DE3915692C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der
DE 33 05 510 A1 bekannt ist.
Das Photonensynthesesystem (PS) von dunkel-adaptierten Pflan
zen zeigt nach Beginn der Anregung mit sichtbarem Licht eine
Fluoreszenz ab etwa 665 nm, die sich zeitlich verändert. In
der Abb. 1 ist der Verlauf schematisch dargestellt. Mit
Einschalten des Anregungslichtes Ia (Fig. 1a, 1b) steigt die
Fluoreszenz F(t) mit verschiedenen Zeitkonstanten im Bereich
zwischen 1 ns und etwa 500 ms stark an und durchläuft dabei
einige Wendepunkte und ggf. Zwischenmaxima und -minima. Nach
etwa 1 s erreicht die Fluoreszenz das Maximum Fm, sinkt dann
ab und erreicht, möglicherweise über mehrere Wendepunkte oder
Zwischenmaxima innerhalb weniger Minuten den Gleichgewichts
wert Fs. Der ausgeprägte Kurvenverlauf wird nur bei Intensitä
ten des Anregungslichts von einigen mW/cm2 erreicht.
Wenn das Anregungslicht abgeschaltet wird, dann sinkt die
Fluoreszenz F (t) rasch ab. Es treten auch hier Zeitkonstanten
vom ns-Bereich bis in den Minutenbereich auf, die Intensitäten
überstreichen daher mehrere Größenordnungen.
Die bei der Induktionskinetik und der verzögerten Fluoreszenz
auftretenden Zeitkonstanten können mit verschiedenen Komponen
ten des Photosynthesesystems in Verbindung gebracht werden.
Der Verlauf der Fluoreszenz kann damit Aufschluß über die Ef
fektivität einzelner Komponenten geben.
Die Schwierigkeit bei der Messung und der Interpretation der
Ergebnisse besteht nun darin, daß sowohl Intensitäten als auch
die auftretenden Zeitkonstanten über einen weiteren Bereich
variieren. Außerdem ist nicht klar, welches Meßvolumen von der
Fluoreszenz erfaßt wird. Die Messungen werden daher in Verbin
dung mit der Bestimmung der Chlorophyll-Konzentration, CO2-Fi
xierung und Sauerstoff-Erzeugung durchgeführt. Diese Verfahren
sind im Vergleich zu der Messung selbst aufwendig.
Der Anwendung der Verfahren bei der Messung von intakten Blät
tern sind aber auch deshalb Grenzen gesetzt, weil die Abgren
zung von bestrahltem und nicht bestrahltem Blattbereich unklar
ist und außerdem durch die Dichte der Chloroplasten Anre
gungslicht absorbiert wird und durch Absorption und Re-Emis
sion Spektrum und Intensität des Fluoreszenzlichts beeinflußt
werden.
Es ist daher vorgeschlagen worden, die "Grundfluoreszenz" als
Normierung zu verwenden. Darunter versteht man die Fluores
zenz, die auftritt, wenn die Reaktionszentren des Photosynthe
sesystems nicht besetzt sind. Die Grundfluoreszenz kann natur
gemäß nur am Anfang der Anregung mit Licht bestimmt werden,
das aber ist schwierig, da sich gerade hier die Fluoreszenz
schnell ändert. Im allgemeinen sieht man deshalb den ersten
Meßwert ungleich Null nach Einschalten als ein Maß für die
Grundfluoreszenz an. Eine Normierung auf die Grundfluoreszenz
führt daher zu beträchtlichen Fehlern.
In der Praxis wird daher selten die Normierung auf die Grund
fluoreszenz benutzt, sondern man betrachtet das Verhältnis
Fm/Fs. Auf diese Weise geht Information verloren, da in jedem
der beiden Signale Informationen über die Effektivität ver
schiedener Komponenten des Photosynthesesystems enthalten ist.
Außerdem ist die Variation dieser Größe beträchtlich.
Es ist für diese Art der Messungen notwendig, die Probe sehr
schnell mit einer Lichtquelle zu bestrahlen, deren Intensität
nach Beginn der Anregung konstant sein muß. Mit Blitzlampen
oder gepulsten Lasern lassen sich diese Effekte nicht untersu
chen.
Von M. Voss et al., Fluorometric Detection of Photosystem II
Herbicide Penetration and Detoxification in Whole Leaves, Weed
Science, 32 (1984) 675-680 wird ein Laser mit einem mechanischen
Verschluß beschrieben. Damit werden Öffnungszeiten im Bereich
von etwa 2 ms erreicht. Da aber die interessierende Fluores
zenz mit einer Zeitkonstanten von µSekunden ansteigen kann,
ändert sich die Fluoreszenz während der Öffnung schon stark
und man erhält keine zuverlässige Messung der Grundfluores
zenz.
Weiterhin ist aus U. Schreiber et al., Portable Solid-state
Fluorometer for the Measurement of Chlorophyll Fluorescence
Induction in Plants. Rev.Sci.Instrum., 46 (1975) 538-54, eine Meßan
ordnung bekannt, bei der eine Diode zur Erzeugung des Anre
gungslichts verwendet wird. Dioden kann man innerhalb einiger
ns an- und abstellen. Der Nachteil ist, daß Dioden im Ver
gleich zu anderen Lichtquellen eine geringe Intensität haben
und außerdem ein Emmissionsspektrum aufweisen, das mit dem der
Fluoreszenz überlappt. Die geringe Intensität des Anregungs
lichts und die Notwendigkeit der Separation des Fluoreszenz
lichts mit Filtern führt dazu, daß wenig Licht zur Detektion
zur Verfügung steht. Aus diesem Grund kann die Fluoreszenz
erst dann erfaßt werden, wenn sie schon eine beträchtliche In
tensität erreicht hat. Die Bestimmung der Grundfluoreszenz
kann daher ebenfalls nur ungenau erfolgen.
Man hilft sich daher damit, den ersten gemessenen Wert als
Grundfluoreszenz anzusehen.
Aus der genannten DE 33 03 510 A1 ist eine Vorrichtung der gattungsge
mäßen Art bekannt, bei der die Belichtungszeit mit einer elek
tronisch gesteuerten Blende eingestellt wird.
Es ist jedoch weder eine Regelmöglichkeit für das Anregungs
licht noch das Ein- und Ausschalten des Anregungslichts in
sehr kurzer Zeit von Null auf maximale Intensität und umge
kehrt vorgesehen.
Des weiteren ist aus der DE 32 06 407 A1 eine Vorrichtung zum
quantitativen Nachweis biochemischer Prozesse durch Detektion
der durch ungeregelte Lichtimpulse erzeugten Fluoreszenzstrah
lung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Messung der
Induktions-Kinetik wie auch der verzögerten Fluoreszenz des
Photosynthesesystems eine Normierung zu ermöglichen,
wobei der Intensitätsverlauf des Laserlichts zu Beginn und
am Ende der Lichtanregung sehr steile Flanken aufweist. Diese
Normierung kann durch die Bestimmung der Grundfluoreszenz
geleistet werden. Das aber ist mit den bestehenden Verfahren
nur unzureichend möglich.
Außerdem wird mit dem Anstieg der Fluoreszenz von der Grund
fluoreszenz aus eine weitere Komponente ermittelt, die eben
falls Aussagen über das Photosynthesesystem liefert.
Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Die übrigen Pa
tentansprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin
dungen dar.
Folgende Vorteile lassen sich mit der Erfindung erzielen:
Die Kombination Laser, schneller optischer Schalter und mecha nischer Schalter zusammen mit der Intensitätsstabilisierung erlaubt
Die Kombination Laser, schneller optischer Schalter und mecha nischer Schalter zusammen mit der Intensitätsstabilisierung erlaubt
- a) das Ein- und Ausschalten des Anregungslichts in weniger als 10 ns (Vorteil gegenüber mechanischen Schaltern, ms),
- b) das Schalten und Aufrechterhalten einer konstanten Leistung für eine beliebig lange Zeit (Vorteil gegenüber gepulsten Lasern),
- c) das Schalten einer ausreichend hohen Intensität des Anre gungslichts, die einen ausgeprägten Kurvenverlauf der In duktions-Kinetik und eine für die Detektion ausreichende Intensität des Fluoreszenzlichts erzeugt (Vorteil gegenüber der Erzeugung des Anregungslichts mit einer Diode) und
- d) das Schalten des Anregungslichts mit einer hohen Frequenz schärfe, die die Separation des Fluoreszenzlichts vom Erre gerlicht erleichtert (Vorteil gegenüber einer Diode, die üblicherweise eine Bandbreite von über 20 nm hat.
Durch die der gegebenen Intensität angepaßten Detektorempfind
lichkeit ergeben sich folgende Vorteile:
- a) Die stark unterschiedlichen Intensitäten können mit einem Detektor erfaßt werden. Dadurch bleiben spektrale Empfind lichkeit, Raumwinkel und Meßwinkel konstant und es entfal len sonst notwendige Anpassungsmessungen:
- b) Bei der digitalen Meßwerterfassung ist das Detektoraus gangssignal an den Eingangsbereich des angeschlossenen Ana log-Digital-Konverters angepaßt. Dem Auftreten von niedri gen Ausgangssignalen muß nicht dadurch Rechnung getragen werden, daß ein Analog-Digital-Konverter mit sehr hoher Auflösung eingesetzt werden muß. Die hohe Auflösung des Analog-Digital-Konverters reduziert auch die maximale Ab tastrate.
Bei den bisherigen Verfahren wird eine konstante Empfindlich
keit benutzt.
Die Anpassung der Zeitkonstante an die notwendige Abtastrate
verringert das Rauschen und trägt so zur Datenreduktion bei.
In den bisherigen Verfahren wird nur eine Zeitkonstante ver
wendet.
In der speziellen Aufgabe der Messung der Chlorophyll-Fluores
zenz ist es möglich, mit dem gleichen Detektor die Grundfluo
reszenz mit einer Auflösung von 10 µs zu bestimmen und die
sehr viel höhere Maximalfluoreszenz. Insbesondere ist es mög
lich, die verzögerte Fluoreszenz über mehrere Größenordnungen
hinweg zu verfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird im folgenden
anhand der Figuren näher beschrieben:
Es zeigen:
Fig. 1a und 1b den zeitlichen Verlauf der Intensität Ia der
geschalteten Laserintensität bzw. die Intensität F(t) der
Fluoreszenz.
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Meßanordnung.
Fig. 3 ein Blockschaltbild für die Anordnung.
Fig. 4 zeigt die Steuerung für die Hochspannung 12.
Fig. 5 zeigt zwei Beispiele für den Beginn der Fluoreszenz.
Fig. 6 zeigt den Anfang einer Fluoreszenz im vergrößerten
Zeitmaßstab.
Fig. 7a, b, c, zeigt die Wirkung von optischem und mechani
schem Schalter auf die Intensität des Lasers 1.
Der Aufbau der optischen Anordnung und eine Prinzipschaltung
der Elektronik sind in Fig. 2 dargestellt.
Zur Anregung der Fluoreszenz wird ein Laser 1 benutzt, da er
genügend Intensität liefert und aufgrund der Frequenzschärfe
des Lichts die Separation des Fluoreszenzlichts wesentlich er
leichtert.
Der elektronische Verschluß 2 dient zur Freigabe und zum Sperren des
Lichtes für die Anregung.
Es können mehrere Geräte benutzt werden (z.B. auch Pockels-
Zellen). In dem ersten Anwendungsbeispiel wird ein akusto-op
tischer Modulator verwendet, der z.B. wesentlich einfacher und
preiswerter ist als ein Q-switsch im Laser. Es lassen sich
Schaltzeiten von einigen 10 ns erreichen und die Leistung des
eingestrahlten Lichts kann einige 10 mW betragen.
Mit einem Laser läßt sich der akusto-optische Modulator in
einfacher Weise betreiben.
Für die exakte Erfassung der Induktions-Kinetik und den Ver
gleich der Intensitäten bei verschieden zeitlichen Phasen ist
es notwendig, daß die Intensität des Anregungslichts nach dem
Einschalten zeitlich konstant bleibt. Da die Laserintensität
schwanken kann und auch die optischen Eigenschaften des Verschlusses
nach dem Einschalten nicht sofort stabilisiert sind, wer
den folgende Komponenten zur Stabilisierung eingesetzt.
Vor dem elektrooptischen Verschluß 2 ist ein zusätzlicher mechanischer
Verschluß 31 eingesetzt, der Öffnungs- und Schließzeiten unter
10 ms hat. Der mechanische Verschluß 31 ermöglicht es, den elektroop
tischen Verschluß fast immer eingeschaltet zu lassen, so daß
sich seine Eigenschaften stabilisieren können (thermische Ef
fekte). Soll nun der Strahl eingeschaltet werden, so schließt
der elektrooptische Verschluß 2 (siehe Fig. 7a), der mechanische
Verschluß 31 öffnet (siehe Fig. 7b) und der elektrooptische Verschluß
2 öffnet ebenfalls, nachdem der mechanische Verschluß 31 vollständig offen ist. Auf
diese Weise wird der elektrooptische Verschluß 2 nur während der
Verschlußzeiten des mechanischen Verschlusses geschlossen, so daß
seine Stabilität nicht beeinträchtigt wird. Beim Ausschalten
des Strahls wird in umgekehrter Reihenfolge verfahren. Zuerst
schließt der elektrooptische Verschluß 2, dann der mechanische Verschluß
31 und anschließend öffnet sich wieder der elektrooptische Verschluß
2.
Um weitere Schwankungen der Strahlintensität zu kompensieren,
wird mit einem teildurchlässigen Spiegel 28 ein Teil des
Strahls auf den Detektor zur Strahlkontrolle 29 gelenkt. Des
sen Signal 37 wird in einer Steuereinheit "Strahlkontrolle" 30
verarbeitet, die den elektrooptischen Verschluß 2 über das Signal 38
so moduliert, daß die Strahlintensität konstant ist
(Feinregulation). Der Beginn dieser Steuerung muß gegenüber
dem Signal 36 verzögert sein, da der Strahl sonst nicht seine
volle Leistung erreicht.
Das Licht wird über ein Faserbündel 3 auf die Probe 4 in der
Meßküvette 5 gelenkt. Durch den anderen Arm des Faserbündels
wird das Licht zum optischen Filter 6, vorzugsweise ein Inter
ferenzfilter, geführt, welches das Fluoreszenzlicht im Bereich ab
665 nm selektiert.
Die Detektoreinheit 7 ist in ihrer Empfindlichkeit durch das
Signal 32 steuerbar und erzeugt das Detektorsignal 33. Die Einheit
8 erzeugt aufgrund von vorgegebenen Steuersignalen 34 und dem
Detektorsignal 33 das Signal 32 zur Einstellung der Empfindlichkeit
des Detektors. Außerdem modifiziert die Steuereinheit 8 das Detektorsignal 33 in der
Weise, daß aufgrund der gegebenen Intensität und Zeitkonstante
eine optimale Erfassung des resultierenden Meßsignals 35 durch
die Einheit 9 (Datenerfassung und Versuchssteuerung) ermög
licht wird. Einheit 9 erzeugt auch die Steuersignale 36 für
Steuereinheit Strahlintensität 30 und Steuersignal 34 für die Einheit
8.
Die Fluoreszenz überstreicht einen beträchtlichen Intensitäts
bereich. Ein Photomultiplier 10 als Detektoreinheit 7 hat
eine wesentlich größere Empfindlichkeit als eine Diode. Auf
diese Weise kann man Anregungs- und Fluoreszenzlicht wesent
lich besser trennen, was aus Mangel an scharfkantigen opti
schen Filtern auch zu einem beträchtlichen Verlust an Fluores
zenzintensität führt. Der Photomutiplier hat aber noch als
weiteren wesentlichen Vorteil, daß die Empfindlichkeit durch
die Variation der PM-Spannung über einen weiteren Bereich
den Erfordernissen angepaßt werden kann.
Eine logische Schaltung zur Hochspannungssteuerung 12 erkennt
aufgrund des Steuersignals 34, das eine Zusammenfassung der
einzelnen Signale 39, 40 und 41 ist und des Photomultiplier-
Ausgangssignals 42 das eine Realisierung des Detektorsignals
33 ist, wann die Empfindlichkeit größer oder kleiner einge
stellt werden muß. In diesem Fall wird der Wert 43 geändert,
der die regelbare Hochspannungsversorgung 11 steuert (Signal 32).
Die Änderungen von 43 bewirken Änderungen der entsprechenden
Verstärkungsfaktoren im Zwischenspeicher 18 bzw. Interface 19.
Die Kombination zwischen der regelbaren Hochspannungsversorgung 11 und den Pho
tomultiplier 10 ist deshalb günstig, weil eine relativ geringe
Spannungsänderung durch die Multiplier-Eigenschaft eine Ände
rung der Empfindlichkeit um eine Größenordnung bewirkt. In ei
nem Anwendungsbeispiel wird die Empfindlichkeit innerhalb von
2-10 µs umgestellt.
Bei niedrigen Intensitäten wird der Photomultiplier 10 mithilfe
der Einheit 13 (Verstärker-Diskriminator) als Photo
nenzähler geschaltet, so daß 44 eine Impulsfolge logischer Si
gnale ist, deren Zählrate proportional zur Intensität des
Fluoreszenzlichts ist.
Die Bestimmung sehr niedriger Intensitäten der Fluoreszenz ist
gerade bei der verzögerten Fluoreszenz unbedingt notwendig, da
hier die Intensität über einen Bereich von 8 Zehnerpotenzen
abfällt.
Bei höheren Lichtintensitäten ist die Photonenzähltechnik
nicht mehr einsetzbar, da die einzelnen Impulse nicht mehr
auflösbar sind. In diesem Fall wird 42 als Analogsignal im
Verstärker 14 weiterverarbeitet, dessen Verstärkung und Zeit
konstante an die gegebene Intensität und die Abtastrate 51 für
das Eingangssignal 46 des Analog-Digital-Konverters 17 ange
paßt sind.
Die bisher auftretenden Zeitkonstanten sind so kurz, daß die
Meßwertaufnahme nicht direkt mit einem Rechner erfolgen kann.
Sobald dies aber der Fall ist, werden die Signale 47 aus dem
Verstärker 15 direkt mit dem Interface 19 verarbeitet. Es
empfiehlt sich aber für Verstärker 15 eine größere Zeitkon
stante zu wählen, da die geringere Zeitkonstante von Verstär
ker 14 nicht nötig ist und darüber hinaus aufgrund der größe
ren Bandbreite des Rauschen unnötig groß bleibt.
In der Einheit 9 sind folgende Komponenten enthalten:
Bei sehr schnell veränderlicher Fluoreszenz ist ein Zwischen speicher und eine Steuerung notwendig (Einheit 18). Entspre chend dem Takt 50 zählt Zähler 16 die Photonenimpulse und übergibt die Zählrate in Form der Binärzahl 48 an den Zwi schenspeicher 18. In ähnlicher Weise wandelt der Analog-Di gital-Konverter 17 das analoge Eingangssignal 46 in die Binärzahl 49 um und übergibt sie entsprechend Takt 51 an den Zwischenpeicher 18. Die Steu ersignale 39, 40 und 41 steuern die Hochspannungssteuerung 12 und aktivieren die Verstärker 13, 14 und 15. Nach Ende des ak tuellen Versuchs werden aufgrund der Steuersignale 52 die Da ten 53 aus dem Zwischenspeicher 18 über das Interface 19 in den Rechner 20 gelesen. Interface 19 erzeugt auch das Signal 36 für die Steuereinheit Strahlintensität 30.
Bei sehr schnell veränderlicher Fluoreszenz ist ein Zwischen speicher und eine Steuerung notwendig (Einheit 18). Entspre chend dem Takt 50 zählt Zähler 16 die Photonenimpulse und übergibt die Zählrate in Form der Binärzahl 48 an den Zwi schenspeicher 18. In ähnlicher Weise wandelt der Analog-Di gital-Konverter 17 das analoge Eingangssignal 46 in die Binärzahl 49 um und übergibt sie entsprechend Takt 51 an den Zwischenpeicher 18. Die Steu ersignale 39, 40 und 41 steuern die Hochspannungssteuerung 12 und aktivieren die Verstärker 13, 14 und 15. Nach Ende des ak tuellen Versuchs werden aufgrund der Steuersignale 52 die Da ten 53 aus dem Zwischenspeicher 18 über das Interface 19 in den Rechner 20 gelesen. Interface 19 erzeugt auch das Signal 36 für die Steuereinheit Strahlintensität 30.
Die Steuereinheit Strahlintensität 30 hat folgende Aufgaben:
Aufgrund des Signals 36, das Ein- und Ausschalten der Laserin tensität anzeigt, erzeugt die Steuereinheit Strahlintensität 30 das Signal 38 für den elektroop tischen Verschluß 2 und das Signal 54 für den mechanischen Verschluß 31 in einer Reihenfolge, die die Verzögerung und Öff nungs- und Schließzeiten des mechanischen Verschlusses 31 berück sichtigen und in Abb. 7 dargestellt sind.
Aufgrund des Signals 36, das Ein- und Ausschalten der Laserin tensität anzeigt, erzeugt die Steuereinheit Strahlintensität 30 das Signal 38 für den elektroop tischen Verschluß 2 und das Signal 54 für den mechanischen Verschluß 31 in einer Reihenfolge, die die Verzögerung und Öff nungs- und Schließzeiten des mechanischen Verschlusses 31 berück sichtigen und in Abb. 7 dargestellt sind.
Fig. 7a zeigt das Verhalten des elektrooptischen Verschlusses 2, der
die Steilheit der Flanken bestimmt und Fig. 7b zeigt das Ver
halten des mechanischen Verschlusses mit Verzögerung und Öff
nungs- und Schließzeiten.
Fig. 7c zeigt die resultierende Laser-Leistung, die durch die
Schaltung vom elektrooptischen Verschluß 2 bestimmt ist.
Die Steuereinheit Strahlintensität 30 verarbeitet auch das Signal 37, das bei
ansteigender Strahlintensität das Signal 38 modifiziert, um
den elektrooptischen Verschluß 2 so zu steuern, daß die Intensität
wieder sinkt.
Zu Beginn ist 38 auf einem voreingestellten Wert und erst nach
einer Verzögerung beginnt diese Steuerung zu arbeiten. Die
Dauer der Verzögerung hängt von den Zeitkonstanten des elektroopti
schen Verschlusses 2 und des Detektors "Strahlkontrolle" 29 ab. Es
muß darauf geachtet werden, daß der Sollwert unter der maxima
len Intensität eingestellt wird.
Die Steuerung der Hochspannung 12 ist in Abb. 4 genauer
dargestellt. Das Photomultiplier-Ausgangssignal 42 wird in den beiden
Komparatoren 23 und 24 mit den Schwellen 55 und 56 verglichen
(55 kleiner 56). Bei Überschreiten der Schwelle werden die lo
gischen Signale 57 und 58 erzeugt. Der Ausgang von Einheit
(25), Exklusives Oder, erzeugt genau dann ein logisches Signal 59 wenn 42 zwischen
55 und 56 liegt. Wenn eines der entsprechenden logischen Signale 39, 40, 41 an
liegt, erzeugt Einheit 26 das logische Signal 60 ebenfalls und der Schalter 27
schaltet das vorher festgelegte Signal 61 auf den Ausgang 43
zur Steuerung der regelbaren Hochspannung. Die Signale 57 und
58 können für die Erhöhung und Erniedrigung der Empfind
lichkeit weiter verarbeitet werden.
Die eindeutige Bestimmung der Grundfluoreszenz F₀ ist mit die
sem Verfahren möglich.
In Fig. 5 ist die Induktionskinetik der Fluoreszenz in den
ersten 70 ms aufgetragen. Man erkennt anhand der
unterschiedlichen Steigung, daß mehrere Zeitkonstanten zum
Tragen kommen. Die Abtastrate von 10 µs gestattet es, Zeitkon
stanten bis zu dieser Größe festzustellen. Nach Stand der Li
teratur können damit alle Zeitkonstanten im Zusammenhang mit
der Elektronenstransportkette und den biochemischen Vorgängen
erfaßt werden.
In Fig. 6 ist der Anfang der Fluoreszenz noch einmal herausge
zeichnet. Es ist offensichtlich, daß man durch Extrapolation
aus dem Bereich zwischen 0,2 ms und 3 ms auf den Zeitpunkt 0
die Grundfluoreszenz F₀ sicher bestimmen kann.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Bestimmung schnell veränderlicher Fluores
zenzvorgänge an einer biologischen Probe durch Lichtanregung mit
einem eine konstante Lichtleistung abgebenden Laser, einem
elektronisch gesteuerten Verschluß zur Freigabe des Laser
lichtes, Mitteln zur Aufnahme der biologischen Probe, einem
optischen Filter im Strahlengang nach der Probe, einer
Detektoreinheit zur Erfassung der von der Probe abgegebenen
Fluoreszenzstrahlung und einer Auswerteeinrichtung, dadurch
gekennzeichnet, daß der elektronisch gesteuerte Verschluß
aus einem mechanischen Verschluß (31) und einem mit diesem
zusammenwirkenden elektrooptischen Verschluß (2) besteht
und daß die Detektoreinheit (7) eine Photomultiplier (10)
aufweist, der über eine Steuereinheit (8) zwischen Photo
nenzählung und intensitätsabhängiger Analogverstärkung um
schaltbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennnzeichnet, daß im
Strahlengang des Laserlichtes ein teildurchlässiger Spiegel
(28) zur Auskopplung eines Teils der Strahlung auf einen
Detektor (29) angeordnet ist, dessen Signal zur Intensi
tätsregelung des Laserlichtes über den elektrooptischen Verschluß
(2) dient.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die biologische Probe durch ein Faserbündel (3) an den
Laser (1) und an die Detektoreinheit (7) angekoppelt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das optische Filter (6) ein Interferenz
filter ist.
5. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
für die Messung an Photosynthesesystemen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893915692 DE3915692A1 (de) | 1989-05-13 | 1989-05-13 | Verfahren und anordnung zur bestimmung schnell veraenderlicher fluoreszenzvorgaenge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893915692 DE3915692A1 (de) | 1989-05-13 | 1989-05-13 | Verfahren und anordnung zur bestimmung schnell veraenderlicher fluoreszenzvorgaenge |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3915692A1 DE3915692A1 (de) | 1990-11-22 |
DE3915692C2 true DE3915692C2 (de) | 1992-05-27 |
Family
ID=6380622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19893915692 Granted DE3915692A1 (de) | 1989-05-13 | 1989-05-13 | Verfahren und anordnung zur bestimmung schnell veraenderlicher fluoreszenzvorgaenge |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3915692A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19618601A1 (de) * | 1996-05-09 | 1997-11-13 | Stratec Elektronik Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Lichtdetektion |
DE19920533A1 (de) * | 1999-05-05 | 2000-12-07 | Berthold Gmbh & Co Kg | Meßgerät zur Messung der Lichtintensität mit einem Photovervielfacher |
US7992098B2 (en) | 2000-08-22 | 2011-08-02 | Affymetrix, Inc. | System, method, and computer software product for linked window interfaces |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5903688A (en) * | 1994-08-25 | 1999-05-11 | Leica Lasertechnik Gmbh | Device for feeding a UV laser into a confocal laser scanning microscope |
DE19829981C2 (de) * | 1998-07-04 | 2002-10-17 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Verfahren und Anordnung zur konfokalen Mikroskopie |
US6355921B1 (en) | 1999-05-17 | 2002-03-12 | Agilent Technologies, Inc. | Large dynamic range light detection |
AU3511802A (en) * | 2000-08-22 | 2002-05-06 | Affymetrix, Inc. | System method, and computer software product for controlling biological microarray scanner |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4058732A (en) * | 1975-06-30 | 1977-11-15 | Analytical Radiation Corporation | Method and apparatus for improved analytical fluorescent spectroscopy |
DE3206407A1 (de) * | 1982-02-23 | 1983-09-01 | Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung mbH, 8000 München | Einrichtung zum quantitativen nachweis biochemischer reaktionen |
DE3303510A1 (de) * | 1983-01-31 | 1983-07-14 | Peter Dr.-Ing. Gräber | Rechnergesteuertes fluorometer mit auswerteeinheit zur schadstoffdetektion an intakten pflanzen und isolierten chloroplasten |
-
1989
- 1989-05-13 DE DE19893915692 patent/DE3915692A1/de active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19618601A1 (de) * | 1996-05-09 | 1997-11-13 | Stratec Elektronik Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Lichtdetektion |
DE19618601C2 (de) * | 1996-05-09 | 2000-04-13 | Stratec Elektronik Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Lichtdetektion |
DE19920533A1 (de) * | 1999-05-05 | 2000-12-07 | Berthold Gmbh & Co Kg | Meßgerät zur Messung der Lichtintensität mit einem Photovervielfacher |
DE19920533C2 (de) * | 1999-05-05 | 2001-05-23 | Berthold Gmbh & Co Kg | Meßgerät zur Messung der Lichtintensität mit einem Photovervielfacher |
US7992098B2 (en) | 2000-08-22 | 2011-08-02 | Affymetrix, Inc. | System, method, and computer software product for linked window interfaces |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3915692A1 (de) | 1990-11-22 |
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Legal Events
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