DE3217258A1

DE3217258A1 - Vorrichtung zum nachweis eines agglutinationsmusters

Info

Publication number: DE3217258A1
Application number: DE19823217258
Authority: DE
Inventors: Tokio Akishima Tokyo Kano; Masahiko Akigawa Tokyo Kato
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1982-05-07
Publication date: 1982-11-25
Also published as: JPS57182651A; FR2505500A1; GB2101301B; US4465938A; FR2505500B1; GB2101301A; DE3217258C2

Description

PATENTANWÄLTE ·; Ji--*.'!.*""": D-8000 MÜNCHEN 90

WUESTHOFF - ν. PECHMÄNN^:- BEHKBNS - G£>ET£ schweigerstrasse 2

Tl-I I ΙΌΝ: (OK¹») 662051 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATINT OFFICE _T£, [._GRAMM. pKOIhC'I PATENT

MANDATAIRES AGREES PRES LOFFlCE EUROPEEN DES BREVETS TEIIX: 524 070

OLYMPUS OPTICAL COMPANY LIMITED
No. 43-2, 2-Chome, Hatagaya,
Shibuya-Ku, Tokio, Japan

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Beschreibung :

Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters, das aufgrund einer immunologischen Agglutinationsreaktion auf einer abgeschrägten Bodenfläche einer Küvette auftritt, so dass eine Bestimmung verschiedener Blutarten, das Vorhandensein von Antigenen und Antikörpern durch den Nachweis des Agglutinationsmusters von Blutkörperchen ermöglicht wird.

Es wurden verschiedene Ausführungsformen solcher Nachweisgeräte vorgeschlagen. Bei einem wird eine Küvette aus lichtdurchlässigem Material mit einer konischen Bodenfläche verwendet. Beim Auftreten einer Agglutinationsreaktion in der Küvette sedimentieren agglutinierte Teilchen auf die konische Bodenfläche und bilden ein einheitliches Muster. Tritt andererseits keine Agglutinationsreaktion ein, dann rollen die sedimentierten Teilchen entlang der konischen Bodenfläche zum untersten zentralen Teil des Bodens und bilden ein zentrales Sammelmuster. Daher kann durch Nachweis des Teilchenmusters, das auf der Bodenfläche gebildet wird, entschieden werden, ob die Agglutinationsreaktion aufgetreten ist oder .nicht.

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Bei den bekannten Geräten ist die Küvette aus einem Material gefertigt, das einen zur umgebenden Luft unterschiedlichen Brechungsindex hat, so dass die Bodenwand als konkave Linse wirkt. Daher weist das auf ein lichtempfangendes Element geworfene Bild der Bodenfläche keine einheitliche Helligkeit auf, sondern ist im Zentrum heller als am Rand, so dass das Agglutinationsmuster nicht exakt nachgewiesen und beurteilt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen zum photoelektrischen Nachweis eines, auf einer abgeschrägten Bodenfläche einer Küvette gebildeten Agglutinationsmusters dahingehend weiterzuentwickeln, dass das Agglutinationsmuster exakter nachgewiesen werden kann.

Eine diese Aufgabe lösende Vorrichtung ist mit deren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Da gemäss der Erfindung ein optisches Korrektürelement eine weitgehend der Kontur der Bodenfläche der Küvette entsprechende Kontur aufweist und unterhalb der Küvette vorgesehen ist, kann ein Bild der Bodenfläche der Küvette mit weitgehend gleichmässiger Helligkeit auf das lichtempfangende Element geworfen werden. Daher hat das elektrische Signal ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis, so dass das Agglutinationsmuster auf der Bodenfläche sehr exakt nachgewiesen werden kann.

0 Bekannte und die erfindungsgemässe Vorrichtungen sind an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum Nachweis - eines Agglutinationsmusters; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines lichtempfangenden Elements der Vorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 und 4 schematische Ansichten zur Erläuterung der • Bildung einer nichteinheitlichen Helligkeitsverteilung eines Bildes der Bodenfläche bei bekannten Nachweisvorrichtungen;

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bildung einer nicht einheitlichen Helligkeitsverteilung eines Bildes einer Bodenfläche bei einem anderen bekannten Nachweisgerät;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemässen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung; Fig. 7 eine Aufsicht eines optischen Korrekturelements der Fig. 6;

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Bildung einer einheitlichen Helligkeitsverteilung einer Abbildung einer Bodenfläche einer Küvette

gemäss der Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Ansicht einer anderen erfindungsgemässen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung; Fig. 10 eine schematische Ansicht zur Erläuterung, wie eine gleichförmige Helligkeitsverteilung der

Bodenfläche der Vorrichtung in Fig. 9 erhalten wird; und
Fig. 11 einen Querschnitt einer anderen erfindungsgemässen

Ausführungsform der Nachweisvorrichtung. 30

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines optischen Systems einer bekannten Vorrichtung zum Nachweis eines Agglutinationsmusters. Ein Teilchenmuster, das auf einer konischen Bodenfläche 1A einer lichtdurchlässigen . Küvette 1 gebildet wird, wird mit Licht einer Lichtquelle 2 - beispielsweise einer Wolfram-Lampe -über eine Streuscheibe 3

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belichtet, so dass das Teilchenmuster mittels einer Linse 4 auf das lichtempfangende Element 5 abgebildet wird. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das

flächen lichtempfangende Element einen kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt 5A und einen ringförmigen lichtempfangenden Abschnitt 5B auf, der konzentrisch zu dem Abschnitt 5A ■ liegt. Die Abschnitte 5A und 5B sind so angeordnet, dass beim Auftreten der Agglutinationsreaktion und dem Entstehen des gleichförmigen Teilchenmusters auf der Bodenfläche 1A von ihnen Signale mit weitgehend gleicher Amplitude abgegeben werden, während bei Bildung des zentralen Sammelmusters der Teilchen aufgrund fehlender Agglutinationsreaktion, der ringförmige lichtempfangende Abschnitt 5B ein Signal mit größerer Amplitude und der kreisförmige lichtempfangende Abschnitt 5A ein Signal mit kleinerer Amplitude abgibt. Daher kann durch Ermittlung der Differenz' in den Ausgangs-Signalen der lichtempfangenden Abschnitte 5A und 5B mit Hilfe eines Differentialverstärkers 6 festgestellt werden, ob die Agglutinationsreaktion in dem Reaktionsgefäss aufgetreten ist oder nicht. Das heisst, bei Bildung des einheitlichen Teilchenmusters aufgrund der Agglutinationsreaktion wird vom Differentialverstärker 6 ein Signal mit sehr kleiner Amplitude abgegeben, während bei Bildung des zentralen Sammelmusters der Teilchen der Verstärker 6 ein Ausgangs-Signal mit sehr grosser Amplitude abgibt.

Bei den bekannten Nachweisgeräten gelingt es nicht, bei leerer !Küvette die Bodenfläche. 1A der Küvette 1 auf das lichtempfangende Element 5 mit einheitlicher Helligkeitsverteilung abzubilden, sondern im Zentrum des Bodenbildes 8 ist ein hellerer Abschnitt 7 ausgebildet, wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist. Dies soll im folgenden theoretisch erklärt werden. In Fig. 3 wird ein von einem

5 beliebigen Punkt P. der Streuscheibe/auf einen Punkt P₂ auf der Bodenfläche 1A der Küvette 1 abgestrahlte

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Lichtstrahl an der Bodenfläche 1A und weiterhin an einer dahinterliegenden Fläche 1B der Küvette 1 in eine Richtung R gebrochen. Aus diesem Grund scheint der Lichtstrahl von einem Punkt P₁', der näher der Bodenfläche 1A gelegen ist, herzurühren. Andererseits scheint ein von einem beliebigen Punkt Q auf der Bodenfläche IA herrührender Lichtstrahl von einem Punkt Q¹ zu kommen, der um eine vom Brechungsindex des Kuvettenmaterials abhängende Distanz tiefer liegt als Punkt Q. Auf diese Weise bildet die Bodenwand der Küvette 1, die durch die Bodenfläche 1A und die dahinterliegende Fläche 1B definiert ist, eine Art Konkavlinse, welche ein scheinbares Bild der Streuscheibe 3 auf eine Ebene, die den Punkt P₁ ¹ einschliesst, abwirft und nahe der optischen Achse L-L¹ eines scheinbaren Bildes der durch die konkave Linse erzeugten Bodenfläche in einer Ebene, die den Punkt Q¹ einschliesst, liegt. Üblicherweise hat die Linse 4 eine grosse Brennweite zur Erzeugung eines scharfen Bildes des auf der abgeschrägten Bodenfläche 1A entstandenen Musters, so dass das scheinbare Bild der Streuscheibe 3 ebenso wie das scheinbare Bild des Teilchenmusters weitgehend gleich auf das lichtempfangende Element 5 abgebildet wird. In diesem Fall dient ein kreisförmiger Rand der oberen Begrenzung 1C der Küvette 1 als Begrenzung oder Diaphragma, so dass der hellere Teil 7 im Zentrum des Bodenbildes B erzeugt wird. Weiterhin kann das Zentrum des helleren Abschnitts 7 nicht immer mit dem. Zentrum des lichtempfangenden Elements 5 abgestimmt werden, so dass das vom Differentialverstärker 6 herrührende Signal ein relativ kleines Signal-Rausch-Verhältnis aufweist und das Agglutinationsmuster nicht mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden kann.

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Weiterhin ist auch bekannt, die Lichtquelle 2 und die Streuscheibe 3 unterhalb der Küvette 1 anzuordnen und die Linse 4 und das lichtempfangende Element 5 oberhalb der Küvette 1 vorzusehen, so dass die Küvette 1 von deren Unterseite her bestrahlt wird. Bei solch einer Vorrichtung wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 3 auf einen Punkt Q der äusseren Bodenfläche 1B der Küvette 1 abgestrahlte Lichtstrahl durch die Bodenfläche 1B und die Bodenfläche 1A gebrochen und scheint daher von einem Punkt P¹ der Streuscheibe 3 herzurühren, der näher an der optischen Achse L-L¹ als der Punkt P liegt· Daher wird auch in diesem Fall der innengelegene Abschnitt des lichtempfangenden Elements 5 mit intensiverem Licht bestrahlt, obwohl ein wesentlich hellerer Abschnitt 7 wie in Fig. 4 nicht erzeugt wird.

Die erfindungsgemässe Ausführung solch einer Nachweisvorrichtung vermeidet oder verringert zumindest den Nachteil bekannter Vorrichtungen durch Einbau eines optischen Korrekturelements, das zur Kompensation der brechenden Wirkung der konkaven Linse dient.

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Nachweisvorrichtung für ein Agglutinationsmuster gemäss der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine Küvettenplatte 12, in die in Matrixform eine Anzahl von Küvetten 11 eingebracht sind, verwendet, und die auf der konischen Bodenfläche der Küvetten 11-1 bis 11-6 auftretenden Agglutinationsmuster gleichzeitig in einer Reihe nachgewiesen. Die Küvetten 11-1 bis 11-6 werden mit Lichtquellen 13-1 bis 13-3, beispielsweise Wolframlampen, über eine Streuscheibe 14 beleuchtet und Bilder der auf der Bodenfläche der Küvette 11-1 bis 11-6 erzeugten Teilchenmuster werden mit Linsen 15-1 bis 15-3 auf lichtempfangende

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y- λα.

Elemente 16-1 bis 16-6 abgebildet. Jedes lichtempfangende Element weist einen kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt und einen ringfärmigen lichtempfangenden Abschnitt, der koaxial zum kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt 5.angeordnet ist. Das Muster kann durch Feststellung einer Differenz. in den Ausgangs-Signalen der beiden Abschnitte entsprechend der Fig. 2 identifiziert werden. Gemäss der Erfindung ist unterhalb der Küvettenplatte 12 ein optisches Korrekturelement 17 mit einer Reihe konischer Erhebungen 17-1 bis 17-6 vorgesehen. Fig. 7 zeigt eine Aufsicht des optischen Korrekturelements 17 von der Seite, an. der die Erhebungen vorgesehen sind. Das Korrekturelement 17 ist im Hinblick auf die Küvettenplatte 12 so angeordnet, dass der Scheitel jeder konischen Erhebung mit der untersten Bodenmitte der entsprechenden Küvette fluchtet. Das optische Korrekturelement 17 kann aus verschiedenen Arten lichtdurchlässigen Materials gefertigt werden. Bevorzugterweise wird das Element 17 aus demselben Material wie die Küvettenplatte 12 hergestellt.

Durch Anordnung des optischen Korrekturelements direkt unterhalb der Küvettenplatte 12 gelingt es, ein Bild einheitlicher Dichteverteilung der Bodenfläche der Küvette auf das lichtempfangende Element zu projizieren. Dies wird im folgenden näher erläutert.

Gemäss Fig. 8 wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 14 herrührender Lichtstrahl an der Bodenfläche der Küvette 11-1 gebrochen, trifft anschliessend auf das Element 17 auf und wird an der Erhebung 17-1 in Richtung R abgelenkt. Daher scheint dieser Lichtstrahl von einem Punkt P¹, der etwas tiefer als die Streuscheibe 14 liegt, herzurühren. Dagegen wird ein von einem beliebigen Punkt Q der Bodenfläche herstammender Lichtstrahl an 5 der konischen Erhebung 17-1 gebrochen und scheint daher von Punkt Q¹ herzurühren. Das bedeutet, dass ein scheinbares Bild

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der Streuscheibe 14 in Nähe der Streuscheibe und ein scheinbares Bild der Bodenfläche unterhalb der Bodenfläche erzeugt werden. Daher besteht in der optischen Achse L-L¹ gesehen ein sehr grosser Abstand zwischen diesen scheinbaren Bildern, so dass selbst bei grosser Brennweite der Linse 15-1 eine scharfe Abbildung der Streuscheibe 14 auf das lichtempfangende Element 16-1 nicht erfolgt. Auf diese erfindungsgemässe Weise werden die lichtempfangenden Elemente 16-1 bis 16-6 gleichförmig bestrahlt, wenn die Küvetten11-1 bis 11-6 keine Testflüssigkeit enthalten, so dass ein elektrisches Signal mit sehr hohem Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird und die auf den Küvetten gebildeten Teilchenmuster mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden können, obwohl die Mitten der lichtempfangenden Elemente 16-1 bis 16-6 nicht mit den Mitten der Küvetten 11-1 bis 11-6 fluchten. In der oben ausgeführten Erklärung ist eine mögliche Lichtbrechung - verursacht an den · gegenüberliegenden Oberflächen der Küvettenplatte 12 und dem optischen Korrekturelement 17 - vernachlässigt. 20

Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Nachweisvorrichtung gemäss der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Lichtquellen 13-1 bis 13-3 und eine Streuscheibe 14 unterhalb eines optischen Korrekturelements 17 angeordnet, die direkt unter einer Küvettenplatte 12 mit Küvetten 11-1 bis 11-6 vorgesehen ist, während die Linsen 15-1 bis 15-3 und lichtempfangende Elemente 16-1 bis 16-6 oberhalb der Küvettenplatte 12 angeordnet sind. Bei solch einer in Fig. 10 dargestellten Anordnung wird ein von einem beliebigen Punkt P der Streuscheibe 14 herrührender Lichtstrahl an einer konischen Erhebung 17-1 und einer Bodenfläche der Küvette 11-1 in eine Richtung R gebrochen. Daher scheint dieser Lichtstrahl von einem Punkt P¹, der sehr nahe bei dem ursprünglichen Punkt P liegt, herzustammen, so dass die Abbildung der Bodenfläche

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wesentlich einheitlicher als bei Verwendung bekannter Vorrichtungen gemäss Fig. 5 wird. Daher ist es auch bei dieser Ausführungsart das Agglutinationsmuster mit hoher Genauigkeit nachzuweisen.
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Während bei den obigen Ausführungsbeispielen das optische Korrekturglied unterhalb der Küvette befestigt ist, zeigt Fig. 11 eine Ausführungsform, bei der das optische Korrekturglied 22 mit einem konischen Zuschnitt 23 an einer hinteren Oberfläche einer Küvette 21 befestigt ist Auf ähnliche Weise kann ein optisches Korrekturelement mit einer, in einer Matrixform darin eingebrachten Anzahl konischer Zuschnitte an einer hinteren Oberfläche einer Küvettenplatte befestigt werden, wobei eine Anzahl von Küvetten in einer Matrixform in die Küvettenplatte eingebracht sind. Weiterhin kann die Küvette und das optische Korrekturelement beispielsweise durch Formpressen einteilig hergestellt werden.

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Claims

PATENtAIsCWALTE * * ···. · *··) " /· D-8000 MÜNCHEN

WUESTHOFF - ν. PECHMÄNN - BEHRENS -'©OlsTZ so ΐ\χτ ici- r.s ι rasm- 2

TEl I-K)N: ((W) (.021)51 PROFESSIONALREPRESENTATIVES BEFORETHEEUROPEAN PATKNT OFFICE TElIGRAMM PROThCTI¹AIENT

MANDATAIRES AGREES PRES !.OFFICE EUROPf.EN DES BRHVETS TEl IX. 524070

OLYMPUS OPTICAL CO. LTD.
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Patentansprüche :

Vorrichtung zum photoelektrischen Nachweis eines igglutinationsmusters, das auf einer Bodenfläche einer Küvette gebildet wird, wobei mindestens ein Teil der Bodenfläche bezüglich der horizontalen Ebene geneigt ist, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Agglutintationsmusters, das auf der Bodenfläche der Küvette (11-1 bis 11-6) gebildet wird, eine Abbildungseinrichtung zum Abbilden des Agglutinationsmusters der Teilchen, das auf der Bodenflache (1A) ausgebildet ist, eine Wand!ereinrichtung um das Bild des Agglutinationsmusters der Teilchen in ein elektrisches Signal, dass das Agglutinationsmuster der Teildur ch chen repräsentiert, umzuwandeln, und/eine Korrektureinrichtung zur Korrektur einer ungleichmässigen Helligkeit eines auf die Wandlervorrichtung abgebildeten Bildes der Bodenfläche, " die unterhalb der Küvette

(11-1 bis 11-6) angeordnet ist und eine Erhebung (17-1 bis 17-6) aufweist, deren Kontur weitgehend identisch mit derjenigen der Bodenfläche ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle (13-1 bis 13-3) und eine Streuscheibe (14), die zwischen der Lichtquelle (13-1 bis 13-3) und der Küvette (11-1 bis 11-6) angeordnet ist, aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , dass die Abbildungseinrichtung eine Linse (15-1 bis 15-3) mit grosser Brennweite ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlereinrichtung ein lichtempfangendes Element (16-1 bis 16-6) mit einem kreisförmigen lichtempfangenden Abschnitt und einem ringförmigen lichtempfangenden Abschnitt, der koaxial zum kreisfömigen lichtempfangenden Abschnitt angeordnet ist, aufweist, und ein Differentialverstärker zum Ableiten unterschiedlicher Ausgangs-Signale, die von den kreisförmigen und ringförmigen lichtempfangenden Abschnitten abgegeben werden₇ vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Korrektureinrichtung ein lichtdurchlässiges Element/mit einer Erhebung (17-1 bis 17-6) in der der Küvette (11-1 bis 11-6) abgewandten Seitenfläche ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (17-1 bis 17-6) konisch ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (17) direkt unterhalb " der Küvette (11-1 bis 11-6) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , dass das Element (17) an einer hinteren Wand der Küvette (11-1 bis 11-6) befestigt ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet , dass das Element (17) aus demselben Material wie die ' Küvette (11-1 bis 11-6) gefertigt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (17) eine Vielzahl von Erhebungen (17-1 bis 17-6) entsprechend einer Vielzahl von Küvetten (11-1 bis 11-6), die in einer Matrixform in eine Kuvettenplatte (12) eingebracht sind, aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass die Vielzahl von Er- hebungen (17-1 bis 17-6) in einer Reihe, entsprechend einer Reihe der ■ Küvetten (11-1 bis 11-6) in der Kuvettenplatte (12) ausgerichtet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e kennzeichnet, dass jede der Erhebungen (17-1 bis 17-6) konisch ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass das Element (17) di- rekt unterhalb der Kuvettenplatte (12) so angeordnet ist, dass die Scheitel der konischen Erhebungen (17-1 bis 17-6) mit den untersten Mittenabschnitten der konischen Bodenflächen der Küvetten in der Reihe ausgerichtet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass das Element (17) an einer hinteren Seitenfläche der Kuvettenplatte (12) so befestigt ist, dass die Scheitel der konischen Erhebungen (17-1 bis 17-6) mit den untersten Mittenabschnitten der konischen Bodenflächen - der Küvette in der Reihe ausgerichtet sind.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Erhebung (23) mit der Rückwand der Küvette (11-1 bis 11-6) einstückig ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet ,■ dass die Beleuchtungseinrichtung oberhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) und die Abbildungseinrichtung und Wandle reinrichtung unterhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15/ dadurch gekennzeichnet , dass die Beleuchtungseinrichtung unterhalb der Küvette (11-1 bis 11-6) und die Abbildungseinrichtung und Wand-■ lereinrichtung oberhalb .der Küvette (11-1 bis 11-6) vorgesehen sind.