DE3914135A1 - Fotoelektrisches messgeraet zur verwendung in einem automatischen analysator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fotoelektrisches Meßgerät zur Ver­ wendung in einem automatischen chemischen Analysator, in dem eine Vielzahl von in Proben enthaltenen Substanzen, d.h. eine Vielzahl von Testproben, unter Verwendung einer Vielzahl von Meßlichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen gemessen wer­ den.

In der japanischen Patentschrift 52 982/82 ist ein fotoelektri­ sches Meßgerät zur Verwendung in einem chemischen Analysator beschrieben, in dem ein Lichtstrahl nach Durchgang durch eine Testflüssigkeit auf ein Gitter auftrifft und in eine Vielzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen aufgespalten wird, wonach diese Lichtstrahlen von einer Vielzahl von foto­ elektrischen Umwandlungselementen, d.h. Lichtempfangselementen, empfangen werden. In diesem bekannten fotoelektrischen Meßgerät werden die Wellenlängen der von dem Gitter ausgehenden Licht­ strahlen zuvor festgelegt, so daß sie nicht auf einfache Art geändert werden können. Aus diesem Grunde kann dieses fotoelek­ trische Meßgerät nicht einfach an eine Änderung oder Zunahme der zu analysierenden Testgegenstände angepaßt werden und auch nicht an eine Veränderung oder Verbesserung der Meßmethoden, so daß es nötig ist, aus den zur Verfügung stehenden Lichtstrahlen mit den zuvor festgelegten Wellenlängen einen Lichtstrahl aus­ zuwählen, der hinsichtlich der Wellenlänge der benötigen Wel­ lenlänge am nächsten kommt. Dies führt zu einer Verminderung der Meßempfindlichkeit und -genauigkeit. Dieser Sachverhalt ist nachstehend anhand eines Beispiels näher erklärt.

Ausgegangen wird beispielsweise von der Annahme, daß das Meßge­ rät zur Erzeugung von 10 Lichtstrahlen verschiedener Wellenlän­ gen von 340, 380, 410, 520, 540, 570, 600, 660 und 800 nm aus­ gelegt ist. Wenn es erforderlich ist, bei der Bestimmung von Serumeisen von der TPTZ-Methode, die eine maximale Absorption bei 600 nm hat, wie in Fig. 1 erläutert, auf die Nitroso-PSAP- Methode zu wechseln, ändert sich die maximale Absorption auf 750 nm, wie in Fig. 2 gezeigt. Im angenommenen Fall kann das fotoelektrische Meßgerät keinen Lichtstrahl mit einer Wellen­ länge von 750 nm erzeugen, so daß die PSAP-Methode unter Ver­ wendung eines Lichstrahls mit einer Wellenlänge von 800 nm aus­ geführt werden muß. Es ist offensichtlich, daß sich die Meß­ empfindlichkeit um etwa 25% vermindert, wenn mit der Messung bei der Standardwellenlänge von 750 nm verglichen. Zusammen mit der Meßempfindlichkeit vermindert sich auch die Meßgenauigkeit in großem Ausmaß.

Um den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden, kann in Betracht gezogen werden, mit dem Gitter eine größere Anzahl von Licht­ strahlen zu erzeugen, als ursprünglich benötigt wird. Diese Lö­ sung hat jedoch den Nachteil, daß die Anzahl der Lichtempfangs­ elemente groß wird und das fotoelektrische Meßgerät hinsicht­ lich seiner Konstruktion kompliziert, seiner Dimensionen groß und seiner Kosten teuer.

Der in den Patentansprüchen genannten Erfindung liegt die Auf­ gabe zugrunde, ein fotoelektrisches Meßgerät zur Verwendung in einem automatischen Analysator bereitzustellen, in dem ein oder mehrere Lichtstrahlen mit erwünschten Wellenlängen mit Hilfe einer einfachen Konstruktion leicht erhalten werden können und so das fotoelektrische Meßgerät einfach an eine Veränderung oder Vermehrung der Testgegenstände sowie eine Veränderung der Meßmethode unter Beibehaltung einer hohen Empfindlichkeit und Meßgenauigkeit angepaßt werden kann.

Wenn erfindungsgemäß der polychromatische Lichtstrahl auf das Gitter auftrifft, enthält das vom Gitter ausgehende Spektrum eine Vielzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen als Lichtstrahlen höherer Ordnung und wird gleichzeitig vom Gitter ein polychromatischer Lichtstrahl als Lichtstrahl null­ ter Ordnung erhalten. Das bedeutet, daß der Lichtstrahl nullter Ordnung den gleichen Spektralbereich wie der auftreffende poly­ chromatische Lichtstrahl besitzt. Erfindungsgemäß wird dieser Lichtstrahl nullter Ordnung durch eine optische Filtereinrich­ tung, wie einen Farbfilter oder einen Interferenzfilter, ge­ schickt, um einen monochromatischen Lichtstrahl mit einer er­ wünschten Weilenlänge zu erhalten, der vom Gitter nicht direkt erhalten werden kann.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen näher er­ läutert. Von diesen zeigt

Fig. 1 eine Auftragung des Lichtabsorptionsverhaltens in der TPTZ-Methode;

Fig. 2 eine Auftragung des Lichtabsorptionsverhaltens in der Nitroso-PSAP-Methode;

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform des fotoelektrischen Meßgeräts gemäß der Erfindung beschreibt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Gerätes darstellt; und

Fig. 5 eine schematische Ansicht, die eine dritte Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Geräts erläutert.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen fotoelektrischen Meßgerätes wiedergibt. In dieser Ausführungsform wird ein polychromatischer Licht­ strahl, z.B. ein weißer Lichtstrahl, der von einer weißen Lichtquelle (1) ausgeht, auf das Gitter (2) geschickt. Vom Gitter (2) wird eine Vielzahl von Meßlichtstrahlen (3-1, 3-2, . . . 3-n) mit verschiedenen Wellenlängen (λ ₁, λ ₂ . . . λ _n ) in verschiedene Richtung reflektiert. Gleichzeitig geht vom Gitter (2) ein Lichtstrahl nullter Ordnung (4) aus. Es ist festzuhal­ ten, daß der Lichtstrahl nullter Ordnung (4) alle Wellenlängen des auftreffenden weißen Lichtstrahls enthält. Die Meßlicht­ strahlen (3-1, 3-2 . . . 3 -n) treffen jeweils auf die Eingänge der Lichtleiter (5-1, 5-2 . . . 5 -n) und der Lichstrahl nullter Ordnung (4) auf den Eingang eines Lichtleiters (6). Die Aus­ gänge dieser Lichtleiter (5-1, 5-2 . . . 5 -n und 6) sind entlang einer Reaktionslinie angeordnet, die von einem drehbaren Küvet­ tenrad definiert wird, auf welchem eine Anzahl von Küvetten (8) mit Testflüssigkeiten angeordnet sind. Die von den Ausgängen der Lichtleiter (5-1, 5-2 . . . 5 -n) ausgehenden Meßlichtstrahlen (3-1, 3-2 . . . 3 -n) gehen jeweils durch die Küvetten (8) durch und treffen dann auf die Lichtempfangselemente (9-1, 9-2 . . . 9 -n) auf. In dieser Ausführungsform ist ein Halteelement (11) für einen optischen Filter am Ende des Lichtleiters (6), der den Lichtstrahl nullter Ordnung (4) überträgt, angeordnet und ein optischer Filter (12) lösbar in das Halteelement (11) für den optischen Filter eingesetzt. Von dem optischen Filter (12) geht ein monochromatischer Meßlichtstrahl mit der von dem opti­ schen Filter bestimmten erwünschten Wellenlänge aus und trifft auf eine Küvette (8) auf dem Küvettenrad (7). Der durch die Kü­ vette (8) durchgehende Lichtstrahl trifft auf ein Lichtempfangs­ element (10). Bei Rotation des Küvettenrads (7) werden die Kü­ vetten (8) nacheinander durch die Meßpositionen zwischen den Ausgängen der Lichtleiter (5-1, 5-2 . . . 5 -n und 6) und den je­ weiligen Lichtempfangselementen (9-1, 9-2 . . . 9 -n und 10) ge­ führt. Die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente (9-1, 9-2 . . . 9 -n und 10) werden einer nicht gezeigten Signalverarbei­ tungsschaltung zugeführt und das einem vorgegebenen Testgegen­ stand entsprechende Ausgangssignal ausgewählt.

In der soweit erläuterten Ausführungsform ist es möglich, durch Einsetzen eines optischen Filters (12) in das Filterhalteele­ ment (11) einen Meßlichtstrahl zu erhalten, der eine von den zuvor festgesetzten Wellenlängen (λ ₁, λ ₂ . . . λ _n ) verschiede­ ne Wellenlänge hat, so daß eine Vermehrung der Testgegenstände und eine Änderung oder Verbesserung des Meßverfahrens einfach herbeigeführt werden kann und die Messung mit hoher Empfind­ lichkeit und Genauigkeit durchgeführt werden kann.

In der oben erläuterten Ausführungsform wird der optische Fil­ ter (12) lösbar in das Halteelement (11) für den optischen Fil­ ter eingesetzt. Anstelle des Filterhalteelements (11) kann je­ doch, wie in Fig. 4 erläutert, ein Rotationsfilter (15) mit einer Vielzahl von optischen Filterelementen (16-1, 16-2 . . .) angeordnet und von einem Motor (17) angetrieben werden. Wei­ terhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform der po­ lychromatische Lichtstrahl mit Hilfe des Gitters (2) in eine Vielzahl von Meßlichtstrahlen zerlegt, welche dann durch die Testflüssigkeiten geschickt werden. Jedoch kann der von der weißen Lichtquelle (1) ausgehende polychromatische Lichtstrahl zuerst durch die optischen Fasern (18-1, 18-2 . . . 18 -n) durch die in den Küvetten (8) enthaltenen Testflüssigkeiten geschickt werden, wie in Fig. 5 gezeigt. Die durch die Küvetten (8) ge­ schickten Lichtstrahlen treffen dann jeweils auf die optischen Fasern (19-1, 19-2 . . . 19 -n). Die Ausgänge dieser optischen Fa­ ser (19-1, 19-2 . . . 19 -n) sind auf einer Scheibe (20) entlang einer Kreislinie angeordnet, während eine kurbelförmige opti­ sche Faser (21) um eine zentrale Achse der Scheibe (20) drehbar angeordnet ist, so daß die Meßlichtstrahlen nacheinander von der kurbelförmigen optischen Faser (21) ausgewählt werden. Die so von der kurbelförmigen optischen Faser (21) ausgewählten Lichtstrahlen werden nacheinander durch eine Linse (22) auf das Gitter (2) geschickt. Danach wird jeder Meßstrahl in eine Viel­ zahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen zerlegt, und diese Lichtstrahlen treffen auf die Lichtempfangselemente (9-1, 9-2 . . . 9 -n). Gleichzeitig geht aus dem Gitter (2) der Lichtstrahl nullter Ordnung hervor und wird durch den optischen Filter (12) auf das Lichtempfangselement (10) gegeben.

Wie oben erläutert, kann erfindungsgemäß zusätzlich zu einer Vielzahl von Meßstrahlen mit vorbestimmten verschiedenen Wel­ lenlängen ein Meßlichtstrahl mit einer erwünschten Wellenlänge, die von diesen Wellenlängen verschieden ist, durch Durchleiten des von dem Gitter ausgehenden Lichtstrahls nullter Ordnung durch einen optischen Filter erhalten werden. Daher kann das Meßgerät einfach an eine Vermehrung der Testgegenstände und einen Wechsel im Meßverfahren angepaßt werden und die Messung auf akkurate und präzise Weise durchgeführt werden.

Claims (5)

1. Fotoelektrisches Meßgerät zur Verwendung in einem automati­ schen Analysator, der von einer Vielzahl von Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen Gebrauch macht, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (1) zur Aussendung eines polychromatischen Lichtstrahls;
ein Gitter (2) zum Empfang des polychromatischen Lichtstrahls und zur Erzeugung einer Vielzahl von Lichtstrahlen (3-1, 3-2 . . . 3 -n) mit vorbestimmten verschiedenen Wellenlängen (λ ₁, λ ₂ . . . λ _n ) als Lichtstrahlen höherer Ordnung, wie auch eines polychromatischen Lichtstrahls (4) als Lichtstrahl nullter Ord­ nung; und
eine optische Filtereinrichtung (12) zur Ableitung eines Licht­ strahls mit einer erwünschten Wellenlänge aus dem aus dem Git­ ter (2) hervorgehenden polychromatischen Lichtstrahl nullter Ordnung (4).

2. Gerät nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet, durch eine Vielzahl von Lichtleitern (5-1, 5-2 . . . 5 -n), um die Vielzahl von Lichtstrahlen (3-1, 3-2 . . . 3 -n) mit vorbestimmten verschiedenen Wellenlängen (λ ₁, λ ₂ . . . λ _n ) zu einer Viel­ zahl von Küvetten (8), die die zu analysierenden Testflüssig­ keiten enthalten und entlang einer Reaktionslinie (7) arrangiert sind, hinzuleiten, eine Vielzahl von Lichtempfangselementen (9-1, 9-2 . . . 9 -n) zum Empfang der durch die Küvetten (8) durchgehenden Lichtstrahlen, einen zusätzlichen Lichtleiter (6), um den polychromatischen Lichtstrahl des Lichtstrahls nullter Ordnung (4) durch die optische Filtereinrichtung (12) zu einer Küvette (8) zu leiten, und ein zusätzliches Lichtem­ pfangselement (10) zum Empfang des durch diese Küvette (8) durchgehenden Lichtstrahls.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Filtereinrichtung eine Haltevorrichtung (11) für den optischen Filter und einen in diese Halteeinrichtung (11) lösbar eingesetzten optischen Filter (12) umfaßt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Filtereinrichtung (12) einen Drehfilter (15) mit einer Vielzahl von optischen Filterelementen (16-1, 16-2 . . .) eingebaut umfaßt, sowie einen Motor (17) zum Drehen des Drehfilters (15).

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin gekennzeich­ net durch
einen ersten Satz von Lichtleitern (18-1, 18-2 . . . 18 -n), um den von der Lichtquelle (1) ausgehenden polychromatischen Lichtstrahl einer Vielzahl von Küvetten (8) zuzuleiten, die zu analysierende Testflüssigkeiten enthalten und entlang einer Reaktionslinie (7) geführt werden;
einen zweiten Satz von Lichtleitern (19-1, 19-2 . . . 19 -n), um durch die Küvetten (8) durchgehende Lichtstrahlen zu Ausgängen zu leiten, die entlang einer Kreislinie mit einer zentralen Achse angeordnet sind; und
eine kurbelförmige optische Faser (21), die um die zentrale Achse der Kreislinie rotierbar angeordnet ist und sukzessiv die durch den zweiten Satz von Lichtleitern (19-1, 19-2 . . . 19 -n) geführten Lichtstrahlen auswählt, wobei die von der kurbelförmi­ gen optischen Faser (21) ausgewählten Lichtstrahlen auf das Gitter (2) treffen, die von dem Gitter (2) als Lichtstrahlen höherer Ordnung ausgehenden Lichtstrahlen von einer Vielzahl von Lichtempfangselementen (9-1, 9-2 . . . 9 -n) empfangen werden und der vom Gitter (2) als Lichtstrahl nullter Ordnung ausgehen­ de Lichtstrahl von einem zusätzlichen Lichtempfangselement (10) über die optische Filtereinrichtung (12) empfangen wird.