DE2727664A1

DE2727664A1 - Kuevettenpositioniereinrichtung

Info

Publication number: DE2727664A1
Application number: DE19772727664
Authority: DE
Inventors: James Herbert Macemon; Charles Soodak
Original assignee: Baxter Travenol Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS536088A; NL7707512A; CA1055725A; IL52219A0; IT1080603B; US4090789A; NO772253L; SE7707370L; FR2357882A1

Description

ι
Baxter Travenol Laboratories Inc.

Deerfield, 111.60015 10. Juni 1977

USA Anwaltsakte M-4292

Kiivettenpositioniereinrichtung

Die Erfindung betrifft spektrofotometrische Geräte, insbesondere Geräte, in denen Materialproben auf spektrofotometrische Weise miteinander verglichen werden.

Bei der Durchführung von Analysen auf dem Gebiet der Biologie, der Physiologie und der Chemie ist es sehr häufig vorteilhaft, wenn spektrofotometrische Vergleiche zwischen flüssigen Proben sehr rasch durchgeführt werden können. Ein Beispiel für einen derartigen Fall ist die Suche nach dem Ursprung von Verunreinigungen im Wasser; viele häufig im Wasser angetroffene Verunreinigungen, wie z. B. öl haben nämlich einzigartige, charakteristische und gut reproduzierbare Fluoreszenzspektren, die sich leicht unter Verwendung herkömmlicher spektrofluorometrischer Verfahren messen lassen. Wird das unbekannte Material mit Licht konstanter Wellenlänge angeregt, so sendet es daraufhin Licht mit einer anderen, längeren Wellenlänge aus. Durch Bestrahlen der Probe mit dem Licht einer Lichtquelle änderbarer Wellenlänge und durch Auftragen der Intensität des von der Probe bei einer vorgegebenen Wellenlänge emittierten Lichtes,

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ORIGINAL INSPECTED

kann für jedes Material eine eindeutige Identifizierung in Form eines Diagramms erhalten werden, die der Unterschrift eines Menschen oder einem Fingerabdruck gleichgestellt werden kann.

Um mit Sicherheit feststellen zu können, daß zwei Proben vom selben Ursprung herkommen, muß ein Vergleich zwischen ihren "Unterschriften" durchgeführt werden. Dies kann zwar dadurch erfolgen, daß das Emissionsspektrum einer jeden Probe getrennt aufgezeichnet wird und dann sorgfältig die erhaltenen Spektren verglichen werden. Dieses Verfahren ist jedoch zeitraubend und fehleranfällig; dies gilt insbesondere dann, wenn eine große Anzahl von Proben miteinander verglichen werden muß und der Vergleich durch nicht speziell ausgebildetes Personal oder unter ungünstigen Bedingungen durchgeführt werden muß. Es besteht somit ein Bedarf für ein spektrofluorometrisches und spektrofotometrisches Gerät, in dem zwei Proben zuverlässig und wirtschaftlich miteinander verglichen werden können und das ein Ausgangssignal bereitstellt, das dem Unterschied der Spektren der beiden Proben entspricht.

In der Vergangenheit wurde der Vergleich der Proben in einem Spektrofotometer dadurch durchgeführt, daß entweder die miteinander zu vergleichenden Proben an verschiedenen Stellen des Spektrometers angeordnet wurden und das Anregungslicht abwechselnd auf die eine Probe und dann auf die andere Probe gerichtet wurde, oder dadurch, daß die Proben abwechselnd in den Lichtstrahl gestellt wurden. Beim ersten Verfahren erfolgte das Umlenken des Lichtstrahls unter Verwendung mechanischer Zerhacker oder Spiegel, über die der Lichtstrahl zu einer der beiden Proben umgelenkt wurde. Das von den Proben emittierte Licht wurde auf eine gemeinsame Fotomultiplier-

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röhre gegeben, deren Ausgangssignal elektrisch so ausgewertet wurde,

daß am Ausgang der Schaltung das gewünschte Differenzsignal erhal"

ten wurde.

Von diesen beiden Verfahren kann in der Praxis keines völlig zu-

friedenstellen. Bei dem Verfahren, bei dem der Lichtstrahl zerhackt und umgelenkt wird, ist es sehr schwierig, die beiden Lichtwege optisch völlig gleich zu machen, da eine Änderung in der Stellung oder den optischen Eigenschaften eines beliebigen Elements, das nicht in beiden Lichtwegen vorgesehen ist, das vom Spektrometer bereitgestellte Ausgangssignal verfälscht. Bei dem Verfahren, bei dem die Küvetten selbst verschoben werden, besteht die Schwierigkeit darin, die flüssigen Proben abwechselnd in den Lichtstrahl zu schieben, ohne daß auf sie Kräfte ausgeübt werden, die die Emission von Licht oder die Durchlässigkeit für Licht nachteilig beeinflussen. Dies erforderte ein langsames Verschieben der Proben, brachte aber doch nur kurze Verweilzeiten im Lichtstrahl. Damit ist einerseits die Schnelligkeit des Analysegeräts, andererseits aber auch die Genauigkeit der Vergleichsmessung beschränkt.

die vorliegende Erfindung betrifft ein Analysegerät, in dem ein Vergleich zwischen den zwei Proben durch rasche vertikale Positionierung der Proben in einem einzigen Lichtstrahl durchgeführt wird;

damit werden Änderungen der Meßbedingungen vermieden und zugleich eine hohe Geschwindigkeit bei der Durchführung der Messung erhalten.

i ;

pie Erfindung schafft hierzu ein optisches Analysegerät zum Ver-

gleich einer ersten und einer zweiten Probe, die sich in getrenn- ·

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ten Zellen befinden. Das Analysegerät weist eine Einrichtung zur Erzeugung eines zur Messung verwendeten Lichtstrahls auf, mit dem die Proben bestrahlt werden. Es hat ferner einen Zellträger, in dem die Zellen in vertikaler Richtung ausgerichtet angeordnet sind, eine Lagereinrichtung für den Zellträger, in dem dieser in vertikaler Richtung hin- und herbewegbar geführt ist. Damit ist jeweils eine der Zellen allein dem Lichtstrahl ausgesetzt, während der Zellträger transversal durch den Lichtstrahl durchbewegt ist. Es ist eine Antriebseinrichtung zum Hin- und Herbewegung des Zellträgers längs seines Arbeitsweges vorgesehen, wodurch die Zellen abwechselnd in den Lichtstrahl gestellt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fluoreszenzspektrometers mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Vergleichen der Spektren der Proben;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Fluoreszenzspektrometers;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Vorderseite der erfindungsgemäßen Küvettenpositioniereinrichtung, teilweise im Schnitt;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Küvettenpositioniereinrichtung längs der Linie 4-4 von Fig. 3; '

Fig. 5 einen Schnitt durch die Küvettenpositioniereinrichtung längs der Linie 5-5 von Fig. 3;

Fig. 6 einen Schnitt durch die Küvettenpositioniereinrichtung längs der Linie 6-6 von Fig. 3; ■

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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in der Küvettenpositioniereinrichtung nach den Fig. 3 bis 6 verwende-

' ten Zellträgers in vergrößertem Maßstab;

|Fig. 8 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Vergleich der Spektren zweier Proben;

Fig. 9 ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eines Demodulatorkreises der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung;

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Form elektrischer Signale, wie sie beim Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung auftreten und anhand derer der in Fig. 9 gezeigte Demodulatorkreis beschrieben wird.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Gerät zum Vergleich der Fluoreszenzspektren zweier Proben gezeigt, das ein Fluoreszenzspektrometer 20 aufweist. Abgesehen von der Einrichtung zur Positionierung der Proben im Lichtstrahl hat das Fluoreszenzspektrometer 20 herkömmlichen Aufbau.

Zum Fluoreszenzspektrometer 20 gehört eine Strahlungsquelle 21, z.B. eine Xenon-Lampe, von der Licht auf den Eingang eines Einstrahlmonochromators 22 gelangt. Die Wellenlänge des letzteren läßt sich durchdrehen und man erhält an seinem Ausgang einen Anregungsstrahl 23 der eingestellten Wellenlänge. Dieser läuft zu einer Zelle 24, in der ein Quantum der zu untersuchenden Flüssigkeit enthalten ist. Ein von der Probe emittierter Fluoreszenzstrahl 25 tritt in einen Monochromator 26 ein, dessen Wellenlänge ebenfalls durchdrehbar ist. Der am Ausgang des Monochromators 26 erhaltene zerlegte Ausgangsstrahl 27 hat eine charakteristische Wellenlänge, die in dem Fluoreszenzstrahl 25 enthalten ist und durch Einstellung der

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Wellenlänge des Monochromator 26 vorgegeben ist. Der Ausgangsstrahl 27 läuft zu einem Strahlungsdetektor in Form einer Fotomultiplierröhre 28. Die letztere erzeugt ein Stromsignal, das der Intensität der Komponente des Fluoreszenzspektrums entspricht, die bei der eingestellten Wellenlänge des Monochromators 26 erhalten wird.

!Das von der Fotomultiplierröhre 28 bereitgestellte Signal wird zu

einem Fotometer 30 weitergegeben, in dem es in ein Spannungssignal umgesetzt wird, verstärkt wird und derart demoduliert wird, daß lein Ausgangssignal erhalten wird, das dem Unterschied der Spektren der Proben entspricht. Mit diesem Ausgangssignal ist eine geeignet^ Anzeigeeinrichtung beaufschlagt, z.B. ein Anzeigeinstrument 31,

iein nicht gezeigtes Oszilloskop, ein nicht gezeigter X-Y-Schreiber !oder ein nicht gezeigter Drucker für digitale Daten.

!Damit der Benutzer die Wellenlänge des Anregungslichtes und die

!Wellenlänge des Ausgangsstrahls 27 einstellen kann, weist der Ein-

!strah!monochromator 22 ein Gitter 3 2 und der Monochromator 26 ein !Gitter 33 auf, die von außen her drehbar sind. Die Gitter sind im jFluoreszenzspektrometer 20 durch eine nicht gezeigte Antriebseinheit mit einer Vielzahl unterschiedlicher Geschwindigkeiten drehbar. Die Antriebseinrichtung arbeitet jeweils auf einen federvorgespannten Arm und verschiebt diesen. Damit werden auch die Gitter

jderart verschoben, daß ein Anregungsstrahl oder ein Ausgangsstrahl gewünschter Wellenlänge erhalten wird. In den Monochromatoren sind jkonkave Spiegel angeordnet, die das Licht vom Eingangsspalt zum Gitter und vom Gitter zum Ausgangsspalt führen.

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Damit das Fluoreszenzspektrometer einfach zusammen mit einem ge

trennten Schreiber oder einer getrennten Anzeigeeinrichtung verwen

! det werden kann, kann jedem der Gitter ein Potentiometer zugeord- !

net werden, das ein der Stellung des Gitters entsprechendes Gleich* Stromsignal bereitstellt, das somit auch der eingestellten Wellen-= länge des Monochromators entspricht. Wird das Signal, das von dem j das Fluoreszenzspektrum analysierenden Monochromator 26 erzeugt '. wird, auf die X-Eingangsklemme eines X-Y-Schreibers gegeben, und j wird der Einstrah !monochromator auf die Wellenlänge eingestellt, [bei der die maximale Anregung erhalten wird, so wird beim Durch-

drehen des Monochromator 26 durch seinen Wellenlängenarbeitsbe- ι reich ein Fluoreszenzemissionsspektrum erhalten, in dem die Intensität über der Wellenlänge aufgetragen ist. Wird stattdessen das

Ausgangssignal des Einstrahlmonochromators auf die X-Eingangsklemme des X-Y-Schreibers gegeben und wird der Monochromator 26 auf die Wellenlänge eingestellt, bei der das maximale Fluoreszenzsi-

gnal erhalten wird, so erhält man beim Durchdrehen des Einstrahlnonochromators durch seinen ganzen Wellenlängenarbeitsbereich ein Fluoreszenzanregungsspektrum, in dem die Intensität über der Wellenlänge aufgetragen ist.

Um Aplitudenschwankungen und Verzerrungen des Anregungsspektrums auszuschalten, die auf der wellenlängenabhängigen Emission der Xenon-Lampe und dem wellenlängenabhängigen Transmissionsfaktor des Einstrahlmonochromators beruhen, wird aus dem Anregungsstrahl 23 durch einen Strahlteiler 34 ein Teil ausgeblendet und auf eine Breitband-Referenzfotomultiplierröhre 35 gegeben, die eine annähernd flache Empfindlichkeitskurve in Abhängigkeit von der Wellenlänge aufweist. Das Ausgangssignal der Fotomultiplierröhre 35 wird unter

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Verwendung von Funktionsgeneratoren so abgeändert, daß man ein ' !Kompensationssignal erhält, das zusammen mit dem Ausgangssignal der Fotomultiplierröhre 28 ein korrigiertes Ausgangssignal ergibt, 'das im wesentlichen frei von Verzerrungen des Anregungsspektrums 'ist. Einzelheiten einer derartigen Kompensationsschaltung sind in der US-PS 3 967 113 beschrieben, auf die diesbezüglich Bezug genom^ men wird.

Erfindungsgemäß wird ein Ausgangssignal, das der Differenz des Fluoreszenzspektrums zweier in getrennten Zellen befindlicher Pro-_: ben entspricht, dadurch erhalten, daß die Zellen durch eine Küvettenpositioniereinrichtung abwechselnd in den vom Einstrahlmonochromator 22 erzeugten Anregungsstrahl 23 gestellt werden. Dies erfolgt derart, daß zunächst die erste Zelle mit der ersten flüssigen Probe in den Anregungsstrahl gestellt wird und dann die zweite, die zweite flüssige Probe enthaltende Zelle.

Wie aus den Fig. 3-6 ersichtlich ist, weist die Küvettenpositoniereinrichtung 40 einen gestreckten Zellträger 41 auf. Dieser hat im

wesentlichen quadratischen Querschnitt und nimmt eine erste Küveti
te 42 mit einer ersten zu analysierenden Probe und eine zweite Kü-

ivette 43 mit einer zweiten zu analysierenden Probe auf. Wie aus

jFig. 7 ersichtlich ist, sitzt die erste Küvette 42 in einem ersten Abteil 44, das zwei Seitenwände aufweist, die senkrecht aufeinander stehende ebene Flächen bilden, an denen die Küvette anliegt. Ein ; durch eine Feder vorgespannter Tauchkolben 45 erstreckt sich durch

! i

,das obere Ende des Zellträgers 41 und liegt an einer abnehmbaren ;

ι !

j Kappe 46 der Küvette 41 an, wodurch diese fest in ihrer Stellung j !gehalten ist. Eine Küvette 43 ist in ähnlicher Weise in ein Abteilj

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48 eingesetzt, das unmittelbar unterhalb des Abteils 44 im Zellträger 41 ausgebildet ist. Genauso wie das Abteil 44 weist das Abteil 48 zwei senkrecht aufeinander stehende Seitenwände auf, durch welche die Küvette 43 präzise positioniert ist. Ein durch eine Feder vorgespannter Tauchkolben 49 erstreckt sich durch das untere Ende des Zellträgers 41 hindurch und drückt gegen den Boden der Küvette '43, um diese sicher in der richtigen Stellung zu halten. Dabei liegt eine Kappe 50 der Küvette am oberen Ende des Abteils 48 an.

Die freiliegenden Kanten der Abteile 44 und 48 sind mit Greiföff-

jnungen 51 versehen, die ein Herausnehmen der Küvette mit den Fin-

!gern erleichtern.

Der Zellträger 41 ist zwangsweise in vertikaler Richtung hin- und herbewegbar geführt. Hierzu weist ein Gehäuse 52 der Küvettenpositioniereinrichtung eine mittige Ausnehmung 53 auf, die rechteckigen Querschnitt hat und in der der Zellträger 41 verschiebbar ist. Das Hin- und Herbewegen des Zellträgers 41 erfolgt durch eine Antriebsstange 60, die durch eine Antriebseinrichtung sinusförmig hin- und herbewegbar ist. Zur Antriebseinrichtung gehört ein in Drehung versetztes Antriebsrad 61, ein in dem unteren Ende der Antriebsstange vorgesehener horizontaler Schlitz 62 und ein von dem Antriebsrad 61 getragener und in den Schlitz 62 eingreifender Stift 63. Das obere Ende der Antriebsstange 60 ist mit dem unteren Ende des Zellträgers 41 über einen Magneten 64 gekoppelt, der am oberen Ende der Antriebsstange angebracht ist. Der Magnet 64 weist eine mittige Bohrung auf, in der der Tauchkolben 49 Aufnahme findet. Der Magnet 64 liegt an der unteren Stirnwand des Zellträgers 41 an, so daß der letztere zwangsweise zusammen mit der Antriebsstange 60 hin-

(und herbewegt ist. Steht dagegen die Antriebsstange still, so kann

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der Benutzer den Zellträger 41 dadurch aus der Küvettenpositioniereinrichtung herausnehmen, daß er diesen mit einer so großen Kraft nach oben zieht, die ausreicht, die Anziehung durch den Magneten 64 zu überwinden.

Die zwangsweise Führung der Antriebsstange 60 in vertikaler Richtung ist durch einen Führungsblock 65 und durch einen zugehörigen Tragrahmen 66 sichergestellt. Das Antriebsrad 61 ist von der Welle 67 eines Antriebsmotors 68 getragen, der über einen Träger 69 am Tragrahmen 66 befestigt ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, läuft der Anregungsstrahl 23 durch einen schmalen Spalt 70, der durch eine Lochplatte 71 an der Seitenwand des Gehäuses 52 festgelegt ist. Der von der Probe erzeugte Fluoreszenzstrahl 25 läuft in ähnlicher Weise durch einen Spalt 72, der durch eine Lochplatte 73 am Gehäuse 52 festgelegt ist. Um die Küvette präzise im Zellträger 41 positioniert zu halten, ist eine Ausrichteinrichtung vorgesehen, die durch einen durch eine Feder vorgespannten Tauchkolben 74 gebildet ist. Dieser ist verschiebbar im Gehäuse 52 geführt und hält so die Küvetten in richtiger Anlage an den Zellträger 41 und den Zellträger 41 in richtiger Anlage an

Küvette, der Ausnehmung 53 des Gehäuses. Eine sehr genaue Ausrichtung der ' im Fluoreszenzspektrometer ist während der Messung erforderlich, um sicherzustellen, daß die Seitenwände der Küvette den Anregungsstrahl und den Fluoreszenzstrahl im wesentlichen verlustfrei durchlassen; dies ist nur dann möglich, wenn diese Strahlen senkrecht zu den Seitenwänden der Küvette verlaufen.

Die oben beschriebene Küvettenpositioniereinrichtung arbeitet wie

^folgt: 709882/0744

gedreht ■

Das Antriebsrad 61 wird durch den Antriebsmotor 68 und beim Bewegen des Stiftes 63 längs des Schlitzes 62 wird die Antriebsstange nach oben und unten bewegt. Hierdurch werden die Küvetten 42 und 43 abwechselnd hinter die Lochplatten 71 und 73 gestellt. Zuerst steht die Küvette 43 hinter diesen Lochplatten, wie in Fig. 3 gezeigt, dann die Küvette 42, wie in Fig. 4 gezeigt. Durch die vertikale !Positionierung der Küvetten, und durch das sinusförmige Verlagern der Küvetten, das durch die den Stift 63 und den Schlitz 62 aufjweisende Antriebseinrichtung erhalten wird, erhält man eine Verweil-

jzeit der Küvetten hinter den Lochplatten, die einen verhältnismäßig großen Anteil des Gesamtzyklus darstellen. Damit erhält man einen größeren nutzbaren Teil des Zyklus, in dem Messungen an den Proben durchgeführt werden können, und ein geringeres Signal/Rausch-Verjhältnis im endgültigen Meßwert.

Bei einer wirklich gebauten erfindungsgemäßen Küvettenpositionierjeinrichtung wurden folgende Abmessungen verwendet: die Standardiküvetten hatten eine Gesamtlänge von etwa 4,76 cm und der Gesamt-

jhub ihrer Hin- und Herbewegung betrugt 3,8 cm bei einer Frequenz von etwa 3,3 Hz. Die Geschwindigkeit und die Amplitude der Hin- und Herbewegung werden so gewählt, daß auf die Proben nie eine negative Gravitationskraft einwirkt und es in ihnen somit nie zur Kavitation kommt. Bei einem Abstand zwischen der Achse des Antriebsrades 61 und dem Stift 63 von 1,9 cm beträgt die maximale Drehzahl* des Antriebsrades 61, bei der eine Kavitation noch nicht eintritt, Ϊ 216 U/min. Damit erhält man eine maximale Beschleunigung der Kü-

2 '

jvetten von 9,68 m/sec und eine Frequenz der Hin- und Herbewegung on 3,6 Hz.

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Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist an der Antriebsstange 60 ein Arm 82 angebracht, der mit zwei Stellungsgebern 80 und 81 zusammenarbeitet. Diese erzeugen Synchronisiersignale für einen Demodulatorkreis des Fluoreszenzspektrometers, in dem die abwechselnd aufeinanderfolgenden, zeitlich ineinander verschachtelten Meßsignale der beiden Proben zu einem einzigen Differenz-Ausgangssignal zusammengefaßt werden. Die beiden Stellungsgeber 80 und 81 können herkömmliche optische Stellungsgeber sein und jeweils eine eigene Lichtquelle und einen eigenen Lichtdetektor aufweisen, um

ι die Anwesenheit des Arms 82 festzustellen. Vorzugsweise sind die ' Stellungsgeber 80 und 81 in Längsrichtung der Bewegung der Antriebsstange 60 einstellbar, so daß man eine genaue Korrespondenz zwischen dem Stehen der Küvetten in der richtigen Stellung und dem Vorliegen des Synchronisiersignals erhält.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist der Ausgang des Stellungsgejbers, der die richtige Stellung der unteren Küvette 43 im Anregung^

; T

!strahl 23 anzeigt, mit einem Verstärker 83a verbunden, an dessen ", j I

Ausgang ein A-Synchronisiersignal bereitgestellt ist, während das Ausgangssignal des Stellungsgebers 81, das das Bereitstehen der Küvette 4 2 zur Messung anzeigt, in einem Verstärker 83b verstärkt wird, an dessen Ausgang ein B-Synchronisersignal bereitgestellt ist.

|Das von der Fotomultiplierröhre 28 erzeugte.Ausgangssignal wird auf einen Verstärker 84 gegeben, in dem das von der Fotomultiplier4

röhre abgegebene Stromsignal in ein analoges Spannungssignal umgesetzt wird. Nach Filterung durch geeignete Rauschfilter wird das Analogsignal auf einen Kompensationskreis 85 gegeben, in dem das

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Ausgangssignal der Referenz-Fotomultiplierröhre 35 nach Verstärkung in einem Verstärker 86 in der gewünschten Weise zugemischt wird, um die Kompensation für Nichtlinearitäten und Amplitudenschwankungen in der Quelle für das Anregungslicht durchzuführen.

Das kompensierte Analogsignal wird dann auf einen Verstärker 86 mit steuerbarem Verstärkungsfaktor gegeben, der bei Vorliegen des A-lund B-Synchronisiersignal von Seiten der Verstärker 83a und 83b mit unterschiedlichem Verstärkungsfaktor arbeitet. Damit läßt sich der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 86 für jede der Proben unabhängig [einstellen, und man kann so Änderungen der Skalierungsfaktoren vornehmen, die im Hinblick auf chemische Unterschiede der Proben erforderlich sind.

Das verstärkungskorrigierte Signal wird dann auf einen Demodulator 87 gegeben, in dem das eine Folge zeitlich ineinander verschachtelter Einzelsignale darstellende Signal in ein kontinuierliches Anallogsignal umgewandelt wird, das dem Unterschied der Fluoreszenz-

ispektren der beiden Proben zugeordnet ist. Dieses Ausgangssignal jwird in einem weiteren Verstärker 88 verstärkt und auf ein Anzeigeinstrument 89 und einen X-Y-Schreiber 90 gegeben. Das Signal, mit idem die X-Eingangsklemme des X-Y-Schreibers 90 beaufschlagt wird,

!wird von einem als Potentiometer 91 gezeigten Stellungsgeber be-

jreitgestellt, der mit dem Gitter 33 des das Fluoreszenzspektrum

analysierenden Monochromators 26 gekoppelt ist; wahlweise kann die

X-Eingangsklemme auch mit einem Potentiometer 92 verbunden werden,

das mit dem Gitter 32 des Einstrahlmonochromators 22 verbunden istj i ■ !

fc)ie Y-Eingangsklemme des X-Y-Schreibers erhält das von dem Verstär-f

jker 88 erzeugte Signal. ;

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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 der Demodulator 87 be--

i schrieben. Dieser weist einen ersten Spannungsspeicherkreis mit \ einem Widerstand 92, einem Kondensator 94 und einem Schalter 95 ' sowie einen zweiten Spannungsspeicherkreis mit einem Widerstand 96 _r einem Kondensator 97 und einem Schalter 98 auf.

Der Demodulatorkreis arbeitet folgendermaßne: ι

jLiegt ein A-Synchronisiersignal an, das anzeigt, daß die untere Küvette meßbereit ist, so wird der Schalter 95 durch das A-Synchronisiersignal geschlossen und der Kondensator 94 lädt sich dann auf jden Spannungspegel auf, der durch die Fotomultiplierröhre 28 her-

jbeigeführt wird. Wird die untere Küvette 43 aus der Meßstellung herausbewegt, so wird der Schalter 95 geöffnet und der Kondensator 94 speichert die dann auf ihm befindliche Ladung ungeachtet späterer Änderungen des Spannungspegels des zugeführten Analogsignals. Kommt danach die obere Küvette 42 in die Meßstellung, so wird durch das B-Synchronisiersignal der Schalter 98 geschlossen, wodurch der Kondensator 97 und der Widerstand 96 in Reihe zum Kondensator 94 kind zum Widerstand 93 geschaltet werden. Hierdurch wird an den Klemmen des Kondensators 97 eine Spannung aufgebaut, deren Pegel dem Unterschied zu dem vorher durch die Küvette 42 erzeugten A-Signal ist. Infolgedessen hat das auf den Verstärker 88 gegebene Signal einen Pegel, der dem Unterschied zwischen dem Α-Signal und dem B-Signal entspricht. Das der Differenz A-B entsprechende Signal wird dementsprechend auch vom Anzeigeinstrument 89, dem

jX-Y-Schreiber 90 und etwa sonst vorgesehenen Anzeigeeinrichtungen fczur Anzeige gebracht.

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In Fig. 10 ist die Phasenlage zwischen den von der Fotomultiplierröhre erzeugten A- und B-Signalen und den A- und B-Synchronisiersignalen dargestellt. Man sieht, daß das von der Fotomultiplier- j röhre 28 bereitgestellte Signal nur über den Teil des Meßzyklus hinweg konstant ist, in dem eine der Küvetten in dem Anregungsstrahl 23 steht. Um während der Teile des Meßzyklus, in dem die Küvetten ausgetauscht werden, nicht richtige Signale unterdrücken zu können, sind die Stellungsgeber 80 und 81 so angeordnet, daß sie ihr A- und B-Synchronisiersignal nur während der Abschnitte defc Meßzyklus erzeugen, in denen die jeweils betrachtete der Küvetten i in der Meßstellung steht. Um die Messung möglichst effektiv durchführen zu können, ist die Lage der Stellungsgeber so gewählt, daß I der größtmögliche Teil des Ausgangssignals der Fotomultiplierröhrej 28 verwendet wird. Hierzu sind die Stellungsgeber 80 und 81 so angeordnet, daß sie eine Messung an den Küvetten zulassen, während Idiese in Bewegung befindlich sind. Werden Standardküvetten der ' oben beschriebenen Art verwendet und beträgt der Gesamthub ihrer Bewegung 3,75 cm, so kann eine Strecke von etwa 1,13 cm jeweils

von einer Küvette zurückgelegt werden, während trotzdem noch ein : einwandfrei verarbeitbares Ausgangssignal erhalten wird. Damit verf bleiben nur 0,76 cm des Gesamthubs, bei denen von keiner der Küvetiten ein brauchbarer Meßwert erhalten werden kann. Bei einem Gesamt+ hub der Antriebsstange 60 von 3,75 cm können die Küvetten somit : bei fortgesetzter Messung insgesamt um 2,27 cm verschoben werden, j Diese Tatsache ergibt zusammen mit der Sinusform der dem Zellträge^ erteilten Hin- und Herbewegung einen zur Messung nutzbaren Anteil eines jeden Meßzyklus von etwa 74 % und einen nicht zur Messung nutzbaren, nur für den Austausch der Zellen benötigten Anteil des Meßzyklus von etwa 26 %.

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Durch die Erfindung wird somit ein Gerät geschaffen, mit dem die j Fluoreszenzspektren zweier Proben sehr genau und effektiv ver- ^; glichen werden können. Dadurch, daß die Küvetten in vertikaler I Richtung positioniert werden und der Küvettenträger sinusförmig ; jangetrieben wird, befinden sich die Küvetten über die längsmögliche Zeitspanne in einer zur Messung geeigneten Stellung, ohne daß ■ in den zu untersuchenden Proben eine Kavitation auftritt. :

Die Erfindung ist obenstehend zwar in Anwendung bei einem Fluores- :zenzspektrometer beschrieben worden; es versteht sich jedoch, daß ι sie genauso gut bei irgendeiner anderen spektrofotometrischen Meßeinrichtung verwendet werden kann, bei der die Durchlässigkeit für Licht, der Reflexionsfaktor, die Emission oder die Absorption von \

: j

!zwei flüssigen Proben genau und rasch miteinander verglichen werden

SOll. i

Es versteht sich auch, daß die Größe und Form des Küvettenträgers

Ι ι

;und seiner Antriebseinheit ohne weiteres im Hinblick auf die in Aussicht genommene Verwendung geändert werden können. Auch die An-!

■ ι

'Ordnung und Ausrichtung der Spektrometer, an denen die Küvetten- ! !positioniereinrichtung verwendet werden soll, kann im Hinblick aufj

: j

j die besondere in Aussicht genommene Verwendung abgeändert werden, j

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Claims

Patentansprüche

Küvettenpositioniereinrichtung zur Verwendung in einem optischen Analysegerät, in welchem abwechselnd eine erste und zweite Materialprobe untersucht wird, die in getrennten Zellen enthalten sind und welche eine Einrichtung zur Erzeugung eines Meß-Lichtstrahls aufweist, dem jeweils die ausgewählte der Proben ausgesetzt wird, gekennzeichnet durch einen Zellenträger (41), in dem die Zellen im wesentlichen vertikal ausgerichtet gelagert sind; durch eine Zellträgerlagerung (52,53), in der ein im wesentlichen vertikal verlaufender Arbeitsweg vorgesehen ist, so daß beim einen Ende des Arbeitshubs des Zellträgers die erste Zelle in dem zur Messung verwendeten Lichtstrahl (23) steht und die andere Zelle beim anderen Ende des Arbeitshubs des Zellträgers in dem zur Messung verwendeten Lichtstrahl steht; und durch eine Antriebseinrichtung (60-68) zum Hin- und Herbewegen des Zellträgers längs des Arbeitsweges und zum wahlweisen Positionieren der ersten und zweiten Zelle im Weg des Lichtstrahls.
2. Küvettenpositioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Zellen gestreckte Küvetten (42,43) sind, die in dem Zellträger (41) mit den Enden einander zugewandt angeordnet sind.

3. Kuvettenpositioniereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvetten (42,43) rechteckigen Querschnitt aufweisen,und daß der Zellträger (41) zwei Abteile (44,48) mit zur Form der Küvetten komplementärer Form aufweist, in die die Küvetten einsetzbar sind.

4. Kuvettenpositioniereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abteile (42,43) auf zwei Seiten offen sind, so daß die Küvetten leicht eingesetzt und entnommen werden können.

5. Kuvettenpositioniereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Analysegerät ein Fluoreszenzspektrometer (20) ist und daß die offenen Seiten der Abteile (42,43) einander benachbarte Seiten sind, so daß das von den Proben emittierte Licht gemessen werden kann.

6. Kuvettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (60-68) an ihrem Abtriebsteil eine sinusförmige Bewegung bereitstellt, mit der der Zellträger (41) längs seines Arbeitsweges bewegt wird.

7. Kuvettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen Antriebskörper (60) aufweist, der in dem Zellträger (41) in verti-

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kaier Richtung hin- und herbewegbar geführt ist, und ein angetriebenes Rad (61) aufweist, auf dem in radialem Abstand von der Drehachse ein Nockenkörper (63) angeordnet ist, der in einen im wesentlichen horizontalen Antriebsschlitz (62) des Antriebskörpers (60) eingreift.

8. Küvettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen in vertikaler Richtung hin- und herbewegbaren Antriebskörper (60) aufweist und dieser mit dem Zellträger (41) über einen Magneten (64) kraftschlüssig verbunden ist.

9. Küvettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellträger (41) eine Feder (74) zum Fixieren der Zellen in der gewünschten Stellung aufweist.

10.Küvettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebseinrichtung (60-68) Stellungsgeber (80,81) zugeordnet sind, die die Stellung des Zellträgers (41) längs seines Arbeitsweges ermitteln und ein der Stellung des Zellträgers entsprechendes Steuersignal bereitstellen, mit dem eine externe Signalverarbeitungsschaltung (30) beaufschlagt ist.

11.Optisches Analysegerät, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Ktivettenpositioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines zur Messung

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! verwendeten Lichtstrahls aufweist, mit dem die Proben bestrahlt

* werden. ■ ■ ■ . . - ~ .

■1 2.Analysegerät nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Detektor zur Analyse des von den Proben ausgestrahlten Lichtes, durch eine Signalauswertungsschaltung, die ein Ausgangssignal bereitstellt, das dem Unterschied der optischen Eigenschaften der Proben entspricht und aufweist: einen ersten Speicherkreis, der einen ersten Kondensator (94) und einen in Serie geschalteten ersten Schalter (95) aufweist, die zwischen den Lichtdetektor und das Bezugspotential geschaltet sind, einen zweiten Speicherkreis, in dem ein zweiter Kondensator (97) und ein zweiter Schalter (98) in Reihe geschaltet sind und der zwischen den zwischen dem ersten Kondensator und dem ersten Schalter liegenden Knoten und das Bezugspotential geschaltet ist, eine Synchronisiereinrichtung (80-83), die auf die Stellung des Zellträgers (41) anspricht und wahlweise den ersten Schalter dann schließt, während die erste Zelle im Lichtstrahl steht, und wahlweise den zweiten Schalter dann schließt, wenn die zweite Zelle im Lichtstrahl steht, und eine Ausgangsstufe, die einei mit dem zweiten Kondensator (97) und dem Bezugspotential verbundenen Verstärker (87) aufweist, an dessen Ausgang das Differenzausgangssignal bereitgestellt wird.

13.Analysegerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicherkreis und der zweite Speicherkreis jeweils einen ;

i in Reihe geschalteten Widerstand (93,96) aufweisen.

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