DE2536886A1 - METHOD AND DEVICE FOR ANALYTICAL DETERMINATION OF SOLUBLE COMPONENTS IN FIBER MATERIALS AS CARRIER MEDIA - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR ANALYTICAL DETERMINATION OF SOLUBLE COMPONENTS IN FIBER MATERIALS AS CARRIER MEDIAInfo
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- DE2536886A1 DE2536886A1 DE19752536886 DE2536886A DE2536886A1 DE 2536886 A1 DE2536886 A1 DE 2536886A1 DE 19752536886 DE19752536886 DE 19752536886 DE 2536886 A DE2536886 A DE 2536886A DE 2536886 A1 DE2536886 A1 DE 2536886A1
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Description
Damon Corporation, Needham Heights (Massachusetts), V.St.A.Damon Corporation, Needham Heights, Massachusetts, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zur analytischen Bestimmung löslicher Bestandteile in Pasermaterialien alsMethod and device for the analytical determination of soluble components in fiber materials as
TrägermedienCarrier media
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur analytischen Bestimmung löslicher Bestandteile von Materialien wie biologischen Flüssigkeiten nach
Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 2j5l8o44.1), insbesondere
ein analytisches Verfahren, bei dem das zu analysierende Probenmaterial in einer optisch dünnen Schicht
oder einer anderen Verteilungsform der Reaktanten einer
chemischen Reaktion unterworfen wird, mit der die zu
bestimmenden Bestandteile analytisch erfaßt werden können, wobei sich die Reaktanten in einem faserartigen Trägermedium
wie Papier befinden. Die Schicht wird einer elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt, die zu einer Nachweisvorrichtung
gelangt, deren Signal in bekannter WeiseThe invention relates to a method and a device for the analytical determination of soluble components of materials such as biological fluids
Main patent ... (patent application P 2j5l8o44.1), in particular an analytical method in which the sample material to be analyzed is subjected to a chemical reaction in an optically thin layer or another form of distribution of the reactants, with which the to
determining constituents can be determined analytically, the reactants being in a fibrous carrier medium such as paper. The layer is exposed to electromagnetic radiation which reaches a detection device, the signal of which in a known manner
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und vorzugsweise linear von der Konzentration des gewählten, der analytischen Bestimmung des Bestandteils dienenden Reaktionsprodukt abhängt.and preferably linearly with the concentration of the chosen analytical determination of the constituent serving reaction product depends.
Die Erfindung ermöglicht die reproduzierbare Durchführung derartiger Messungen mit hoher Genauigkeit auch dann, wenn die apparente Untergrund-Absorption oder -emission des faserartigen Mediums (im folgenden kurz als Fasermedium bezeichnet), das als Träger für das Reaktionsgemisch dient, relativ hoch ist und von einer Teststelle zur anderen signifikant variiert, sowie, wenn die örtliche Verteilung des zu analysierenden Materials und der zur Reaktion eingesetzten Reagentien nicht gleichmäßig ist und voneinander verschieden ist, so daß das Reaktionsprodukt nicht gleichmäßig verteilt ist.The invention enables the reproducible implementation such measurements with high accuracy even if the apparent background absorption or -emission of the fibrous medium (hereinafter referred to as the fibrous medium for short), which is used as the carrier for the Reaction mixture is used, is relatively high and varies significantly from one test site to another, as well as when the local distribution of the material to be analyzed and the reagents used for the reaction are not uniform and are different from each other so that the reaction product is not evenly distributed.
Das Verfahren liefert wiederholbare, reproduzierbare Meßergebnisse unter der Voraussetzung, daß die relative Verteilung bei aufeinanderfolgenden Proben jeweils die gleiche ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubenüarüber hinaus im Gegensatz zu Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik die analytische Bestimmung von Bestandteilen mit hoher Empfindlichkeit.The method provides repeatable, reproducible measurement results provided that the relative distribution in successive samples is always the same is. The method according to the invention and the device according to the invention also allow In contrast to methods and devices according to the prior art, the analytical determination of components with high sensitivity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung von Bestandteilen biologischer Fluide in einem Fasermedium anzugeben, mit denen es insbesondere möglich ist, eine chemische Reaktion zu verfolgen und/oder ein Reaktionsprodukt zu bestimmen, das in einem Faisermedium enthalten ist, wobei die Abhängigkeit des Ergebnisses von der Gleichmäßigkeit der Verteilung der Reaktanten in nur geringfügigem MaßeThe invention is based on the object of an improved method and a device for determining Specify constituents of biological fluids in a fiber medium, with which it is particularly possible to have a trace chemical reaction and / or a reaction product determine which is contained in a Fais medium, the dependence of the result on the uniformity of the distribution of the reactants to only a minor extent
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abhängig ist. Dabei sollen ein oder mehrere lösliche Bestandteile eines fluiden Materials, das in einem Fasermedium enthalten ist, mit höherer Empfindlichkeit als bisher bestimmt werden; als Analysegefäß soll dabei ein Faser-Schichtmaterial eingesetzt werden (Faserküvette), das keine materialabgrenzende Struktur aufweist wie beispielsweise eine Scheibe definierter Größe oder Sperringe auf dem Schichtmaterial. Das Fasermaterial soll dabei ein oder mehrere nichtbegrenzte Teststellen aufweisen, wobei eine genaue und saubere Bestimmung der Bestandteile möglich sein soll. Das Verfahren soll ferner die Durchführung der Bestimmungen mit nichtbegrenzten Teststellen sowie unter minimalem Genaugkeitsverlust aufgrund von Veränderungen in den Volumina der auf die Testflächen aufgebrachten Reaktanten ermöglichen. Das Verfahren soll ferner ein nur kleines Probenvolumen, häufig unter 1 /Ul erfordern, rasch durchführbar sein und möglichst geringen Aufwand erfordern. Das Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung sollen schließlich sowohl Messungen von Geschwindigkeiten (kinetische Messungen) als auch Endpunktbestimmungen zulassen.is dependent. One or more soluble constituents of a fluid material that is present in a fiber medium is contained, can be determined with greater sensitivity than before; as an analysis vessel should be a Fiber layer material are used (fiber cuvette), which has no material-delimiting structure such as a disc of a defined size or locking rings on the layer material. The fiber material should be have one or more non-limited test sites, with an accurate and clean determination of the ingredients should be possible. The procedure also seeks to implement the determinations with unlimited test sites as well as with minimal loss of accuracy due to changes in the volumes of the test areas enable applied reactants. The method should also only use a small sample volume, often below 1 / ul require, be quick to implement and require the least possible effort. The method as well as the invention Device should finally both measurements of speeds (kinetic measurements) and Allow endpoint determinations.
Die Erfindung gibt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung an, bei der die Reagentien sowie die Lösung der Probe in einer optisch dünnen Schicht chemisch miteinander unter Bildung eines Reaktionsprodukts reagieren, das als bekanntes Produkt zur Bestimmung des entsprechenden Bestandteils der Probelösung dient. Bei Bestrahlung der Schicht mit elektromagnetischer Strahlung bestimmt gewählter Wellenlänge liefert ein Strahlungsdetektor oder eine andere energieempfindliche Vorrichtung mit bekanntem und vorzugsweise linearem Ansprechverhalten ein bekanntes bzw. lineares Maß für die Konzentration des jeweils betrachteten Bestandteils. DasThe invention provides a method and an apparatus in which the reagents and the solution of the sample are chemically interconnected in an optically thin layer Formation of a reaction product react which is known as the product to determine the corresponding constituent the sample solution is used. When the layer is irradiated with electromagnetic radiation, the chosen wavelength is determined provides a radiation detector or other energy sensitive device of known and preferably linear type Response behavior is a known or linear measure of the Concentration of the component under consideration. That
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Reaktionsgemisch wird dabei so eingestellt, daß die Konzentration des Reaktionsprodukts an der dichtesten Stelle so niedrig ist, daß lediglich ein kleiner Teil der durch das Fasermedium hindurchtretenden Strahlung absorbiert wird.The reaction mixture is adjusted so that the concentration of the reaction product at the closest point is so low that only a small part of the through radiation passing through the fiber medium is absorbed.
Die Reagentien und die Probenlösung werden so räumlich bzw. örtlich verteilt, daß die Mengen der verschiedenen Reaktanten im Idealfall für eine optimale chemische Wechselwirkung zur Erzeugung des interessierenden Reaktionsprodukts über die gesamte,Testfläche hinweg miteinander ausgeglichen sind. Bevorzugte chemische Systeme sind kinetische Systeme; es ist entsprechend erwünscht, optimal ausgeglichene Bedingungen über das Meßfeld des Geräts hinweg aufrechtzuerhalten. Das Fasermedium enthält die Reaktanten zur Inkubation sowie lHurohrührung der Messungen. Bei einer derartigen Anordnung erfordert die ausgeglichene Verteilung der Reaktanten oft die Zugabe der Reagentien zur Reaktionsstelle auf dem Fasermedium in einer speziell gewählten Reihenfolge mit nicht notwendigerweise gleichmäßiger oder identischer Verteilung, die im Hinblick auf die chromatographische Wanderung von Reaktanten beim Zusatz darauffolgender Lösungen durchgeführt werden muß.The reagents and the sample solution thus become three-dimensional or locally distributed that the amounts of the various reactants ideally for an optimal chemical Interaction to generate the reaction product of interest over the entire test area with one another are balanced. Preferred chemical systems are kinetic systems; it is accordingly desirable, optimal Maintain balanced conditions across the field of view of the device. The fiber medium contains the Reactants for incubation as well as 1 hour tube stirring of the measurements. With such an arrangement, the balanced Distribution of the reactants often involves adding the reagents to the reaction site on the fiber medium in a specially designed manner chosen order with not necessarily even or identical distribution that with regard to the chromatographic migration of reactants must be carried out with the addition of subsequent solutions.
Bei zahlreichen Durchführungsarten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es ferner ■ nicht erforderlich, die Reaktionsstellen durch abgrenzende Strukturen wie etwa Yagoda-Rlnge zu begrenzen. Stattdessen kann die Reaktionssteile ohne Umgrenzung sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur bevorzugten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens . Die Vorrichtung umfaßt allgemein eine selbsteinstellende und reproduzierbar arbeitende optische Anordnung von Strahlungsquelle, die Reaktanten ent-With numerous types of implementation of the invention Procedure, it is also ■ not necessary that Reaction sites through delimiting structures such as Limit Yagoda Ranks. Instead, the reaction parts to be without boundary. The device according to the invention is used for the preferred implementation of the device according to the invention Procedure. The device generally comprises a self-adjusting and reproducibly operating optical system Arrangement of radiation source, the reactants
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haltendem Fasermedium und Strahlungsdetektor. Diese Anordnung bleibt über die Zeit des chemischen Reaktionsverlaufs hinweg gleich. Die Vorrichtung trägt daher das Fasermaterial in einer im wesentlichen fixierten Geometrie in einer fixierten Position. Die Vorrichtung verzögert ferner die Verdampfung von Flüssigkeiten aus dem schichtförmigen Fasermedium zumindest während der Meßzeit und verhindert eine unerwünschte Kompression bzw. ein Zusammendrücken der die Reaktanten enthaltenden Stelle.holding fiber medium and radiation detector. This arrangement remains over the course of the chemical reaction away the same. The device therefore carries the fiber material in an essentially fixed manner Geometry in a fixed position. The device also delays the evaporation of liquids the layered fiber medium at least during the measuring time and prevents undesired compression or compressing the site containing the reactants.
Für die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Vorrichtung herangezogen werden, die eine Presse zur fortschreitenden Pressung eines saugfähigen, flüssigkeitsgetränken Gegenstands ist. Diese Presse kann beispielsweise zur Erzeugung eines proteinfreien Ultrafiltrats einer Probenlösung wie Blutserum oder Gesamtblut zur Analyse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Eine Fluorometeranordnung kann bei der praktischen Durchführung des erflndungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft eingesetzt werden.For the practical implementation of the method according to the invention, a device can be used which is a press for progressively compressing an absorbent, liquid-beverage article. These Press can be used, for example, to produce a protein-free ultrafiltrate of a sample solution such as blood serum or whole blood can be used for analysis by the method according to the invention. A fluorometer assembly can be used advantageously in the practical implementation of the method according to the invention.
Ein Vorteil bei der Durchführung chemischer Komponentenanalysen nach dem erfindungsgemaßen Verfahren besteht darin, daß insbesondere im Vergleich zu früheren Verfahren nur kurze Zeit benötigt wird. Die Durchführung der Erfindung erfordert ferner nur ein Minimum an Ausrüstung. So kann beispielsweise die Lactatanalyse von Gesamtblut unter Verwendung eines Fasermediums (Faserküvette), die bereits mit den (weiter unten beschriebenen) Analysenreagentien behandelt ist, in der Weise erfolgen, daß das entsprechende Serum-Ultrafiltrat der Blutprobe mit der genannten Ultrafiltra-There is an advantage in carrying out chemical component analyzes according to the method according to the invention in that only a short time is required, especially compared to previous methods. Carrying out the invention also requires a minimum of equipment. For example, the lactate analysis of whole blood under Use of a fiber medium (fiber cuvette) that has already been used with the analytical reagents (described below) is treated, take place in such a way that the corresponding serum ultrafiltrate of the blood sample with the said ultrafiltrate
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tionspresse auf das Fasermaterial übertragen und die gesamte Lactatanalyse von der Fingerpunktierung ab bis zum analytischen Endergebnis innerhalb drei bis fünf Minuten vollständig durchgeführt ist.transfer press to the fiber material and the entire lactate analysis from finger puncture to the final analytical result is completed within three to five minutes.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht entsprechend eine schnelle, einfache und mit nur geringen Kosten verbundene chemische Analyse bzw. "spot Tests", d. h. die Bestimmung der Produktmenge einer chemischen Reaktion, die in in einem Fasermedium enthaltenen Flüssigkeiten stattfindet. Die Bestimmung des Reaktionsprodukts kann dabei sowohl am Ende der Reaktion, d. h. als Endpunktbestimmung, oder während der Reaktion, d. h. als kinetische Messung, erfolgen. Die Erfindung ist dabei in erster Linie, jedoch nicht ausschließlich, auf Meß- und Bestimmungsverfahren bezogen, die auf der Messung einer elektromagnstischen Strahlung beruhen, d. h. auf photometrische Verfahren, die auf Absorption oder Fluoreszenz beruhen.The method according to the invention enables accordingly a quick, simple and low-cost chemical analysis or "spot tests", d. H. the Determination of the product amount of a chemical reaction that takes place in liquids contained in a fiber medium. The determination of the reaction product can be carried out both at the end of the reaction, i. H. as end point determination, or during the reaction, d. H. as a kinetic measurement. The invention is primarily there, however not exclusively, on measurement and determination methods based on the measurement of an electromagnetic Based on radiation, d. H. to photometric methods based on absorption or fluorescence.
Die photometrische Messung chemischer Reaktionen von Materialien, die in einem Fasermedium wie Papier oder einem ähnlichen faserartigen Blattmaterial enthalten sind, wurde bereits seit langem wegen der leichten Handhabung derartiger Medien und der niedrigen Kosten intensiv verfolgt, insbesondere als für analytische Zwecke geeignetes Medium. In Verbindung mit der genannten Presse erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die AufSammlung von Proben auf Filterpapier sowie die anschließende Analyse, ohne daß wie bei herkömmlichen Verfahren eine Zentrifugierung erforderlich wäre.The photometric measurement of chemical reactions of materials in a fiber medium such as paper or a similar fibrous sheet material has long been used because of the ease of handling such Media and its low cost intensively pursued, especially as a medium suitable for analytical purposes. In connection with the said press, the method according to the invention allows samples to be collected on filter paper and subsequent analysis without the need for centrifugation as is the case with conventional methods.
Es existieren allerdings einige Probleme, die es schwierig machen, derartige Messungen mit der erforderlichenHowever, there are some problems that make it difficult to make such measurements with the required
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Genauigkeit und Reproduzierbarkeit durchzuführen. Ein Problem besteht darin, daß das Papier oder ein vergleichbares Medium ein hohes photometrisches Untergrundsignal liefert, das sich von einem Reaktionsort zum anderen und sogar innerhalb eines Reaktionsorts signifikant ändert. So wurde beispielsweise insbesondere anhand von Untersuchungen auf dem Gebiet der PapierChromatographie auf starke Änderungen in der optischen Durchlässigkeit, optischen Reflexion und nativen Fluoreszenz hingewiesen, die von einem Punkt zum anderen auf Bogen von Analysenpapier auftreten. Dieses ortsabhängige Untergrundsignal setzt die Genauigkeit von Messungen eines reaktionsbedingten interessierenden Signals bei der chemischen S pot-Test-A na Iy se entscheidend herab. Darüber hinaus waren Versuche zur Lösung dieses Problems in der Papierchromatographie nicht auf die etwas unterschiedlichen Verhältnisse in der chemischen Spot-Test-Analyse anwendbar.To carry out accuracy and reproducibility. One problem is that the paper or a similar Medium delivers a high photometric background signal that differs from one reaction site to another and changes significantly even within a reaction site. For example, it was particularly based on investigations in the field of paper chromatography marked changes in optical transmittance, optical reflection, and native fluorescence, occurring from one point to another on sheets of analysis paper. This location-dependent underground signal sets the accuracy of measurements of a reaction signal of interest in chemical S pot-Test-A na Iy se decisively down. In addition were Attempts to solve this problem in paper chromatography do not rely on the slightly different ratios Applicable in chemical spot test analysis.
Trotz dieser Schwierigkeiten ist .aus den dem Stand der Technik entsprechenden US-PS 3 036 893, 3 502 438 und 3 526 48o zu entnehmen, daß die unbekannte Konzentration eines chemischen Bestandteils in einer Probe durch Vergleich des optischen Meßwerts auf einer das Reagens enthaltenden Stelle des Faserblatts, die mit der interessierenden .Probe- versetzt wurde, mit einem entsprechenden optischen Meßwert einer gleichen, mit Eichlösungen bekannter Konzentration versetzten Stelle bestimmt werden kann. Zur Erzielung reproduzierbarer und genauer quantitativer Ergebnisse auf diese Weise ist es allerdings erforderlich, daß die gemessene Differenz in den optischen Eigenschaften an verschiedenen Stellen, die durch die chemische Reaktion in Abhängigkeit von der Konzentration der zu bestimmenden Komponente hervorgerufen wird, groß ist im Vergleich zur Differenz des optischen Untergrunds, der an diesen StellenIn spite of these difficulties, US Patents 3,036,893, 3,502,438, corresponding to the prior art and 3,526,480 indicate the unknown concentration of a chemical constituent in a sample Compare the optical reading on a reagent-containing site on the fiber sheet with that of interest .Probe- was added, with a corresponding optical measured value of the same, known with calibration solutions Concentration offset point can be determined. To achieve reproducible and more accurate quantitative Results in this way, however, require that the measured difference in optical properties at different points caused by the chemical reaction depending on the concentration of the to be determined Component is caused is large compared to the difference in the optical background that is at these points
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Im Fasermaterial bereits vorhanden war.Was already present in the fiber material.
Bei den genannten, dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren Ist entsprechend eine ungleichmäßige Verteilung der Reaktanten in der Testfläche die Hauptfehlerquelle. Diesem Stand der Technik entsprechend wurde eine Vielzahl von Verfahren angegeben, um durch Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung innerhalb des Meßfelds der Vorrichtung eine höhere Genauigkeit zu erreichen.So ist beispielsweise in der US-PS 3 0^6 893 angegeben, daß eine zu analysierende Lösung zur Erzeugung einer gleichmäßigen Verteilung über einen mit Reagens versehenen Paserstreifen durch ein poröses Sieb hindurch aufgebracht wird. In der genannten US-PS sowie der US-PS 3 526 480 sind die Vorteile einer gleichmäßigen Verteilung der Reagentien hervorgehoben. Diese Verfahren sind jedoch auch von Veränderungen im Tragermedium selbst abhängig.With the mentioned, the state of the art Method Accordingly, an uneven distribution of the reactants in the test area is the main source of error. According to this prior art, a large number of methods have been specified in order to achieve a uniform Distribution within the measuring field of the device to achieve a higher accuracy. So is for example stated in US Pat. No. 3,06,893 that one to be analyzed Solution to produce an even distribution over a reagent strip through a porous sieve is applied through. In said US-PS as well as US-PS 3,526,480 the advantages of a highlighted even distribution of reagents. However, these procedures are also subject to changes in the carrier medium self dependent.
Gemäß dem Stand der Technik ist das sogenannte RingbIldungs-Phänomen als Hauptbegrenzung der Genauigkeit quantitativer Bestimmungen auf Fasermaterialien bekannt. Dieses Phänomen tritt beim Verfahren nach dem Stand der Technik aufgrund unterschiedlicher Konzentrationen des Reaktionsprodukts an verschiedenen Stellen des optischen Meßfelds auf, die nicht proportional zur Gesamtmeßgröße beitragen, und zwar bei Verfahren, die in Transmission, Reflexion oder mit Fluoreszenz arbeiten.According to the state of the art, this is the so-called ring formation phenomenon known as the major limitation on the accuracy of quantitative determinations on fiber materials. This Phenomenon occurs in the prior art method due to different concentrations of the reaction product at different points of the optical measuring field that do not contribute proportionally to the total measured variable, namely in processes that work in transmission, reflection or fluorescence.
Die Erfindung geht nun davon aus, daß das genannte Ringbild ungs-Phänomen derartige Messungen nicht behindert, wenn der Ring selbst das auffallende oder wieder emittierte Licht nur wenig absorbiert. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeiteifentsprechend so, daß alle absorbierenden Moleküle, die den Ring bilden, wie auch die Moleküle innerhalb desThe invention is based on the assumption that said ring pattern ungs phenomenon does not interfere with such measurements if the ring itself emitted the incident or re-emitted Light is only slightly absorbed. The method according to the invention works accordingly in such a way that all absorbent molecules, which form the ring, as do the molecules within the
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des Rings im wesentlichen derselben einfallenden Lichtintensität ausgesetzt werden und das von den Nachbarmolekülen emittierte Licht nicht schwächen. Die Verringerung der Konzentration im Ring auf einenderartig niedrigen Wert führt allerdings zu einer chemischen Veränderung des optischen Meßwerts, die klein ist gegenüber der Differenz des Untergrunds von einer Stelle zur anderen. Bei derartig niedrigen Absorptionen arbeiten Verfahren nach dem Stand der Technik nicht zufriedenstellend.of the ring are exposed to essentially the same incident light intensity and that of the neighboring molecules does not weaken emitted light. The reduction of the concentration in the ring to such a low level however leads to a chemical change in the optical measured value which is small compared to the difference in the Underground from one place to another. At such low absorptions, methods work according to the state of the art the technology is not satisfactory.
Das erfindungsgemäße Verfahren umgeht die beiden genannten Schwierigkeiten durch Messung der chemisch bedingten Änderung der optischen Eigenschaften einer jeden Stelle bezogen auf den Untergrund an derselben Stelle vor der die Änderung hervorrufenden Reaktion. Die resultierende relative Meßgröße der entsprechenden Testflächen wird anschließend mit der entsprechender Eichflächen verglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet also jede Reaktionsfläche als eigene, zugehörige Referenz-Blindpröbe Die rosultierende Meßgröße ist im wesentlichen von den ursprünglichen optischen Verhältnissen an der betreffenden Stelle des Fasermediums unabhängig und spricht entsprechend lediglich auf den eigentlich interessierenden Effekt maximal an. Die Unabhängigkeit von den geschilderten nachteiligen Effekten der Ringbildung, die mit diesem Verfahren verbunden ist, erlaubt eine Konzentrationsbestimmung von Reaktionsprodukten, die aus dem direkten Aufbringen einer Probenlösung auf einem mit Reagens versehenen Fasermaterial stammen, ganz im Gegensatz zum erwähnten Stand der Technik.The method according to the invention avoids the two difficulties mentioned by measuring the chemically caused ones Change of the optical properties of each point in relation to the subsurface at the same point the reaction causing the change. The resulting relative measured variable of the corresponding test areas is then compared with the corresponding calibration areas. The method according to the invention thus uses any Reaction area as a separate, associated reference blank sample The resulting measured variable is essentially the same as the original optical conditions at the relevant point of the fiber medium and speaks accordingly only to the maximum effect that is actually of interest. The independence from the described disadvantageous The effects of ring formation associated with this process allow the concentration of reaction products to be determined, which result from the direct application of a sample solution to a reagent-provided fiber material, quite in contrast to the state of the art mentioned.
Im einzelnen liegt dem erfindungsgemäßen Verfahren die Feststellung zugrunde, daß eine genaue Bestimmung eines Produkts einer Reaktion, die mit nicht gleichmäßig verteilten Reaktanten in einem Fasermedium stattfindet, dann möglich ist, wenn die optische Absorption des Produkts niedrig ist,In detail, the method according to the invention is based on the finding that an accurate determination of a Product of a reaction that takes place with non-uniformly distributed reactants in a fiber medium is then possible is when the optical absorption of the product is low,
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insbesondere deutlich unter dem Minimalwert von 0,2 . liegt, der bei der herkömmlichen in-vitro-Absorptionsspektrometrie üblicherweise als für verläßliche Messungen unerläßlich angesehen wird (vgl. beispielsweise Spectro-Chemical Methods of Analysis, hrsg. von J. D. Wine fordner, Wiley-Interscience, Seite 344). Darüber hinaus steht die Meßgröße mit der entsprechenden Konzentration der Reaktionsprodukte in im wesentlichen linearer Beziehung.especially well below the minimum value of 0.2. that of conventional in vitro absorption spectrometry is usually regarded as indispensable for reliable measurements (see, for example, Spectro-Chemical Methods of Analysis, ed. by J.D. Winefordner, Wiley-Interscience, page 344). It also stands the measured variable with the corresponding concentration of the reaction products in an essentially linear relationship.
Die genannte Bedingung einer niedrigen optischen Absorption wird im folgenden gleichgesetzt mit der Bedingung,The mentioned condition of a low optical absorption is equated in the following with the condition
it t'it t '
daß das System optisch dünn ist. Wenn die Reaktanten, aus denen das interessierende Reaktionsprodukt gebildet wird, in einer Menge vorhanden sind, daß eine entsprechend niedrige Konzentration auftritt, wird die Empfindlichkeit der Messung gegenüber nicht gleichmäßiger Verteilung über das optische Meßfeld und insbesondere gegenüber Ringbildung vernachlässigbar klein.that the system is optically thin. When the reactants, out which the reaction product of interest is formed, are present in an amount such that a correspondingly low concentration occurs, the sensitivity of the Measurement in relation to non-uniform distribution over the optical measuring field and in particular in relation to ring formation negligibly small.
Darüber hinaus liegt der Erfindung die v/eitere Feststellung zugrunde, daß das von einem Reaktionsprodukt in einem Fasermedium erzeugte optische Meßergebnis signifikant vom Feuchtigkeitsgrad des Mediums und dem Kompressionsgrad an der Reaktionsstelle abhängt. Das Feuchtigkeitsproblem tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren lediglich dann auf, wenn kinetische Messungen durchgeführt werden, die zur Gewährleistung einer molekularen Beweglichkeit die Anwesenheit einer flüssigen Phase erfordern. Dieses Problem wird gemäß der US-PS 3 0^6 893 beispielsweise durch Trocknen der Reaktionsfläche nach der Umsetzung und vor der optischen Messung vermieden.In addition, the invention is based on the further finding that the of a reaction product in an optical measurement result produced by a fiber medium significantly depends on the degree of moisture of the medium and the degree of compression depends on the reaction site. The moisture problem occurs in the method according to the invention only when kinetic measurements are carried out, which require the presence of a liquid phase to ensure molecular mobility. This Problem is according to US-PS 3,0 ^ 6,893 for example by Drying the reaction surface after the reaction and before the optical measurement avoided.
Die Erfindung gibt also ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration bestimmter B'estandteile eines fluiden systems durch eine kontrollierteThe invention thus provides a method as well as a Device for determining the concentration of certain components of a fluid system by a controlled one
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chemische Reaktion an, die eine kleine Änderung zu den optischen Eigenschaften des Untergrunds eines sehr variablen Fasermediums hervorruft. Die jeweilige Messung erfordert dabei keine gleichmäßige Verteilung des Reaktionsprodukts über das Meßfeld der Vorrichtung, sondern lediglich eine Verteilung, die für verschiedene Messungen jeweils reproduzierbar ist.chemical reaction that has a small change to the optical Properties of the subsoil of a very variable fiber medium. The respective measurement requires no uniform distribution of the reaction product over the measuring field of the device, but only a distribution that is reproducible for different measurements is.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung verwenden eine Speicher- bzw. Memory-Messung des hohen \ oder apparent optisch dicken Untergrunds des Fasermediums an der Reaktionsstelle als Referenz für die darauffolgend an derselben Stelle vorgenommene Messung der'Optisch dünnen'Veränderung, die der eigentlichen Meßgröße entspricht. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ferner die Feuchtigkeit sowie die Kompression des Fasermaterials an der Reaktionsstelle kontrolliert. Mit diesen Verfahren sind verläßliche Messungen auch dann möglich,wenn die apparente Absorption des Untergrundmediums von 1,0 im vollständig nassen Zustand bis zu 1,7 im trockenen Zustand beträgt.The method according to the invention and the method according to the invention Devices use a memory measurement of the high or apparently optically thick background of the fiber medium at the reaction site as a reference for the subsequent one at the same site Measurement of the 'optically thin' change, that of the actual Measured variable corresponds. According to a preferred development of the invention, the moisture is also the compression of the fiber material at the reaction site controlled. With this method, reliable measurements are possible even if the apparent absorption of the substrate medium ranges from 1.0 when completely wet to 1.7 when dry.
Die Erfindung gibt ferner bevorzugte Verfahren zur Erzeugung reproduzierbarer Verteilungen der Bestandteile innerhalb des Reagensplättchens oder anderer Fasermedien an sowie die Erzeugung, von Kombinationen oder eines Konzentrat ionsausgleichs Bestandteile was zu einer kontinuierlich hohen Reaktionsgeschwindigkeit zumindest im erwünschten Meßintervall führt. Die gleichbleibend hohe Reaktionsgeschwindigkeit führt zu entsprechend hoher Meßempfindlichkeit. Die im folgenden beschriebenen bevorzugten Durchführungsweisen des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubenThe invention also provides preferred methods for producing reproducible distributions of the constituents within the reagent disk or other fibrous media, as well as the creation, combinations or equalization of concentrations Components resulting in a continuously high reaction rate, at least as much as desired Measurement interval leads. The consistently high reaction speed leads to a correspondingly high measurement sensitivity. The preferred modes of implementation of the method according to the invention described below permit
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ferner die Durchführung von Reaktionen mit relativ gleichmäßiger Reaktionsgeschwindigkeit über relativ lange Zeiten, wodurch kinetische Messungen mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht werden. furthermore, the implementation of reactions with a relatively uniform reaction rate over a relatively long time Times, which enables kinetic measurements with high sensitivity.
Die reproduzierbare Verteilung wird dadurch erreicht, daß das aufeinanderfolgende Aufbringen flüssiger Reagentien auf das Fasermedium in einer ausgewählten Reihenfolge erfolgt, um das Auswaschen eines Reagens durch die darauffolgend aufgebrachten weiteren Reagentien zu kontrollieren und kompensieren. Alternativ dazu werden die Konzentrationen verschiedener Reagentien in einer einzigen Lösung so eingestellt, daß Unterschiede in ihrer Ausbreitung oder Affinität zum Fasermedium kompensiert werden, wenn die Lösung auf die Reaktionsstelle aufgebracht und das Verfahren weiter durchgeführt wird. Die Mengen einigt Reagentien v/erden ferner so ausgewählt, daß sich eine relativ optimale Ausgewogenheit aller reagierenden Bestandteile über die Testfläche hinweg ergibt. Hierzu wurde festgestellt, daß die zur Erzielung ausgewogener Verhältnisse erforderlichen relativen Volumina oft von denen verschieden sind, die normalerweise zur Erzielung optimaler Reaktionsbedingungen in flüssigen Gemischen verwendet werden, d. h. in Flüssigkeiten, die sich in einem Gefäß wie einem Reagensglas befinden im Gegensatz zu einem Fasermedium, das der chromatographischen Trennung unterliegt, wie es erfindungsgemäß eingesetzt wird.The reproducible distribution is achieved in that the successive application is more liquid Reagents are applied to the fiber medium in a selected order in order to wash out a reagent through the to control and compensate for subsequently applied further reagents. Alternatively, the Concentrations of different reagents in a single solution adjusted so that differences in their spread or affinity for the fiber medium can be compensated for when the solution is applied to the reaction site and the process is carried out further. The quantities agree reagents v / are also selected so that there is a relatively optimal balance of all reacting ingredients over the Test area results. To this end, it was found that the necessary to achieve a balance relative volumes are often different from those normally used be used in liquid mixtures to achieve optimal reaction conditions, d. H. in liquids, which are in a vessel like a test tube in contrast to a fiber medium, the chromatographic one Separation is subject to how it is used according to the invention.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, bei der nichtv.begrenzte Teststellen verwendet werden, deren Fläche größer ist als das entsprechende Meßfeld, erzeugen die Kapillareigenschaften des vorbehandelten Fasermediums eine Pufferzone, die überschüssiges Reagens oder Probenlösung, die an die Reaktionsstelle gebracht wurden, abzieht bzw. absaugt. Unter ausgewählten Bedingungen ist dasBe used in a preferred embodiment of the invention in which not v .begrenzte test sites whose area is larger than the corresponding measurement field, the capillary properties of the pretreated fiber medium create a buffer zone, the excess reagent or sample solution were brought to the reaction site, subtracting or sucks. Under certain conditions that is
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resultierende Meßergebnis in erster Linie der Konzentration der unbekannten Substanz in der Lösung proportional und nur relativ gering vom genauen Volumen der Probe oder der zugesetzten Reagenslösungen abhängig.The resulting measurement result is primarily proportional to the concentration of the unknown substance in the solution and only relatively slightly dependent on the exact volume of the sample or the added reagent solutions.
Die Erfindung umfaßt entsprechend sowohl die einzelnen Verfahrensschritte in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung in allen konstruktiven Einzelheiten und Anordnungen der einzelnen Elemente, die zur Durchführung der entsprechenden Schritte dienen.The invention accordingly comprises both the individual process steps in their mutual dependence as well as the device according to the invention in all constructive Details and arrangements of each item necessary to carry out the appropriate steps to serve.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen sowie der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:The invention is illustrated below by means of examples as well as the drawing explained in more detail; show it:
Fig. 1: eine graphische Darstellung der üblichen Abhängigkeit der optischen Durchlässigkeit einer Flüssigkeit von der optischen Absorption;1: a graphic representation of the usual dependence of the optical transmittance of a Liquid from optical absorption;
Fig. 2: eine vereinfachte Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung;2: a simplified representation of the implementation of the method according to the invention or of the Operation of the device according to the invention;
Fig. 3: verschiedene graphische Darstellungen der Beziehung zwischen der Konzentration von ilaterialien und der entsprechender, optischen Durchlässigkeit, Jeweils in Abhängigkeit von der örtlichen bzw. räumlichen Verteilung;Fig. 3: various graphic representations of the Relationship between the concentration of ilaterials and the corresponding optical permeability, each depending on the local or spatial distribution;
Fig. 1I: eine perspektivische, teilweise im Aufriß dargestellte Ansicht einer erfindungsgemäl3en Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs~err.äJen Verfahrens;Fig. 1 I: a perspective view, partly in front elevation view of an apparatus for carrying out the Invention erfindungsgemäl3en ~ err.äJen method;
Fig.5: eine Teilansicht der Vorrichtung von Fig.4 in Kompressionssteilung;FIG. 5: a partial view of the device from FIG Compression division;
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Fig. β: eine teilweise geöffnet dargestellte und zum Teil perspektivische Ansicht einer vreiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung;Fig. Β: a shown partially open and for Partial perspective view of a fourth device according to the invention;
Fig. 7: eine Querschnittsdarstellung einer v/eiteren konstruktiven Ausführungsf orm der ■'Analysenvorrichtung j7: a cross-sectional representation of a further structural design of the analysis device j
Fig. 8: schematische Schaltbilder erfindungsgemäßer"" u.8a: Meßeinrichtungen sowieFig. 8: Schematic circuit diagrams of "" according to the invention u.8a: measuring devices as well
Fig. 9 und 10: graphische Darstellungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.9 and 10: graphic representations for carrying out the method according to the invention.
Der bei herkömmlichen Verfahren zur chemischen Spot-Test Analyse verwendete Bereich von zwischen etwa 0,2 und 0,8 ist in Fig. 1 als Abschnitt 12 auf der Kurve 10 angegeben. Die Kurve selbst entspricht einer graphischen Darstellung des Lambert-Beer'sehen Gesetzes,, wobei die prozentuale optische Durchlässigkeit einer Flüssigkeit (Transmission) in Abhängigkeit von der Konzentration des absorbierenden Materials darin dargestellt 1st'. Die optische Absorption der Flüssigkeit ist proportional zu dieser Konzentration und stellt im ■ einzelnen das Produkt der Gesamtzahl von Molekülen längs des optischen Meßwegs und des molaren Absorptionskoeffizienten der Moleküle dar. Fig.l stellt also&ie Beziehung zwischen der prozentualen optischen Durchlässigkeit und der Konzentration einer Flüssigkeit dar. Die Transmission hängt im Kurvenabschnitt 12 weniger linear von der Absorption urü damit der Konzentration ab als am oberen Ende der Kurve, d. h., bei Absorptionen unter 0,2.That of conventional methods for chemical spot test analysis The range of between about 0.2 and 0.8 used is indicated in FIG. 1 as section 12 on curve 10. The curve itself corresponds to a graphic representation of the Lambert-Beer's law, where the percentage optical permeability of a liquid (transmission) as a function of the concentration of the absorbent Materials depicted therein 1st '. The optical absorption of the liquid is proportional to this concentration and represents in detail the product of the total number of molecules along the optical measuring path and the molar absorption coefficient of the molecules. Fig.l thus represents the relationship between the percent optical transmittance and the concentration of a liquid. The transmission in curve section 12 is less linear on the absorption urü thus the concentration than at the upper end of the curve, i.e. i.e., with absorptions below 0.2.
Im Gegensatz zu allen bisher angegebenen Verfahren arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren im Bereich einer durch die interessierende Reaktion bedingten Änderung der optischen Absorption unterhalb des Kurvenabschnitts und insbesondere im unteren Absorptionsbereich 14.In contrast to all of the methods specified so far, the method according to the invention works through in the range of one the reaction of interest caused change the optical absorption below the curve section and in particular in the lower absorption range 14.
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Dieser Abschnitt entspricht differentiellen Absorptions werten von 0,2 und weniger, vorzugsweise unter 0,15· Dieser Absorptionsbereich und die entsprechend hohe prozentuale Transmission des- Beaktantengemischs auf der Fasermatrix definieren eine optisch dünne Präparation oder Verteilung der Materialbestandteile. Größere optische Dichten entsprechend dem Abschnitt 12 und rechts davon liegenden Abschnitten auf Kurve 10 werden hier als'Optisch dick"betrachtet.This section corresponds to differential absorption values of 0.2 and less, preferably below 0.15 This absorption range and the correspondingly high percentage transmission of the beactant mixture of the fiber matrix define an optically thin preparation or distribution of the material components. Larger optical Densities corresponding to section 12 and sections to the right of it on curve 10 are referred to here as' optical thick "considered.
In Fig. 2 ist die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Absorptionsphotometer 20 dargestellt. Ein Blatt 16 aus einem Material mit kontinuierlicher Faserstruktur wie beispielsweise Papier enthält eine flüssige Lösung 18 der chemischen Reaktanten. Die Reaktanten sind so ausgewählt, daß sich aus ihnen ein Reaktionsprodukt bildet, das zur Bestimmung eines ausgewählten Bestandteils der ursprünglichen Reaktanten herangezogen werden kann. Eine Beleuchtüngseinheit 20a des Absorptionsphotometers 20 beleuchtet die Lösung auf dem Blatt 16 mit der Intensität I . Ein optischer Detektor sowie eine Ausgabeeinheit 20b des Photometers, die sich in der optischen Achse der Einheit 20a und des Blatts 16 befinden, registrieren die resultierende Lichtstärke I, die durch das die Lösung enthaltende Blatt hindurchtritt. Das Meßfeld 22 der Einheit 20b auf dem Blatt 16 liegt innerhalb der Verteilungs- bzw. Ausbreitungszone der Lösung 18 auf dem Blatt, wie der Figur zu entnehmen ist. Die Wellenlänge der einfallenden Strahlung mit der Intensität I sowie die Wellenlänge der resultierenden Strahlung mit der Intensität I, auf die die Einheit 20b anspricht, werden so ausgewählt, daß in der Einheit 20b ein Meßsignal erzeugt wird, das in erster LinieIn Fig. 2 is the operation of the invention Method shown with an absorption photometer 20. A sheet 16 made of a material with continuous A fibrous structure such as paper contains a liquid solution 18 of the chemical reactants. The reactants are selected so that a reaction product is formed from them, which is used to determine a selected constituent the original reactants can be used. An illumination unit 20a of the absorption photometer 20 illuminates the solution on sheet 16 with intensity I. An optical detector as well as a Output unit 20b of the photometer, which are located in the optical axis of unit 20a and sheet 16, register the resulting light intensity I transmitted through the sheet containing the solution. The measuring field 22 of the Unit 20b on sheet 16 lies within the spreading zone of solution 18 on sheet, such as can be seen in the figure. The wavelength of the incident radiation with the intensity I and the wavelength of the resulting radiation of intensity I to which the unit 20b is responsive are selected so that in the unit 20b a measurement signal is generated, which primarily
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wenn nicht ausschließlich auf die Konzentration des gewählten Reaktionsprodukts der Lösung 18 anspricht.if not exclusively responsive to the concentration of the selected reaction product of solution 18.
Wie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt kann das Photometer auch so angeordnet werden,daß die von der Lösung 18 reflektierte Lichtintensität geraessen wird. Dies bedeutet, daß die BeIeuchtungseinheit 20a1 und die Ausgabeeinheit 20b' so optisch angeordnet werden können, daß sie sich unter gleichem Einfalls- bzw. Reflexionswinkel zur Probe befinden; je nach der Lichtstreuung der Probe können jedoch auch andere Winkel eingestellt werden.As shown in broken lines in FIG. 2, the photometer can also be arranged in such a way that the light intensity reflected by the solution 18 is measured. This means that the illumination unit 20a 1 and the output unit 20b 'can be optically arranged in such a way that they are at the same angle of incidence or reflection to the sample; however, other angles can also be set depending on the light scattering of the sample.
Wie aus Fig. 2 weiter hervorgeht, kann mit Hilfe des Photometers 20 gleichzeitig und unter Verwendung einer einzigen Lichtquelle mit einer Anordnung der Beleuchtungseinheit gemäß 20a', der Meßeinheit der Reflexion 20bf sowie der Meßeinheit für Transmission 20c', die sich jeweils optisch ausgerichtet zur Lichtquelle 20a' befinden, in Reflexion und in Transmission gemessen werden. Mit der gleichen Anordnung können ferner zugleich Fluoreszenzmessungen mit der Einheit 20b1 υΐά Absorptionsmessungen mit der Einheit 20cf durchgeführt werden. Die in Fig. 2 dargestellte Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht allgemein üblichen Meßverfahren. Zunächst sei jedoch der Begriff "optische Dicke" einer in einem Fasermedium enthaltenen Lösung unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert.Such as 2 further apparent from Fig., Can by means of the photometer 20 simultaneously using a single light source with an arrangement of the illumination unit according 20a ', of the measuring unit of the reflection 20b f, and the measuring unit for transmission 20c' respectively aligned optically for Light source 20a 'are located, are measured in reflection and in transmission. With the same arrangement, fluorescence measurements can also be carried out with the unit 20b 1 and absorption measurements with the unit 20c f. The method of operation of the method according to the invention and of the device according to the invention shown in FIG. 2 corresponds to generally customary measuring methods. First, however, the term "optical thickness" of a solution contained in a fiber medium will be explained in more detail with reference to FIG.
Das Faserblatt 16 selbst läßt lediglich einen kleinen Teil der auffallenden Strahlung durch, die zur Veranschaulichung beispielsweise eine Wellenlänge von 3^0 nm aufweist. Die Transmission ist niedrig, in erster Linie aufgrund der Streuung der Papierfasern, jedoch auch/, wenngleich in geringef^aße, aufgrund ihrer Absorption. Ange- . sieht dieses Umstands wird der Ausdruck "Schwächung" ge- ~ wählt um den Einfluß des Blattmaterials auf das hindurchtretende Licht zu beschreiben und sie von der üblichen Absorption zu unterscheiden.Der Ausdruck Schwächung beziehtThe fiber sheet 16 itself lets through only a small part of the incident radiation, which is for illustration purposes for example a wavelength of 3 ^ 0 nm having. The transmission is low, primarily due to the scattering of the paper fibers, but also /, albeit in little, owing to their absorption. Anged. sees this circumstance the expression "weakening" is ~ chooses about the influence of the sheet material on the passing through Describing light and distinguishing it from normal absorption. The term attenuation refers to it
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sich also auf die Summe von Absorption durch das Material plus Intensitätsverlust des Lichtstrahls durch Streuung.So it refers to the sum of absorption by the material plus the loss of intensity of the light beam due to scattering.
Die Schwächung wie auch die Reflexion und emittierte Fluoreszenz des Blatts 16 gegenüber der auffallenden Strahlung erwiesen sich als stark vom Feuchtigkeitsgehalt sowie der Kompression des Blatts abhängig. Dies wird verständlich, wenn man sich den Einfluß einer Flüssigkeit sowie den Einfluß von Druck auf die Fasern sowie deren Zwischenräume veranschaulicht. Papier streut und reflektiert Licht am meisten, wenn es trocken ist, da die Zwischenräume der Fasern mit Luft ausgefüllt sind, woraus ein Brechungsindex resultiert, der sich wesentlich von dem der Papierfasern unterscheidet. Wasser besitzt andererseits einen Brechungsindex, der näher an dem der Fasern liegt, so daß, wenn Wasser auf das Blatt aufgebracht wird, eine geringere Streuung, geringere Reflexion sowie höhere apparente Transmission (d. h. verringerte "Schwächung") und verringerte emittierte Fluoreszenz auftreten. Dieses Phänomen liegt der Verwendung durchscheinender Agentien in der Papierchromatographie zugrunde, wobei Flüssigkeiten, die zum Brechungsindex der Papierfasern passen, einem getrockneten Chromatogramm zugesetzt werden, um es zur nachfolgenden Densitometrie so durchsichtig wie möglich zu machen.The attenuation as well as the reflection and emitted fluorescence of the sheet 16 against the incident radiation proved to be highly dependent on the moisture content and the compression of the leaf. This becomes understandable if one looks at the influence of a liquid and the influence of pressure on the fibers and their spaces illustrated. Paper scatters and reflects light most when it is dry because of the spaces in between Fibers are filled with air, resulting in a refractive index that is significantly different from that of paper fibers differs. Water, on the other hand, has a refractive index closer to that of the fibers, so that, when water is applied to the leaf, lower scattering, lower reflectance and higher apparent Transmission (i.e., reduced "attenuation") and reduced fluorescence emitted occur. This phenomenon lies based on the use of translucent agents in paper chromatography, with liquids used for To match the refractive index of the paper fibers, a dried chromatogram can be added to it for subsequent use To make densitometry as transparent as possible.
Nach dieser theoretischen Modellvorstellung läßt sich vorhersagen, daß ein auf das Blatt 16 auffallender Lichtstrahl im Blatt mehrfach gestreut wird, bevor er schließlich absorbiert wird oder als reflektiertes oder durchgehendes Licht wieder austritt. Es ist entsprechend zu erwarten, daß die effektive Weglänge des Lichts durch das Faserblatt größer ist als die eigentliche Dicke des Blatts selbst.According to this theoretical model, it can be predicted that a beam of light falling on the sheet 16 is scattered several times in the sheet before it is finally absorbed or as reflected or continuous light emerges again. It is accordingly to be expected that the effective path length of the light through the fiber sheet is larger than the actual thickness of the sheet itself.
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Diese vergrößerte effektive Weglänge wurde bei analytischen Untersuchungen zum erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt. Im einzelnen wurde eine derartige Vergrößerung der Weglänge bei einer Vorrichtung festgestellt, die im folgenden unter Bezug auf Fig. 7 beschrieben ist, wobei die beobachtete Fluoreszenz und Transmission von Papierscheibchen, die mit bekannten Volumina von NADH-Lösungen mit verschiedenen Konzentrationen benetzt worden waren, mit den entsprechenden Fluoreszenz- und Transmissionswerten derselben Volumina der Lösungen in vitro, d. h. anstelle der Papierscheibchen, verglichen wurden. Die apparente Steigerung der effektiven Weglänge wurde bei dieser Art der Durchführung zwischen drei und fünf gefunden.This increased effective path length became the method according to the invention in analytical investigations established. In detail, such an increase in the path length was found in a device which is described below with reference to Fig. 7, the fluorescence and transmission observed of paper discs that are wetted with known volumes of NADH solutions at various concentrations with the corresponding fluorescence and transmission values of the same volumes of the solutions in vitro, d. H. instead of the paper discs. The apparent increase in the effective path length was found between three and five in this type of implementation.
Auf dieser Basis ist verständlich, daß eine absorbierende Lösung, die sich auf einem Fasermedium wie Papier befindet, die apparente "Schwächung" des Lichts durchOn this basis it can be understood that an absorbing solution, which is located on a fiber medium such as paper , the apparent "weakening" of the light by
Absorption an irgendeiner Stelle längs der vergrößerten ■/ieglänge zu steigern vermag. Wenn dieser Absorption eine Reemission von Fluoreszenzstrahlung folgt, muß das Fluoreszenzlicht in derselben Weise wie die Erregerstrahlung durch die streuenden Fasern hindurchdringen, bis sie aus dem Blatt austritt oder im Innern absorbiert wird.Ability to increase absorption at any point along the increased length. If this absorption is a Reemission of fluorescent radiation follows, the fluorescent light must pass through in the same way as the excitation radiation the scattering fibers penetrate until it emerges from the leaf or is absorbed inside.
Aus der IB-PS 255^ 321 ist ferner bekannt, daßFrom IB-PS 255 ^ 321 it is also known that
Fluoreszenzmessungen nicht linear · v/erden, wenn die Konzentration der fluoreszierenden Substanz so hoch wird, daß der einfallende Lichtstrahl beim Durchtritt durch die zu messende Lösung stark geschwächt wird. Der Grund für eine derartige Nichtlinearität liegt darin, daß die die Fluoreszenz hervorrufende Absorption durch die äußere Flüssigkeit, die mit der auftreffenden Strahlung zuerst in Wechselwirkung tritt, den Beitrag der inneren Flüssigkeit zum reemittierten Licht dadurch verringert, daß die effektive Anregungsintensität in der inneren Flüssigkeit abnimmt.Fluorescence measurements not linear · v / ground when the concentration the fluorescent substance becomes so high that the incident Light beam is greatly weakened when passing through the solution to be measured. The reason for such Non-linearity lies in the fact that the fluorescence causing absorption by the external liquid, which first interacts with the incident radiation occurs, the contribution of the internal fluid to the re-emitted Light is reduced by the fact that the effective excitation intensity in the internal liquid decreases.
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Der hier verwendete Ausdruck "optische Dicke" einer Lösung beruht auf der erhöhten effektiven Weglänge, wie oben beschrieben.As used herein, the term "optical thickness" of a solution is based on the increased effective path length, such as described above.
Die optische Absorption des in der Lösung 18 im Blatt 16 vorhandenen Reaktionsprodukts wird erfindungsgemäß im interessierenden Spektralgebiet und für die durch die Streuung innerhalb des Blatts bei der jeweiligen Feuchte definierten effektiven Weglänge auf unter 0,2 und im allgemeinen unter 0,15 gehalten. Dies bedeutet, ob.fi sich die Lösung auf dem Blatt 16 im interessierenden Spektralgebiet optisch dünn verhält, zumindest innerhalb des Meßfelds 32 der Photometereinheit 20b.The optical absorption of the in the solution 18 im Sheet 16 existing reaction product is according to the invention in the spectral region of interest and for the effective path length defined by the scatter within the leaf at the respective humidity to less than 0.2 and generally kept below 0.15. This means ob.fi the solution on the sheet 16 behaves optically thin in the spectral region of interest, at least within of the measuring field 32 of the photometer unit 20b.
In Fig.3 ist die Arbeitsweise der in Fig. 2 schematisch gezeigten Vorrichtung mit verschiedenen Verteilungen des vermessenen Materials, d. h. der Materialstandteile,gezeigt, auf die das Photometer anspricht. Wie oben erwähnt, ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, daß diese Materialien über das gesamte Meßfeld des Photometers gleichmäßig verteilt sind. Die graphische Darstellung der räumlichen bzw. örtlichen Verteilung des gemessenen Materials in Fig.3& stellt eine derartige gleichmäßige Verteilung dar. Fig. 3 zeigt die zugehörige Transmission, d. h. das Verhältnis von resultierender Lichtintensität I zur Anfangsintensität I0 für diese Verteilung des gemessenen Materials. Das Profil der letzteren Darsteilung ist erwartungsgemäß mit dem der Fig. JA identisch.FIG. 3 shows the mode of operation of the device shown schematically in FIG. 2 with different distributions of the measured material, ie the material components, to which the photometer responds. As mentioned above, it is necessary according to the prior art that these materials are evenly distributed over the entire measuring field of the photometer. The graphical representation of the spatial or local distribution of the measured material in FIG. 3 & shows such a uniform distribution. FIG. 3 shows the associated transmission, ie the ratio of the resulting light intensity I to the initial intensity I 0 for this distribution of the measured material. As expected, the profile of the latter representation is identical to that of FIG. JA .
In Fig. 3C ist eine ungleichmäßige Raum- bzw. Ortsverteilung des gemessenen Materials auf dem Blatt 16 dargestellt, wie sie in idealer Weise entsteht, wenn die Materialien in der Mitte des Meßfelds aufgebracht werden und sich radial ausbreiten. Die Verteilung weist dabei eine größere Kon-In Fig. 3C is an uneven spatial or local distribution of the measured material shown on the sheet 16, as it is ideally created when the materials are applied in the center of the measuring field and expand radially. The distribution shows a greater consistency
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zentration in der Peripherie des resultierenden "Spots" als in dessen Zentrum auf, was zur typischen "Ringbildung" führt, d. h. zum Auswaschen von flüssigem bzw. gelöstem Material aus dem Zentrum eines Spots in Richtung auf seine Außenzone.centering in the periphery of the resulting "spot" than in its center, which leads to the typical "ring formation", d. H. for washing out liquid or dissolved Material from the center of a spot towards its outer zone.
Wenn die Konzentration der in Fig. ^C verteilten Materialien signifikant "optisch dick" ist, d.h. die Absorption weit über 0,2 liegt (vgl. Fig. 1), besitzt die optische Durchlässigkeit dieser Verteilung ein Profil, das der Kurve 24 in Fig. 3D entspricht. Dieses Profil stellt also keine lineare Entsprechung zum Verteilungsprofil der Fig. 3C dar. Das Profil ist vielmehr außerordentlich ungleichmäßig mit weniger als der proportionalen Durchlässigkeit der hochkonzentrierten Anteile des Profils der Fig. J5C und mit überproportionaler Durchlässigkeit im mittleren, niedrigkonzentrierten Teil des Profils der Fig. ^C. Aufgrund dieser Nichtlinearitäten ist es dem Stand der Technik entsprechend erforderlich, die zu messenden Materialien wie in Fig. JA in gleichmäßiger Ortsverteilung aufzubringen.If the concentration of the materials distributed in Fig. ^ C is significantly "optically thick", ie the absorption is well above 0.2 (see. Fig. 1), the optical transmittance of this distribution has a profile that corresponds to the curve 24 in Fig . 3D corresponds. This profile therefore does not represent a linear correspondence to the distribution profile in FIG. 3C. Rather, the profile is extremely uneven with less than the proportional permeability of the highly concentrated portions of the profile in FIG. ^ C. Because of these non-linearities, it is necessary in accordance with the prior art to apply the materials to be measured in a uniform spatial distribution, as in FIG. JA.
Mit einer geringeren Konzentration der gemessenen Materialien in einer Verteilung wie in Fig. JG, die jedoch noch über einer "optisch dünnen" Absorption liegt, weist die resultierende optische Durchlässigkeit ein Profil wie in Kurve 26 der Fig. j£D auf. Dieses Profil ist in bezug auf das Konzentrationsprofil der Fig. JC noch nichtlinear, jedoch weniger als die "optisch dicken" Verhältnissen entsprechende Kurve 24. Wenn das Verhältnis von "Berg" zu "Tal" der Konzentrationskurve in Fig. J beispielsweise 2:1 beträgt, sollte die optisch dünnen Verhältnissen entsprechende . Kurve 28 das gleiche "Berg"-Zu-"Tal" -Verhältnis aufweisen, die Kurve 26 jedoch ein niedrigeres VerhältnisWith a lower concentration of the measured materials in a distribution as in FIG. JG, which, however, is still above an "optically thin" absorption, the resulting optical transmission has a profile as in curve 26 of FIG. JD. This profile is not linear with respect to the concentration profile of Fig JC, but corresponding less than the "optically-thick" ratios curve 24. If the ratio of "mountain" to "valley" of the concentration curve in Fig J example 2:.. 1 is , the optically thin proportions should be appropriate. Curve 28 will have the same "mountain" to "valley" ratio, but curve 26 will have a lower ratio
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wobei das Verhältnis für die Kurve 24 noch kleiner, beispielsweise nahe bei 1 liegt.the ratio for curve 24 being even smaller, for example close to 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung liefert infolgedessen kein lineares Maß für die Konzentration des Reaktionsprodukts, wenn die Materialien, auf die das entsprechende Meßverfahren anspricht, unter optisch dicken Verhältnissen ungleichmäßig verteilt sind. Die Bedeutung einer Möglichkeit zur linearen Konzentratiortsbestimmung geht aus Fig. ^E hervor, in der eine Konzentrationsverteilung gezeigt ist, die für bei der Spot-Test-Analyse in Abwesenheit spezieller V erfahr ens maßnahmen herkömmlicher Art typisch ist und den erfindungsgemäßen Fall betrifft.The device shown in Fig. 1 consequently provides no linear measure for the concentration of the reaction product, if the materials to which the corresponding measuring method responds, under optically thick conditions are unevenly distributed. The importance of a possibility for linear concentration determination is shown in Fig. ^ E showing a concentration distribution specific to spot test analysis in the absence Procedural measures of a conventional kind is typical and the case according to the invention concerns.
Eine lineare Messung ist allerdings möglich,wenn die ungleichmäßige Verteilung optisch dünn ist. Wenn also das Ortsverteilungsprofil des Reaktionsprodukts in Fig. ^C optisch dünn ist, d. h. an den dichtesten Punkten eine Absorption unter 0,2 aufweist, zeigt das entsprechende Transmissionsprofil nahezu lineares Verhalten. Die Kurve in Fig. 3D entspricht dieser Bedingung.A linear measurement is possible, however, if the uneven distribution is optically thin. So if the local distribution profile of the reaction product in Fig. ^ C is optically thin, d. H. shows an absorption below 0.2 at the densest points, the corresponding shows Transmission profile almost linear behavior. The curve in Fig. 3D corresponds to this condition.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung liefert entsprechend eine im wesentlichen lineare Konzentrationsmeßgröße, wenn die Materialien, die die interessierende Wellenlänge absorbieren, unter "optisch dünnen" Verhältnissen oder vergleichbare Bedingungen vorliegen. Diese Feststellung bleibt auch in Gegenwart eines anderen, stark schwächenden Untergrunds gültig, der beispielsweise durch das Papierblatt 16 selbst oder die ursprüngliche Reaktantenlösung bedingt ist, vorausgesetzt, daß die Untergrund-Schwächung während der Blind- und Signalmessung konstant ist oder sich in bekannter und von Probe zu Probe reproduzierter Weise ändert.The device shown in Fig. 2 accordingly provides an essentially linear concentration measurement variable, if the materials that have the wavelength of interest absorb, exist under "optically thin" conditions or comparable conditions. This finding remains valid even in the presence of another, strongly weakening background, for example through the sheet of paper 16 itself or the original reactant solution is conditional, provided that the subsurface weakening is constant during the blank and signal measurement or varies in a known manner that is reproduced from sample to sample changes.
Darüber hinaus können übereinstimmend genaue MessungenIn addition, consistent accurate measurements can be made
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von verschiedenen Proben der Lösung 18 an verschiedenen Stellen des Blatts 16 durchgeführt werden, wenn die Ortsverteilung für verschiedene Proben jeweils dieselbe, also reproduzierbar ist. Im Gegensatz dazu wird nach dem Stand der Technik stets davon ausgegangen, daß reproduzierbare Messungen nur dann erhältlich sind, wenn eine gleichmäßige Materialverteilung vorliegt.of different samples of the solution 18 can be carried out at different locations on the sheet 16 when the local distribution is the same for different samples, i.e. it is reproducible. In contrast, according to the state technology has always assumed that reproducible measurements can only be obtained if they are uniform Material distribution is present.
In den Fig. 4 und 5 ist ein Fluorometer 30 dargestellt, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden kann und sich hierzu besser eignet als die zuvor beschriebene Absorptionsvorrichtung. Die bei den Fig. 1 und 3 geraachten Ausführungen zur Bedingung "optisch dünn" sowie zur Reproduzierbarkeit gelten auch für eine auf Fluoreszenz ansprechende Vorrichtung. Eine fluorometrische Messung liefert darüber hinaus größere Empfindlichkeit als Absorptionsmessungen.In Figs. 4 and 5, a fluorometer 30 is shown, that for carrying out the method according to the invention can be used and is more suitable for this purpose than the absorption device described above. The statements made in FIGS. 1 and 3 regarding the condition "Optically thin" and for reproducibility also apply to a device that responds to fluorescence. A fluorometric measurement also provides greater sensitivity than absorption measurements.
Das in Fig. 4 dargestellte Fluorometer 30 ist mit einer Presse 32 verbunden, die lediglich den Anteil kleiner Moleküle einer flüssigen Probe auf ein Faserblatt aufbringt, wo die zur Messung vorgesehene chemische Reaktion mit diesem Anteil durchgeführt wird. Die Kompression des Faserblatts durch die Presse wird üblicherweise während der Messung wieder aufgehoben. Dabei wird insbesondere ein trockenes, faseriges Reagensblatt J54, das zuvor zur Aufnahme der entsprechenden Reaktanten behandelt wurde, unter einem weifc^en trockenen» faserigen Probenblatt 36 vorgesehen, wobei sick dazwischen eine Ultrafiltrationsmembran oder ein entsprechendes anderes Filter 38 befindet. Die zu analysierende Flüssigkeit wird auf das Probgliblatt aufgebracht, üblicherweise mit einer Pipette. Es wird "bei Bewegung d-es Pressenkopfs 5I in Pfeilrfbhtüng von der in'Fig. 4* gezeigten PositionThe fluorometer 30 shown in Fig. 4 is with a Press 32 connected that only the fraction of small molecules a liquid sample is applied to a fiber sheet, where the chemical reaction intended for the measurement with it Proportion is carried out. The compression of the fiber sheet by the press is usually done during the measurement canceled again. In particular, a dry, fibrous reagent sheet J54, which was previously used to hold the corresponding Reactant has been treated under a white dry "fibrous sample sheet 36 is provided, with sick in between an ultrafiltration membrane or a similar one another filter 38 is located. The liquid to be analyzed is applied to the test sheet, usually with a pipette. It becomes "when moving the press head 5I in arrow shape from the in'Fig. 4 * position shown
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in die in Pig. 5 gezeigte Position ein bedeutender Teil der interessierenden Fraktion kleiner Moleküle der Probe vom Blatt 36 durch das Filter 38 auf das Reagensblatt 34 gedrückt, worauf die erwünschte chemische Reaktion der flüssigen Fraktion mit den Reagentien im Blatt 34 beginnt. Das -S1IuOr ometer mißt dabei das interessierende Reaktionsprodukt, und zwar entweder kontinuierlich wie beispielsweise gur Durchführung kinetischer Messungen, oder nach in geeigneter Weise vorgewählten Zeiten. Das Unterteil 42 der Presse bildet das Gehäuse des Fluor^neters 30. Das Fluorometer beleuchtet das Reagensblatt 34 ^i^ der von einer Lampe 44 herrührenden Strahlung durch die Platte 46 der Presse hindurch; die Platte stellt ein optisches Fenster dar, das für die auffallende Anregungsstrahlung der Lampe 44 und die durch diese Strahlung im interessierenden Reaktionsprodukt im Reagensblatt 34 erzeugte Fluoreszenz durchlässig ist.in the in Pig. 5, a significant portion of the small molecule fraction of interest of the sample is pressed from sheet 36 through filter 38 onto reagent sheet 34, whereupon the desired chemical reaction of the liquid fraction with the reagents in sheet 34 begins. The -S 1 IuOr ometer measures the reaction product of interest, either continuously, for example to carry out kinetic measurements, or after suitably preselected times. The lower part 42 of the press forms the housing of the fluorometer 30. The fluorometer illuminates the reagent sheet 34 of the radiation from a lamp 44 through the plate 46 of the press; the plate represents an optical window which is transparent to the incident excitation radiation of the lamp 44 and the fluorescence generated by this radiation in the reaction product of interest in the reagent sheet 34.
Im einzelnen weist das Unterteil 42 einen ersten Durchgang 48 und einerizweiten Durchgang 50 auf j die Durchgänge sind coplanar, v/ob ei ihre Mittelachsen einen Winkel zueinander bilden und beim Blatt 34 zusammenfallen. Die Lampe 44 ist im ersten Durchgang 48 angebracht und optisch durch das optische Fenster der Platte 46 auf den Abschnitt des Reagensblatts ausgerichtet, das sich unter der Pressenmitte befindet, d. h. das sich unter einem inneren Fußteil der Presse befindet. Ein erstes Filter 54 ist ferner im ersten Durchgang zwischen der Lampe 44 und der Platte 46 vorgesehen, um unerwünschte Strahlung bei der Beleuchtung der Reaktionsfläche fernzuhalten. Ein Referenzdetektor 56, der typischerweise ein der Intensität und Modulation der Beleuchtung von der Lampe 44 entsprechendes elektrisches Signal liefert, befindet sich ferner im ersten Durchgang, vorzugsweise außerhalb des Lichtwegs zwischen der Lampe und der Platte, wie in Fig. 4 dargestellt.In particular, the lower part 42 has a first passage 48 and a second passage 50 on the passages are coplanar, v / whether their central axes are at an angle to each other form and coincide at sheet 34. The lamp 44 is mounted in the first passage 48 and is optical aligned through the optical window of platen 46 to the portion of the reagent sheet that is below the center of the press is located, d. H. which is located under an inner foot part of the press. A first filter 54 is also in the first passage is provided between the lamp 44 and the plate 46 to avoid unwanted radiation during illumination away from the reaction surface. A reference detector 56, which is typically an electrical one corresponding to the intensity and modulation of the illumination from lamp 44 Provides signal, is also located in the first passage, preferably outside the light path between the lamp and of the plate as shown in FIG.
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Obgleich nicht unbedingt erforderlich, ist der zweite Durchgang 50 des dargestellten Pluorometers unter dem Winkel orientiert, bei dem die von der Lampe 44 auffallende Strahlung vom Reagensblatt 34 reflektiert wird. Der zweite Durchgang 50 des dargestellten Pluorometers 30 ist also unter dem Winkel angeordnet, unter dem die von der Lampe einfallende Energie von der Oberfläche des Blatts 34 reflektiert wird, die an die optisch transparente Platte angrenzt. Eine derartige Geometrie ist bevorzugt, da sie zu im wesentlichen gleichen optischen Weglängen von der Lampe 44 zum Detektor 58 im zweiten Durchgang 50 führt, wobei die Beleuchtung alle Punkte des Reagensblatts 34 erfaßt, die innerhalb des Pluorometer-Meßfelds liegen. Die gleichen optischen Weglängen führen wiederum zu hoher Meßgenauigkeit. Although not essential, the second is Passage 50 of the pluorometer shown below Oriented angle at which the incident radiation from the lamp 44 is reflected by the reagent sheet 34. The second Passage 50 of the pluorometer 30 shown is therefore arranged at the angle at which the incident energy from the lamp from the surface of the blade 34 is reflected, which is adjacent to the optically transparent plate. Such a geometry is preferred because it leads to substantially equal optical path lengths from lamp 44 to detector 58 in second passage 50, the illumination of all points of the reagent sheet 34 detected, which are within the pluorometer measuring field. the The same optical path lengths in turn lead to high measurement accuracy.
Der zweite Durchgang 50 trägt einen Fluoreszenzdetektor 58 und eine zwischen dem Detektor 58 und dem Reagensblatt optisch ausgerichtete Linse 60, die die erwünschte Fluoreszenzstrahlung auf den Detektor 58 fokussiert. Im zweiten Durchgang befinden sich ferner die zweiten Filter 62, 64 und 66. Diese Filter halten zusammen reflektierte Primärstrahlung von der Lampe 44 sowie die Untergrundfluoreszenz und andere Strahlung oberhalb und unterhalb des Durchtrittsbands der zu messenden Fluoreszenz ab.The second passage 50 carries a fluorescence detector 58 and a lens 60 which is optically aligned between the detector 58 and the reagent sheet and which focuses the desired fluorescence radiation onto the detector 58. The second filter 62, 64 and 66 are also located in the second passage. These filters together keep reflected primary radiation from the lamp 44 as well as the background fluorescence and other radiation above and below the passage band of the fluorescence to be measured.
Die zweiten Filter sind ferner so ausgewählt, daß sie - zumindest im Wellenlängeribereich dpr Messungen - nichtf luor es zierend sind, wenn sie mit ref lektierteE Strahlung von der Lampe 44 sowie irgendeiner Fluoreszenz angeregt werden. Als Filter 63, 64 und 66 mit dem angestrebten Grad der Nichtfluoreszenz sind dielektrische und Metallfilmfilteranordnungen bevorzugt. Die erfindungsgemäß vorgesehenen nichtf luor es zierende η zweiten Filter führen zu einerThe second filters are further selected so that they - at least in the wavelength range dpr measurements - are non-fluorescent when they are excited with reflected radiation from the lamp 44 and any fluorescence. As filters 63, 64 and 66 with the desired level of non-fluorescence, dielectric and metal film filter assemblies are preferred. The non-fluorine-decorating η second filters provided according to the invention lead to a
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Steigerung der Empfindlichkeit sowie verbesserter Abtrennung des Grundsignals des Fluorometers j50 im Gegensatz zu Pluorometern ähnlicher Konstruktion mit Glas- oder anderen Sekundärfiltern, die bekanntermaßen Breitbandfluoreszenz aufweisen, die den Wellenlängenbereich der Messungen einschließt.In contrast, increased sensitivity and improved separation of the basic signal of the fluorometer j50 to pluorometers of similar construction with glass or other secondary filters that are known to produce broadband fluorescence which includes the wavelength range of the measurements.
Alternativ zur gemeinsamen Anordnung von Presse und Photometer in einem einzigen Gerät wie in Fig. 4 können diese Teile auch unabhängig voneinander verwendet werden. So kann beispielsweise eine analysenfertige flüssige Probe direkt auf einem faserigen Papierblatt aufgebracht und mit den Reagentien zu einem Reaktionsprodukt umgesetzt werden, das mit einem wie in Fig. 4 gebauten Fluorometer vermessen wird.As an alternative to the joint arrangement of press and photometer in a single device as in FIG these parts can also be used independently of one another. For example, a liquid sample ready for analysis applied directly to a fibrous sheet of paper and reacted with the reagents to form a reaction product, which is measured with a fluorometer built as in FIG.
In Fig. β ist eine bevorzugte Weiterbildung 70 des erfindungsgemäßen Fluorometers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen dargestellt. Obgleich die Anordnung im folgenden im Hinblick, auf ein Fluorometer beschrieben wird, kann die Anordnung auch mit anderen Photometerarten verwendet werden. Die optischen Bestandteile der Vorrichtung, d. h. Lampe, Filter, Signaldetektor und Referenzdetektor können in der bei Fig. 4 beschriebenen Anordnung in den optischen Durchgängen 70a und 70b angeordnet werden; Lampe und Signaldetektor sind in Fig. 6 lediglich sehematisch angedeutet.In Fig. Β is a preferred development 70 of the inventive fluorometer for carrying out the inventive Procedure shown in detail. Although the arrangement below is in terms of a fluorometer is described, the arrangement can also be used with other types of photometer. The optical components the device, d. H. Lamp, filter, signal detector and reference detector can in the arrangement described in FIG. 4 in the optical passages 70a and 70b to be ordered; The lamp and signal detector are only indicated schematically in FIG.
Der Träger des Fasermediums sowie die Belichtung oder optische Verbindung des Mediums mit der Lampe und dem Signaldetektor stellen weitere charakteristische Einzelheiten der Erfindung dar. Im einzelnen trägt die Vorrichtung 70 ein als Papierstreifen 72 dargestelltes Fasermedium auf einer flachen Trägerfläche 74a. Die Reaktionsstelle 72a auf dem Streifen, der das Reaktantengemisch zur ErzeugungThe carrier of the fiber medium as well as the exposure or optical connection of the medium with the lamp and the Signal detector provide further characteristic details of the invention. In detail, the device 70 carries a fiber medium shown as a paper strip 72 on a flat support surface 74a. The reaction site 72a on the strip that used to generate the reactant mixture
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des ausgewählten Reaktionsprodukts enthält, befindet sich zwischen einem optischen Fenster 78, das mit einem Distanzraum 8o von der Unterseite der Trägerfläche abgesetzt ist, und einer darüber befindlichen Gegenplatte 82, die sich seitlich über die Reaktionsfläche erstreckt urü auf dem Papierstreifen über der Trägerfläche ruht. Der Streifen 72 ist mit einem optischen transparenten Film 66 umwickelt bzw. beschichtet. Der Film grenzt an die obere und untere Oberfläche des Streifens und umschließt die die Reaktanten tragende . Stelle 72a, um eine Verdampfung von Flüssigkeit von dieser Stelle zu vermeiden. Der Film j6 verhindert ferner eine Verunreinigung von Teilen der Vorrichtung durch auf dem Streifen befindliche Reaktanten, wodurch die Notwendigkeit entfällt, das optische Fenster 78, die Trägerfläche 74a und die Gegenplatte 22 zwischen Messungen an verschiedenen Reaktionsstellen zu reinigen. Der Film 76 lann aus einem optisch transparenten, thermoplastischen Harz bestehen, das beispielsweise durch Polymerisation von Vinylidenchlorid hergestellt ist, beispielsweise aus "Saran Wrap"(Handelsbezeichnung).of the selected reaction product is located between an optical window 78, which is set off with a spacing space 8o from the underside of the support surface, and an overlying counter plate 82 which extends laterally over the reaction surface and rests on the paper strip above the support surface. The strip 72 is wrapped or coated with an optically transparent film 66. The film is contiguous with the top and bottom surfaces of the strip and encloses the one bearing the reactants. Location 72a to avoid evaporation of liquid from this location. The film j6 also prevents contamination of parts of the device by reactants on the strip, thereby eliminating the need to clean the optical window 78, support surface 74a and backplate 22 between measurements at different reaction sites. The film 76 can consist of an optically transparent, thermoplastic resin which is produced, for example, by polymerizing vinylidene chloride, for example from "Saran Wrap" (trade name).
Das Gehäuse 74, das die Trägerfläche 74a bildet, ist für die Strahlung, bei der die Vorrichtung arbeitet, undurchlässig und das Fenster 78 für die interessierenden Wellenlängen durchlässig. Das Fenster 78 ist in einer öffnung des Gehäuses 74 angebracht und zu den zwei optischen Durchgängen 70a und 70b ausgerichtet, die sich beispielsweise unter einem Winkel von 45 ° zueinander befinden.The housing 74, which forms the support surface 74a, is for opaque the radiation at which the device operates and the window 78 for the wavelengths of interest permeable. The window 78 is attached in an opening of the housing 74 and to the two optical Aligned passages 70a and 70b, which are for example at an angle of 45 ° to each other.
Die Gegenplatte 82 ruht auf dem Papierstreifen 72 über dem Gehäuse 84; das Zentrum befindet sich über dem Fenster Die dargestellte Gegenplatte 82 ist aufklappbar am Gehäuse der Vorrichtung montiert, um ein leichtes Wegklappen vonThe counter plate 82 rests on the paper strip 72 above the housing 84; the center is above the window The illustrated counter plate 82 is hingedly mounted on the housing of the device in order to easily fold away
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der Trägerplatte zu ermöglichen, und zwar in der Weise, daß die Gegenplatte, wenn ein Zugang zum Papierstreifen oder zur Trägerflache sowie dem Fenster erforderlich ist, leicht entfernt bzw. wieder aufgesetzt werden kann. Die Gegenplatte 82 ist in Form einer Scheibe mit flacher Bodenfläche dargestellt. Ein Halter 86 geht von der hinteren Oberseite der Scheibe nach oben|in einen horizontalen Arm 88 über, der an einem senkrechten Halter 90 am Gehäuse klappbar befestigt ist. Die Gegenplatte dient dazu, den Streifen 72 aufgrund ihres leichten Gewichts flach gegen die Trägerfläche 74a zu halten, wobei ein Saran- oder ähnlicher Film an den Streifen angepreßt wird. Auf diese Weise wird der Abstand der Reaktionsstelle relativ zur Quelle und dem Signaldetektor fixiert. Die Platte verhindert ferner zusammen mit dem aufgebrachten Film 76 eine Deformation des Streifens am Reaktionsort durch die dort befindliche Flüssigkeit. Obgleich sich der Streifen leicht in den Distanzraum 80 hineinjleformieren kann, ist eine derartige Deformation durch den Stützeffekt des aufgebrachten Films 76 und die geringe Tiefe des DistanEraums nur gering, die vorzugsweise weniger als die Streifendicke beträgt. Für einen Papierstreifen von beispielsweise 0,45mm (0,017 inch) Dicke beträgt der Distanzraum 80 etwa 0,25 mm (0,01 inch). Der Distanzraum 80 dient unter anderem dazu, eine Defor nation des Fasermaterials des Streifens an der Reaktionsstelle in diesem Raum hinein zu ermöglichen und dadurch eine bedeutende Kompression des Fasermaterials unter der Gegenplatte 82 zu verhindern. Hierzu ist allerdings zu betonen, daß das von der Gegenplatte auf den Streifen ausgeübte Gewicht nur klein ist.to enable the carrier plate in such a way that that the counter plate, if access to the paper strip or to the support surface and the window is required, can be easily removed or replaced. The counter plate 82 is in the form of a disc with a flat Floor area shown. A holder 86 goes up from the rear upper side of the disc into a horizontal one Arm 88 over that on a vertical bracket 90 on the housing is hinged. The counterplate serves to flatten the strip 72 because of its light weight to hold against the support surface 74a, with a saran or similar film is pressed against the strip. In this way, the distance of the reaction site is relative to the Source and the signal detector fixed. The plate, along with the applied film 76, also prevents one Deformation of the strip at the reaction site due to the there liquid present. Although the strip can easily mold into spacer 80, one is such deformation due to the support effect of the applied film 76 and the shallow depth of the space only small, which is preferably less than the strip thickness. For a paper strip of for example 0.45mm (0.017 inch) thick, the spacer space 80 is approximately 0.25mm (0.01 inch). The distance space 80 serves, among other things in addition, a defor nation of the fiber material of the strip at the reaction point in this space and thereby a significant compression of the fiber material to prevent under the counter plate 82. However, it should be emphasized that the counter plate on the Stripe exerted weight is only small.
Die Gegenplatte 82 ist ausreichend groß, um auf dem trockenen Papier des Streifens 72 aufliegen zu können,das sich außerhalb der die Flüssigkeit tragenden und folglichThe counter-plate 82 is sufficiently large to be able to rest on the dry paper of the strip 72, which outside of the liquid-bearing and consequently
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nassen Stelle 72a befindet. Die Dicke des trockenen Papiers, das die Platte 82 aufgrund ihres begrenzten Gewichts nicht komprimiert, bestimmt also automatisch den Abstand der unteren Plattenoberfläche von der Trägerfläche 7 4a. Die Platte 82 preßt entsprechend die Oberfläche der nassen Stelle 72a flach und folglich coplanar mit der oberen Fläche des trockenen Teils des Streifens Wie bereits erwähnt kann dadurch die nasse Stelle leicht in den Distanzraum 80 hinein deformiert werden, was erwünscht ist, da das Fasermaterial auf diese Weise an der Reaktionsstelle relativ unkomprimiert bleibt.wet spot 72a is located. The thickness of the dry paper that the plate 82 due to its limited Weight not compressed, so it automatically determines the distance between the lower surface of the plate and the support surface 7 4a. The plate 82 presses the surface accordingly of the wet spot 72a is flat and therefore coplanar with the top surface of the dry portion of the strip As already mentioned, the wet spot can be easily deformed into the spacer 80 as a result, what is desirable because in this way the fiber material remains relatively uncompressed at the reaction site.
Die Gegenplatte 82 fixiert in der b:sehriebenen Weise den Reaktionsort relativ zur Trägerfläche 74a und folglich relativ zu Lampe und Signaldetektor in erwünschter Weise. Die Gegenplatte führt darüber hinaus automatisch und mit hoher und reproduzierbarer Genauigkeit und automatischer Kompensation wechselnder Dicke an verschiedenen Stellen des Streifens 72 und sogar von einem Streifen zu anderen zu einer derartigen Positionierung,da der trockene Teil des die Reaktionsstelle umgebenden Streifens den Abstand der Gegenplatte über der Trägerfläche bestimmt.The counter plate 82 is fixed in the b: very flat manner the reaction site relative to the support surface 74a and consequently relative to lamp and signal detector in a desirable manner. The counter plate also performs automatically and with high and reproducible accuracy and automatically Compensating for changing thickness at different locations on the strip 72 and even from one strip to another for such a positioning, since the dry part of the strip surrounding the reaction site the distance of the Counter plate determined over the support surface.
Eine weitere Funktion der Gegenplatte 82 beruht darauf, daß sie eine optisch gleichmäßige Fläche hinter der Reaktionsstelle 72a darstellt. Diese Oberfläche kann hoch reflektierend oder hoch absorbierend sein, obgleich eine reflektierende Oberfläche im allgemeinen zur Erzeugung eines höheren Fluoreszenz-Ausgangssignals angestrebt ist. Von Wichtigkeit ist dabei, daß die Oberfläche über das Meßfeld der Vorrichtung optisch gleichmäßig ausgebildet ist. Eine derartige optische Gleichmäßigkeit vermeidet zugleich Luft-Another function of the counterplate 82 is based on the fact that it represents an optically uniform surface behind the reaction point 72a. This surface can be highly reflective or be highly absorbent, albeit a reflective one Surface is generally aimed at generating a higher fluorescence output signal. Of importance is that the surface is optically uniform over the measuring field of the device. Such a one optical uniformity also avoids air
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einschlüsse zwischen dem Streifen 72 und der Gegenplatte.inclusions between the strip 72 and the counterplate.
Die Photometervorrichtung 70 der Fig. β weist ferner Elemente zur Temperaturkontrolle bzw. -regelung auf, um ein Beschlagen des Photometer-Meßfelds durch die an der Reaktionsstelle 72a vorhandene Feuchtigkeit zu vermeiden. Bei fehlender Temperaturkontrolle tritt ein Beschlagen der oberen Fläche des Fensters 78 und der Unterseite der Gegenplatte 82 bei einer sonst gleichen Vorrichtung wie in Fig. 6 auf. Das Beschlagen tritt offensichtlich dann auf, wenn sich die Unterseite der Gegenplatte 82 auf einer anderen Temperatur befindet als die Trägerfläche 74a oder das Fenster 78, so daß Flüssigkeit an der Reaktionsstelle 72a verdampft und an der kälteren Fläche des Fensters oder der Gegenplatte kondensiert. Ein derartiges Besehlagen&st allgemein unerwünscht,da es eine Fehlerquelle darstellt und zugleich die Genauigkeit der Messungen beeinträchtigt. Es wurde festgestellt, daß das Beschlagen dadurch vermieden werden kann, daß die Gegenplatte 82 und das Fenster 78 zusammen mit der angrenzenden Kasse des Gehäuses 74 auf derselben Temperatur gehalten werden. Zu diesem Zvreck befinden sich, wie aus der Zeichnung hervorgeht, in der Gegenplatte 82 ein Thermoelement 91 oder ein anderer Temperaturfühler sowie Heizelemente 92. Der dargestellte Temperaturfühler 9I befindet sich genau über dem Fenster 78 und damit über der Reaktionsstelle 72a. Die Heizelemente 92 sind mit einer regulierbaren Heizquelle elektrisch verbunden. Die Heizquelle kann nach herkömmlichen Verfahren zum Aufheizen der Gegenplatte auf eine ausgewählte, bestimmte Temperatur gebaut sein. Die Vorrichtung kann allerdings erforderlichenfalls ferner einen Thermistor oder einen anderen Temperaturfühler 93 ent-The photometer device 70 of FIG. 6 also has elements for temperature control or regulation, to fogging of the photometer measuring field by the Reaction site 72a to avoid any moisture present. Fogging occurs if the temperature is not controlled the upper surface of the window 78 and the underside of the counter plate 82 in an otherwise identical device as in Fig. 6. The fogging occurs obviously then on when the underside of the counter plate 82 is at a different temperature than the support surface 74a or the window 78 so that liquid on the Reaction site 72a evaporates and condenses on the colder surface of the window or the counterplate. Such a thing Command & st is generally undesirable as it is a Represents a source of error and at the same time impairs the accuracy of the measurements. It was found that the Fogging can be avoided in that the counter plate 82 and the window 78 together with the adjacent Cash box of the housing 74 kept at the same temperature will. As can be seen from the drawing, a thermocouple is located in the counterplate 82 for this purpose 91 or another temperature sensor and heating elements 92. The temperature sensor 9I shown is located exactly above the window 78 and thus above the reaction point 72a. The heating elements 92 are electrically connected to a controllable heating source. The heating source can after conventional method for heating the counter-plate to a selected, specific temperature be built. the However, if necessary, the device can also have a Thermistor or another temperature sensor 93
halten, der sich in gutem thermischen Kontakt mit dem Fenster 78 befindet und typischerweise daneben in Gehäuse ?4 montiert ist. Der Fühler 93 1st ebenfalls mit der regulierbaren Quelle verbunden, die die Heizelemente 92 versorgt, wodurch die Gegenplatte auf derselben Temperatur wie das Fenster 78 gehalten wird.that is in good thermal contact with the Window 78 is located and is typically mounted next to it in housing? 4. The feeler 93 is also included connected to the controllable source supplying the heating elements 92, thereby placing the counter-plate on the same Temperature as the window 78 is maintained.
Die Vorrichtung 70 kann ferner in thermischer Hinsicht wahlweise mit einer Schicht 84 aus einem thermisch isolierenden Material auf der Unterseite der Gegenplatte 82 versehen werden. Diese Schicht ist insbesondere wünschenswert, wenn es angestrebt ist. daß die Reaktionsstelle 72a Im thermischen Gleichgewicht mit dem Fenster 78 steht, wenn die Gegenplatte aus Metall oder einem anderen thermisch leitenden Material besteht und/oder keine äußere Temperaturkontrolle wie durch die Heizung 92 vorgesehen ist. Die Schicht 84 läßt sich leicht mit der erwünschten Eigenschaft optischer Gleichmäßigkeit wie oben beschrieben herstellen. Bei der dargestellten Weiterbildung besteht die Schicht 84belspielsweise aus Polytetrafluorathylen (Teflon, Handelsbezeichnung).The device 70 can also be thermally selectively comprised of a layer 84 of a thermal insulating material can be provided on the underside of the counterplate 82. This layer is particularly desirable if it is aimed at. that the reaction site 72a Is in thermal equilibrium with the window 78, if the counter plate is made of metal or another thermally conductive material and / or no external temperature control as provided by heater 92. The layer 84 can easily be given the desired property Establish optical uniformity as described above. In the case of the further training presented, there is the layer 84 is, for example, made of polytetrafluoroethylene (Teflon, trade name).
In Fig. 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Photometers zur Analyse von Reaktionsprodukten auf Papierscheibchen 94 dargestellt. Die Vorrichtung besitzt im einzelnen ein Gehäuse 96' das mit einem optischen Fenster 89 versehen ist. Das Fenster sitzt dabei in einem chemisch inerten Dichtring 100, der über die Gehäuseoberfläche 96a hinaussteht und ein Trägerblatt 102 stützend aufnimmt, das eine öffnungaufweist, in der die darin sitzende Scheibe 94 aufgenommen wird. Die öffnung im Trägerblatt paßt so genau zur Größe der Papierseheibe, das sich eineIn Fig. 7 is a further embodiment of the invention a photometer for the analysis of reaction products on paper disks 94 is shown. The device has in detail a housing 96 'with an optical Window 89 is provided. The window sits in a chemically inert sealing ring 100 that extends over the housing surface 96a protrudes and supportingly receives a carrier sheet 102 having an opening into which the therein seated disc 94 is added. The opening in the carrier sheet fits so exactly to the size of the paper disk that one
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ausreichende Passung ergibt, daß die Scheibe mit dem Trägerblatt geführt werden kann. Das dargestellte Trägerblatt 102 ist vorzugsweise etwas dünner als das trockene Papier, aus dem die Scheibe geschnitten wird, beispielsweise für eine trockene Scheibe von 0,43 *nm (0,017 inch) Dicke 0,38 mm (0,015 Inch) dick. Das Trägerblatt besteht aus optisch undurchlässigem Material und kann aus Metall für Unterlagscheiben bzw, Distanzstücke hergestellt sein.sufficient fit results that the disc can be guided with the carrier sheet. The depicted Carrier sheet 102 is preferably slightly thinner than the dry paper from which the disc is cut, for example for a dry disk of 0.43 * nm (0.017 inch) thickness 0.38 mm (0.015 inch) thick. That Carrier sheet consists of optically opaque material and can be made of metal for washers or spacers be made.
Die Vorrichtung der Fig. 7 schafft einen im wesentlichen dampfdichten Raum 106 zwischen der Scheibe 94 und dem Fenster 98. Im einzelnen ist dabei die obere Oberfläche des Fensters vorzugsweise unter der Oberfläche 96a abgesetzt, wie für das Fenster 78 in Fig. 6 beschrieben. Das Trägerblatt 102 sitzt, wie bereits erwähnt, auf der Oberkante der Dichtung 100 auf, die über die Oberfläche 96a hinausragt und eine dichte Verbindung dazwischen herstellt. The apparatus of Figure 7 provides essentially one Vapor-tight space 106 between the pane 94 and the window 98. In detail, this is the upper surface of the window is preferably deposited below surface 96a, as described for window 78 in FIG. As already mentioned, the carrier sheet 102 sits on the upper edge of the seal 100, which extends over the surface 96a protrudes and creates a tight connection between them.
Die Scheibe 94 kann mit einem Film wie dem bei Fig. beschriebenen Film 76 überzogen sein, um eine Verdampfung daraus zu vermeiden. Sie kann alternativ dazu auch ohne eine derartige Umhüllung verwendet werden, wobei die Verdampfung daraus auf den kleinen abgeschlossenen Raum ΙΟβ zwischen dem Trägerblatt und der Scheibe 98 beschränkt ist.The disk 94 can be covered with a film such as that in FIG. described film 76 must be coated to avoid evaporation therefrom. Alternatively, it can also be used without Such an envelope can be used, the evaporation from it on the small enclosed space ΙΟβ between the carrier sheet and the disc 98 is restricted.
Die in Fig. 7 dargestellte Photometervorrichtung besitzt ein optisches Fenster 104, das über der Scheibe 94 und dem Trägerblatt 102 liegt. Das Fenster 1O4 kann auf das Trägerblatt aufgesetzt, darauf befestigt oder in einem Abstand darüber angebracht werden. Bei jeder der angegebenen Befestigungsweisen wird so ein optischer Durchgang von der die Reaktanten tragenden Scheibe 94 zur übrigen (nichtThe photometer device shown in FIG. 7 has an optical window 104 which extends over the pane 94 and the carrier sheet 102 lies. The window 1O4 can be placed on the carrier sheet, attached to it or in one Spacing above it. With each of the specified fastening methods, an optical passage of the disk 94 carrying the reactants to the rest (not
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dargestellten) optischen Vorrichtung ermöglicht, die sich in den Durchgängen 108a und 108b eines weiteren Gehäuses 108 befindet. Die übrige optische Vorrichtung kann beispielsweise einen Fluoreszenz- oder einen Absorptions· detektor umfassen, wenn, die Transmissionseigenschaften der Scheibe 9k gemessen werden sollen. Die Anordnung der Fig. 7 wurde beispielsweise mit einer Lichtquelle im Durchgang 96b,: einem Fluoreszenzdetektor im Durchgang 96c und einem der Lichtquelle im Durchgang 108a gegenüberliegenden Absorptionsdetektor verwendet. Die in Fig. 7 dargestellte, die Scheibe tragende Vorrichtung kann alternativ dazu selbstverständlich auch mit einer bei Fig. 6 beschriebenen Meßvorrichtung betrieben werden, wobei das zweite Fenster 104 durch eine lichtundurchlässige Gegenplatte ersetzt wird.shown) optical device, which is located in the passages 108a and 108b of a further housing 108. The rest of the optical device can comprise, for example, a fluorescence or an absorption detector, if the transmission properties of the pane 9k are to be measured. The arrangement of FIG. 7 was used, for example, with a light source in passage 96b: a fluorescence detector in passage 96c and an absorption detector opposite the light source in passage 108a. The device carrying the pane shown in FIG. 7 can of course alternatively also be operated with a measuring device described in FIG. 6, the second window 104 being replaced by an opaque counterplate.
Wie oben erwähnt, löst das erfindungsgemäße Verfahren von Punkt zu Punkt vorliegende Änderungen in den optischen Eigenschaften des die Reaktanten tragenden Fasermediums dadurch auf, daß jede Reaktionsstelle als ihre eigene Blindprobe für Referenzzwecke verwendet wird. Dies bedeutet, daß dieselben optischen Eigenschaften, die zur Messung des interessierenden Reaktionsprodukts herangezogen werden, für das Fasermedium an der die Reaktanten tragenden Stelle vor der Erzeugung des Reaktionsproduktes gemessen werden. Durch diese Messung wird die erwünschte optische Eigenschaft des Fasermediums an der Stelle festgestellt, an der das interessierende Reaktionsprodukt erzeugt werden vrird, wobei diese Stelle mit allen Reaktanten befeuchtet ist, die vor der Erzeugung des gemessenen Bestandteils anwesend sind. Bei dieser Messung wird entsprechend der optische Untergrundparameter festgestellt,As mentioned above, the inventive method resolves point-to-point changes in the optical Properties of the fiber medium carrying the reactants in that each reaction site is its own Blank is used for reference purposes. This means that the same optical properties that are used for Measurement of the reaction product of interest can be used for the fiber medium on which the reactants are attached supporting point before the production of the reaction product be measured. This measurement determines the desired optical property of the fiber medium at the point at which the reaction product of interest will be generated, this site being wetted with any reactants that were used prior to the generation of the constituent being measured are present. During this measurement, the optical background parameter is determined accordingly,
609810/0689609810/0689
.33- - 253688S.33- - 253688S
der an der Reaktionsstelle vorliegt, wenn die interessierende Reaktion stattfindet. Ein Vergleich dieses Meßwerts mit demselben Meiwert, der im Anschluß daran, d. h. während der interessierenden Reaktion, erhalten wird, liefert ein resultierendes Signal, das im wesentlichenwhich is present at the reaction site when the reaction of interest occurs. A comparison of this reading with the same meiwert that subsequently, i. H. while of the reaction of interest, provides a resultant signal that is essentially
nur ' ' dem interessierenden Reaktionsprodukt entspricht. Das resultierende Vergleichssignal ist entsprechend in nur geringfügigem Maße vom optischen Untergrund abhängig, in dessen Gegenwart das interessierende Reaktionsprodukt erzeugt wird.only '' corresponds to the reaction product of interest. The resulting comparison signal is only slightly dependent on the optical background, in the presence of which the reaction product of interest is generated.
In Fig. 8 ist eine bevorzugte Schaltung zur Durchführung der genannten Blindmessung angegeben. Ein moduliertes Stromversorgungsgerät 110 versorgt die Photometerquelle mit Wechse!spannung zur Beleuchtung der Probe 114, also beispielsweise des interessierenden Bestandteils an einer Reaktionsstelle auf dem Fasermedium, und beleuchtet einen Referenzdetektor 116. Die Lampe wird durch das Stromversorgungsgerät 110 auf einer Frequenz moduliert, die vielt von 60 Hz sowie Vielfachen bzw. Oberschwingungen davon entfernt liegt, um Störungen aus dem Netz und ähnlichen quellen dieser Frequenz auszuschließen. Ein Signaldetektor 118 spricht auf die resultierende, von dieser Stelle ausgehende Intensität an und erzeugt ein der Probe entsprechendes Meßsignal S, das einem Ratiokreis 120 zugeführt wird. Der Ratiokreis empfängt ferner das Referenzsignal R vom Detektor 116, das der Lampenintensität entspricht. Ein Synchrondemodulator 122 empfängt das resultierende Verhältnissignal, das dem Amplitudenverhältnis S/R proportional ist und von Fluktuationen oder anderen Komponenten unbeeinflußt ist, die durch unerwünschte Änderungen der Ausgangs intensität der Quelle bedingt sind.Referring to Figure 8, there is a preferred circuit for implementation specified blind measurement. A modulated power supply 110 powers the photometer source with alternating voltage for illuminating the sample 114, that is for example the constituent of interest at a reaction site on the fiber medium, and illuminates one Reference detector 116. The lamp is powered by the power supply 110 modulated at a frequency many times over 60 Hz as well as multiples or harmonics thereof away in order to exclude interference from the network and similar sources of this frequency. A signal detector 118 responds to the resulting intensity emanating from this point and generates an intensity corresponding to the sample Measurement signal S, which is fed to a ratio circuit 120. The ratio circuit also receives the reference signal R from detector 116, which corresponds to the lamp intensity. A synchronous demodulator 122 receives the resulting Ratio signal proportional to the amplitude ratio S / R and from fluctuations or other components is unaffected, which are caused by undesirable changes in the output intensity of the source.
609810/0689609810/0689
Der Demodulator, der mit dem Referenzsignal synchronisiert ist, demoduliert das wechselnde Verhältnissignal zur Abtrennung der ursprünglichen Wechselspannungsmodulation, die der Lampenbeleuchtung durch das Stromversorgungsgerät 110 aufgeprägt worden war. Der Ausgang des Demodulators ist entsprechend ein direktes Stromsignal, dss einem Eingang eines Differenz „^ Verstärkers 126 zugeführt wird. Die dargestellte Schaltung weist die modulierte Stromversorgung und den Demodulator 122 auf, um Störungen durch βΟ-Ηζ-Frequenzen zu vermeiden, und verwendet einen Ratiokreis 120 zur Ausschaltung von lampenbedingten Schwankungen. The demodulator that synchronizes with the reference signal is demodulates the changing ratio signal to separate the original AC voltage modulation, that of the lamp lighting by the power supply unit 110 had been impressed. The output of the demodulator is accordingly a direct current signal, dss is fed to an input of a differential amplifier 126 will. The circuit shown has the modulated power supply and the demodulator 122 to interference by avoiding βΟ-Ηζ frequencies, and uses a Ratio circuit 120 for the elimination of lamp-related fluctuations.
Die in Fig. 8 dargestellte Schaltung weist ferner einen einstellbaren Spannungsteiler 124 auf, der eine direkte Spannung der Größe k, die dem S/R-Wert zur Zeit t = 0 entspricht, d. h. vor der Entwicklung des interessierenden Reaktionsprodukts, an den zweiten Eingang des Differenz:. Verstärkers 126 liefert .Das Ausgangs signal des Differenzverstärkers aufgrund dieser beiden Signale ist das erwünschte Differenzsignal, das dem Wert (S/R - k) proportional ist, das schließlieh einem Ratemeter IJO zur Weiterverarbeitung zugeführt wird, die beispielsweise in einer Anzeige oder Registrierung bestehen- kann.The circuit shown in FIG. 8 also has an adjustable voltage divider 124, which supplies a direct voltage of magnitude k, which corresponds to the S / N value at time t = 0, ie before the development of the reaction product of interest, to the second input of the Difference:. Amplifier 126 delivers. The output signal of the differential amplifier based on these two signals is the desired difference signal, which is proportional to the value (S / R - k), which is finally fed to a ratemeter IJO for further processing, which consists, for example, in a display or registration. can.
Der Spannungsteiler 124 und der DifferenzverstärkerThe voltage divider 124 and the differential amplifier
wertvalue
ermöglichen die erwähnte Blinqbestimmung des hohen Untergrunds an der die Probe tragenden Stelle 114. Zu diesem Zweck wird der Spannungsteiler entweder manuell oder mit bekannten automatischen Rückstellverfahren so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 126 vor der interessierenden Messung Null beträgt. Der Spannungsteiler wird vorzugsweise so eingestellt, daß der Verstärkerausgang das Signal Null während der Inkubationszeit der interessierendenenable the aforementioned blink determination of the high ground at the sample-carrying point 114. For this purpose, the voltage divider is either manual or with known automatic reset method so that the output of the amplifier 126 before the point of interest Measurement is zero. The voltage divider is preferably set so that the amplifier output the Signal zero during the incubation period of the interest
6098 1 0/06896098 1 0/0689
Reaktion anzeigt., d. h. unmittelbar nach der Entwicklung der Reaktantenlösung ■ an der Reaktionsstelle 114, jedoch vor der Erzeugung des anzuzeigenden Bestandteils. Der so eingestellte Spannungsteiler dient zur Speicherung der Information, die dem optischen Untergrund an der Stelle entspricht und bei derselben optischen Wellenlänge wie das interessierende Reaktionsprodukt gemessen ist.Indicating reaction., D. H. immediately after development of the reactant solution ■ at reaction site 114, but prior to the creation of the component to be displayed. The so The set voltage divider is used to store the information that the optical background at the point and is measured at the same optical wavelength as the reaction product of interest.
Die in Fig. 8 angegebene Schaltung ist lediglich beispielhaft; auch andere, dem erfindungsgemäßen Prinzip entsprechende Schaltungen sind im allgemeinen Erfindungsgedanken enthalten. In Fig. 3a ist beispielsweise ein Schaltbild angegeben, das einen GIeinspannungs-Ratiokreis enthält.The circuit shown in FIG. 8 is only an example; also others, the principle according to the invention corresponding circuits are included in the general idea of the invention. In Fig. 3a, for example, is a Circuit diagram given, which has a GIeinspannungs ratio circle contains.
Aus der Beschreibung geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren typischerweise darauf beruht, daß eine flüssige Probenlösung, die das zu analysierende Material gelöst enthält, an eine ausgewählte Stelle eines faserigen Blatts gebracht wird, das als Analysengefäß dient, d. h., das Reaktionsgemisch im Meßfeld der Meßvorrichtung enthält. Verschiedene chemische Reagentien werden dabei in das faserige Reaktionsgefäß bzw. Fasermedium vor oder nach der Aufgabe der Probenlösung eingebracht. Die Probenlösung sowie die jeweiligen Reagentien werden so auf das Fasermedium aufgebracht, daß sie jeweils im wesentlichen gleiche Ortsverteilung der Konzentration bei jeder Durchführung eines gegebenen Tests oder einer gegebenen Analyse aufweisen. Bei der Durchführung einer Analyse an mehreren Proben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist also die Ortsverteilung verschiedener Proben über die verschiedenen faserigen Reaktionssteilen jeweils dieselbe, d. h. reproduzierbar. Entsprechend ist auch die Ortsverteilung derFrom the description it appears that the inventive Method typically relies on a liquid sample solution containing the material to be analyzed contains dissolved, at a selected point of a fibrous Sheet is brought, which serves as an analysis vessel, d. H., contains the reaction mixture in the measuring field of the measuring device. Various chemical reagents are thereby in the fibrous reaction vessel or fiber medium before or introduced after application of the sample solution. The sample solution as well as the respective reagents are applied to the Fiber medium applied so that they each have essentially the same local distribution of concentration in each implementation of a given test or analysis. When performing an analysis on several Samples according to the method according to the invention are therefore the local distribution of different samples over the different ones fibrous reaction parts each have the same, d. H. reproducible. The local distribution of the
bQ9B 10/0689bQ9B 10/0689
jeweiligen Reagentien bei der Untersuchung jeder Probe dieselbe. Das Fasermedium enthält die Probenlösung und die Reagentien in einer optisch dünnen Schicht. Auf diese Weise ist es möglich, die interessierenden Bestandteile durch Messung des Reaktionsgemischs mit einer elektromagnetischen Strahlung zu bestimmen, wobei eine Meßgröße erhalten wird, die im wesentlichen linear mit der Konzentration des unbekannten Bestandteils verknüpft ist.respective reagents are the same when examining each sample. The fiber medium contains the sample solution and the reagents in an optically thin layer. In this way it is possible to identify the components of interest to be determined by measuring the reaction mixture with electromagnetic radiation, a measurand which is essentially linearly related to the concentration of the unknown component.
Erfindungsgemäß wird also eine optisch dünne Präparation einer Probenlösung und chemischer Reagentien vorgesehen, die ein Reaktionsprodukt ergeben, das zum Nachweis eines Bestandteils herangezogen wird; das Produkt wird dabei aufgrund einer linearen Beziehung zwischen Meßgröße und Konzentration des entsprechenden Reaktionsprodukts bestimmt. Probe und Reagentien sind dabei für die Reaktion und die Messung auf einem faserigen Blatt aufgebracht bzw. darin enthalten. Dieselbe Stelle des Faserblatts, das die reagierenden Materialien enthält, dient zur Erzeugung eines Blindwertss als Referenzsignal für die Messung.According to the invention, an optically thin preparation of a sample solution and chemical reagents is provided which result in a reaction product for the detection of a constituent is used; the product is based on a linear relationship between measurand and Determined concentration of the corresponding reaction product. Sample and reagents are for the reaction and the measurement applied to or contained in a fibrous sheet. The same place on the fiber sheet that the contains reactive materials, is used to generate a blank value as a reference signal for the measurement.
Wie bereits erwähnt, führt eine optisch dünne Verteilung der Frobenlösung und der Reagentien im Fasermedilun dazu, daß die Transmission der Intensität der einfallenden Strahlung und der vom Detektor gemessenen austretenden Intensität an jeder Stelle des Messens der Meßvorrichtung im wesentlichen linear von der Konzentration des interessierenden Bestandteils bis zur maximalen zu meseenden Konzentration hin abhängt.As already mentioned, an optically thin distribution of the sample solution and the reagents in the fiber medium leads to the fact that the transmission of the intensity of the incident radiation and the exiting intensity measured by the detector at each point in the measurement of the measuring device essentially linearly from the concentration of the interest Component up to the maximum concentration to be measured depends.
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Das im Reaktionsgemisch unter den genannten Bedingungen erzeugte interessierende Reaktionsprodukt, das zum Nachweise eines Bestandteils herangezogen wird, wird vorzugsweise mit einem Fluorometer oder einer anderen auf Strahlungsenergie ansprechenden Vorrichtung gemessen, die linear auf die Konzentration der interessierenden Substanz anspricht.The reaction product of interest generated in the reaction mixture under the conditions mentioned, which for Evidence of an ingredient being used is preferably based on a fluorometer or another Radiant energy responsive device measured linearly to the concentration of the substance of interest appeals to.
Im einzelnen wird bei den im folgenden angegebenen Beispielen in der Reaktionsmischung erfindungsgemäß ein fluoreszierendes Reaktionsprodukt einer Konzentration gebildet, die der Konzentration der zu bestimmenden unbekannten Substanz entspricht. Bei Bestrahlung durch die Fluorometerquelle fluoresziert das zum Nachweis eines Bestandteils 'herangezogene Reaktionsprodukt in der Reaktionsmischung an jedem Punkt des Fluorometer-Meßfelds mit einer Intensität, die der Konzentration linear . proportional ist, solange die Schicht über die effektive IJeglänge durch das Fasermedium, d. h. das Papier, optisch dünn ist. Der Fluorometerdetektor spricht linear auf die Fluoreszenzstrahlung von jedem Punkt innerhalb des !"eßfelds an und erzeugt entsprechend ein elektrisches Signal, das eine lineare Funktion des Produkts aus Fluoreszenzenergie und Empfindlichkeitsprofil des Fluororaeters integriert über die Fläche der Γε-serflache im Pluorometer-Ileifeld ist. Das Empfindlich':eitsprofil des Fluorometers entspricht der Ortsverteilung des Ansprechens der Vorrichtung über ihr "eßfeld auf die Lampenfluoressenz. Das Profil ist also aus der räumlichen hzvr. örtlichen Charakteristik der Fluoror.eterlampe und des Fluorometerdetektors zusammengesetzt.In detail, in the examples given below, according to the invention, a fluorescent reaction product of a concentration which corresponds to the concentration of the unknown substance to be determined is formed in the reaction mixture. When irradiated by the fluorometer source, the reaction product used to detect a constituent fluoresces in the reaction mixture at every point of the fluorometer measuring field with an intensity that is linear with the concentration. is proportional as long as the layer is optically thin over the effective length through the fiber medium, ie the paper. The fluorometer detector responds linearly to the fluorescence radiation from every point within the measuring field and accordingly generates an electrical signal that is a linear function of the product of fluorescence energy and the sensitivity profile of the fluorometer integrated over the area of the Γε-surface in the pluorometer field Sensitive profile of the fluorometer corresponds to the local distribution of the response of the device over its measuring field to the lamp fluorine essence. The profile is therefore from the spatial hzvr. local characteristics of the fluorometer lamp and the fluorometer detector.
Das in Fig. 4 dargestellte Fluorometer besitzt ebenso wie die in Fig.β und 7 gezeigten Vorrichtungen <wie bereitsThe fluorometer shown in Fig. 4 also has like the devices shown in Fig.β and 7 <as already
Π 09810/0689Π 09810/0689
-38 . 2536888-38. 2536888
angegeben gleiche spektrale Winkel für die auffallende Energie und die gemessene Pluoreszenzenergie. Dies ist erwünscht, um der Vorrichtung ein zusammengesetztes, d. h. von Lampe und Detektor abhängiges Empfindlichkeitsprofil zu verleihen, daß - trotz einer gewissen änderung radial zur Achse - symmetrisch und um die Sichtachse des Detektors herum annähernd gleichmäßig ist, wodurch alle Punkte im Fluorometer-Meßfeld gleichmäßig gemessen werden können. Dies bedeutet, daß bei einem Fluorometer mit gleichem Einfallswinkel und Winkel für die registrierte Strahlung die gesamte optische Weglänge von der Fluoresaenzquelle der Reaktionsschicht und zum F luoromet er detektor im wesentlichen, zumindest in erster Näherung } innerhalb des Fluorometer-Meßfelds für alle Punkte gleichmäßig ist.given equal spectral angles for the incident energy and the measured fluorescence energy. This is desirable in order to give the device a composite, ie lamp and detector-dependent sensitivity profile that - despite a certain change radially to the axis - is symmetrical and approximately uniform around the viewing axis of the detector, whereby all points in the fluorometer measuring field are uniform can be measured. This means that in a fluorometer with the same angle of incidence and angle for the registered radiation, the entire optical path length from the fluorescence source of the reaction layer and the fluorometer detector is essentially, at least in a first approximation } within the fluorometer measuring field for all points uniform.
Alternativ zur Verwendung eines Fluorometers oder Absorptionsphotometers kann für die praktische Durchführung der Erfindung auch ein Oszillometer herangezogen warden das die Wechselwirkung der Bestandteile des Reaktionsgemische mit einem elektrischen Wechselfeld mißt. Das Faserblatt kann beispielsweise zwischen zwei flachen Elektroden angeordnet werden, die so einen Plattenkondensator ergeben. Die Vorrichtung wird bei einer ausgewählten Frequenz zur Messung der Kapa'zitätsänderung durch das interessierende Reaktionsprodukt geeicht.Alternatively to the use of a fluorometer or absorption photometer can be used for the practical implementation According to the invention, an oscillometer is also used to show the interaction of the constituents of the reaction mixture measures with an alternating electric field. The fiber sheet can, for example, between two flat electrodes are arranged, which result in a plate capacitor. The device will operate at a selected frequency to measure the change in capacity by the interesting Reaction product calibrated.
Das erfindungsgemäß zur Aufnahme des Reaktionsgemischs vorgesehene Fasermaterial besteht vorzugsweise aus Fasern., die gegenüber der Probenlösung und den Analysenreagentien inert sind und gegenüber den bei der Messung angewandten Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung nichtabsorbierend und durchlässig sind. Diese Forderungen sindAccording to the invention for taking up the reaction mixture The fiber material provided preferably consists of fibers are inert and non-absorbing with respect to the wavelengths of the electromagnetic radiation used in the measurement and are permeable. These demands are
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zwar nicht zwingend, erleichtern jedoch die Eichung, steigern die Meßgenauigkeit und erhöhen die Meßempfindlichkeit .although not mandatory, they make the calibration easier, increase the measuring accuracy and increase the measuring sensitivity .
Die Erfindung wurde beispielsweise mit Fasern aus Cellulosematerial wie auch mit Glasfasern erfolgreich durchgeführt.The invention has been successful with, for example, cellulosic fibers as well as glass fibers carried out.
Glasfasern sind jedoch so bruchempfindlich, daß sie beim Komprimieren mit der erwähnten, in der US-Anmeldung 243 028 beschriebenen Presse brechen. Wenn also eine derartige Presse oder eine andere entsprechende Vorrichtung angewendet wird, mit der die Fasermaterialien beansprucht werden, wird es als günstiger angesehen, wenn keine zerbrechlichen Fasern oder zumindest Faserbögen . aus einer Mischung mit weniger bruchanfälligen Fasern wie beispielsweise Cellulosefasern verwendet werden.However, glass fibers are so fragile that when compressed with the mentioned, in the US application 243 028 break the press described. So if a such a press or another corresponding device is used with which the fiber materials are stressed it is considered cheaper if there are no fragile fibers or at least fiber sheets. from a mixture with fibers that are less prone to breakage, such as for example cellulose fibers can be used.
Für kinetische Messungen weist das Faserblatt vorzugsweise eine solche Faserstruktur auf, daß alle angewandten flüssigen Reagentien innerhalb einer Zeit aufhören, sich innerhalb der Schicht auszubreiten, die kurz ist im Vergleich zu der Zeit, während der die interessierende Reaktion linear abläuft. Der Grund hierfür besteht darin, daß der lineare Teil der Reaktion in einem großen Bereich ablaufen sollte, nachdem alle Reagentien aufgehört haben, sich infolge der Kapillarwirkung der Fasern auszubreiten. Bei typischen kinetischen Messungen ist es wünschenswert, daß etwa J>/K des Linearteils der Reaktion nach der Beendigung des bedeutenden Ausbreitens ablaufen.For kinetic measurements, the fiber sheet preferably has such a fiber structure that all applied liquid reagents cease to spread within the layer within a time which is short compared to the time during which the reaction of interest takes place linearly. This is because the linear part of the reaction should take place over a large area after all reagents have stopped spreading due to the capillary action of the fibers. In typical kinetic measurements, it is desirable that about J> / K of the linear portion of the reaction occur after the significant spreading is complete.
Bezüglich der Ausbreitung fluider Materialien im Faserblatt ist es ferner erwünscht, daß sich alle MaterialienWith respect to the spread of fluid materials in the fiber sheet, it is also desirable that all materials
6 0 9 8 10/06896 0 9 8 10/0689
mit derselben Geschwindigkeit durch das Blattmaterial bev/egen. Andernfalls werden die Verteilungen der verschiedenen Reaktanten an verschiedenen Stellen des Materials bei der Reaktion und der Analyse unausgeglichen. Im Hinblick auf die sehr verschiedenen Pließeigenschaften von Materialien, die üblicherweise bei derartigen Analysen verwendet werden, kann dieses Ziel in vielen Fällen nicht im gewünschten Maße erreicht werden. Es wurde jedoch festgestellt, daß die unterschiedliche Ausbreitung verschiedener Materialien in vielen Fällen dadurch begrenzt werden kann, daß die Materialien dem Fasermedium in einer besonders ausgewählten Reihenfolge zugeführt werden.move through the sheet material at the same speed. Otherwise, the distributions of the various reactants at different points in the material imbalanced in response and analysis. In view of the very different pleating properties of Materials that are commonly used in such analyzes cannot achieve this goal in many cases can be achieved to the desired extent. However, it has been found that the different spreads are different Materials in many cases can be limited by the fact that the materials are the fiber medium in a special selected order.
Es wurde insbesondere gefunden,daß beim Aufbringen von Reagentien mit großen Molekülen mit oder ohne Trocknung vor dem Aufbringen von Reagentien mit kleineren Molekülen die Ausbreitung des zuerst aufgebrachten Reagens durch das danach aufgebrachte Reagens wesentlich vermindert ist. Diese Feststellung bedeutet, daß bei der Aufgabe einer Lösung von Bestandteilen mit kleinen Molekülen auf das Fasermedium, der die Aufgabe einer Lösung von Bestandteilen mit großen Molekülen folgt,das Material mit den größeren Molekülen dazu neigt, sich auszubreiten und das Material mit den kleineren Molekülen vor sich herzutreiben, so daß das Material mit der kleineren Molekülgröße in einem kreisförmigen Ring außerhalb des Flechengebiets maximaler Konzentration des Materials mit den großen Molekülen aufkonzentriert· wird. Derartige Verhältnisse sind unerwünscht und führen zu einer bedeutenden Verringerung der Meßempfindlichkeit gegenüber der umgekehrten Verfahrensweise, die im folgenden näher erläutert wird.In particular, it has been found that when applying Large molecule reagents with or without drying prior to application of smaller molecule reagents the spread of the reagent applied first is substantially reduced by the reagent applied thereafter. This finding means that in the task of solving components with small molecules on the Fiber medium that follows the task of solving constituents with large molecules, the material with the larger molecules tend to spread and propel the material with the smaller molecules in front of it, so that the material with the smaller molecule size in a circular ring outside of the flecken area is more maximal Concentration of the material with the large molecules concentrated will. Such conditions are undesirable and lead to a significant reduction in the measurement sensitivity compared to the reverse procedure, which is explained in more detail below.
609810/Ü689609810 / Ü689
2B368862B36886
Beispiele für zur Durchführung der Erfindung geeignete Faserblätter sind Schleiche;.·· & Schüll-Testpapiere Nr. 90.5* 903-C, 4o4, 410 und 25 sowie die Whatman-Testpapiere GF/A, GP, B und GF/C, die alle mit Erfolg verwendet wurden. In einigen Fällen haben sich sogenannte Yagoda-Ringe zur Abgrenzung des Analysenflecks als wünschenswert erwiesen. Im allgemeinen scheinen diese Ringe auf glasfaserfreien Papieren und dünneren Papieren günstiger zu sein. Insbesondere Wachs-Begrenzungsringe wurden vorteilhaft zusammen mit Schleicher & Schüll-Papieren 903-C und 410 verv/endet, während gute Ergebnisse sowie hohe Empfindlichkeit mit Schleicher 3: Schüll-Papier 4o4 ohne Begrenzungs· ringe erhalten wurden.Examples of fiber sheets suitable for practicing the invention are Schleiche; ·· & Schüll test papers No. 90.5 * 903-C, 404, 410 and 25, and Whatman test papers GF / A, GP, B and GF / C, all of which have been used with success. In some cases, so-called Yagoda rings have proven to be desirable for delimiting the analysis spot. In general, these rings appear to be cheaper on fiberglass-free papers and thinner papers. In particular, wax limiting rings were advantageously used together with Schleicher & Schüll papers 903-C and 410, while good results and high sensitivity were obtained with Schleicher 3: Schüll paper 404 without limiting rings.
Die vorstehenden Erläuterungen hinsichtlich der Reihenfolge beim Aufbringen der Reagentien gelten auchjfür die Zugabe der Probenlösung.The above explanations regarding the order in which the reagents are applied also apply to the Adding the sample solution.
Die Bezeichnung Empfindlichkeit bedeutet hier die A'nderungsgeschwindigkeit der registrierten Intensität, beispielsweise der Fluoreszenzintensität, für eine gegebene Konzentration des gemessenen Bestandteils.The term sensitivity here means the rate of change the registered intensity, for example the fluorescence intensity, for a given Concentration of the measured component.
Als erstes Beispiel für die praktische Durchführung der Erfindung dient die Bestimmung der Glucosekonzentration im Blutserum^ die Analyse beruht auf der bekannten Hexokinase-Reaktion The determination of the glucose concentration serves as a first example for the practical implementation of the invention in blood serum ^ the analysis is based on the well-known hexokinase reaction
HK
Glucose + ATP ■ } G-6-P + ADPHK
Glucose + ATP ■ } G-6-P + ADP
G6PDH
G-6-P + IHDP >
6 PG + NADPH + H+ G6PDH
G-6-P + IHDP> 6 PG + NADPH + H +
öü9810/0689öü9810 / 0689
- 42 - 253B886- 42 - 253B886
deren übliche Durchführung beispielsweise in der von Boehringer Mannheim Corp. heraus Gegebenen Broschüre "Diagnostische Testkombinationen, Arbeitsanleitung" beschrieben ist.their usual implementation, for example, in the Boehringer Mannheim Corp. published brochure "Diagnostic test combinations, instructions for use" is described.
Bei einer einfachsten Durchführungsweise wurde eine alle erforderlichen Reagentien enthaltende Lösung durch Auflösen einer "Smith Kline Eskalab Glucose-Tablette in 0,5 ml destilliertem Wasser erhalten. 10A des zu analysierenden Probeserums wurden in geeigneter Verdünnung auf ein trockenes Faserblatt wie beispielsweise Schleicher Sz Schall Nr. 903-C aufgebracht. Die Probe wurde kontinuierlich (besser als tropfenweise) im Zentrum der Ree'ctionsstelle mit einer Pipette aufgebracht. Anschließend wurden ohne Trocknung an derselben Stelle 10{ der verdünnten ''Eslcalab"-Lösung in der gleichen kontinuierlichen V/eise aufgebracht. Djb Reihenfolge dieser Zugabe ist von Wichtigkeit - da die beobachtete Anfangsgeschwindigkeit der Reaktion im obigen Fall dreimal größer ist als beim Zusatz der Lösung vor dem Aufbringen des Serums.In a simplest implementation, an all necessary reagents containing solution was obtained by dissolving a "Smith Kline Eskalab glucose tablet in 0.5 ml of distilled water. 10A of the sample to be analyzed serum was appropriately diluted to a dry sheet of fibers such as Schleicher Sz sound No. 903-C applied. the sample was continuously applied (better than dropwise) in the center of Ree'ctionsstelle with a pipette. then, 10 of the diluted { '' Eslcalab "solution were else applied in the same continuous V / drying without at the same location . The order of this addition is important - since the observed initial rate of the reaction in the above case is three times greater than when the solution was added before the serum was applied.
Die Reaktionsstelle wird anschließend mit einem Fluorometer wie beispielsweise dem Fluororneter 30 in Fig. 5 gemessen das die Reaktionsstelle mit einer Wellenlänge von j5^0 nm bestrahlt, wobei die Fluoreszenz mit einem Detektor gemessen wird, der auf die Ellenlange von 400 nm des Maximums der NRD PH-Emission anspricht. Das Fluor ornet er-A usgangssignal wird während des linearen Teils des Reaktionsverlaufs gemessen. Dabei wird vorzugsweise die Geschwindigkeit der NADPH-Erzeugung gemessen, was günstiger ist als die Bestimmung der erzeugten Gesamtmenge an NADPH, um eine leichte Trennung der gemessenen Fluoreszenz des NKDPK von der Untergrund-Fluoreszenzstrahlung anderer Materialien an der Teststelle sowie vom Faserblatt selbstThe reaction site is then checked with a fluorometer such as the fluorometer 30 in FIG. 5 measured that the reaction site with a wavelength irradiated from j5 ^ 0 nm, the fluorescence with a Detector is measured, which is to the length of 400 nm of the maximum of the NRD PH emission. The fluorine ornet er-A output signal is generated during the linear part of the reaction process measured. The speed of NADPH generation is preferably measured, which is cheaper than the determination of the total amount of NADPH produced, in order to achieve an easy separation of the measured fluorescence of the NKDPK from the background fluorescent radiation of others Materials at the test site as well as from the fiber sheet itself
6098 10/0689 6098 10/0689
su ermöglichen. Die letztere Strahlung ist im wesentlichen ze it unabhängig, während die K^DPH -Fluoreszenz mit der Zunahme des erzeugten MDPH ansteigt. Es ist ferner darauf zu achten, daß ein Kompressionskontakt des Fluorometer-Endfensters mit dem Pasermaterial und dem Reaktionsgemisch vermieden wurde, um Veränderungen zu verhindern, die sich sonst in der gemessenen Fluoreszenz gezeigt hätten.su enable. The latter radiation is essentially time independently, while the K ^ DPH fluorescence with the Increase in MDPH produced increases. It is further on Ensure that there is a compression contact of the fluorometer end window with the fiber material and the reaction mixture was avoided in order to prevent changes that would otherwise have shown in the measured fluorescence.
In Fig. 9a ist die Zeitabhängigkeit des gemessenen Fluoreszenzsignals über der Untergrundfluoreszenz von 903-C-Papier nach dem Aufbringen der Reagenslösung dargestellt. Als Proben wurden dabei verschiedene Standard-Reagenslösungen von Glucose verwendet. Jiie Lösungen wurden durch Verdünnen einer A us gangs lösung von 150 mg/dl hergestellt, die 1:50 mit entionisiertem Wasser zu Proben mit Konzentrationen von 5 mg/dl, 2,5 mg/dl und 1,25 mg/dl verdünnt wurden, wie aus der Fig. 9a hervorgeht. Die Empfindlichkeit der resultierenden Messungen ist ausreichend groß, so daß Humansera, die im normalen Bereich von 65-IIO mg/dl liegen, eine Verdünnung von 1:30 erfordern, um in das Arbeitsgebiet dieser Nachweismethode zu fallen.FIG. 9a shows the time dependency of the measured fluorescence signal over the background fluorescence of 903-C paper after application of the reagent solution. Various standard reagent solutions of glucose were used as samples. These solutions were prepared by diluting a starting solution of 150 mg / dl, which were diluted 1:50 with deionized water to give samples with concentrations of 5 mg / dl, 2.5 mg / dl and 1.25 mg / dl, as can be seen from FIG. 9 a . The sensitivity of the resulting measurements is sufficiently high that human sera which are in the normal range of 65-10 mg / dl require a dilution of 1:30 in order to fall within the scope of this detection method.
Aus den Kurven geht hervor, daß die Fluoreszenz über einen etwa linearen Teil sohneil ansteigt, der bei etwa 45 Sekunden endet. Die Ahfangssteigungen sind da.bei der Konzentration proportional. Der beobachtete Anstieg für Wasser als Probe, d. h. mit einer Konzentration von 0 mg/dl, zeigt eine signifikante Änderung in der ersten Minute, die von der Änderung der optischen Verbindung zwischen der Gegenplatte, dem Fasermedium und dem Fluorometerfenster herrührt.From the curves it can be seen that the fluorescence increases over an approximately linear part sohneil that at ends about 45 seconds. The initial slopes are there proportional to the concentration. The observed increase for water as a sample, i.e. H. with a concentration of 0 mg / dl, shows a significant change in the first minute from the change in the optical connection between the counterplate, the fiber medium and the fluorometer window.
Bei den vier in Fig. 9a gezeigten Konzentrationswerten wurden I7 Versuche durchgeführt. Die beobachteten Anfangs Steigungen ergaben eine lineare Konzentrationsabhängigkeit mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,962. Vier derAt the four concentration values shown in Fig. 9a 17 experiments were carried out. The observed initial slopes showed a linear concentration dependence with a correlation coefficient of 0.962. Four of the
Ö09Ö10/U689Ö09Ö10 / U689
25368882536888
Messungen wurden bei 5 mg/dl durchgeführt und ergaben eine Standardabweichung von 0,5 mg/dl. Die Standardabweichung der Untergrundfluoreszenz des trockenen Papiers vor dem Aufbringen der Probe und der Reagentien betrug nach der Umwandlung in klinische Einheiten über die angepaßte lineare Regression vergleichsweise 1,0 mg/dl oder etwa das Doppelte des für kinetische Messungen beobachteten Wertes.Measurements were taken at 5 mg / dl and found a standard deviation of 0.5 mg / dl. The standard deviation of the background fluorescence of the dry Paper before application of the sample and reagents was over after conversion into clinical units the fitted linear regression compares to 1.0 mg / dl or about twice that for kinetic measurements observed value.
Das Reagenssystem von Beispiel I wurde zur Zurückdrängung der differentiellen Ausbreitung und des oben erwähnten Auswaschens auf ein Minimum umformuliert, um den Linearteil zu optimieren, d. h. so groß wie möglich zu machen. Die Herstellung geschah unter Verwendung der nachstehenden Ausgangsbestandteile in entlionisiertem Wasser nach folgender Formulierung:The reagent system of Example I was designed to suppress differential spreading and the above mentioned washout reformulated to a minimum optimize the linear part, d. H. to make it as big as possible. The production was done using the the following starting ingredients in deionized water according to the following formulation:
Bestandteilcomponent
Konzentration
(Menge/ml) concentration
(Amount / ml)
Handelsbezeichnung Trade name
Puffer pH 7,5Buffer pH 7.5
Tris(hydroxymethyl)-Tris (hydroxymethyl) -
a minome tha n-hy dr ο ch 1 or id Bernsteinsäure Magnesiumchlorida minome tha n-hy dr ο ch 1 or id succinic acid Magnesium chloride
Gluc öse-6-phosphatdehydrogenase (G-6-EDH)Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G-6-EDH)
0,j8 mmol
0,12 mmol
0,16 mmol0.18 mmol
0.12 mmol
0.16 mmol
Sigma Trizma T4003 JT Baker ^r 0^46 Sigma M-0250Sigma Trizma T4003 JT Baker ^ r 0 ^ 46 Sigma M-0250
20 IU (Inter- Sigma Bakers Yeast, national Units) sulfatfreier20 IU (Inter-Sigma Bakers Yeast, national Units) sulfate-free
Typ XU
HR. G6378Type XU
MR. G6378
609810/0683609810/0683
Bestandteilcomponent
Konzentration (Menge/ml) Concentration (amount / ml)
Handelsbezeichnung Trade name
HexokinaseHexokinase
Adenosin-triphosphat (ATP)Adenosine triphosphate (ATP)
Nicotinamid-adenindinucleotidphosphat (MVDF)Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (MVDF)
25 IU (International Units)25 IU (International Units)
0,02 mmol0.02 mmol
Signa Bakers Yeast sulfatfreier Typ
F -300
Mr. H-4502Signa Bakers Yeast sulfate-free type F -300
Mr. H-4502
PL Biochemicals Nr. 900PL Biochemicals No. 900
Zur Herstellung der Reaktionsstellen wurden 20 Ml dieser Reagenslösunfj auf trockenes, ungebundenes Papier von Typ 902-C aufgebracht und das Papier anschließend in einem Vakuum exsikka'tor getrö"ok^ie Reagenslösung und die getrockneten Streifen sind im gefrorenen Zustand mindestens einen Monat stabil.To prepare the reaction sites, 20 ml of this reagent solution were applied to dry, unbound paper of type 902-C and the paper was then desiccated in a vacuum. The reagent solution and the dried strips were stable for at least one month in the frozen state.
Zur Durchführung der Messung vrird eine unbenutzte Reaktionsstelle bei Raumtemperatur über das Fenster des Fluororneters aus Fig. 6 gelegt, worauf 20 /Ul der Lösnng wie oben in der Mitte der behandelten Zone aufgebracht werden. Eine Schicht eines "Saran"-Films oder eines anderen dünnen, optisch transparenten Plastikfilms kann zu beiden Seiten des Papiers aufgebracht werden, um einen direkten Kontakt der Flüssigkeit mit dem Fluorometerfenster und der GegenplatteAn unused reaction site is used to carry out the measurement placed at room temperature over the window of the fluorometer from Fig. 6, whereupon 20 / U1 of the solution as above be applied in the center of the treated area. A layer of "saran" film or some other thin, optically transparent plastic film can be used on both sides of the paper to allow direct contact of the liquid with the fluorometer window and the counterplate
zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein Mitschleppen von Probenmaterial aus einem Versuch zum nächsten vermieden, die optische Messung jedoch nicht beeinflußt. Der Film hält ferner die Feuchtigkeit an Aev Reaktionsstelle konstant, da eine Verdampfung verhindert wird. Die resultierenden kinetischen Kurven sind in Fig. 9b für drei Konzentrationen sowie reines Wasser dargestellt. Ik: Gebietto avoid. In this way, the entrainment of sample material from one test to the next is avoided, but the optical measurement is not influenced. The film also keeps the humidity constant at the A ev reaction site because evaporation is prevented. The resulting kinetic curves are shown in FIG. 9b for three concentrations as well as pure water. Ik: area
Ö09810/Q689Ö09810 / Q689
von 1-2 min sind die Kurven praktisch linear und zumindest bis 3 min auswertbar. Die Meßergebnisse mit reinem Wasser als Probe zeigen ahnliches Verhalten wie in Beispiel Ia, die Messung kann jedoch nunmehr nach der Stabilisierung der physikalischen Situation bei einer Minute durchgeführt werden.from 1-2 min the curves are practically linear and can be evaluated for at least 3 min. The measurement results with pure Water as a sample show a behavior similar to that in Example Ia, but the measurement can now be carried out according to the Stabilization of the physical situation can be carried out at one minute.
Ein etwas abweichendes Ergebnis wird durch Vorbehandlung des Papiers vom Typ 903-C mit einem P>olymer|iohen Molekulargewichts erhalten, das zur möglichst weitgehenden Zurückdrängung der Absorption aer Lösung in die Papierfasern selbst dient. Papierstreifen von 2,5 cm Breite und 20 cm Länge werden beispielsweise in einer wäßrigen Lösung von 6 mg/nl Polyox-Harz eingeweicht; dieses Produkt ist ein kristallines hochmolekulares Polyäthylenoxid vom Molekulargewicht 6000.000 (grade WSR-205, Hersteller Union Carbide Corp.).A slightly different result is achieved by pretreatment of 903-C type paper with a low polymer molecular weight obtained to suppress the absorption of the solution in the paper fibers as much as possible himself serves. Paper strips 2.5 cm wide and For example, a length of 20 cm is soaked in an aqueous solution of 6 mg / nl polyox resin; this product is a crystalline, high molecular weight polyethylene oxide with a molecular weight of 6000,000 (grade WSR-205, manufacturer Union Carbide Corp.).
Nach Angaben der Herstellerfirma ist dieses Harz bzw. seine Herstellung in folgenden US-PS beschrieben:According to the manufacturer, this is resin or its production is described in the following US-PS:
2,866,761, 2 897, 178, 2 991 229, 3 030, 315, 3 062,755, 3 085, 071, 3 214 387 und 3 274 129.2,866,761, 2,897, 178, 2,991,229, 3 030, 315, 3,062,755, 3,085, 071, 3,214,387 and 3,274,129.
Die getränkten Streifen werden anschließend in einem Vakuumexsikkator getrocknet. Das trockene Polyox-Papier ist etwas dicker als uribehandeltes Papier vom Typ 903-C und v/eist eine Dicke von 0,48 mm (0,019 inch) gegenüber 0,43 mm (0,017 inch) auf.The soaked strips are then dried in a vacuum desiccator. The dry polyox paper is slightly thicker than uri-treated 903-C paper and v / e is 0.48 mm (0.019 inch) versus 0.43 mm (0.017 inch) thick.
Das behandelte Papier zeigt signifikant reduzierte Ausbreitung von darauf aufgebrachten Flüssigkeiten, was als wünschenswert angesehen wird. Als Begründung für dieses vorteilhafte Verhalten wird angenommen, daß die behandeltenThe treated paper shows significantly reduced spread of liquids applied to it, what is called is considered desirable. As a reason for this advantageous behavior, it is assumed that the treated
1Q/üG8a1Q / üG8a
Pasern keine Flüssigkeit absorbieren und nach außerhalb gelangen lassen. Wenn 10, 15 und 20 /ul Flüssigkeit an verschiedenen Stellen aufgebracht werden·, betragen die Durchmesser der resultierenden durchscheinenden Flecken (Spots) 9,5 mm, 11,43 mm bzw. 12,07 mm (0,375» 0,450 bzw. 0,475 iJich) für unbehandeltes Papier, jedoch lediglich 8,26 mm, 9,5 mm bzw. 10,16 mm (0,325, 0,375 bzw. 0,400 Inch) für das behandelte Papier.Pasern does not absorb liquid and move outside let get. When 10, 15 and 20 / μl of fluid are on applied to different spots · are the diameters of the resulting translucent spots (Spots) 9.5 mm, 11.43 mm and 12.07 mm (0.375 »0.450 or 0.475 iJich) for untreated paper, but only 8.26 mm, 9.5 mm and 10.16 mm (0.325, 0.375 and 0.400 inches) for the treated paper.
Das Polymerharz verringert entsprechend die kapillare Ausbreitung der fluiden Substanz.Darüber hinaus scheint die Flüssigkeitsaufnahmekapazität einer gestanzten Scheibe aus behandeltem Papier etwa 10-15 % höher zu liegen als bei unftehandeltem Papier. Eine Scheibe von 9,5 mm (0,375 inch) Durchmesser aus urJbehandeltem Papier enthält etwa 38-40 /Ul Flüssigkeit ohne überquellen, während behandeltes Papier' 42-45 /Λ enthält.The polymer resin reduces the capillary expansion of the fluid substance accordingly. In addition, the liquid absorption capacity of a punched disc made of treated paper seems to be around 10-15% higher than that of untreated paper. A 9.5 mm (0.375 inch) diameter disk of treated paper contains about 38-40 µl of liquid without overflow, while treated paper contains 42-45 µl.
Die Reaktionsstellen auf dem polyo^ehandelten Papier 903-C v/erden vrie in Beispiel Ib hergestellt. Da das Papier jedoch mehr Flüssigkeit enthält, werden 30 /Ul des optimierten Reagens auf den entsprechenden Stellen aufgebracht und anschließend vakuumgetrocknet.The reaction sites on the polyotraded paper 903-C v / ground as produced in Example Ib. However, as the paper contains more liquid, 30 / Ul des optimized reagent applied to the appropriate areas and then vacuum-dried.
Die Reaktion wird anschließend wiederum im Flurometer der Fig. 6 vorgenommen, wobei der trockene Fleck über dem optischen Fenster zentriert wird und wiederum ein dünner Plastikfilm zur Verhinderung des Überlaufens sowie der Verdampfung verwendet wird; es werden wie vorher 20 /Ul Glueöselösung aufgebracht.The reaction is then carried out again in the fluorometer of FIG. 6, with the dry stain over the optical window is centered and again a thin plastic film to prevent overflow as well as the Evaporation is used; as before it will be 20 / ul Glue solution applied.
Die einzelnen Ergebnisse sind den in Fig. 9b dargestellten Resultaten sehr ähnlich mit dem Unterschied, daß die Zeitskala verdoppelt ist, d. h. bis zu 6 Minuten. Die Kurve für V/asser wird bei 2 Minuten flach, und der Anstieg .der oberen Kurven ist gegenüber Fig. 9t> etwa doppelt, woraus die etwa doppelte chemische Empfindlich-The individual results are very similar to the results shown in FIG. 9b, with the difference that the time scale is doubled, d. H. up to 6 minutes. The curve for V / water flattens out at 2 minutes, and the rise The upper curve is compared to FIG. 9t> approximately twice, from which the approximately double chemical sensitivity
B0SÖ10/U689B0SÖ10 / U689
keit hervorgeht. Die beobachtete Steigung bei Wasser in den ersten 2 Minuten resultierte aus einem Beschlagen des Saran-rPilms (oder der Gegenplatte selbst, x^enn kein Saran-Film verwendet wurde), wodurch die optische Verbindung mit der Gegenplatte unterbrochen wurde. Das Beschlagen war durch eine Temperaturdifferenz von etwa 5 0C zwischen der Gegenplatte und dem Fenster bei der Messung hervorgerufen. Die Steigung der Blindmessung war stark verringert, wenn die Gegenplatte auf eine näher bei der Temperatur des Fensters liegende Temperatur erwärmt wurde. Die Standardkurve ist bis etwa 6o mg/dl (Verdünnung 1:50) „linear, so daß Patientensera um den Faktor 50-100 verdünnt werden müssen, damit der normale Bereich von 65-100 mg/dl im linearen Meßbereich liegt.is evident. The observed increase in water in the first 2 minutes resulted from fogging of the saran film (or the counterplate itself, if no saran film was used), as a result of which the optical connection with the counterplate was interrupted. The fogging was caused by a temperature difference of about 5 ° C. between the counterplate and the window during the measurement. The slope of the blank measurement was greatly reduced when the counterplate was heated to a temperature closer to the temperature of the window. The standard curve is linear up to about 60 mg / dl (dilution 1:50), so that patient sera must be diluted by a factor of 50-100 so that the normal range of 65-100 mg / dl is in the linear measuring range.
Es ist ferner hervorzuheben, daß derartige Messungen eine Menge von 0,2-0,4 /Ul des Original-Patientenserums erfordern, wobei das Endergebnis in 2-4 Min erhalten wird.It should also be emphasized that such measurements show an amount of 0.2-0.4 / ul of the original patient serum require, with the end result being obtained in 2-4 min.
Wenn das Volumen der Glucoselösung, die dem trockenen Feagensfleck zugesetzt wird, von 15-30 /Ul variiert wird, wird festgestellt, daß die gemessenen Geschwindigkeiten im Linearteil der Kurven gegenüber einem Erwartungswert von 2 lediglich um einen Faktor von etwa 1,5 variieren. (Es wird angenommen,daß diese Änderung der Steigung weiter verringert werden kann , wenn der Blindwert mit reinem Wasser durch geeignete Temperaturkontrolle verringert wird). Diese Abnahme der Empfindlichkeit gegenüber dem Flüssigkeitsvolumen erleichtert die praktische Durchführung der Erfindung mitjgenauen Ergebnissen auch ohne entsprechende Genauigkeit beim Aufbringen bzw. Verteilen der Reaktantenlösungen. .When the volume of glucose solution that is dry Feagensfleck is added, varied from 15-30 / ul it is found that the measured speeds in the linear part of the curves compared to an expected value vary from 2 by a factor of only about 1.5. (It is believed that this change in the Slope can be further reduced if the blank value is mixed with pure water by means of suitable temperature control is reduced). This decrease in sensitivity versus volume of liquid also facilitates the practice of the invention with accurate results without corresponding accuracy when applying or distributing the reactant solutions. .
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Polyoxbehandeltes Papier und das optimierte Reagens können in Verbindung mit einer Presse verwendet werden, die nach der erwähnten US-Anmeldung 243 028 aufgebaut ist; auf diese V/eise läßt sich Glucose in Gesamtblut-Proben bestimmen, die auf Papier vom Typ 90J-C aufgebracht wurden. Hierzu werden die Reaktionsstellen durch Erzeugung von Vertiefungen im behandelten Papier hergestellt, indem die Presse auf das Papier geUiappt wird. Ein Ring von etwa 1 mm Tiefe und 1 cm Durchmesser wird dabei sehr stark komprimiert, wobei das Zentrum lediglich mäßiger Kompression ausgesetzt wird. 11 /Ul des optimierten Glucosereägens werden anschließend in das Zentrum dieser Vertiefung gegeben und vakuumgetrocknet. Dieses Reagensvolumen füllt das Zentrum der Vertiefung gerade aus und dringt nicht in den hochkomprimierten Ring ein.Polyox treated paper and the optimized reagent can be used in conjunction with a press constructed in accordance with the aforementioned U.S. application 243,028 is; in this way glucose can be determined in whole blood samples which have been applied to 90J-C paper became. For this purpose, the reaction points are created by creating depressions in the treated paper, by folding the press onto the paper. A ring about 1 mm deep and 1 cm in diameter is made very strongly compressed in the process, with the center only being subjected to moderate compression. 11 / ul of the optimized Glucose saws are then placed in the center added to this well and vacuum dried. This volume of reagent fills the center of the well straight out and does not penetrate the highly compressed ring.
Zur Durchführung der Messung wird eine das Reagens enthaltende Vertiefung im trockenen Papier unter der Presse zentriert und zunächst mit einer Ultrafilfcrationmembran und anschließend mit dem den getrockneten Blutfleck enthaltenden Papierbogen bedeckt. Der Blutfleck wird anschließend mit 20 /Ul Salzlösung oder einer'"wäßrigen Lösrmg eines grenzflächenaktiven Mittels wie "Brij" wiederaufbereitet und die Presse 20-40 Sekunden geschlossen.To carry out the measurement, a depression containing the reagent is placed in the dry paper under the press centered and initially with an ultrafiltration membrane and then covered with the sheet of paper containing the dried blood stain. The blood stain will subsequently with 20 μl saline solution or an aqueous solution of a surfactant such as "Brij" and the press closed for 20-40 seconds.
Während dieser Zeit dringt ein kleines Volumen-Ultrafiltrat, das 1-10 <fo der im Blutfleck enthaltenen Glucose enthält, durch die Membran hindurch in die Vertiefung ein. Das Volumen der Flüssigkeit ist ausreichend klein, daß die molekularen Beweglichkeiten gering sind und die Reaktion, wenn überhaupt, nur langsam abläuft. Wenn die Presse geöffnet wird und die aufgelegten Blätter entferntDuring this time, a small volume of ultrafiltrate, which contains 1-10 <fo of the glucose contained in the blood stain, penetrates through the membrane into the well. The volume of the liquid is sufficiently small that the molecular mobilities are low and the reaction takes place slowly, if at all. When the press is opened and the sheets are removed
ÜÜ9Ü 10/0689ÜÜ9Ü 10/0689
werden, trocknet der Fleck. Die Reaktionsstelle wird anschließend über das Fenster des Fluorometers, das beispielsweise wie in Fig. 6 aufgebaut ist, gegeben, wobei 15 /Ul Wasser zur Rekonstitution des trockenen Flecks und Initinierung der Reaktion zugegeben werden. Dieses Volumen ist wiederum so ausgewählt, daß die Flüssigkeit nicht in den hochkomprimierten Ringraum . eintritt. ,the stain dries. The reaction site will then given via the window of the fluorometer, which is constructed, for example, as in Fig. 6, taking 15 / ul water to reconstitute the dry Flecks and initiation of the reaction are added. This volume is in turn selected so that the Liquid not in the highly compressed annulus. entry. ,
Der von der Presse ausgeübte innere Druck und die Zeit, während der sie geschlossen bleibt, werden so eingestellt, daß die übertragene Glucosekonzentration im Ablaufbereich der Reaktion liegt.The internal pressure exerted by the press and the time it remains closed become like this adjusted that the transferred glucose concentration lies in the process area of the reaction.
Zur weiteren Untersuchung der optischen Phänomene, die im Fasermedium stattfinden, wurden gleichzeitige Messungen der W-Transmission und Fluoreszenz in Reflexion vorgenommen, wobei das genannte polyoxbehandelte Papier sowie optimiertes Glucosereagens eingesetzt wurden. Dabei wurden zwei optische Aufsätze in der in Fig. 7 gezeigten Anordnung mit Lampe und Referenzdetektor in der oberen Einheit (d. h. in den Durchgängen lo8a bzw. l03b) verwendet, um das einfallende Licht von JhQ nm zu erzeugen und zu messen. Der Detektor in der unteren Einheit (d. h. im Durchgang 96b) wurde hinter einem 340-nm-Filter angeordnet, während der obere Detektor hinter einem nichtfluoreszierenden Filtersatz angebracht war, dessen Zentrum bei 46o nm lag. Zur Erleichterung der Messung wurden Scheibchen von 9*5 mm (5/8 inch) Durchmesser aus polyoxbehandeltem Papier mit 11 ,ul der Reagenslösung benetzt und vakuumgetrocknet. Die Scheibchen wurden in eine VertiefungTo further investigate the optical phenomena that take place in the fiber medium, simultaneous measurements of UV transmission and fluorescence in reflection were carried out, using the aforementioned polyox-treated paper and optimized glucose reagent. Two optical attachments in the arrangement shown in FIG. 7 with lamp and reference detector in the upper unit (ie in passages lo8a and l03b) were used to generate and measure the incident light of 1/8 nm. The detector in the lower unit (ie in passage 96b) was placed behind a 340 nm filter, while the upper detector was placed behind a non-fluorescent filter set centered at 46o nm. To facilitate the measurement, disks of 9 * 5 mm (5/8 inch) diameter made of polyox-treated paper were wetted with 11 μl of the reagent solution and vacuum dried. The slices were in a recess
60 98 10/068960 98 10/0689
2B368862B36886
von 9,5 mm (J./8 inch) Durchmesser in einer 0,33 mm (0.015 Inch) dicken rostfreien Stahlscheibe (vgl. Träger blatt 102 in Fig. 7) eingebracht, das gegen das Fenster (104) der oberen Vorrichtung durch die Gummidichtung (100) der unteren Vorrichtung gedrückt wurde. Der Abstand war so, daß das zu analysierende Papierscheibchen in Kontakt mit dem oberen Fenster stand und sich nach unten durch die Scheibe hindurch ausdehnte, jedoch das untere Fenster (48) nicht berührte. Der ausgesparte Raum (106) wurde mit der Dichtung verschlossen, so daß das Volumen, in dem die Flüssigkeit verdampfen konnte,-begrenzt war. Dieser luftdichte Verschluß diente gleichzeitig als Temperaturpuffer gegenüber dem kälteren unteren Fenster.9.5 mm (J./8 inch) diameter in a 0.33 mm (0.015 inch) thick stainless steel disk (see backing sheet 102 in Fig. 7) that is placed against the Window (104) of the upper device through the rubber seal (100) of the lower device was pressed. The distance was such that the piece of paper to be analyzed was in contact with the upper window and extended down through the pane, however, the lower window (48) did not touch. The left out Space (106) was closed with the seal, so that the volume in which the liquid evaporate could, was limited. This airtight seal also served as a temperature buffer against the colder one lower window.
Zur Durchführung der Analyse wurden 25 /Ul verdünnter handelsüblicher Serumstandard (Ortho Diagnostics Instruments low AcuChem calibration fluid, lot Nr. T) mit einer Glycosekonzentration von 50 mg/dl jeweils auf mehrere verschiedene Scheibchen aufgegeben und die entsprechenden Kurven aufgenommen. Insgesamt wurden 24 verschiedene Messungen bei 6 verschiedenen Verdünnungen vorgenommen. 8 von ihnen wurden bei einer Verdünnung von 1:20 durchgeführt, 5 davon enthielten Wasser als Probe. Die Versuchsergebnisse sind in Fig. 10 dargestellt, zusammen mit einer Schreiberaufzeichnung des trockenen bzw. feuchten Papiers zum Vergleich chemisch induzierter Änderungen der nativen Fluoreszenz und bei niedrigerer Transmission des Papiers.To carry out the analysis, 25 / ul were diluted Commercially available serum standard (Ortho Diagnostics Instruments low AcuChem calibration fluid, lot no. T) with a Glycose concentration of 50 mg / dl applied to several different discs and the corresponding Curves recorded. There were a total of 24 different Measurements made at 6 different dilutions. 8 of them were done at a 1:20 dilution, 5 of them contained water as a sample. The test results are shown in Fig. 10 together with a recorder of the dry or wet Paper to compare chemically induced changes in native fluorescence and with lower transmission of the Paper.
Mit den bei jeder Bestimmung erhaltenen gemittelten Steigungen in Abhängigkeit von der Verdünnung wurde eineWith the mean slopes obtained in each determination as a function of the dilution, a
609Ö10/U689609Ö10 / U689
lineare Regressionsanalyse durchgeführt. Aus den Ergebnissen geht hervor, daß die Auswertung " von Wasser bis zu einer Verdünnung von 1:10 linear ist. Der Korrelationskoeffizient beträgt für die Fluoreszenzmessung 0,998 und für die Absorptionsmessung 0,995. Die 8 Ergebnisse bei der Verdünnung von 1:20 liefern eine Standardabweichung der beobachten Geschwindigkeit entsprechend 2,4 mg/dl oder 4,9 % der 50 ml/dl, die in der ursprünglichen Flüssigkeit enthalten waren. Die Transmissionsmessungen waren fast ebenso genau und zeigten eine Standardabweichung (in klinischen Einheiten) von 5*5 mg/dl oder 11 % der in der Originallösung enthaltenen 50 mg/dl.linear regression analysis performed. The results show that the evaluation "of water up to a dilution of 1:10 is linear. The correlation coefficient is 0.998 for the fluorescence measurement and 0.995 for the absorption measurement. The 8 results for the 1:20 dilution provide a standard deviation of the observe speed corresponding to 2.4 mg / dl or 4.9 % of the 50 ml / dl contained in the original fluid. The transmission measurements were almost as accurate and showed a standard deviation (in clinical units) of 5 * 5 mg / dl or 11 % of the 50 mg / dl contained in the original solution.
Aus den Ergebnissen geht hervor, daß unter der Voraussetzung, daß die Fluktuationen.- in der Schwächung des Fasermediums von Fleck zu Fleck eliminiert sind, Transmissionsmessungen ebensogut wie Fluoreszenzmessungen durchgeführt werden können. Diese Fluktuationen zeigen sich in den Unterschieden zwischen den Ausgangs-Fluoreszenzen bei t=0. Die Standardabweichung der 8 Anfangswerte der mit 1:20-Verdünnung erhaltenen Daten beträgt 17,9 mg/dl nach Umwandlung in klinische Einheiten. Der entsprechende Wert für die 5 Wasserproben beträgt 16,8 mg/dl. Die Fluktuationen am Anfangspunkt übersteigen also die durch die chemische Reaktion in einer Minute hervorgerufene Veränderung bei weitem.. Diese Anfangs-Fluktuaktionen sind typisch, wie aus dem rechten Drittel der Fig.10 hervor-.geht, in der die beobachten Fluoreszenz- und Transmissionssignale dargestellt sind, wobei ein mit Saran-Folie umhüllter Papierstreifen von 2,5 χ 20 cm (1 χ 8 Inch) durch den Zwischenraum zwischen dem oberen und unteren Fenster der Vorrichtung, 98 und 104 in Fig. 7, hindurchgezogen wurde und das Trägerblatt 102 entfernt war. Der 50 % feuchteThe results show that, provided that the fluctuations in the weakening of the fiber medium are eliminated from spot to spot, transmission measurements can be carried out just as well as fluorescence measurements. These fluctuations show up in the differences between the starting fluorescences at t = 0. The standard deviation of the 8 initial values of the data obtained with the 1:20 dilution is 17.9 mg / dl after conversion into clinical units. The corresponding value for the 5 water samples is 16.8 mg / dl. The fluctuations at the starting point thus far exceed the change caused by the chemical reaction in one minute. These initial fluctuations are typical, as can be seen in the right third of FIG. 10, in which the observed fluorescence and transmission signals are shown with a saran-wrapped strip of paper 2.5 20 cm (1 8 inches) being pulled through the space between the upper and lower windows of the device, 98 and 104 in Figure 7, and the carrier sheet 102 removed was. The 50 % moist
öO 98 1 0/06-8ÖO 98 1 0 / 06-8
Streifen wurde durch völliges Eintauchen eines Streifens in V/asser und anschließendes Zusammenbringen mit einem trockenen Streifen hergestellt, vrobei der Lösung Gelegenheit gegeben wurde, sich gleichmäßig zwischen beiden Streifen auszubreiten. Es ist ferner festzustellen,daß das obere Gehäuse 108 der Vorrichtung von Fig. 7 zur Erleichterung des Zugangs in Licht der klappbaren Anbringung der Gegenplatte 82 von Fig. 6 klappbar montiert war. Zwischen dem Gehäuse loS und dem Unterteil der Vorrichtung besteht jedoch vorzugsweise ein kleiner Spalt, so daß das Gehäuse nicht völlig dicht schließt, wie aus Fig. 7' hervorgeht.Strip was made by fully immersing a strip prepared in water and then brought together with a dry strip, if possible was given to spread evenly between the two strips. It should also be noted that the upper housing 108 of the device of FIG. 7 for ease of access in light of the hinged attachment the counter plate 82 of Fig. 6 was hingedly mounted. Between the housing loS and the lower part however, there is preferably a small gap in the device so that the housing does not close completely tightly, as can be seen from Fig. 7 '.
Frisches Gesa-ntblut wurde auf die Konzentration von Galactose unter Verwendung zuvor hergestellter Reagens stellen auf Papier des Typs 9OJ5-C untersucht, das mit einer Lösung von 6 mg/ml Polyox wie oben behandelt war.Fresh whole blood was concentrated on the Prepare galactose using previously prepared reagent on paper of the type 9OJ5-C, which is examined with a solution of 6 mg / ml Polyox was treated as above.
Die angewandte Reaktion besteht in der enzymatischen Umwandlung von Galactose in Galactonsäure durch Galactosedehydrogenase unter gleichzeitiger Umwandlung von Nicotinamid-adenin-dinucleotid (NAD) zur reduzierten Form NADH.The reaction used is the enzymatic conversion of galactose to galactonic acid by galactose dehydrogenase with simultaneous conversion of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) to the reduced form NADH.
Die Galactose-dehydrogenase (GDH) vurde von Bοehringer-Männheim Corp. als Suspension von 5 rag/ml in Ammoniumsulfatlösung bezogen. Das Enzym muß dabei zunächst vom Ammoniumsulfat getrennt werden, was in einem Ultrafiltrationstrichter geschah (Minicon 25; Hersteller Amocon Corporation). 120 yul der GDH-S us pens ion wurden in das Ultrafiltrationsgerät eingebracht und Salzlösung bis zur 750-/Ul-Marke zugegeben.Galactose dehydrogenase (GDH) was developed by Bοehringer-Männheim Corp. as a suspension of 5 rag / ml in ammonium sulfate solution. The enzyme must first from Ammonium sulfate is separated, which is in an ultrafiltration funnel happened (Minicon 25; manufacturer Amocon Corporation). 120 yul of the GDH-S us pens ion were in the Ultrafiltration device introduced and saline solution up to 750 / Ul mark added.
b Ü981Ü/U6 89b Ü981Ü / U6 89
Die Lösung wurde anschließend bis zur 150- /Ul-Marke fünfach aufkonzentriert. Dieser Waschprozeß wurde noch ZV/eine.I wiederholt, worauf eine zehnfach auf 75 /Ul aufkonzentrierte Endlösung erhalten wurde. Bei diesem Verfahren verbleibt die GDH im Trichter, v/obei das Ammoniumsulfat mit dem Abwasser entfernt wird.The solution was then up to the 150 / UI mark concentrated five times. This washing process was still going on ZV / ein.I repeated, whereupon one concentrated tenfold to 75 / Ul Final solution was obtained. In this process, the GDH remains in the funnel, with the ammonium sulfate is removed with the wastewater.
Die GDH wird anschließend durch Zusatz von 0,1 M-Tris^ Puffer von pH "6,2. ■■· bis zur 750- /Ul-Marke und Eingießen der Lösung in einen Behälter entfernt. Die GDH-Konzentration der Lösung beträgt etwa 5 IU/ml. Das Reagens wird durch Zusatz von ,6 mg NRD vervollständigt.The GDH is then by adding 0.1 M-Tris ^ PH 6.2 buffer. ■■ · up to the 750 / UI mark and pour the solution removed into a container. The GDH concentration of the solution is about 5 IU / ml. The reagent will completed by adding .6 mg of NRD.
Die Reagensstreifen werden durch Zusatz von 15 /Ul dieser Lösung zu vorgeformten Vertiefungen in polyoxbehandeltem Papier wie in Beispiel Id und anschließende Vakuumtrocknung hergestellt.The reagent strips are by adding 15 / ul this solution to preformed wells in polyox treated Paper produced as in Example Id and subsequent vacuum drying.
Hierzu ist festzustellen, daß der Puffer mit dem niedrigen pH Wert von 6,2 dazu dient, die Reaktion außerhalb ihres Geschwindigkeitsmaximum durchzuführen, das bei pH 8 liegt. Dies geschieht zur Zurückdrängung der ReaktionTo this end, it should be noted that the buffer with the low pH value of 6.2 serves to keep the reaction outside to carry out their maximum speed, which is pH 8. This is done to suppress the reaction
während oder nach der Ultrafiltration in der Presse und vor dem Beginn der Reaktion im Fluorometerduring or after the ultrafiltration in the press and before the start of the reaction in the fluorometer
Zur Durchführung der Galactoseuntersuchung werden die vorbehandelten Vertiefungen unter der Presse zentriert und mit der Ultrafiltrationsmembran sowie einem Blatt unbehandelten 903-C-Papieribedeckt. Eine Gesamtblut-Probe von 20 /Ul wird anschließend auf dieses obere Blatt aufgebracht und die Presse 75-100 Sekunden geschlossen, um möglichst viel Galactose durchtreten zu lassen. Bei diesem Verfahren kann auch eine Saran-Polie zur Vermeidung eines Probenkontakts mit der Presse selbst und ihren Platten verwendet werden.To carry out the galactose test, the pretreated wells are centered under the press and with the ultrafiltration membrane and a leaf untreated 903-C paper covered. A whole blood sample of 20 / Ul is then applied to this top sheet and the press closed for 75-100 seconds to let through as much galactose as possible. This procedure can also include a saran polie to avoid one Sample contact with the press itself and its plates can be used.
6 09Ö10/U6896 09Ö10 / U689
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Beim öffnen der Presse werden die oberen Schichten entfernt und die Reaktionszone über das Fenster des Fluorometers wie in Fig. 6 gebracht. Die Reaktanten werden durch Aufbringen von 11 ,ul eines 0,2 M-Tr is-Puffers von pH 8,6 wiederaufbereitet bzw. rekonstituiert und die Reaktion einige Minuten verfolgt. Die Untersuchung wird durch Wiederholung des Verfahrens mit 20 /Ul verschiedener Standardlösungen anstelle des Gesamtbluts geeicht. Die Untersuchung kann auchtiirekt unter Vervrendung von zentrifugiertem und abgetrenntem Serum durchgeführt werden, indem 10 ,ul verdünntes Serum und 5 ,ul pH 8,6-Puffer auf einer noch nicht verwendeten Reagensvertiefung aufgebracht werden.When the press is opened, the upper layers are removed and the reaction zone over the window of the Fluorometer placed as in Fig. 6. The reactants will by applying 11 µl of a 0.2 M Tr is buffer of pH 8.6 reprocessed or reconstituted and the reaction followed for a few minutes. The investigation will by repeating the procedure with 20 / Ul different Standard solutions calibrated instead of whole blood. The examination can also be performed directly using centrifuged and separated serum can be performed by adding 10 μl of diluted serum and 5 μl of pH 8.6 buffer applied to an unused reagent well.
Eine Eichkurve wurde durch Untersuchung verschiedener Galactose-Standardlösungen anstelle von Gesamtblut erhalten. Insgesamt wurden 11 Untersuchungen bei 9 verschiedenen Lösungen im Konzentrationsbereich von 0,0-90 mg/dl durchgeführt. Die lineare Regressionsanalyse ergab einen Korrelationskoeffizienten von 0.999 und zeigte ferner, daß der chemische Vorgang bis zu 90 mg/dl linear verläuft. Die Genauigkeit der Untersuchung kann aus den Abweichungen für jeden der Meßpunkte von der Regressionsgeraden abgeschätzt werden. Die Standardabweichung dieser Differenzen beträgt 1,48 mg/dl.A calibration curve was obtained by examining various standard galactose solutions instead of whole blood. A total of 11 examinations were carried out with 9 different solutions in the concentration range from 0.0-90 mg / dl carried out. The linear regression analysis gave a correlation coefficient of 0.999 and also showed that the chemical process is linear up to 90 mg / dl. The accuracy of the examination can be seen from the deviations can be estimated from the regression line for each of the measuring points. The standard deviation of these differences is 1.48 mg / dl.
Ein Standard-Erfassungsexperiment wurde ferner durch Zusatz von Galactose zu vier Patientensera bei verschiedenen Inkrementwerten durchgeführt. Die mittlere Erfassung von 10 solchen Zusätzen zu den 4 Seren betrug 96 % mit einer Standardabweichung von 8 ^.A standard detection experiment was also performed by adding galactose to four patient sera at different incremental values. The mean coverage of 10 such additions to the 4 sera was 96 % with a standard deviation of 8 ^.
Die vorstehende Glucoseanalyse wurde mit zahlreichenThe above glucose analysis has been carried out with numerous
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Pas erb latter η als Reaktionsbehälter erfolgreich durchgeführt, darunter die Schleicher & "S-chüll-papiere 4o4, 595 und 25 sowie die Whatman-Papiere GP/A, GP/B und GP/C.Pas erb latter η successfully carried out as a reaction vessel, including the Schleicher & "Schüll-Papiere 4o4, 595 and 25 and the Whatman papers GP / A, GP / B and GP / C.
Es wurde die Lactat-Konzentration von Blutserum auf vor präparier tem Schleicher & Sehüll-papier 905 -C als Pas er-Reaktionsgefäß untersucht, wobei ein Wachsring um die Teststelle verwendet wurde. Das Papier wurde zunächst durch Aufbringen von LDH in ammoniakalischer Suspension (beispielsweise Sigma Typ III aus Rinderherzen) im Zentrum der Teststelle hergestellt. Anschließend wurden ohne Trocknung an der selben Stelle 10/L einer wäßrigen"1 Lösung von Pyridin-nucleotid (HlD) in einer Konzentration von 15 mg/ml mit einer Spur eines grenzflächenaktiven Mittels (beispielsweise "Brij") aufgebracht. Das Blatt wurde anschließend in einem Vakuurcexsikkator getrocknet. In ähnlicher Weise lassen sich auch andere Fasermaterialien für diesen Zweck heranziehen.It was Sehüll-paper examined 905 Pas -C than he reaction vessel, the lactate concentration of blood serum on system before dissecting Schleicher &, wherein a guard ring was used to the test site. The paper was initially produced by applying LDH in an ammoniacal suspension (for example Sigma Type III from bovine hearts) in the center of the test site. Then, without drying, 10 / L of an aqueous " 1 solution of pyridine nucleotide (HID) at a concentration of 15 mg / ml with a trace of a surfactant (for example" Brij ") was applied to the same place. The leaf was then placed in In a similar way other fiber materials can be used for this purpose.
Wenn frisches Serum untersucht werden soll, wird das vorpräparierte, jedoch getrocknete faserige "Reaktionsgefäß" (im folgenden als Paserblatt bezeichnet) zunächst durch Aufbringen, von 10 A eines Glycin-Hydrazin-Puffers mit pH 9 behandelt. Daran schließt sich ohne Trocknung das Aufbringen von 10 λ, der Serumprobe an, die 10:1 verdünnt wird. Durch Messung der NkDH-Bildungsgeschwindigkeit mit einem Fluorometer in der in Beispiel I beschriebenen Weise kann die Lactatkonzentration innerhalb 5 % der durch ein Vergleichsverfahren bestimmten Menge ermittelt werden.When fresh serum to be examined, which is pre-prepared, but dried fibrous "reaction vessel" at first (hereinafter referred to as Paserblatt) by applying, treating a glycine hydrazine buffer at pH 9 of 10 A. This is followed by the application of 10 λ, the serum sample, which is diluted 10: 1, without drying. By measuring the rate of NkDH formation with a fluorometer in the manner described in Example I, the lactate concentration can be determined within 5 % of the amount determined by a comparative method.
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Bei der Herstellung des Paserblatts erwies es sich als wichtig, daß die IDH-Lösung vor der NAD-Lösung aufgegeben wird, da die Lactatanalyse andernfalls von bedeutend geringerer Empfindlichkeit ist. Als Grund hierfür wird angenommen, daß die relativ schweren IDH-Moleküle mit den Fasern des Blattmaterials eine Art Bindung eingehen oder sich in anderer V/eise bei der nachfolgenden Zugabe der leichteren NAD-Moleküle der Ausbreitung widersetzen, so daß die beiden Reagentien weitgehend den gleichen Teil des Faserblatts bedecken. Wenn die Reagentien in umgekehrter Reihenfolge aufgebracht v/erden, ist anzunehmen, daß die leichteren MD-Moleküle durch die schwereren IDH-Moleküle vom Auftragungsort her seitlich nach außen getrieben werden, so daß der Fleck auf dem Faserblatt eine Konzentration von IDH-Molekülen innerhalb einer überwiegend ringförmigen Aufkonzentration von NAD-Molekülen aufweist.When preparing the paser sheet, it was found to be important that the IDH solution was applied before the NAD solution otherwise the lactate analysis will be of significantly lower sensitivity. As a reason for this it is believed that the relatively heavy IDH molecules form some kind of bond with the fibers of the sheet material or in another way resist the spreading of the subsequent addition of the lighter NAD molecules, so that the two reagents cover substantially the same part of the fiber sheet. When the reagents are in reverse If the sequence is applied, it can be assumed that the lighter MD molecules are replaced by the heavier ones IDH molecules laterally outwards from the application site be driven so that the stain on the fiber sheet has a concentration of IDH molecules within a predominantly ring-shaped concentration of NAD molecules having.
Es wurde ferner festgestellt, daß die Empfindlichkeit bei umgekehrter Zugabe von Puffer und Serum, also bei Zugabe von Serumprobe vor dem Puffer, abnimmt. Hierbei ist zu bemerken,daß die zuletzt erfolgende Zugabe des Probenserums bei der vorliegenden Lactatanalyse der Umkehrung der bevorzugten Reihenfolge bei der Glucoseanalyse von Beispiel I entspricht.It was also found that the sensitivity decreases when buffer and serum are added in the opposite direction, i.e. when a serum sample is added before the buffer. Here is to note that the last addition of the sample serum in the present lactate analysis is the reverse of the preferred order in glucose analysis of example I corresponds to.
Als drittes Beispiel wurde zunächst wiederum ein Faserblatt nach Beispiel II hergestellt, wobei das zu untersuchende Serum in Form eines auf Schleicher & Sqhüll-Testpapier 903-C vorhandenen getrockneten Flecksvon Gesamtblut vorlag. Das die Gesamtblutprobe enthaltende Papier wurde, wie in der oben erwähnten Parallelanmeldung beschrieben,As a third example, a fiber sheet was first again produced according to Example II, the one to be examined Serum in the form of a Schleicher & Sqhüll test paper 903-C present dried whole blood stain. The paper containing the whole blood sample was as described in the above-mentioned parallel application,
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unter Zviischenschaltung eines Filterblatts einer UltrafIltrationsmembran über einem vorpräparierten trockenen Reajensblatt angeordnet (vgl. Fig. 1I-) und in die in dieser Anmeldung beschriebene Presse (vgl. Fig.k, 32) gebracht. Vor dem Schließen der Presse wurde der Blutfleck rekonstituiert. Bei einem frischen Fleck erfolgte dies durch Zugabe von 20 4. "Brij-Wasser'oder 0,9 ^ige normale liaCl-Lösung. Die Presse wurde anschließend zur Überführung des Serurn-Ultrafiltrats durch das dazwischen geschaltete Filterblatt auf des Reagensblatt gebracht.arranged a filter sheet to an ultrafiltration membrane on a pre-prepared dry Reajensblatt under Zviischenschaltung (see. Fig. 1 I) and in the press described in this application (see. Fig. k, 32) placed. The blood stain was reconstituted before closing the press. In the case of a fresh stain, this was done by adding 20% Brij water or 0.9% normal IiaCl solution. The press was then brought to the reagent sheet to transfer the Serurn ultrafiltrate through the filter sheet placed in between.
Wenn der Blutfleck andererseits nicht frisch ist, v.'ird er vorzugsvreise durch Zugabe von 20/L'..'&sser mit einer Spur von "Brij" oder ähnlichen grenzrinchenaictiven [littein rekonstituiert und dann dem Druck zur übertragung auf das Reagensblatt unterworfen. Wenn der Fleck alt ist, erwies es sich als günstig, zunächst 25-30 L· Diäthylather zur Penetration des Flecks unmittelbar vor dem "Prij" aufzubringen. On the other hand, if the blood stain is not fresh, it is preferably reconstituted by adding 20 / L '..'& sser with a trace of "Brij" or similar borderline-aictive [littein] and then subjected to pressure for transfer to the reagent sheet. If the stain is old, it proved to be advantageous first to 25-30 L · Diäthylather for penetration of the stain immediately before the "Prij" apply.
In jeder.1. Falle würde die Presse etv:a 1 min geschlossen ge· lassen. Lurch die Presse wurde ein bekannter Teil des Lactats der Probe auf das Reagensblatt übertragen,In each. 1st The trap would be left closed for about 1 min. A known part of the lactate of the sample was transferred to the reagent sheet by the press,
wobei, jedoch typischerweise nicht genügend Flüssigkeit zur Herbeiführung einer ausreichenden molekularen Beweglichkeit zum Ablauf der Reaktion übergeführt-wurde. Das Blatt, das ursprünglich die Blutprobe trug, sowie das dazwischenliegende Filterblatt wurden entsprechend vom Reagensblatt abgezogen und 20·^ Glycin-Hydrazin-Puff er (pH 9) zur Befeuchtung des untersten Rfc~ktiorsblatts aufgebracht. Dann wurde wiederum die Geschwindigkeit der HVDH-BiIdung mit einem Fluorometer wie oben beschrieben verfolgt.however, typically not enough fluid for Bringing about sufficient molecular mobility for the reaction to proceed. The leaf, that originally carried the blood sample, as well as the intermediate filter sheet, were removed from the reagent sheet accordingly peeled off and 20 · ^ glycine-hydrazine buffer (pH 9) for humidification of the lowest reverse leaf applied. then was again the speed of HVDH formation with followed on a fluorometer as described above.
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Bei den genannten Untersuchungen besaß das Fluorometer ein kreisförmiges Meßfeld von etwa 1 Quadratzentimeter, das auf den Punkt zentriert war, an dem die Reagentien auf das Faserblatt aufgebracht worden waren.In the above-mentioned investigations, the fluorometer had a circular measuring field of about 1 square centimeter, centered on the point where the reagents were applied to the fiber sheet.
Eine Reaktionsstelle mit dieser Fläche wird durch die genannten Proben- und Reaktantenvolumina nicht gesättigt.A reaction site with this area is through the Specified sample and reactant volumes are not saturated.
Zur Veranschaulichung der Anwendbarkeit der Erfindung auf komplexere chemische Reaktionen der Blutanalyse wurde ein Faserblatt aus Schleicher & Schüll.-Papier 9OJ5-C zur Untersuchung von Blutserum hinsichtlich der Triglyceridkonzentration folgendermaßen hergestellt. Die dieser Analyse zugrundeliegenden chemischen Reaktionen sind bekannt und beispielsweise in der genannten Broschüre von Boehringer-Mannheim Corp. unter "Neutrales Fett (Triclyceride) und Glycerin" beschrieben, wobei allerdings zur Hydrolyse des Neutralfetts zu Glycerin Lipase verwendet wurde.To illustrate the applicability of the invention A fiber sheet from Schleicher & Schüll. paper 9OJ5-C was used for more complex chemical reactions in blood analysis Examination of blood serum for triglyceride concentration prepared as follows. This analysis underlying chemical reactions are known and, for example, in the cited brochure of Boehringer-Mannheim Corp. under "neutral fat (triclycerides) and glycerine ", although lipase is used to hydrolyze the neutral fat to glycerine became.
Der erste Schritt bei der Herstellung des Faserblatts bestand darin, 20 λ_ Lipase (Schwartz-Mann Nr. 25) in kontinuierlichem Strom oder als Einzeltropfen auf Schleicher & Schüll-Papier 903-C aufzutragen und trocknen zu lassen. Anschließend wurden 20 A- Enzymlösung von Glycerokinase-Glycerophosphat-dehydrogenase an der gleichen Stelle aufgetragen, worauf das Faserblatt wiederum getrocknet wurde. Danach wurden 10 Λ, einer C ο-Fakt or-Lösung mit NAD und ADP sowie Mg++ -Aktivator für Glycerokinase und Ca++ -Aktivator für Lipase in "Bri j -Wasser" von zumindestThe first step in the production of the fiber sheet consisted of applying 20 λ_ Lipase (Schwartz-Mann No. 25) in a continuous stream or as single drops to Schleicher & Schüll paper 903-C and allowing it to dry. Then 20 Å enzyme solution of glycerokinase-glycerophosphate dehydrogenase was applied to the same place, whereupon the fiber sheet was dried again. Then 10 Λ, a C o factor solution with NAD and ADP as well as Mg ++ activator for glycerokinase and Ca ++ activator for lipase in "Bri j water" of at least
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3 mg/ml aufgetragen.3 mg / ml applied.
Es ist zu bemerken, daß die drei auf das Paserblatt aufgegebenen Reagentien in der Reihe abnehmenden Molekulargewichts aufgebracht wurden, wobei also die Lösung mit Glycerophosphat-dehydrogenase als dem niedrigsten Molekulargewicht zuletzt zugegeben wurde. Die übrige Präparation des Faserblatts besteht in der Erhöhung der Konzentration der kombinierten Enzymlösung durch aufeinanderfolgende Auftragungen, um eine übermäßige Ausbreitung des Materials zu verhindern und es auf einen begrenzten Bereich von beispielsweise 1 Quadratzentimeter des Paserblatts zu konzentrieren. Demgemäß wurden vor dem Trocknen der C ο-Pakt or-Lösung weitere 10/L Enzymlösung auf das Blatt aufgebracht und dieses dann trocknen gelassen. Danach wurden 10Λ Glycin-Hydrazin-Puffer von pH 9 auf dem Blatt in der Mitte der Reaktionsstelle aufgegeben und danach v/eitere 10Λ der Enzymlösung, worauf wiederum getrocknet wurde. Das trockene Reaktions-Paserblatt war damit gebrauchsfertig und konnte bis zur Benutzung gelagert werden.It should be noted that the three are on the paser sheet applied reagents were applied in the series of decreasing molecular weight, so the solution with glycerophosphate dehydrogenase added last as the lowest molecular weight. The rest Preparation of the fiber sheet consists in increasing the concentration of the combined enzyme solution by successive Deposits to prevent excessive spreading of the material and to keep it in a limited area of, for example, 1 square centimeter of the paser sheet. Accordingly, before drying the Co-pact or solution add another 10 / L enzyme solution to the leaf applied and then allowed to dry. Then 10Λ glycine-hydrazine buffer of pH 9 on the leaf in the Abandoned in the middle of the reaction site and then added 10Λ of the enzyme solution, whereupon it was again dried. The dry reaction paser sheet was then ready for use and could be stored until use.
Zur Durchführung der Triglyceridanalyse mit dem so hergestellten Reagensblatt wurden zunächst 10 Λ Glycerin-.Hydrazin-Puffer auf das Blatt aufgebracht und danach 10 des zu untersuchenden Blutserums. Die Reaktionsstelle wurde anschließend mit einem Pluorometer bezüglich der Geschwindigkeit der NRDH-Bildung vermessen. Ein zweiter Test wurde mit dem gleichen vorpräparierten Reaktionsblatt,To carry out the triglyceride analysis with the reagent sheet produced in this way, 10 μg of glycerine-.hydrazine buffer applied to the sheet and then 10 of the blood serum to be examined. The reaction point was then measured with a pluorometer with respect to the rate of NRDH formation. A second The test was carried out with the same pre-prepared reaction sheet,
jedoch an einem anderen Fleck bzw. an einer anderen Stelle durchgeführt, but carried out at a different spot or at a different location,
wobei anstelle des Probenserums 10 /L Salzlösung aufgetragen wurden und die Geschwindigkeit der N&DH-Bildung in gleicher Weise gemessen wurde. Die Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeiten der NftDH-Bildung bei der Probeinstead of the sample serum, 10 / L saline solution was applied and the rate of N & DH formation was measured in the same way. The difference between the two rates of NftDH formation in the sample
B 0 9 8 10/0689B 0 9 8 10/0689
bzw. der Salzlösung entspricht dem gewünschten Meßwert für die Triglyceridkonzentration; jede Reaktionsgeschwindigkeit ist dabei auf den Untergrund an derselben Stelle bezogen, an der auch die eigentliche Reaktionsgeschwindigkeit geraessen wird. Eine derartige Differenzmessung wird zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei Anwesenheit von Verunreinigungen in den Reagentien und/oder dem das Reaktions- bzw. AnalysengefäS darstellenden Faserblatt für erforderlich gehalten; eine derartige Blind-' probe kann folglich bei reinen Materialien entfallen.or the salt solution corresponds to the desired measured value for the triglyceride concentration; any speed of response is related to the subsurface at the same point as the actual reaction speed is eaten. Such a differential measurement is used to achieve high accuracy in the presence of impurities in the reagents and / or the the fiber sheet representing the reaction or analysis vessel deemed necessary; Such a blank sample can consequently be dispensed with in the case of pure materials.
Die in der genannten Weise bestimmte Triglyceridkonzentration liegt innerhalb 5 i» der Konzentration, die nach Standard-Laborverfahren ermittelt wurde.The triglyceride concentration determined in the manner mentioned is within 5% of the concentration which determined according to standard laboratory procedures.
Obgleich sich die genannten Beispiele auf Analysenverfahren bezogen, bei denen MDH entsteht, kann die Erfindung in gleicher V/eise auch zur Durchführung von Analysen eingesetzt werden, bei denen ein fluoreszierender Stoffjverbraucht und entsprechend die Geschwindigkeit des Verbrauchs mitverfolgt wird.Although the examples mentioned refer to analytical methods in which MDH is formed, the Invention can also be used in the same way to carry out analyzes in which a fluorescent Substance consumed and accordingly the speed of the Consumption is tracked.
Die angegebene Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist rein beispielhaft; auch andere, den Merkmalen der Erfindung entsprechende verfahrensmäßige oder apparative Ausführungsformen oder Weiterbildungen sind im allgemeinen Erfindungsgedanken enthalten.The given description of embodiments according to the invention is purely exemplary; also other den Features of the invention are procedural or apparatus-related embodiments or developments included in the general inventive concept.
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