2500 nm) aufnehmen.

Eine elektrische Stromversorgung 28 ist an die Siliziumfotodiode 26 angeschaltet; der Ausgang der Fotodiode ist über einen Kondensator 30 an einem Verstärker 32 angeschaltet Der Verstärker 32 besitzt einen Ausgang, der mit einem Phasendetektor 34 verbunden ist; dessen Ausgang wiederum ist an eine Anzeige- bzw. Ableseeinrichtung 36 angelegt Ein Stellungs- bzw. Positionssensor 48, der angrenzend an die Drehebene der Blenden 42 und um 180° gegenüber dem Lichtsensor verdreht angeordnet ist, ist über eine Phasenschieberschaltung 50 an den Phasendetektor 34 angeschaltet

Neben dem Reaktionskammer-Gehäuse 10 ist in dem Chemolumineszenzgerät ein kleiner Elektromotor 38 angebracht Dieser Motor 38 dreht eine Blendenanordnung 40, die aus vier, in gleichem Abstand zueinander angeordneten, flachen ebenen Blenden 42 (Fig.2) besteht Jede dieser Blenden 42 ist verhältnismäßig breit, wie in F i g. 2 dargestellt ist; jede Blende ist für die in dem Reaktionskammer-Gehäuse 10 während des Betriebs des Geräts erzeugte Chemolumineszenz undurchlässig. Der Motor 38 ist so angebracht, daß sich die Blenden in dem Raum drehen, der die lichtempfindliche Einrichtung 26 von der Außenseite des lichtdurchlässigen Elements 12 trennt

Eine elektrisch :eitende, für Chemolumineszenz durchlässige Schicht bzw. Auflage 44 ist auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Einrichtung 26 angebracht. Übliche, für die Auflage 44 verwendbare Materialien enthalten Zinnoxyd und andere leitende oder halbleitende Verbindungen, die so dünn aufgebracht werden können, daß sie durchlässig sind. Eine Leitung 46 verbindet die Schicht bzw. Auflage 44 mit der Blendenanordnung 42.

Bei einer typischen vorteilhaften Ausführung dreht der Motor 38 die Blendenanordnung 40 mit etwa 7 500 U/min. Die Blenden 42 sind aus etwa 0,75 mm starkem Aluminium hergestellt und drehen sich in einem 0,15 cm tiefen Raum zwischen dem Element 12 und der Auflage bzw. Schicht 44. Die einzelnen Blenden sind 2,5 cm breit, was dem Durchmesser des wirksamen Teils des lichtdurchlässigen Elements 12 entspricht. Bei einer Drehung der Blendenanordnung werden gleich lange Perioden erzeugt, in denen Licht durchgelassen und gesperrt wird, so daß die lichtempfindliche Einrichtung im wesentlichen eine sinusförmige Welle erzeugt. Der Detektor 34 nimmt synchron das sinusförmige Signal auf und gibt ein entsprechendes, charakteristisches Signal an die Anzeige bzw. Ableseeinrichtung 36 ab. Die Drehzahl der Blenden sowie die anderen Pai ameter der Blenden können in beträchtlichem Maß geändert werden. Beispielsweise wird bei Vergrößerung des Abstandes zwischen den einzelnen Blenden auf den Radius der lichtdurchlässigen Einrichtung eine annähernd rechteckförmige Wellenform erzeugt. Die der lichtempfindlichen Einrichtung zugewandten Seiten der Blenden sind vorzugsweise schwarz lackiert, um Reflexionen zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Signals in einem Gerät zur Messung von Chemolumineszenz einer in einer Reaktionskammer stattfindenden Reaktion mit einem lichtdurchlässigen Element, mit einer lichtempfindlichen Einrichtung zur Aufnahme des durchgelassenen Lichts und zur Erzeugung eines elektrischen Signals, mit einer mechanischen, zwischen dem lichtdurchlässigen Element und der lichtempfindlichen Einrichtung angeordneten, drehbaren Einrichtung zur periodischen Unterbrechung des auf die lichtempfindliche Einrichtung fallenden Lichts, wodurch ein periodisch unterbrochenes, elektrisches Signal in Form eines WechseJsignals erzeugt wird, und mit einer Einrichtung zur Verstärkung des elektrischen Signals, gekennzeichnet durch eine auf der dem lichtdurchlässigen Element (12) zugewandten Fläche der lichtempfindlichen Einrichtung (26) aufgebrachte, lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht (44), die elektrisch mit der drehbaren, mechanischen Einrichtung (40, 42) unmittelbar verbunden ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige, elektrisch leitende Schicht (44) auf der lichtempfindlichen Einrichtung (26) aus Zinnoxid besteht.