DE2751365B2

DE2751365B2 - Vorrichtung zur Messung der Absorption einer Probe

Info

Publication number: DE2751365B2
Application number: DE2751365A
Authority: DE
Inventors: Gernot Klaus 5000 Koeln Brueck
Original assignee: DIAMANT TEST GESELLSCHAFT fur EDELSTEINPRUEFUNGEN MBH 5000 KOELN; Lommel Hermann Drmed 5090 Leverkusen
Current assignee: DIAMANT TEST GESELLSCHAFT fur EDELSTEINPRUEFUNGEN MBH 5000 KOELN; Lommel Hermann Drmed 5090 Leverkusen
Priority date: 1977-11-17
Filing date: 1977-11-17
Publication date: 1979-12-06
Also published as: BE872058A; FR2409507A1; GB2008244A; SE7811813L; NL7811385A; IT7851910A0; JPS5485096A; DE2751365A1; IT1157706B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Absorption einer Probe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Nachweis von Trübungen in flüssigen Proben, die durch Eiweißkörper bedingt sind. Ein Nachweis von Eiweißkörpern ist beispielsweise bei der Überwachung von Immunreaktionen von Bedeutung.

Es sind schon verschiedene Vorrichtungen unter der Bezeichnung »Laser Nephelometer« bekannt. Diese Vorrichtungen beruhen auf dem Prinzip, daß das aus der Untersuchungsprobe austretende Streulicht gemessen wird und die Stärke der Streuung Aufschluß über den Zustand der durchstrahlten Untersuchungsprobe gibt. Dabei wird bei einem bekannten Verfahren mit einer Lichtfalle hinter der Untersuchungsprobe der zentrale ungestreute Lichtstrahlanteil ausgeblendet und nur der Streuanteil im engen Bereich um den zentralen Lichtstrahl erfaßt. (Laborblätter, Bd. 26 (1976) S. 117-123).

Bei diesem Verfahren wird bei sehr schwach streuenden Untersuchungsproben die Meßgenauigkeit durch das Eigenrauschen der Elektronik beeinträchtigt Ein anderes Verfahren mißt nur das unter einem bestimmten Winkel austretende Streulicht, dabei muß das erzeugte Signal allerdings wegen seiner geringen Stärke mittels eines Fotovervielfachers verstärkt werden. Dies erfordert aber einen erheblichen Schaltungsaufwand, und zudem können mit diesem Verfahren gering streuende Untersuchungsproben nur schwierig untersucht werden, da das Meßsignal durch das

ίο Rauschen des Fotovervielfachers verfälscht werden kann. (Hyland-Prospekt, Das PDQ Laser-Nephelometer). Beiden bekannten Verfahren ist noch ein weiterer Nachteil gemeinsam, nämlich daß dem Laserlichtstrahl eigene Intensitätsschwankungen nicht eliminiert werden, sondern in das Meßergebnis mit eingehen, so daß insbesondere bei geringen Konzentrationen der zu bestimmenden Bestandteile in der Untersuchungsprobe, d. h. geringen Trübungen, die Meßgenauigkeit begrenzt ist.

Aus der Literaturstelle Rev. Sei. Instr. vol44, Nr. 12 (1973), S. 1717 -1719 ist bereits eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt Dabei dient als Lichtquelle eine übliche Glühlampe, wobei es sich um eine Streulichtquelle handelt. Darüber hinaus arbeitet diese Vorrichtung nach dem Dreistrahlprinzip, d. h. es erfolgt eine Aufteilung des Lichtstrahls in drei Teillichtstrahlen, wobei mittels des dritten Teillicht strahls eine »feedback-Regelung« der Lichtquelle durchgeführt wird, um auf diese Weise lrrtensitäts-Schwankungen der Lichtquelle auszuschalten und daß Meßergebnis von Schwankungen der Intensität des erzeugten Lichtstrahles unabhängig zu machen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß Langzeitintensitätsverluste der Lichtquelle nicht voll berücksichtigt werden, und somit nicht stets reproduzierbare Meßergebnisse gewonnen werden können. Darüber hinaus ist eine Lichtquellenregelung, wie sie bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehen ist, relativ träge, weil die Aufheizkonstante der Lichtquelle jeweils berücksichtigt werden muß. Aus diesem Grunde ist dem Differenzbildner, der die Differenz bezogen auf die ursprüngliche Intensität der Teillichtstrahlen biidet, ein Integrator nachgeschaltet, der dazu dient, eine Mitteilung vorzunehmen, was aufgrund der trägen Nachregelung unbedingt erforderlich ist. Weiterhin ist es bei der bekannten Vorrichtung nachteilig, daß der Referenzstrahl nach der Aufteilung nicht unmittelbar auf den Referenzwandler geleitet wird, sondern zunächst nochmal eine Umlenkung erfolgt und zusätzlich durch

so eine Referenzprobe geleitet wird. Dadurch können sich aber Verfälschungen des Meßergebnisse einstellen, denn bei dem Referenzmeßstrahl handelt es sich ebenfalls um einen in der Intensität geschwächten Strahl, wobei die Schwächungsparameter nicht eindeutig, insbesondere durch die nochmalige Umlenkung festgelegt werden können. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß der Ausgabewert lediglich eine Differenz darstellt, so daß mit dieser Vorrichtung nicht unmittelbar die Absorption in Prozenten abgelesen werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine hohe Meßgenauigkeit bei jeder Untersuchungsproben-Konzentration, insbesondere auch bei geringen Konzentrationen der zu bestimmenden Bestandteile, d. h. bei geringer Trübung, sowie bei hohen Konzentrationen der zu bestimmenden Bestandteile, d. h. bei starker Trübung, ermöglicht und

bei der Ungenauigkeiten durch Intensitätsschwankungen des Lichtstrahls eliminiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkrrale gelöst Da der Referenzstrahl ind der die Untersuchungsprobe durchlaufende Meßstrahl aus demselben Laser stammen, können Intensitätsschwankungen das Meßergebnis nicht beeinflussen, weil sie im Referenzstrahl und im Meßstrahl gleichzeitig auftreten, so daß der Quotient aus dem Differenzwert dieser beiden Strahlen und dem Referenzwert durch solche Schwankungen nicht beeinflußt wird.

Hieraus ergibt sich eine große Empfindlichkeit der Vorrichtung nach der Erfindung, denn auch bei gering streuenden Untersuchungsproben ergibt sich ein noch ausreichendes Ausgangssignal. Der als Lichtquelle dienende Laser arbeitet mit kurzer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, insbesondere im Bereich von 400—650 nm, da bei kurzen Wellenlängen eine hohe Streuintensität zu erwarten ist, weil die Streuung mit der vierten Potenz der Frequenz des einstrahlenden Lichtes zunimmt. Bei den kürzeren Wellenlängen kann mit geringen Konzentrationen der zu bestimmenden Bestandteile gearbeitet werden, ohne daß die Meßgenauigkeit darunter wesentlich leiden würde. Aufgrund der Verwendung eines Lasers als Lichtquelle wird auf einem hohen Energienievau gearbeitet, im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen mit ausschließlicher Streulichtmessung oder mit aus Glühlampen bestehenden Lichtquellen kann auf einen hohen Verstärkungsfaktor beim Ausgangssignal verzichtet werden, so daß ein großer Rauschabstand erreicht werden kann und somit eine große Empfindlichkeit erzielt wird. Ein weiterer Vorteil, der mit einer Laserlichtquelle verbunden ist, besteht darin, daß das Laserlicht kohärent ist, das im weiteren Verlauf unverändert bleibt und auch seine Kohärenz stets beibehält. Weiterhin ist bei dem Laser-Lichtstrahl von Vorteil, daß er äußerst eng gebündelt ist und eine geringe Querschnittsfläche besitzt, die sich aus einem Durchmesser von Vi₀ mm ergibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2—4.

Indem gemäß dem Merkmal des Anspruches 2 eine gleichmäßige Ausleuchtung der lichtempfindlichen Flächen des Meß- und des Referenzwandlers erzeugt wird, wird erreicht, daß die aus Fotodetektoren bestehenden Wandler nicht jeweils mit einem gebündelten Strahl angestrahlt werden, wodurch Meßungenauigkeiten hervorgerufen werden, sondern eine gleichmäßige Bestrahlung der Detektoroberfläche erfolgt und eine punktuelle Bestrahlung vermieden wird, die bei der hohen Energiedichte des Laserstrahls zur Beschädigung des Detektors führen könnte. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der lichtempfindlichen Flächen zu erzielen, kann eine Ulbrichtsche Kugel verwendet werden, in die jeweils der betreffende Teilstrahl eingeleitet wird, bevor er auf den Meßwandler fällt Dadurch wird von dem Meßwandler ein ausgeleuchteter Raum erfaßt und damit eine gleichmäßige Ausleuchtunp der lichtempfindlichen Fläche des Wandlers erreicht

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun die Erfindung näher erläutert.

Die Vorrichtung besteht aus einem monochromatischen Laser als Lichtquelle, dessen Arbeitsbereich bei einer Wellenlänge von ca. 633 nm liegt Jedenfalls sollte eine Wellenlänge gewählt werden, die zwischen 400 und 65G nm liegt Der von dem Laser 1 ausgesendete kohärente Lichtstrahl 2 fällt auf einen Umlenkspiegel 3. und zwar unter einem Einfallswinkel von 45°. Der Umlenkspiegel 3 ist für die jeweilig verwendete Wellenlänge entspiegelt Von dem Umlenkspiegel 3 fällt der Lichtstrahl 2 auf eine Strahlenteilerplatte 4, wo der Lichtstrahl nach 2a und 26 mit einem Teilungsverhältnis von etwa 50:50 aufgeteilt wird. Dabei dient der Teilstrahl 2a als Referenzstrahl und der Teilstrahl 26 als Meßstrahl. Der Meßstrahl 26 fällt auf eine in einem Probenhaltc-r 5 angeordnete Untersuchungsprobe 6, die beispielsweise Antigen-Antikörperkomplexe enthalten kann. Das aus der Untersuchungsprobe 6 austretende Licht wird von einer Ulbrichtschen Kugel 7 aufgenommen. In der Ulbrichtschen Kugel 7 ist ein Photodetektor 96 angeordnet, der das in die Ulbrichtsche Kugel 7 eingestrahlte Licht aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt.

Der Referenzstrahl 2a wird ebenfalls in eine Ulbrichtsche Kugel 8 geleitet. Die Lichtintensität wird dort ebenfalls von einem Fotodetektor 9a erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Ausgangssignale der Fotodetektoren 9a und 96 werden über elektrische Leitungen 10 und 11 auf die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers 12 gegeben. Der eigentliche Meßwert wird sodann durch Quotientenbildung mittels eins Quotientenverstärkers 13 aus dem Differenzsignal und dem Referenzsignal erhalten und kann dann auf einem beliebigen Anzeigegerät 14, beispielsweise einer Digitalanzeige, oder mittels Drucker ausgegeben werden. Dabei kann diese Anzeige beispielsweise den Prozentwert der Absorption angeben. Die Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß die Strahlengänge der Strahlen 2, 2a und 26 nach außen gegen Lichteinfall abgeschlossen sind. Die beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur diagnostischen und wissenschaftlichen Anwendung in der Laboratoriumsmedizin.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Absorption einer Probe mit

a) einer Lichtquelle,

b) einem Strahlenteiler zur Aufteilung eines von der Lichtquelle ausgehenden Lichtbündels in einen MeB- und einen Referenzstrahlengang,

c) einer im Meßstrahlengang angeordneten Halterung für die zu untersuchende Probe,

d) einem photoelektrischen Meßwandler zur Umsetzung des durch die Probe getretenen Lichts in ein elektrisches Meßsignal,

e) einem im Referenzstrahlengang angeordneten photoelektrischen Referenzwandler zur Erzeugung eines von der Probe unbeeinflußten elektrischen Referenzsignals,

f) einer Subtrahierschaltung zur Bildung eines Differenzsignals aus dem Meß- und dem Referenzsignal, dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Lichtquelle aus einem Laser (1) besteht,
h) der Referenzstrahlengang (2a) derart ausgebildet ist, daß der Referenzwandler (S) vom Referenzstrahl unmittelbar ohne weitere Beeinflussung desselben beaufschlagt ist,
i) der Subtrahierschaltung (12) eine Dividierschaltung (13) zur Bildung eines Quotientensignals aus dem Differenzsignal und dem Referenzsignal nachgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß optische Einrichtungen (7, 8) zum Erzeugen einer gleichmäßigen Ausleuchtung der lichtempfindlichen Flächen des Meß- und Referenzwandlers (9b bzw. 9a) vorgesehen sind

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen aus zwei Ulbrichtkugeln (7,8) bestehen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler (4) derart ausgelegt ist, daß der Meß- und Referenzstrahl gleiche Intensität haben.