DE2800225C2 - Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer anomalen Substanz in einer flüssigen Probe und eine Anlage zum kontinuierlichen selbsttätigen Analysieren einer flüssigen Probe nach diesem Verfahren - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer anomalen Substanz in einer flüssigen Probe und eine Anlage zum kontinuierlichen selbsttätigen Analysieren einer flüssigen Probe nach diesem Verfahren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer anomalen Substanz in einer flüssigen Probe, bei welchem ein zusammengesetzter Teststreifen aus einem Stäbchen aus Plastik oder dergleichen und unabhängig voneinander fest darauf aufgebrachten Farbreaktions-Papierstücken und einem Vergleichs- oder Korrektur-Papierstück mit der Probe bestrichen oder imprägniert wird, der Testpapierstreifen in eine Einheit zur Messung des spektralen Reflexionsvermögens geführt, die Reaktions-Papierstücke und das Vergleichs-Papierstück bestrahlt und Reflexionsvermögen jedes Reaktionspapierstücks durch Vergleich mit dem des Vergleichs-PapierstÜc erhalten wird
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 25 57 872 bekannt
Die auf dem Farbreaktions-Papier innerhalb eine bestimmten Zeitspanne nach Aufbringung der Probe au das Papier gebildete Farbe wird in Form des spektrale Reflexionsvermögens mit Hilfe einer optischen Vorrich tung gemessen. F i g. 1 zeigt einen bei dem bekannte Verfahren angewandten zusammengesetzten Teststrei fen 1. Dieser Teststreif an ist nicht nur zur Auffindun, anomaler Substanzen in Urin geeignet sondern auc zur quantitativen Analyse derartiger Substanzen u gestattet eine schnelle und brauchbare Untersuchung.
Im einzelnen besteht der zusammengesetzte Test streifen 1 aus einem Stäbchen 2 aus Kunststoff odei dergleichen und Farbreaktions-Papierstücken 3a, 3b, 3
die auf dem Stabchen 2 befestigt sind und jeweils mit Glukose, Protein oder einer entsprechenden Substanz in dem Urin unter Bildung einer Farbe reagieren, deren Intensität der Konzentration der Substanz entspricht, wie bei bekannten zusammengesetzten Teststreifen. Der Teststreifen 1 enthält ferner ein Vergleichs- oder Korrektur-Papierstück 4, das an dem einen Ende des Stäbchens 2 befestigt ist Die Teile 5 des Stäbchens 2, auf dem die Papierstücke 3 und 4 befestigt sind, können schwarz gefärbt sein, um den Durchgang des Lichts zu sperren.
Jedes der .Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c,... wird dadurch hergestellt, daß Filterpapier über die gesamte Fläche mit einem Reagenz in konstanter Dichte imprägniert wird, welches durch selektive Reaktion mit Glukose oder einer anderen, in Urin auftretenden Substanz eine Farbe erzeugt Ein Stück desselben Filterpapiers, «ie es als Basismaterial für die Reaktions-Papierstücke verwendet wird, wird als Vergleichs-Papierstück 4 verwendet
Zur Untersuchung wird eine Urinprobe auf die Testpapierstücke 4, 3a, 3b, 3c,... aufgebracht, oder die Papierstücke werden in die Probe eingetaucht und es wird das jeweilige Reflexionsvermögen der Testpapierstücke 3a, b, c und 4 gemessen. Die Reflexionsvermögen 2s der Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c, werden übergeführt in Werte, die auf das Reflexionsvermögen des Vergleichs-Papierstücks 4 bezogen sind, dessen Reflexionsvermögen gleich 100% gesetzt wird, wodurch die Werte für das Reflexionsvermögen der Stücke 3a, 36, 3c korrigiert und somit der Einfluß der Färbung der Urinprobe auf das Reflexionsvermögen eliminiert wird. Somit dient das Vergleichs-Papierstück 4 demselben Zweck wie die Blindprobe bei der kolorimetrischen Analyse.
F i g. 2, welche die obige Korrektur substantiiert, zeigt das Reflexionsvermögen der Farbreaktions-Papierstükke 3, bezogen auf das mit 100% angesetzte Reflexionsvermögen des Vergleichs-Papierstücks 4, auf das Wasser aufgebracht wurde. Die Kurve A zeigt das Reflexionsvennögen einer eine anomale Substanz enthaltenden farblosen Urinprobe, Kurve B eine gefärbte Urinprobe, die keine anomale Substanz enthält und Kurve Ceine gefärbte Urinprobe, die eine anomale Substanz enthält Wenn der Teststreifen mit dem unbewaffneten Arge betrachtet wird, wird u-as durch die Kurve C wiedergegebene Reaktionsspektrum als Ganzes gesehen, wobei es unter keinen Umständen möglich ist den Grad der Farbentwicklung festzustellen. Andererseits ist die Kurve de/ Reflexionsvermögenswerte, die sich aus der Korrektur nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren ergibt, annähernd äquivalent der Kurve A, so daß die anomale Substanz, unabhängig von der Farbe der Urinprobe mit hoher Genauigkeit bestimmbar ist
Dies wird deutlich aus den Ergebnissen eines in F i g. 3 gezeigten Versuchs. Es wurden simulierte Proben aus farblosem Urin, die eine spezielle anomale Substanz enthielten, unter Zugabe eines Farbstoffes in wechselnden Konzentrationen hergestellt Die Proben wurden auf die Vergleichs-Päpierstücke 4 aufgebracht Es wurden die relativen Reflexionsvennögen R\ der Stücke 4 bestimmt bezogen aMf das Reflexionsvermögen eines Vergleichs-PapierstücKs 4, auf das reines Wasser gegeben worden war Und dessen Reflexionsvermögen gleich 100% gesetzt wurde. Die relativen Reflexionsvermögen R\ wurden auf de- Abszisse gegen die korrigierten Reflexionsvermögen Λ2 auf der Ordinate aufgetragen. Die korrigierten Reflexionsvennögen Ri wurden dadurch erhalten, daß die simulierten Proben auf die Vergleichs-Päpierstücke 4 und die Reaktions-Papierstücke 3 zum Nachweis der speziellen anomalen Substanz aufgebracht und die Reflexionsvermögen der Stücke 4 und 3 gemessen wurden.
Fig.3 macht deutlich, daß sogar, wenn das Reflexionsvermögen des Vergleichs-Papierstücks 4 um etwa 30% abnimmt, das relative Reflexionsvermögen des Reaktions-Papierstücks 3 beinahe unverändert bleibt
Die Anwendung dieses Verfahrens und der Anlage birgt jedoch noch folgende Probleme, die es schwierig machen, die Konzentrationen der anomalen Substanzen exakt zu bestimmen.
1) Die Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c,... haben variierende spektrale Reflexionsvermögens-Charakteristika; bei einer bestimmten Meßwellenlänge kann das Reflexionsvermögen eines Reaktions-Papierstücks einer großen Änderung unterliegen, wogegen das Reflexionsvermögen eir«es_ anderen Reaktions-Papierstücks nur eine geringe Änderung erfährt In einem solchen Fall kommt es zu Schwierigkeiten, wenn unter Verwendung des Reaktions-Papierstücks geringer Änderung eine genaue bestimmung des Reflexionsvermögens oder der Konzentration der anomalen Substanz erfolgen solL
2) Wenn zur genauen Messung der Menge des reflektierten Lichts eine Integrationskugel verwendet wird, verursachen Änderungen der Entfernung zwischen der reflektierenden Fläche und der Integrationskugel deutliche Änderungen in der Menge reflektierten Lichts. Wenn es nach der Absorption der Urinprobe zu einem Dickenunterschied zwischen dem Vergleichs-Papierstück 4 und den Reaktions-Papierstücken 3a, 3b, 3c,... kommt, wird ein Unterschied in der Entfernung zwischen der Integrationskugel und den reflektierenden Flächen erzeugt was zu einem falschen Wert für das korrigierte Reflexionsvermögen führt
Die Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Anlage rühren ausschließlich von der alleinigen Verwendung einer einzigen Wellenlänge zur Messung des Reflexionsvermögens her. Das bedeutet, daß die aufgezeigten Schwierigkeiten durch Anwendung verschiedener entsprechender Meßwellenlängen überwunden werden müßten.
Aus der DE-OS 19 17 628 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration einer Substanz in einer bewegten Meßgutbahn mit Licht von drei verschiedenen Wellenlängen bekannt, einer von der Meßsubjtanz absorbierbaren Meßwellenlänge, einer nicht absorbierbaren Vergleichswellenlänge und einer dritten Wellenlänge. Es wird ein Quotient Qi aus den Intensitäten der Reflexionsvermögenssignale der Meßwellenlänge und der Vergleichswellenlänge gebildet Da das Signal der Vergleichswellenlänge aber noch den Anteil, der von der Fremdsubstanz absorbiert wird, enthält wird noch ein Quotient Qi aus den Signalen der Vergleichswellenlänge und der dritten Wellenlänge bestimmt Durch Subtraktion des Quotienten Q2 von Q1 erhält man die Konzentration der Meßsubstanz.
Meßwellenlänge und V^i-gleichswellenlänge werden entsprechend der zu bestimmenden Substanz festgelegt. Die Korrektur mit der dritten Wellenlänge ist nur möglich, wenn man die Fremdsubstanz und ihr
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Absorptionsvermögen kennt.
Dieses bekannte Verfahren ist auf die Bestimmung der Konzentration von anomalen Substanzen in Flüssigkeiten wie Urin nicht anwendbar. Die Fremdsubstanz entspricht hier der Färbung des Urins, die aus vielen Ursachen resultiert, so daß es nicht möglich ist, mit nur einer bestimmten Wellenlange den Färbegrad zu bestimmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem aus der DE-OS 25 57 872 bekannten Stand der ,„ Technik ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer anomalen Substanz in einer flüssigen Probe zu schaffen, bei welchem die unterschiedlichen Änderungen im spektralen Reflexionsvermögen der Reaktions-Papierstücke ausgeschaltet werden und die Unterschie- ,-, de im Abstand zwischen reflektierender Fläche und Integrationskugel und die damit verbundene Änderung in der Intensität des reflektierten Lichts beseitigt wird. Darüber hinaus soll eine Anlage zum kontinuierlichen selbsttätigen Analysieren einer flüssigen Krobe nach 2n diesem Verfahren geschaffen werden.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Anlage nach Anspruch 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird das Reflexionsvermögen der Reaktions-Papierstücke unter Anwendung von Strahlen verschiedener Wellenlängen gemessen und für jedes Papierstück ein optimal korrigiertes Reflexionsvermögen berechnet. Wenn die Änderung der Menge an reflektiertem Licht aufgrund einer Konzentrationsänderung bei einer speziellen Wellenlänge groß ist, wird das korrigierte Reflexionsvermögen bei dieser Wellenlänge dividiert durch das korrigierte Reflexionsvermögen bei einer anderen Wellenlänge, bei der die Änderung gering ist Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflexionsvermögen des jeweiligen Reaktions-Papierstücks genommen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im einzelnen wie folgt beschrieben:
F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten, für die Durchführung der Erfindung geeigneten Teststreifens.
Fig.2 ist ein Diagramm, das die Kurven, die die spektralen Reflexionsvermögenscharakteristika eines Reaktions-Papierstücks darstellen, zeigt
Fig.3 ist ein Diagramm, welches das relative Reflexionsvermögen eines Reaktions-Papierstücks, das unter Verwendung eines Vergleichs-Papierstücks bestimmt wurde, zeigt
F i g. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung in seiner Gesamtheit zeigt, wobei einzelne Teile weggelassen sind.
Fig.5 ist eine schematische Seitenansicht des Hauptteils der Anlage.
F i g. 6 ist eine Draufsicht auf einen Filterhalter.
F i g. 7 ist ein Diagramm der Zeit-Beziehung zwischen den in eine Datenverarbeitungsvorrichtung eingegebenen Signalen.
F i g. 8 und 9 sind Diagramme, die die Kurven, die verschiedene spektrale Reflexionsvermögenscharakteristika von Reaktions-Papierstücken darstellen, zeigen.
F i g. 10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dicke von Papierstücken und dem Abstand der Stücke von einer Integrationskugei zeigt
F i g. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der reflektierten Lichtmenge und dem Abstand zwischen Oberseite der Papierstücke und Integrations kugel zeigt.
Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Kurve zeigt, welche die Beziehung /.wischen dem Reflexionsvermögen und der Konzentration der anomalen Substanz wiedergibt.
Zunächst werden kurz die Anordnung und die Hauptfunktionen der erfindungsgemäßen Anlage beschrieben.
Die Anlage besteht im wesentlichen aus einer Einheit zur Messung des Reflexionsvermögens, einer Einheit zur Probenzuführung, einem Wellenlängenselektor und einer Datenverarbeitungsvorrichtung. Die Einheit zur Probenzuführung besteht aus einem drehbaren Probentisch in Form einer Scheibe mit radialen Vertiefungen zur Aufnahme der zusammengesetzten Teststreifen in richtiger Lage, einer Antriebsvorrichtung zum intermittierenden Drehen des Probentisches sowie einer Abtastvorrichtung für das Testpapier, wodurch das mit einer Probe geiränkie TcSipapier aus c;ncr bcsJs~rr:ie" Position in den Detektorteil der Einheit zur Messung des Reflexionsvermögens gefördert und nach der Messung entfernt wird. Die Einheit zur Messung des Reflexionsvermögens wirft das Meßlicht von dem Wellenlängenselektor auf das Testpapier, mißt das von der Oberfläche des Papiers reflektierte Licht und gibt das resultierende Signal der Datenverarbeitungseinheit ein.
Die L-atenverarbeitungseinheit empfängt verschiedene Signale zur Durchführung des Arbeitsganges, der Speicherung und Steuerung und gibt verschiedene Ausgangssignale ab, die z. B. die Konzentration einer Komponente angeben, um die Untersuchungsergebnisse an einen Ausdrucker oder dergleichen zu geben.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit Fig.4 und 5 beschrieben. Ein zusammengesetzter Teststreifen 1, auf den eine Probe aufgebracht ist, wird mit Hilfe eines Einlegers 6 in eine der Vertiefungen 9 gebracht, die radial und in geeigneten Abständen, beispielsweise mit einem Winkelabstand von 30°, in der Oberseite eines drehbaren Probentisches 8 ausgebildet sind. Der Probentisch 8 wird über eine Welle 7 in Pfeilrichtung intermittierend gedreht Nach einer bestimmten Zeit wird der Teststreifen 1 in eine Stellung unmittelbar unter eine Reflexionsmeßeinheit 10 gebracht, die über der Bahn eines Umfangsteils des Tisches 8 angeordnet ist und während einer gegebenen Zeitspanne angehalten. Die Dauer der Drehung des Probentisches 8 sowie die Dauer seines Anhaltens kann nach Wunsch festgesetzt werden. Wenn beispielsweise der Tisch jeweils 2 Sekunden lang gedreht und anschliebend 8 Sekunden lang angehalten wird, wird eine Umdrehung desselben 2 Minuten in Anspruch nehmen. Wenn somit der Teststreifen 1 dem Tisch 8 in einer bestimmten Position zugeführt wird, kann das Reflexionsvermögen nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Aufbringen der Probe auf das Papier gemessen werden.
Wenn sich der Probentisch 8 in Haltestellung befindet bewegt die Papierabtastvorrichtung 11 den Teststreifen 1 entlang der Vertiefung 9 mit konstanter Geschwindigkeit nach außen. Die Abtastvorrichtung 11 besteht z. B. aus einem horizontal hin- und herbewegbaren Solenoid 12, aus dem ein bewegbarer Stift 13 in einem bestimmten Zeittakt herausragt und den Teststreifen 1 bewegt, so daß das Vergleichs-Papierstück 4 und die Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c,... mit einer bestimmten Geschwindigkeit nacheinander unmittelbar
unter dem Detektorteil der Reflexionsmeßeinheit 10 vorbeigeführt werden. Das Reflexionsvermögen der Papierstücke 4, 3a, 3b, 3c,... wird während des Durchgangs gemessen, anschließend wird das Papier weiter nach außen bewegt und vom Probentisch 8 entfernt.
Die Reflexionsvermögen des Teststreifens 1 werden durch die Reflexionsmeßeinheit 10 und einem darüber angeordneten Wellenlängenselektor 14 gemessen wie folgt:
Die Strahlen von einer als Lichtquelle dienenden Lampe 15 werden zuerst durch eine Kollimi.torlinse 16 parallel gerichtet und dann auf den Wellenlängenselektor 14 gerichtet, durch den Strahlen verschiedener bestimmter Wellenlängen ausgewählt werden. Diese Strahlen passieren eine Kondensorlinse 17 und eine Integrationskugel 18 und treffen im wesentlichen senkrecht auf den Teststreifen 1 auf.
Wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, besteht der
Wcücmärigcnäcickiör !4 SUS CmCH" FiltCfhullCr 20, der mit großer Geschwindigkeit um einen Stift 19 drehbar ist, sowie aus optischen Filtern 21/, 21m und 21n, deren Zahl der Zahl der erforderlichen Wellenlängen (in dieser Ausführung 3) entspricht und die in den Filterhalter 20 in gleichen Abständen eingepaßt sind, wobei die Filter konzentrisch zur optischen Achse einstellbar sind. Mit der Drehung des Filterhalters 20 kann deshalb eines der Filter in der Reihenfolge 21/— 2Im-* 21/7 in der Lichtbahn in Stellung gebracht werden, mit dem Ergebnis, daß sich die Wellenlänge der auf das Testpapier 1 fallenden Strahlen von /zum und schließ.ich zu η ändert, wobei davon ausgegangen wird, daß die Filter vorwiegend Strahlen der Wellenlänge /, m bzw. /!durchlassen.
Ein Signalgeber 22 für die Identifizierung der Wellenlänge gibt ein zeitlich gesteuertes Signal, das die Identifizierung der Wellenlänge der Strahlen gestattet, die auf den Teststreifen 1 fallen. Wie gezeigt, sind in dem Filterhalter 20 kleine Löcher 236, 24a, 24i> und 23a ausgebildet, die außerhalb der in den Halter eingepaßten Filter 21/, 21m und 21n angeordnet sind. Wenn sich der Halter 20 in einer solchen Lage befindet, daß der Mittelpunkt jedes Filters auf die optische Achse ausgerichtet ist, sind Lichtquellen 25,26 und Lichtdetektoren 27, 28 oberhalb und unterhalb der Löcher angeordnet, derart, daß die Signale von den Lichtdetektoren 27 und 28 mit Hilfe von Verstärkern 29 bzw. 30 in eine Datenverarbeitungseinheit 31 eingegeben werden.
Es sei nun angenommen, daß der Verstärker 30 ein Signal ^erzeugt, wenn das Licht von der Lichtquelle 26 den Lichtdetektor 28 erreicht, und daß der Verstärker 29 ein Signal T" erzeugt, wenn das Licht von der Lichtquelle 25 den Lichtdetektor 27 erreicht Die auf den Teststreifen 1 treffenden Strahlen sind jene der Wellenlänge m, die durch das Filter 21m gehen, wenn T stark (anschließend abgekürzt als »//«) und T" schwach (anschließend abgekürzt als »L«) ist, sind jene der Wellenlänge n, die durch das Filter 21/7 gehen, wenn T" //und V L ist, und jene der Wellenlänge /, die durch das Riter 21/ gehen, wenn T und V beide H sind Die F ig. 7 zeigt die Zeit-Beziehung zwischen den Signalen T"und T"und anderen Signalen.
Die auf das Testpapier 1 im wesentlichen senkrecht auftreffenden Strahlen werden von der Oberfläche des Vergleichs-Papierstücks 4 oder von jedem der Reaktions-Papierstücke 3a, 3& 3c ... in Richtung 2 reflektiert Die ReflexionsmeBeinheit 10 mißt das Reflexionsvermögen bei jeder Wellenlänge für jedes
de- Papierstücke 4,3a,3b,3c... Die Reflexionsmeßeinheit 10 besteht beispielsweise aus der Integrationskugel 18, einem Lichtdetektor 32 und einem Verstärker 33 und gibt Signale R ab. Andererseits weist die Vertiefung 9 des Probentisches 8 eine Öffnung 34 zum Durchgang des Lichts auf, das durch den Teststreifen 1 geht. Das Licht trifft auf den optischen Detektor 35, gibt ein Signal Tab, das durch den Verstärker 36 verstärkt und dann in die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 eingespeist wird.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 ist ein elektronischer Programmspeicher und Rechner zur Durchführung von Berechnung, Speicherung und Steuerung. Er hat eine Reihe von Eingangs-/Ausgangs-Durchlässen zur Abgabe und Aufnahme von Digitalsignalen. Die Daten können nur durch programmgesteuerte Ein-/ Ausgangs-Durchlässe der Datenverarbeitungsvorrichtung 31 eingespeist und von ihr abgegeben werden. Der Eingangsdurchlaß der Datenverarbeitungsvorrich'.ung 31 empfängt das Signal T"von dem Lichtdetektor 27, das Signa! V von dem Lichtdetektor 28, das Signa! T von dem Lichtdetektor 35, den Ausgang von einem Analog-Digital-Wandler 37 und das Signal von einem in F i g. 4 gezeigten Testpapiersensors 38. Die Ausgangssignale aus den Ausgangsdurchlässen sind ein Signal zum Start des Betriebes des Analog-Digital-Wandlers 37, ein Papier-Abtastauslösesignal an einen Folgeregler 39, welcher die Papierabtastvorrichtung 11 steuert, und Signale an einen Ausdrucker 40.
Die oben beschriebene Ausführungsform arbeitet in folgender Weise. Auf ein Signal von dem Testpapiersensor 38, das anzeigt, daß ein Teststreifen 1 die Position des Sensors 38 passiert hat, löscht die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 alle in ihrem Speicher eingespeicherten Meßdaten und gibt nach Ablauf einer gewissen Zeit (die das Testpapier 1 benötigte, um aus der Position des Sensors 38 in den Detektorteil der Reflexionsmeßeinheit 10 und zu einem Halt zu kommen) dem Folgeregler 39 den Befehl, die Papierabtastvorrichtung 11 in Betrieb zu setzten.
Demzufolge arbeitet nach dieser Zeitspanne die Papierabtastvorrichtung 11, indem sie den Teststreifen 1 in Richtung des Pfeils von F i g. 5 gleitend bewegt. Zur selben Zeit werden Strahlen der Wellenlängen /, m und n, die das Papier 1 bestrahlen, reflektiert, wenn die Papierstücke 4,3a, 3b und 3c in die Lichtbahn gelangen und Licht auf den Detektor 32 auf der Integrationskugel 18 fällt, wodurch Signale R erzeugt werden, die den Mengen an reflektiertem Licht proportional sind. Andererseits treffen die Strahlen durch das Testpapier 1 auf den Lichtdetektor 35 auf, der seinerseits Signale aussendet, welche die Position der Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c,... anzeigen. Die Signale R von dem Lichtdetektor 32 werden vom Verstärker 33, die Signale T vom Lichtdetektor 35 von dem Verstärker 36 verstärkt, welcher die Signale auch etwas abflacht F i g. 7 zeigt die Wellenform der Signale R von dem Lichtdetektor 32 nach dem Durchgang durch den Verstärker 33 und die der Signale T von dem Lichtdetektor 35 nach dem Durchgang durch den Verstärker 36.
Die Signale 7"und R in F i g. 7 sind diejenigen, die bei Anwendung eines zusammengesetzten Teststreifens 1 mit einem lichtdurchlässigen Stäbchen 2 erhalten werden. Demgemäß sind die Signale T, welche die Mengen an durchgelassenem Licht darstellen, stark (H) bei lichtdurchlässigen Teilen und schwach (L) bei den Teilen der Papierstücke 4 und 3, wogegegen die Signale R, welche die Mengen an reflektiertem Licht darstellen,
bei den transparenten Teilen schwach (L) und stark (H) bei den Papierstücken sind. Da das Licht intermittierend projiziert wird, wird das von den Papierstücken reflektierte Licht durch Impulssignale dargestellt.
Jedoch würden die Signale T, wenn sie pulsieren, ungünstig arbeiten, da die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 bei Anzeige eher Änderung des Signals Γνοη Η nach L beginnt, Signale R zu empfangen. Der Verstärker 36 hat deshalb eine abflachende oder ausgleichende Wirkung.
Damit die Datenverarbeitungseinheit 31 eine Zugriffzeit von dem Moment, an dem sich das Signal Γνοη Η nach L verändert, bis zu dem Moment, an dem die die reflektierten Lichtmer.gen darstellenden Signale R stabilisieren, hat, zählt die Einheit 31 den Zustand, in dem die zeitgesteuerten Signale fund T""beide f/sind, mehrfach (z. B. zweimal im Fall der Signale R in F i g. 7).
Anschließend an die Zeitpunkte, an denen T' stark und T"schwach sind, wenn T"stark und T'schwach ist ^,jjjj ,γ»»» τ*' ·*«λ τ1" beide sisrk sind betätigt dl» Datenverarbeitungsvorrichtung 31 den Analog-Digital-Wandler 37, der das Signal R zu jedem der Zeitpunkte in ein Digitalsignal umwandelt. Die umgewandelten Daten, welche die reflektierte Lichtmenge bei einer Wellenlänge w anzeigen, wenn T' stark und T" schwach ist, werden dem Inhalt eines Informationsspeichers M\ (nicht gezeigt) in der Datenverarbeitungsvorrichtung 31 hinzugefügt. In gleicher Weise werden die umgewandelten Daten der reflektierten Lichtmenge bei einer Wellenlänge n, wenn T" stark und V schwach ist, in einen Informationsspeichers M2, und die umgewandelten Daten der reflektierten Lichtmenge bei einer Wellenlänge /, wenn sowohl Vals auch T"stark sind, in M3 eingespeichert
Die Reihe der Arbeitsgänge von dem Zeitpunkt, an dem T' stark und T" schwach ist, bis zu dem Zeitpunkt, an dem T und T" beide stark sind, wird mehrfach wiederholt (beispielsweise fünfmal in der Wellenform der F i g. 7) bei dem Horizontalpeak der Signale R. definiert durch eine Gruppe von Impulsen, welche die Mengen an reflektiertem Licht darstellen. Die Zahl der Wiederholungen ist abhängig von der Zahl der Umdrehungen des Filterschalürs 20, der Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastvorrichtung und der Größe der Papierstücke 4, 3a, 3b, 3c,... Je größer die Zahl der Wiederholungen ist, desto größer ist die Zahl der Stellungen zur Messung des Reflexionsvermögens auf dem Papierstück und desto genauer sind die erhaltenen Werte.
Nach vollendeter Durchführung der Arbeitsgänge in einer vorbestimmten Folgezahl, wartet die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 bis sich das Signal T von H (stark) und L (schwach) verändert und wiederholt dann die vorhergehenden Arbeitsgänge, wenn sich das Signal Γ wieder von H nach L verändert Die erhaltenen Daten werden in Informationsspeichern Ai*, Ms und Mf1 gespeichert Auf diese Weise werden die Arbeitsgänge für die Papierstücke 4, 3a, 3b, 3c zur Sammlung der Daten wiederholt Nach beendeter Durchführung aller Messungen gibt die Datenverarbeitungsvorrichtung 31 die Werte für das korrigierte Reflexionsvermögen der Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c,..., entsprechend den auf die in M\, M2, My,... gespeicherten Daten.
Entsprechend den Eigenschaften der Reaktions-Papierstücke 3a, 3b, 3c... unterteilt man die Verfahren zum Bestimmen des korrigierten Reflexionsvermögens in zwei.
Das eine Verfahren wird angewandt, wenn die von dem Reaktions-Papierstück reflektierte Lichtmenge innerhalb eines großen Weüenlängenbereichs infolge von Konzentrationsänderungen der anomalen Substanz eine starke Änderung erfährt, wie in Fig.8 gezeigt, in
der die Kurven D, E und F Änderungen des Reflexionsvermögens mit variierenden Konzentrationen der anomalen Substanz darstellen. Nach diesem Verfahren werden die Daten der von jedem Reaktions-Papierstück 3a, 3b, 3c,... reflektierten Lichtrnenge
ίο geteilt durch die Daten der von dem Vergleichs-Papierstück 4 reflektierten Lichtmenge. Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflexionsvermögen des jeweiligen Papierstücks genommen. Angenommen, die Daten der von dem Vergleichs-Papierstück 4 reflektierten Lichtmenge sind R*\, R*m und R*n und die Daten der Menge an von dem Reaktions-Papierstück 3a reflektierten Licht sind Ruh Rum und Run, so ist das korrigierte Reflexionsvermögen des Papierstücks 3a bei der der Wellenlänge /Λ3./Λ4* bei der Wellenlänge w RUJR*n
dieser korrigierten Reflexionsvermögen (das ist Ru/R4i in dem gezeigten Fall) wird mit einem vorgegebenen Umrechnungsfaktor verarbeitet, um die Konzentration der anomalen Substanz in einem Ausdrucker 40 anzuzeigen.
Wie aus der Fig.8 deutlich wird, kann die Konzentration, auch wenn sie gering ist, bei einer Wellenlänge, die eine merkliche Änderung der Menge an reflektiertem Licht bewirkt, genau bestimmt werden.
in Da die Charakteristika des Reflexionsvermögens von Papier zu Papier variieren können, wird für jedes Reaktions-Papierstück nach dem oben beschriebenen Verfahren eine optimale Meßwellenlänge festgestellt In diesem Fall wird das Reflexionsvermögen in Form eines korrigierten Wertes gegeben, der frei ist von dem Einfluß, der eventuell durch die Farbe der Urinprobe bewirkt wird.
Das andere Verfahren wird angewandt, wenn sich die Menge an reflektiertem Licht nur bei einer speziellen
Wellenlänge stark mit den Änderungen der Konzentration der anomalen Substanz ändert, wie in F i g. 9, in der die Kurven £ H und / Änderungen des Reflexinsvermögens bei Änderung der Konzentration der anomalen Substanz darstellt. In praxi zeigen die Reaktions-Papier-
A=, stücke 3 nicht selten solche Reflexionsvermögenskurven. Nach dem zweiten Verfahren wird von den nach dem ersten Verfahren erhaltenen korrigierten (relativen) Reflexionsvermögen das Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge (m in der Zeichnung), die eine große
Änderung der reflektierten Lichtmenge bewirkt geteilt durch das Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge (n in der Zeichnung), die eine kleine Änderung gibt Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflexionsvermögen des betreffenden Papierstücks genommen.
Dieses Verfahren wird beispielsweise für das Reaktions-Papierstück 36 in folgender Weise durchgeführt Wie oben beschrieben, wird davon ausgegangen, daß das relative Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge m, die eine große Änderung der reflektierten Lichtmenge bewirkt, Rit™IRj,m und daß das Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge n, die eine geringe Änderung bewirkt RibrJR*n ist Das korrigierte Reflexionsvermögen des Reaktions-Papierstücks 3b wird dann ausgedrückt als R3bm ■ R*<JRibn ■ R*m.
Die Konzentration der anomalen Substanz wird, bar'iirend auf diesem Wert von der Datenverarbeitungsvorrichtung 31 berechnet und wie beim ersten Verfahren am Ausdrucker 40 angezeigt
Auf diese Weise ist die Konzentration unter Anwendung einer für das Reaktions-Papierstück 3 geeigneten Meßwellenlänge genau bestimmbar. Darüber hinaus kann dieses Verfahren die Meßfehler eliminieren, die sich aus Änderungen der Dicke der Papierstücke 4,3a, 3b, 3c... ergeben.
Wie aus F i g. 10 ersichtlich ist, haben die Papierstücke 4, 3a und 36 die Dicken h*. /75 und Λ&, die wegen der Verschiedenheiten der Dicke des Filterpapiermaterials oder des Gehalts an Farbreaktionsreagenz nicht immer konstant sind. Da die Dicke t des Stäbchens 2 ebenso wie der Abstand h? von der Rückseite des Stäbchens 2 bis zu der Unterseite der Integrationskugel 18 definiert ist, bedeutet das, daß die Abstände h\, Λ? und Λ3 von den Oberseiten der Papierstücke 4, 3a und 3b bis zur ir> Integrationskuge! 18 jeweils variieren. Fig. 11 zeigt, daß das bekannte Verfahren der Messung mit einer einzigen Wellenlänge Fehler einschließt.
Fig. 11, die die Rate zeigt, mit der sich die Menge an
mit n\, irj UHu f?j αΓιάξΤΧ, bcSägt, daß
die Lichtmenge, wie das Reflexionsvermögen, steigt, wenn sich ώ<ύ Oberseiten der Papierstücke 4,3a und 3b der Integrationskugel 18 nähern. Die in F i g. 9 gestrichelt gezeichneten Kurven C und G" zeigen die Werte, die erhalten werden, wenn dieselbe Urinprobe wie im Fall der Kurve G mit einem Reaktions-Papierstück größerer oder geringerer Dicke als bei Kurve G getestet wird. Zur Bestimmung des korrigierten Reflexionsvermögens wurde dasselbe Papierstück verwendet.
Die dargestellten Ergebnisse belegen, daß das scheinbare Reflexionsvermögen beträchtlich mit der Dicke des Papierstücks bei jeder Wellenlänge in demselben Verhältnis variiert. Das zweite Verfahren kann jedoch die durch Dickenabweichungen bedingten Meßfehler aus folgendem Grund eliminieren:
Angenommen, das Reflexionsvermögen der Kurve G in F i g. 9 ist R2 bei einer Wellenlänge m und Ä, bei einer Wellenlänge n. Das Reflexionsvermögen der Kurve G" ist dann KR2 bei der Wellenlänge m und KRx bei der Wellenlänge n, wobei K ein Mehrfaches des Reflexionsvermögens ist, bedingt durch einen Dickeunterschied, nämlich dem Abstand zwischen der Papieroberfläche und Integrationskugel. Demgemäß hat das Verhältnis von Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge m zu Reflexionsvermögen bei der Wellenlänge η bei jeder Kurve C und G"den Wert R2IR\. Damit können Werte für das Reflexionsvermögen erhalten werden, die unabhängig von der Dicke sind. Wenn jerloch das Reaktions-Papier die Reflexionsvermögenscharakteristiken besitzt, wie in F i g. 8 gezeigt, so gibt das Verhältnis der Reflexionsvermögen bei zwei Wellenlängen, wenn es aufgenommen wird, nicht die Änderung des Reflexionsvermögens entsprechend einer Konzentrationsänderung (R5/R4 ist annähernd gleich RyZR4). Es ist deshalb unmöglich die zweite Methode anzuwenden, um in einem Fall wie in Fig. 8 gezeigt, die Dickenänderung zu kompensieren.
Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen und der Konzentration der anoma.en Substanz, bestimmt mit einem Reaktions-Papierstück nach einem der beschriebenen Verfahren. Wird diese
tut TUi aviiii.ut.iic aiiiriiiaic ouu3taii£cii in ucf
Datenverarbeitungsvorrichtung 31 gespeichert, so können die Konzentrationen dieser Substanzen unmittelbar aus den Reflexionsvermögen der Papierstücke bestimmt werden.
Da das spektrale Reflexionsvermögen eines zusammengesetzten Teststreifens, auf den Urin oder eine ähnliche flüssige Probe aufgebracht ist, bei zwei oder mehr Wellenlängen, wie oben beschrieben, gemessen wird, kann das Reflexionsvermögen jedes Papierstücks bei einer Wellenlänge bestimmt werden, bei der die reflektierte Lichtmenge beträchtlich variiert. Bei Verwendung eines Vergleichs-Papierstücks kann die Messung des Reflexionsvermögens sowie die quantitative Analyse einer anomalen Substanz in der Probe genau, kontinuierlich und schnell durchgeführt werden. Wenn ein ReaktionspapierstOck benutzt wird, das bei einer bestimmten Wellenlänge eine große und bei einer anderen bestimmten Wellenlänge eine kleine Abweichung der reflektierten Lichtmenge bewirkt, können sogar die Meßfehler el'.rriniert werden, die sich aus verschiedenen Dicken des Papierstücks ergeben, um die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer anomalen Substanz in einer flussigen Probe, bei welchem ein zusammengesetzter Teststreifen aus einem Stäbchen aus Plastik oder dergleichen und unabhängig voneinander fest darauf aufgebrachten Farbreaktions-Papierstficken und einem Vergleichsoder Korrektur-Papierstück mit der Probe bestri- )0 chen oder imprägniert wird, der Testpapierstreifen in eine Einheit zur Messung des spektralen Reflexionsvermögens geführt, die Reaktions-Papierstücke und das Vergleichs-Papierstück bestrahlt und das Reflexionsvermögen jedes Reaktionspapier-Stücks durch Vergleich mit dem des Vergleichs-Papierstücks erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktions-Papierstücke (3a, 3b, 3c,...) und das Vergleichs-Papierstück (4) in gleicher Weise mit Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt werden; das relative Reflexionsvermögen der einzelnen Reaktions-PapierstScke{3a,3b,3c....)bei jeder Meßwellenlänge, bezogen auf das Reflexionsvermögen des Vergleichs-Papierstücks (4), das gleich 100 Prozent gesetzt wird, ermittelt wird; aus den so erhaltenen relativen Reflexionsvermögenswerten durch Dividieren des Wertes bei der Wellenlänge, bei der sich die Intensität des reflektierten Lichts stark ändert, durch den bei der Wellenlänge, bei der sich die Intensität des reflektierten Lichts nur wenig ändert, das korrigierte Reflexionsvermögen erhalten wird, aus dem die Konzentration der anomalen Substanz in der Probe errechnet wird.
2. Anlage zum "Kontinuierlichen selbsttätigen Analysieren einer flüssige.! Probe nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen intermittierend drehbaren Probentisch (8) zur Aufnahme zusammengesetzter Teststreifen (1) einzeln nacheinander; einem Ober dem Probentisch (8) vorgesehenen Wellenlängen-Selektor (14) zum Auswählen vorbestimmter Wellenlängen und Bestrahlen des Teststreifens (1) mit Licht der jeweils ausgewählten Wellenlänge durch eine Reflexionsmeßeinheit (10); eine auf dem Probentisch (8) angeordnete Papierabtastvorrichtung (U) zum Schieben jedes Papierstücks des Teststreifens (1) in eine Lage, in der es das Meßlicht reflektiert, während der Probentisch (8) anhält; eine Datenverarbeitungs-Vorrichtung (31) und einen Ausdrucker (40); wobei die Datenverarbeitungs-Vorrichtung (31) so ausgelegt ist, daß >i) die Position jedes der Papierstücke (4, 3a, 36, 3c...) angezeigt wird in Erwiderung auf die Zeitabtast-Signale T eines Verstärkers (36), der die Ausgänge eines optischen Detektors (35), welcher das durch die transparenten Teile des Teststreifens (1) hindurchgehende Licht empfängt, verstärkt und abflacht; b) Impuls-Signale reflektierten Lichts, die bei intermittierendem Bestrahlen jedes der Papierstücke (4,3a, 3b, 3c,...) mit Licht jeder der von dem Wellenlängen-Selektor (14) ausgewählten Meßwellenlänge erhalten werden, in einem Analog-Digital-Wandler (37) digitalisiert werden; c) die Digitalwerte der Intensität des reflektierten Lichts bei jeder Meßwellenlänge für jedes Papierstück in einzelnen Speichern (M\, Mj,..) gespeichert werden; d) die Reflexionsvermögen aus den Digitalwerten, erhalten bei der Wellenlänge, bei der sich die Intensität des reflektierten Lichts stark ändert, und der Wellenlänge, bei der sich die Intensität des reflektierten Lichts wenig ändert, errechnet werden unter der Annahme, daß das Reflexionsvermögen des Vergleichs-Papierstücks (4) hundert Prozent ist; eine der beiden so erhaltenen relativen Reflexionsvermögenswerte durch den anderen dividiert wird, um das korrigierte Reflexjonsvermögen zu erhalten, welches, mit einem Faktor multipliziert, die Konzentration der Probe ergibt und im Ausdrucker (40) angezeigt vird.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenselektor (14) einen mit konstanter Geschwindigkeit drehbaren Füterhalter (20) und mehrere zum Durchlaß von Strahlen vorbestimmter Wellenlänge geeignete Filter (21/, 2im, 2\n) enthält, die in den Füterhalter (20) in gleichem Abstand voneinander eingepaßt sind, wobei die Filter (21£ 21 m, 2\n) konzentrisch zur optischen Achse einstellbar sind, und daß der Wellenlängenselektor (14) einen Signalgeber (22) zur Identifizierung von Wellenlängen aufweist
4. Anlage nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (22) kleine, in dem Filterhalter (20) ausgebildete und außerhalb den eingepaßten Filtern (214 21m, 2\n) angeordnete] Löcher (23a, 23b, 24a, 24b) sowie Lichtquellen (25, 26) und Lichtdetektoren (27, 28) enthält, die ober- und unterhalt der kleinen Locher vorgesehen sein können, wenn das Zentrum der Filter (214 21m, 2InJ auf die optische Achse ausgerichtet ist
5. Anlage nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsmeßeinheit (10) eine Integrationskugel (18) enthält und daß der Lichtdetektor (32) auf der Integrationskugel (18) angebracht ist
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