DE3604836A1 - Geraet zur fluoreszenzmessung - Google Patents

Geraet zur fluoreszenzmessung

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DE3604836A1
DE3604836A1 DE19863604836 DE3604836A DE3604836A1 DE 3604836 A1 DE3604836 A1 DE 3604836A1 DE 19863604836 DE19863604836 DE 19863604836 DE 3604836 A DE3604836 A DE 3604836A DE 3604836 A1 DE3604836 A1 DE 3604836A1
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Koichiro Hamamatsu Shizuoka Oba
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Description

\ PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER ' D 4SOO ESoE-N 1 · AM-RUHRSTEIN 1 · TEL.: (O2O1) 4126
5eite >_JL· H 195
Hamamatsu Photonics Kabushiki Kaisha 1126-1, Ichino-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka-ken, Japan
Gerät zur Fluoreszenzmessung
Die Erfindung bezieht sich auf Gerät zur Messung der Fluoreszenz in einer von Röntgenstrahlen angeregten Probe und zur Messung der Lebensdauer der Fluoreszenz (Fluoreszenzdauer).
\ jA Bekannt ist ein Gerät zur Messung der Eigenschaften der Fluoreszenz in einem Material, das Röntgenstrahlen ausgesetzt und von diesen angeregt wird, um die Eigenschaften der Materialien und/oder deren Zusammensetzungen zu untersuchen.
Ein für medizinische Anwendungen entwickelter Röntgenapparat wird zur Stimulation der Proben bzw. Samples im Meßgerät verwendet.
Die Impulsbreite des vom Röntgenapparat erzeugten Röntgenimpulses beträgt wenigstens 10 ns. Die Dauer der in einer Materialprobe auftretenden Fluoreszenz liegt gewöhnlich in der Größenordnung von 100 ps bis 10 ns. Die Impulsbreite des vom Rontgenstrahlgenerator erzeugten Röntgenimpulses ist viel größer als die zur Messung der Lebensdauer der Fluoreszenz erforderliche Impulsbreite.
Die Impulsbreite des vom in jüngster Zeit verwendeten Synchrotron erzeugten Röntgenimpulses liegt in der Größenordnung von 100 ps.
Auf einigen Gebieten besteht ein bisher unbefriedigter Bedarf an Meßgeräten, die für noch kürzere Lebensdauern von Fluoreszenz geeignet sind. Es gibt jedoch auf dem Markt keine Röntgenquelle zur Messung derart kurzer Fluoreszenzdauern.
Diesem Problem wendet sich die Erfindung zu und verwendet einen Röntgenimpulszug mit einer extrem kurzen Impulsbreite von 10 ps oder weniger. Solche Impulsbreiten sind nur durch eine neuartige Röntgenimpulsröhre erreichbar, welche einer von einer Laserröhre erzeugten Impulsfolge kohärenten Lichts extrem kurzer Dauer ausgesetzt wird.
Durch die Erfindung wird ein Gerät zur Messung von Fluoreszenz in einer Probe angegeben, die durch Röntgenimpulse extrem kurzer Dauer angeregt wird. Derart kurze Impulsdauern konnten bisher durch konventionelle Meßgeräte nicht gemessen werden.
Das erfindungsgemäße Gerät zur Messung der Fluoreszenz, die in einer von Röntgenstrahlen stimulierten Probe auftritt, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen Laser zur Erzeugung einer Folge von Laserimpulsen extrem kurzer Dauer, eine Röntgenimpuls-Generatorröhre, die bei Anregung durch die entsprechenden Laserimpulse eine Folge von Röntgenimpulsen extrem kurzer Dauer erzeugt, einen Lichtsensor zur Bestimmung von Fluoreszenz, der eine Ausgangssignal erzeugt, wenn der Fluoreszenzintensitätspegel in der Probe bei jedem von der Röntgenimpulsgenerator röhre erzeugten Röntgenimpuls einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, einen Bezugstaktimpulsgenerator zur Erzeugung von mit der Folge von im Laser erzeugten Laserimpulsen synchronisierten Bezugstaktimpulsen, einen Zeit/ Spannungs-Wandler, der eine Spannung entsprechend der Zeit, gemessen ab Erzeugung des Bezugstaktimpulses bis zur Erzeugung des Lichtsensor-Ausgangssignals, entwickelt, und eine Summiereinrichtung zum Summieren der Häufigkeit von Malen bzw. Zei-
ten, in denen die bezeichnete Spannung vom Zeit/Spannungs-Wandler in jedem Spannungspegel während der Messung ausgegeben wird.
Έ Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Geräts zur Messung von Fluoreszenz, die in einer von einer Folge von Röntgenimpulsen angeregten Probe auftritt;
Fig. 2 eine graphische Darstellung von durch das erfindungsgemäße Gerät gemessenen Daten; und
Fig. 3 eine graphische Darstellung der RÖntgenenergieverteilung für die Röntgenimpulsröhre.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild des Geräts zur Messung der in einer von einer Folge von Röntgenimpulsen angeregten Probe auftretenden Fluoreszenz.
Eine Folge 20 von Laserimpulsen extrem kurzer Dauer kann mit Hilfe eines Lasers 1 erzeugt werden. Die Laserimpulsfolge 20 wird mittels eines total reflektierenden Spiegels 2 reflektiert und dann mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 3 in zwei Strahlengänge aufgespalten.
Das vom Halbspiegel 3 reflektierte Lichtbündel wird mittels einer konkaven Linse 4 vergrößert und fällt auf die Photokathode 5a einer Röntgenimpuls-Generatorröhre 5. Die Röntgen-• impuls-Generatorröhre 5 weist die Photokathode 5a, eine Fokussierelektrode 5b und ein Röntgentarget 5c des Durchstrahlungstyps auf. Die Generatorspannungen werden von einer in der
ir
Zeichnung nicht dargestellten externen Stromversorgung an die Röntgenimpuls-Generatorröhre 5 angelegt. Photoelektronen, die von einer auf die Photokathode 5a der Röntgenimpuls-Generatorröhre 5 fallenden Laserimpulsfolge erzeugt werden, dienen zur Erzeugung einer Röntgenimpulsfolge 21, die, mit der Laserimpulsfolge 20 synchronisiert, auf das Röntgentarget 5c trifft.
Ein Material wie Ti, Al, Cu oder Ni kann zur Herstellung des Röntgentargets verwendet werden. Diese Materialart kann genutzt werden, um eine charakteristische Röntgenstrahlung zu erzeugen, die für ein spezielles Material geeignet ist, und um ein kontinuierliches Spektrum aufgrund von Bremsstrahlung zu erzeugen.
Figur 3 zeigt eine Röntgenenergie-Intensitätsverteilung, die erreicht wird, wenn die Röntgenimpuls-Generatorröhre mit einem Ti-Target bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV betrieben wird.
Die Röntgenimpulsfolge 21 besteht aus Impulsen extrem kurzer Dauer, z.B. 10 ps oder weniger, die bisher nicht erreicht werden konnte.
Die Probe 10 wird von der Röntgenimpulsfolge 21 stimuliert und angeregt, woraufhin Fluoreszenz mit einer extrem niedrigen Intensität auftreten kann.
Die Lebensdauer der Fluoreszenz hängt von der Art des Materials ab, an welchem Fluoreszenz aufgetreten ist, und kann im Bereich von 100 ps bis 10 ns liegen.
Die Lichtintensität aufgrund der Fluoreszenz ist verringert auf eine solche Größe wie der Energiepegel eines einzigen Photon und kann von einem Lichtsensor I für Fluoreszenz fest-
gestellt werden. Wenn die Fluoreszenz im Lichtsensor I festgestellt wird, gibt der Lichtsensor I ein Ausgangssignal aus.
Der Lichtsensor I besteht aus einem Hochgeschwindigkeitsphotodetektor 7, einem Verstärker 8 und einem ersten Konstantbruchdiskriminator (constant fraction discriminator - CFD1) 9.
Ein Bezugstaktimpulsgenerator II erzeugt einen Bezugstaktimpuls jedenmal dann, wenn ein Lichtimpuls den Halbspiegel 3 durchläuft. Der Bezugstaktimpulsgenerator II besteht aus einem Hochgeschwindigkeitslichtdetektor 11, einem Verstärker 12 und einem zweiten Konstantbruchdiskriminator (CFD2) 13.
Ein Startsignal-Eingangsanschluß eines Zeit/Spannungs-Wandlers (TAC) ist mit dem Ausgangsanschluß des Bezugstaktimpulsgenerators II verbunden, und ein Stopsignal-Eingangsanschluß des Zeit/Spannungs-Wandlers (TAC) ist mit dem Ausgangsanschluß des Lichtsensors I verbunden.
Der Zeit/Spannungs-Wandler (TAC) 14 erzeugt ein Spannungssi- > gnal, dessen Wert der Zeit entspricht, die ab Erzeugung des Bezugstaktimpulses bis zur Erzeugung des Ausgangssignals des Lichtsensors I jedesmal dann gemessen wird, wenn ein Lichtimpuls aus dem Laser ausgegeben wird.
Ein Mehrkanal-Analysator (MCA) 15 wird als Summiereinrichtung betrieben und wird zum Aufzeichnen einer Abklingkurve der Fluoreszenz verwendet, wenn die Ausgangssignale des Zeit/Spannungs-Wandlers (TAC) 14 summiert werden.
Figur 2 zeigt eine graphische Darstellung des Meßergebnisses.
Die Abszisse in Figur 2 stellt die Ausgangsspannung V des Zeit/Spannungs-Wandlers 14 dar, und die Ordinate zeigt die
durch wiederholte Messung bei jeder Spannung gewonnene Häufigkeitsverteilung .
Die die Spannung angebende Abszisse entspricht der Zeit, da die Spannung und die Zeit im Eins-zu-Eins-Verhältnis stehen. Daher gibt die Häufigkeitskurve in Figur 2 die Fluoreszenzzeit an, welche durch wiederholte Messung von aus der Photokathode getrennt ausgegebenen Photonen gewonnen wird.
Wie oben beschrieben, verwendet das Gerät zur Messung der in einer durch Röntgenstrahlen stimulierten Probe auftretenden Fluoreszenz eine Röntgenimpuls-Generatorröhre, die eine Folge von Röntgenimpulsen extrem kurzer Dauer erzeugen kann, wenn sie von einer Laserimpulsfolge aus einem Laser stimuliert und angeregt wird. Die Probe wird daher von wiederholten Röntgenimpulsen mit hoher Geschwindigkeit und zuverlässig angeregt.
Die statistische Methode der Vermessung des Fluoreszenzprofils kann auf diese Weise genauer durchgeführt werden.
Dieses Verfahren ermöglicht eine Messung der Lebensdauer von Fluoreszenz, die in einer durch Röntgenimpulse stimulierten Probe auftritt, und sie ermöglicht eine Ausweitung des Anwendungsgebietes auf Forschung und Entwicklung.

Claims (2)

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · AM RUHRSTEIN 1 · TEL.: (02 01) 412687 Hamamatsu Photonics K.K. Patentansprüche
1. Gerät zur Messung der Fluoreszenz, die in einer von Röntgenstrahlen stimulierten Probe auftritt, gekennzeichnet durch,
einen Laser (1) zur Erzeugung einer Folge (2 0) von Laserimpulsen extrem kurzer Dauer;
eine Röntgenimpuls-Generatorröhre (5), die bei Anregung durch die entsprechenden Laserimpulse (20) eine Folge (21) von Röntgen impulsen extrem kurzer Dauer erzeugt;
einen Lichtsensor (I) für Fluoreszenz, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Fluoreszenzintensitätspegel in der Probe (10) bei jedem von der Röntgenimpuls-Generatorröhre (5) erzeugten Röntgenimpuls einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt;
einen Bezugstaktitnpulsgenerator (II) zur Erzeugung von mit der Folge (20) von im Laser (1) erzeugten Laserimpulsen synchronisierten Bezugstaktimpulsen;
einen Zeit/Spannungs-Wandler (14), der eine Spannung entsprechend der Zeit, gemessen ab Erzeugung des Bezugstaktimpulses bis zur Erzeugung des Lichtsensor-Ausgangssignals, entwickelt; und
eine Summiereinrichtung (15) zur Summierung der Häufigkeit der Ausgabe der speziellen Spannung aus dem Zeit/Spannungs-Wandler bei jedem Spannungspegel während der Messung.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiereinrichtung ein Mehrkanal-Analysator (15) ist.
DE19863604836 1985-02-19 1986-02-15 Geraet zur fluoreszenzmessung Granted DE3604836A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60031076A JPS61189448A (ja) 1985-02-19 1985-02-19 Ｘ線により励起された螢光を測定する装置

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DE3604836A1 true DE3604836A1 (de) 1986-08-21
DE3604836C2 DE3604836C2 (de) 1989-12-21

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ID=12321340

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