DE4422580C1 - Calibration of light sensitivity for optical measurement receiver with long-term instability e.g. photomultiplier - Google Patents
Calibration of light sensitivity for optical measurement receiver with long-term instability e.g. photomultiplierInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibration der Lichtempfindlichkeit eines nicht langzeitstabilen opti schen Meßempfängers, insbesondere eines Photomultipliers, in einem Analysegerät zur Analyse einer medizinischen Probe, bei dem der Meßempfänger mit Kalibrationslicht, das von einer Kalibrationslichtquelle erzeugt wird, be leuchtet und dabei das Ausgangssignal des Meßempfängers gemessen wird, um eine Kalibrationsgröße zur Kalibration der mit dem Meßempfänger gemessenen Lichtintensität zu bestimmen. The invention relates to a method for calibrating the Photosensitivity of an opti that is not stable in the long term measuring receiver, in particular a photomultiplier, in an analyzer for analyzing a medical Sample in which the measuring receiver with calibration light, generated by a calibration light source, be lights up and the output signal of the measuring receiver is measured to a calibration quantity for calibration the light intensity measured with the measuring receiver determine.
Bei der analytischen Untersuchung von medizinischen Pro ben haben Analyseverfahren, die auf immunchemischen oder auf anderen spezifischen Bindungsreaktionen beruhen, zu nehmend an Bedeutung gewonnen. Es ist eine Vielzahl derar tiger Analyseverfahren bekannt, bei denen die Reaktion zu einem optisch meßbaren Meßsignal führt, das für die Kon zentration eines Bestandteils der Probe charakteristisch ist.When analyzing medical pro ben have analytical methods based on immunochemical or are based on other specific binding reactions gaining in importance. It is a variety of such known analytical methods in which the reaction to leads an optically measurable measurement signal, which for the Kon characteristic of a component of the sample is.
Der analytische Nachweis beruht bei diesen Verfahren dar auf, daß ein an der Analysereaktion teilnehmender Bin dungspartner mit einer optisch detektierbaren Markierung ("label") versehen ist. Weit verbreitet ist die Verwen dung eines Enzyms als Label. Der Nachweis des Enzyms er fordert jedoch einen zusätzlichen Reaktionsschritt, bei dem das Enzym auf ein farbbildendes Substrat einwirkt und die Farbänderung des Substrats detektiert wird.The analytical evidence is based on these methods that a bin participating in the analysis reaction partner with an optically detectable marking ("label") is provided. The use is widespread of an enzyme as a label. Detection of the enzyme he calls for an additional reaction step, however which the enzyme acts on a color-forming substrate and the color change of the substrate is detected.
Vom chemisch-analytischen Standpunkt sind sogenannte di rekte Label in vielen Fällen vorzuziehen, welche ohne zu sätzliche Reaktionsstufe ein detektierbares Lichtsignal erzeugen. Hierzu gehören Fluoreszenz-, Phosphoreszenz-, Lumineszenz- oder Elektrolumineszenz-Label. Diese werfen jedoch besondere meßtechnische Probleme auf, weil sehr schwache Lichtsignale mit hoher Genauigkeit gemessen wer den müssen. Diese Probleme werden bei der Analysetechnik noch dadurch erschwert, daß die Nachweisgeräte auch in kleineren Labors und nach Möglichkeit sogar in der Praxis niedergelassener Ärzte zur Verfügung stehen sollen. Sie müssen deswegen trotz der hohen meßtechnischen Anforde rung zu sehr viel günstigeren Kosten herstellbar sein, als dies bei optischen Meßgeräten für wissenschaftliche Anwendungszwecke gebräuchlich ist. From a chemical-analytical point of view, so-called di right label in many cases, which without additional reaction stage a detectable light signal produce. These include fluorescence, phosphorescence, Luminescence or electroluminescence label. Throw this however, special metrological problems because very weak light signals measured with high accuracy have to. These problems are with the analysis technique further complicated by the fact that the detection devices also in smaller laboratories and, if possible, even in practice resident doctors should be available. she Therefore, despite the high metrological requirements be produced at much cheaper costs, than this for optical measuring instruments for scientific Applications is common.
Zur quantitativen Messung der sehr kleinen Lichtsignale werden Meßempfänger mit einer hohen Lichtempfindlichkeit benötigt. Die Empfindlichkeit derartiger Meßempfänger ist in vielen Fällen zeitlichen Schwankungen unterworfen, die eine Messung mit der gewünschten Genauigkeit ohne Kali bration nicht ermöglichen. Es besteht daher das Erforder nis, die Empfindlichkeit der Meßempfänger häufig (in der Regel mindestens täglich) zu überprüfen und zu kalibrie ren. Unter Kalibration im Sinne der Erfindung ist die Stabilisierung oder Bestimmung entweder der absoluten oder der relativen Lichtempfindlichkeit des Licht-Meß empfängers zu verstehen. Die Stabilisierung oder Bestim mung der relativen Lichtempfindlichkeit ist insbesondere für solche Anwendungsfälle interessant, bei denen der ab soluten Lichtempfindlichkeit keine Bedeutung zukommt, die relative Lichtempfindlichkeit hingegen für die Durchfüh rung von Relativ- oder Differenzmessungen konstant gehal ten werden soll.For quantitative measurement of very small light signals become measuring receivers with a high sensitivity to light needed. The sensitivity of such measuring receivers is in many cases subject to temporal fluctuations that a measurement with the desired accuracy without potash not allow bration. So there is a requirement nis, the sensitivity of the measuring receiver often (in the Check at least daily) and calibrate ren. Under calibration in the sense of the invention is the Stabilization or determination of either the absolute or the relative light sensitivity of the light measurement to understand the recipient. The stabilization or determin Relative photosensitivity is particular interesting for those applications where the ab solar light sensitivity is of no importance relative light sensitivity, however, for the implementation constant or differential measurements should be.
Aufgrund ihrer sehr hohen Lichtempfindlichkeit können insbesondere Photomultiplier als Meßempfänger eingesetzt werden. Bedingt durch ihre technische Konzeption sind je doch gerade Photomultiplier in bezug auf ihre Lichtemp findlichkeit bzw. ihre Verstärkung sehr instabile Meßemp fänger, die in kurzen Abständen nachkalibriert werden müssen.Because of their very high sensitivity to light especially photomultiplier used as a measuring receiver become. Due to their technical conception are depending but just photomultipliers in relation to their light temp sensitivity or its amplification very unstable Messemp catchers that are recalibrated at short intervals have to.
Zur Kalibration eines Meßempfängers wird dieser mit Kali brationslicht bekannter bzw. konstanter Intensität be leuchtet und dabei das Ausgangssignal des Meßempfängers gemessen. Daraus ermittelt man eine Kalibrationsgröße, auf die das Ausgangssignal des Meßempfängers bei der Mes sung der Probe bezogen werden kann. To calibrate a measuring receiver, use Kali be known or constant intensity lights up and the output signal of the measuring receiver measured. From this one determines a calibration quantity, to which the output signal of the measuring receiver during the measurement solution of the sample can be obtained.
Die Kalibration kann dabei mit unterschiedlichen bekann ten Verfahrensweisen erfolgen. Beispielsweise kann ein dem Meßempfänger nachgeschalteter Verstärker so nachju stiert werden, daß bei gleicher Intensität des bekannten Kalibrationslichtes das gleiche Meßsignal resultiert. In diesem Fall ist die Kalibrationsgröße also eine elektri sche Stellgröße zur Einstellung des Verstärkungsfaktors. Bei modernen computergesteuerten Geräten erfolgt die Ka libration häufig rechnerisch. Aus der Relation zwischen dem Sollwert des Meßempfängers bei der bekannten Intensi tät der Kalibrationslichtquelle und dem tatsächlichen ge messen Ist-Ausgangssignal des Meßempfängers wird ein Kor rekturfaktor berechnet, der bei der Verarbeitung der Signale des Meßempfängers während des Messens von Proben berücksichtigt wird. In diesem Fall ist die Meßgröße also ein rechnerischer Wert, der die Änderung der Meßempfän ger-Empfindlichkeit berücksichtigt. Allgemein ist die Ka librationsgröße folglich eine apparative Stellgröße oder eine mathematische Größe, die aus dem Ausgangssignal des Meßempfängers während der Beleuchtung mit der Kalibra tionslichtquelle ermittelt wird und es ermöglicht, wäh rend nachfolgender Messungen von Proben Lichtveränderun gen der Empfindlichkeit des Lichtempfängers zu korrigie ren.The calibration can be known with different procedures. For example, a the amplifier downstream of the measuring receiver be bulls that with the same intensity of the known Calibration light the same measurement signal results. In in this case the calibration quantity is an electrical one cal manipulated variable for setting the gain factor. With modern computer-controlled devices, the Ka libration often arithmetically. From the relation between the target value of the measuring receiver in the known Intensi the calibration light source and the actual ge measure actual output signal of the measuring receiver is a Cor rectification factor calculated when processing the Signals from the measuring receiver during the measurement of samples is taken into account. In this case the measurand is a mathematical value representing the change in the measurement receiver ger sensitivity taken into account. Generally the Ka vibration variable is therefore a manipulated variable or a mathematical quantity that results from the output signal of the Measurement receiver during the illumination with the Kalibra tion light source is determined and makes it possible Subsequent measurements of samples change light to correct the sensitivity of the light receiver ren.
Vielfach ist die Kalibrationsgröße ein linearer Faktor. In komplizierteren Kalibrationsverfahren können aber bei spielsweise auch additive Korrekturparameter, wie bei spielsweise durch Dunkelströme bedingte Offset-Werte be rücksichtigt werden oder es kann eine Korrektur von Nichtlinearitäten durch die Beleuchtung mit unterschied lichen Kalibrationslichtstärken erfolgen.In many cases, the calibration variable is a linear factor. However, in more complicated calibration procedures for example also additive correction parameters, as with for example, offset values caused by dark currents be taken into account or a correction of Non-linearities due to the lighting with difference calibration light intensities.
Aus dem Dokument DE 37 20 166 A1 ist bekannt, ein mit einem Meßempfänger gemessenes Nutzsignal mit dem Lichtfluß ei ner Referenzlichtquelle zu vergleichen. Die Referenz lichtquelle dient somit als Bezugsgröße für die photome trische Messung, wobei es nachteilig ist, daß die Meßge nauigkeit von Schwankungen der Intensität der Referenz lichtquelle beeinflußt wird.It is known from document DE 37 20 166 A1, one with a Measuring receiver measured useful signal with the light flux ei to compare its reference light source. The reference light source thus serves as a reference variable for the photome trical measurement, it being disadvantageous that the Meßge accuracy of fluctuations in the intensity of the reference light source is affected.
In dem Dokument DE 38 03 840 A1 wird zur Verbesserung der Meßgenauigkeit vorgeschlagen, die Temperatur und die Stromaufnahme der Referenzlichtquelle zu regeln. Nachtei lig bei der dort beschriebenen Anordnung ist jedoch, daß sich Alterungsprozesse der Referenzlichtquelle nachteilig auf die Meßgenauigkeit auswirken können, da die tatsäch liche Intensität der Referenzlichtquelle nicht überwacht wird.In document DE 38 03 840 A1 is to improve the Measurement accuracy suggested the temperature and the Regulate current consumption of the reference light source. Night egg lig in the arrangement described there, however, is that aging processes of the reference light source are disadvantageous can affect the accuracy of measurement, since the actual intensity of the reference light source not monitored becomes.
Aus dem Dokument EP 0241268 A2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Fluktuationen der Intensität einer Referenzlicht quelle mittels eines Kalibrationsempfängers mit einer langzeitstabilen Lichtempfindlichkeit gemessen, das Licht der Referenzlichtquelle in einen ersten Anteil für die Beleuchtung des Meßempfängers und einen zweiten Anteil für die Beleuchtung des Kalibrationsempfängers aufge spalten und eine Kalibrationsgröße aus dem Ausgangssignal des Kalibrationsempfängers während der Beleuchtung durch die Referenzlichtquelle und dem Ausgangssignal des Meß empfängers während dessen Beleuchtung durch die Referenz lichtquelle bestimmt wird. Bei dem in diesem Dokument be schriebenen Verfahren ist es zusätzlich erforderlich, das Licht der für die Analyse der Probe vorgesehenen Anre gungslichtquelle mit dem Kalibrationsempfänger zu messen und diese Meßgröße bei der Auswertung zu berücksichtigen. Durch die Einbeziehung des Kalibrationsempfängers in die Messung und Auswertung wird zwar eine gegenüber den oben genannten Dokumenten verbesserte Referenzgröße verwirk licht. Nachteilig ist jedoch der erhöhte apparative Auf wand an optischen Komponenten, die zur Weiterleitung des Anregungslichtes auch zu dem Kalibrationsempfänger erfor derlich sind, sowie der erhöhte Aufwand für die Speiche rung und Auswertung der registrierten Meßwerte. Die mit diesen vorbekannten Verfahren erzielbare Genauigkeit ist schließlich nicht hinreichend befriedigend, da sich Fluk tuationen in der Referenzlichtquelle, beispielsweise eine alterungsbedingte Änderung des Abstrahlwinkels, nachtei lig auf die erzielbare Meßgenauigkeit auswirken.A method is known from document EP 0241268 A2, with the fluctuations in the intensity of a reference light source using a calibration receiver with a long-term stable light sensitivity measured, the light the reference light source in a first part for the Illumination of the measuring receiver and a second portion for the illumination of the calibration receiver split and a calibration variable from the output signal of the calibration receiver during lighting the reference light source and the output signal of the measurement receiver while it is illuminated by the reference light source is determined. In the case of this document written procedure it is additionally required that Light of the stimulus provided for the analysis of the sample to measure the ambient light source with the calibration receiver and to take this measured variable into account in the evaluation. By including the calibration receiver in the Measurement and evaluation will be compared to the above mentioned documents realized improved reference size light. However, the increased equipment is disadvantageous wall on optical components that are used to forward the Excitation light also required for the calibration receiver are necessary, as well as the increased effort for the spoke and evaluation of the registered measured values. With is accuracy achievable with these prior art methods finally not sufficiently satisfactory because Fluk tuations in the reference light source, for example a age-related change in the beam angle, disadvantage lig affect the achievable measurement accuracy.
Zur Kalibration eines Meßempfängers wird üblicherweise eine Kalibrationslichtquelle, also eine Referenzlicht quelle mit bekannter Intensität verwendet. Calibration of a measuring receiver is usually done a calibration light source, i.e. a reference light source used with known intensity.
Gebräuchlich sind insbesondere Szintillatoren als Kali brationslichtquelle, die über die Bestrahlung durch ra dioaktive Substanzen zur Lichtemission angeregt werden. Sie weisen eine hervorragende Langzeitstabilität auf. Nachteilig ist allerdings, daß bei ihrer Handhabung wegen der Radioaktivität besondere Sicherheitsvorschriften be achtet werden müssen. Ferner weisen viele Szintillatoren eine die Meßgenauigkeit beeinträchtigende starke Abhän gigkeit der Lichtausbeute von der Temperatur auf.Scintillators are particularly popular as potash brationslichtquelle over the radiation by ra dioactive substances are stimulated to emit light. They have excellent long-term stability. The disadvantage, however, is that because of their handling special safety regulations for radioactivity must be respected. Furthermore, many scintillators a strong dependency impairing the measuring accuracy efficiency of light from temperature.
Ein anderes bekanntes Intensitätsnormal sind geeichte Glühlampen mit hoher Leistung, die unter genau definier ten Bedingungen mit hohem Aufwand geeicht werden und An wendern mit einem dazugehörenden Datenblatt zur Verfügung gestellt werden. Die Betriebsdauer derartiger Eichnormale liegt in der Regel unterhalb von zehn Stunden.Another known intensity standard is calibrated Incandescent lamps with high power, which are defined under exactly conditions are calibrated with great effort and to with a corresponding data sheet be put. The operating time of such calibration standards is usually less than ten hours.
Um die Kalibration der Lichtempfindlichkeit eines nicht langzeitstabilen optischen Meßempfängers, insbesondere eines Photomultipliers, mit einfachen Mitteln, hoher Ge nauigkeit und kontinuierlich zu ermöglichen, wird erfin dungsgemäß ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.To calibrate the light sensitivity of one not long-term stable optical measuring receiver, in particular a photomultiplier, with simple means, high Ge It is invented to enable accuracy and continuously accordingly proposed a method according to claim 1.
Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Kalibrationsgröße der Meßempfänger und der Kalibrationsempfänger gleichzei tig von der Kalibrationslichtquelle beleuchtet. Es ist jedoch auch möglich, den Kalibrationsempfänger und den Meßempfänger zu unterschiedlichen Zeitpunkten, beispiels weise alternierend, mit dem Licht der Kalibrationslicht quelle zu beleuchten. In diesem Fall sollte jedoch der zeitliche Abstand der Lichtmessungen mit dem Kalibra tionsempfänger und dem Meßempfänger kurz sein im Verhält nis zur Stabilität des Meßempfängers oder der Kalibra tionslichtquelle, um jederzeit eine genaue Kalibration des Meßempfängers zu gewährleisten. Maßgeblich ist die Zeitkonstante der sich am schnellsten ändernden Kompo nente. Mit einem Photomultiplier als Meßempfänger kann bei einem zeitlichen Abstand der Lichtmessungen von unter 5 Sekunden eine Reproduzierbarkeit der Lichtempfindlichkeit von 1% oder besser für den Zeitraum eines Monats erzielt werden. Für die Erzielung sehr genauer Meßwerte bei der Analyse einer medizinischen Probe kann es ferner vorteilhaft sein, die Kalibration jeweils unmittelbar vor oder nach jeder der für die Analyse durchzuführenden Lichtmessungen vorzunehmen, um auf diese Weise jeden einzelnen Meßwert mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen.It is preferred to determine the calibration variable the measuring receiver and the calibration receiver at the same time lit by the calibration light source. It is however also possible the calibration receiver and the Measuring receiver at different times, for example alternating with the light of the calibration light source to illuminate. In this case, however temporal interval of the light measurements with the Kalibra tion receiver and the measuring receiver be short in the ratio nis to the stability of the measuring receiver or the calibra tion light source for accurate calibration at all times to ensure the measuring receiver. The decisive factor is Time constant of the fastest changing compo nente. With a photomultiplier as a measuring receiver with a time interval of the light measurements of below 5 seconds reproducibility of the Light sensitivity of 1% or better for the period one month. For achieving very more precise measured values when analyzing a medical It may also be advantageous to sample the calibration immediately before or after each of those for the To carry out analysis of light measurements to be carried out in this way every single measured value with a high To determine accuracy.
Ebenso wie bei den vorbekannten Verfahren kann die Kali brationsgröße auch bei den erfindungsgemäßen Verfahren sowohl eine apparative Stellgröße als auch eine rechneri sche Größe sein, wobei dies von der konkreten Realisie rung des Gerätes (bezüglich Hardware und Software) ab hängt. Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung, daß sie unter Berücksichtigung der Ausgangssignale des Meßempfän gers und des Kalibrationsempfängers während der Beleuch tung mit der gleichen Kalibrationslichtquelle ermittelt wird und geeignet ist, während anschließender Messungen von Probenlicht die Schwankungen der Lichtempfindlichkeit des Meßempfängers zu korrigieren. As with the previously known methods, the potash brationsize also in the inventive method both an apparatus manipulated variable and a computation size, this depends on the concrete reality device (regarding hardware and software) hangs. It is essential in the context of the invention that it taking into account the output signals of the measuring receiver gers and the calibration receiver during the lighting device with the same calibration light source is and is suitable during subsequent measurements of sample light the fluctuations in light sensitivity correct the measuring receiver.
Durch die Verwendung eines langzeitstabilen Kalibrations empfängers zur Bestimmung der Intensität der Kalibra tionslichtquelle ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren nicht mehr erforderlich, die Intensität der Kalibra tionslichtquelle von vorneherein zu kennen. Ferner haben auch Schwankungen der Intensität der Kalibrationslicht quelle keinen störenden Einfluß auf die Meßgenauigkeit, da derartige Schwankungen durch den Kalibrationsempfänger registriert werden.By using a long-term stable calibration receiver to determine the intensity of the calibra tion light source in the method according to the invention no longer required the intensity of the calibra to know the light source from the start. Also have also fluctuations in the intensity of the calibration light source does not interfere with the measuring accuracy, because such fluctuations by the calibration receiver be registered.
Als besonders geeignete Kalibrationsempfänger haben sich Photodioden erwiesen, deren Lichtempfindlichkeit sich pro Jahr um weniger als 1 bis 2% ändert. Ebenfalls besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Photohybriddetektoren als Kalibrationsempfänger, die eine Schwankung von unter 1% pro Jahr aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Verfah ren wird die langzeitstabile Lichtempfindlichkeit des Ka librationsempfängers für die über eine lange Zeit hinrei chend genaue Kalibration des Meßempfängers genutzt. Er forderlichenfalls kann die Lichtempfindlichkeit des Kali brationsempfängers in sehr großen Zeitabständen (mehr als ein Jahr) mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nachkalibriert werden.Have proven to be particularly suitable calibration receivers Proved photodiodes, the light sensitivity per Year changes by less than 1 to 2%. Also special the use of photohybrid detectors is advantageous as a calibration receiver that fluctuates below 1% per year. By the inventive method Ren is the long-term light sensitivity of the Ka vibration receiver for a long time Accurate calibration of the measuring receiver used. He if necessary, the potash's sensitivity to light receiver at very large intervals (more than one year) with one known from the prior art Procedures are recalibrated.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemä ßen Verfahrens besteht darin, daß ein Meßempfänger und ein Kalibrationsempfänger im wesentlichen gleicher spek traler Empfindlichkeit verwendet werden. Dies kann insbe sondere dann von Vorteil sein, wenn das von der Kalibra tionslichtquelle abgestrahlte Spektrum zeitliche Schwan kungen aufweist, die sich aufgrund der zumindest annä hernd gleichen spektralen Empfindlichkeit von Meßempfän ger und Kalibrationsempfänger nicht oder nur gering auf die Meßgenauigkeit auswirken. Ein zeitlich schwankendes Emissionsspektrum haben Glühlampen. Sofern die spektrale Empfindlichkeit von Meßempfänger und Kalibrationsempfän ger nicht in dem erforderlichen Ausmaß übereinstimmen, kann eine Glühlampe dennoch unter der Verwendung von Spektralfiltern, die ebenfalls in dem erforderlichen Aus maß langzeitstabil sein müssen, eingesetzt werden. In der Regel dürfte es in solchen Fällen jedoch vorteilhafter sein, auf Leuchtdioden zurückzugreifen, die nur in einem engen spektralen Bereich emittieren.Another advantageous embodiment of the invention ßen procedure is that a test receiver and a calibration receiver essentially the same spec central sensitivity can be used. This can be particularly the case be particularly advantageous if that from the Kalibra tion light source radiated spectrum temporal swan kungen, which due to the at least approx same spectral sensitivity of measuring receiver and calibration receiver does not open or only slightly affect the accuracy of measurement. A fluctuating in time Emission spectrum have incandescent lamps. Provided the spectral Sensitivity of measuring receiver and calibration receiver do not agree to the extent necessary can still use a light bulb Spectral filters, which are also in the required off must be stable over the long term. In the Usually, however, it should be more advantageous in such cases be able to fall back on light emitting diodes that are only in one emit narrow spectral range.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens, die zu einer Erhöhung der Genauigkeit beiträgt, kann darin bestehen, daß ein Meßempfänger und ein Kalibra tionsempfänger mit im wesentlichen gleicher Temperaturab hängigkeit der Lichtempfindlichkeit verwendet werden. Auf diese Weise wird eine Kompensation der Temperaturabhän gigkeit der Empfindlichkeiten erzielt und der Einfluß von Temperaturschwankungen auf die Meßgenauigkeit reduziert. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn eine schmalban dige Kalibrationslichtquelle, wie eine Leuchtdiode oder eine mittels eines Spektralfilters gefilterte breitban dige Kalibrationslichtquelle, wie eine Glühlampe, verwen det wird. Bei erfindungsgemäßen Versuchsaufbauten wurde durch diese Maßnahme der Temperaturgradient der Kalibra tionsgenauigkeit von 0,6% pro °C auf 0,2% pro °C redu ziert.Another advantageous development of the method, which can contribute to an increase in accuracy consist of a measuring receiver and a calibra tion receiver with essentially the same temperature sensitivity to light can be used. On this will compensate for the temperature sensitivity and the influence of Temperature fluctuations reduced to the measuring accuracy. This is particularly possible if a narrow ban the calibration light source, such as a light emitting diode or a broad band filtered by means of a spectral filter Use the calibration light source, such as an incandescent lamp det. In experimental setups according to the invention through this measure the temperature gradient of the calibra reduction accuracy from 0.6% per ° C to 0.2% per ° C graces.
In beiden vorausgehenden Fällen ist "im wesentlichen gleich" dahingehend zu verstehen, daß durch etwaige Un terschiede der spektralen Empfindlichkeit bzw. der Tem peraturabhängigkeit die Meßgenauigkeit im Rahmen der im jeweiligen Einzelfall festliegenden gewünschten Genauig keitsgrenzen gewährleistet bleibt.In both previous cases, "is essentially to understand "in the sense that by possible Un differences in spectral sensitivity or tem temperature dependence the measurement accuracy within the Precise in each individual case boundaries remains guaranteed.
Das folgende Ausführungsbeispiel der Erfindung läßt wei tere vorteilhafte Merkmale und Besonderheiten erkennen, die anhand der Darstellung in der Zeichnung im folgenden näher beschrieben und erläutert werden.The following embodiment of the invention lets Wei recognize other advantageous features and peculiarities, based on the illustration in the drawing below are described and explained in more detail.
Die Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch ein Analyse gerät 1, in dem das erfindungsgemäße Verfahren verwirk licht ist. Eine Meßzelle 2 mit der zu analysierenden me dizinischen Probe 3 kann mittels eines Meßzellenhalters 4 vor dem Meßempfänger 5, der im dargestellten Beispiel ein Photomultiplier ist, angeordnet werden. Der Photomulti plier ist mittels einer Photomultiplier-Halterung 6 an dem Analysegerät 1 befestigt. Fig. 1 shows a partial section through an analysis device 1 , in which the inventive method is realized light. A measuring cell 2 with the medical sample 3 to be analyzed can be arranged by means of a measuring cell holder 4 in front of the measuring receiver 5 , which in the example shown is a photomultiplier. The Photomulti plier is attached to the analyzer 1 by means of a photomultiplier bracket 6 .
Die Photomultiplier-Halterung 6 ist wegen der sehr hohen Lichtempfindlichkeit des Photomultipliers lichtdicht, so daß der Photomultiplier gegen Umgebungslicht abgeschirmt ist. Zu diesem Zweck ist ein O-Ring 7 in eine Ringnut des Anschlußflansches eingelegt. Wegen der hohen Empfindlich keit des Photomultipliers gegen externe magnetische Fel der ist dieser durch ein hochpermeables Mu-Metall-Schild 8 abgeschirmt. Da die Verstärkung von Photomultipliern stark durch Temperaturschwankungen beeinflußt werden kann, kann erforderlichenfalls eine nicht dargestellte Temperaturstabilisierung, beispielsweise in dem Zwischen raum 9, vorgesehen sein. Der Photomultiplier ist an sei nem hinteren Ende mit einer Photomultiplierbasis 10 ver sehen, die eine Spannungsteilerschaltung und einen Vor verstärker beinhaltet. Sie ist mittels der Basishalterung 11 an die Photomultiplierhalterung 6 angeschlossen.The photomultiplier holder 6 is light-tight because of the very high light sensitivity of the photomultiplier, so that the photomultiplier is shielded from ambient light. For this purpose, an O-ring 7 is placed in an annular groove of the connecting flange. Because of the high sensitivity of the photomultiplier to external magnetic fields, it is shielded by a highly permeable mu-metal shield 8 . Since the amplification of photomultipliers can be greatly influenced by temperature fluctuations, a temperature stabilization, not shown, can be provided if necessary, for example in the space 9 . The photomultiplier is seen at its rear end with a photomultiplier base 10 which includes a voltage divider circuit and a preamplifier. It is connected to the photomultiplier bracket 6 by means of the base bracket 11 .
Am vorderen Ende des Photomultipliers befindet sich das Eintrittsfenster 12, durch das das zu messende Licht der medizinischen Probe 3 in den Photomultiplier eintritt. At the front end of the photomultiplier there is the entrance window 12 through which the light to be measured from the medical sample 3 enters the photomultiplier.
Zwischen der Meßzelle 2 und dem Eintrittsfenster 12 be findet sich ein Koppelmedium 13, das in bekannter Weise für den Übergang des Lichtes von der Probe zu dem Photo multiplier sorgt. Die Meßzelle 2 ist ebenfalls gegen Um gebungslicht abgeschirmt. Bei der Kalibration des Meßemp fängers 5 ist dafür zu sorgen, daß kein Licht der Probe 3 die Kalibration verfälscht. Hierzu kann beispielsweise die Meßzelle 2 entfernt oder das Koppelmedium 13 lichtun durchlässig gemacht werden.Between the measuring cell 2 and the entrance window 12 there is a coupling medium 13 which, in a known manner, ensures the transition of the light from the sample to the photo multiplier. The measuring cell 2 is also shielded from ambient light. When calibrating the Messemp catcher 5 it must be ensured that no light from the sample 3 falsifies the calibration. For this purpose, for example, the measuring cell 2 can be removed or the coupling medium 13 can be made translucent.
Neben dem Photomultiplier ist eine in einem Gehäuse 30 angeordnete Kalibrationsanordnung 20 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kalibrationsverfahrens dargestellt. Sie befindet sich in einer lichtdichten Halterung 31, in die die nachfolgend beschriebenen Elemente eingesetzt sind. Die Kalibrationslichtquelle 21 ist im dargestellten Bei spiel eine Leuchtdiode, könnte aber auch ein andere ge eignete Lichtquelle, wie z. B. eine Miniaturglühlampe oder Gasentladungslampe sein. Lichtquellen wie Miniatur glühlampen oder Gasentladungslampen haben ein kontinuier liches oder breitbandigeres Spektrum als eine Leucht diode, was in einzelnen Anwendungsfällen vorteilhaft sein kann. Erforderlichenfalls kann aber das Spektrum auch durch einen Spektralfilter eingeengt werden.In addition to the photomultiplier, a calibration arrangement 20 arranged in a housing 30 for carrying out the calibration method according to the invention is shown. It is located in a light-tight holder 31 , in which the elements described below are inserted. The calibration light source 21 is a light emitting diode in the example shown, but could also be another suitable light source, such as, for. B. be a miniature incandescent lamp or gas discharge lamp. Light sources such as miniature incandescent lamps or gas discharge lamps have a continuous or broadband spectrum than a light-emitting diode, which can be advantageous in individual applications. If necessary, the spectrum can also be narrowed by a spectral filter.
Das von der Kalibrationslichtquelle 21 emittierte Licht wird durch den Kalibrationslichtkanal 29 und einen Ein koppelspiegel 22 im Bereich des Eintrittsfensters 12 in den Photomultiplier eingekoppelt. Als Kalibrationsemp fänger 23 ist eine Photodiode in die Halterung 31 einge setzt. Die elektrischen Anschlüsse der Kalibrationslicht quelle 21 und des Kalibrationsempfängers 23 sind durch Striche angedeutet; die daran angeschlossene elektroni sche Steuerschaltung ist nicht dargestellt. The light emitted by the calibration light source 21 is coupled through the calibration light channel 29 and a coupling mirror 22 in the area of the entrance window 12 into the photomultiplier. As a calibration catcher 23 , a photodiode is inserted into the holder 31 . The electrical connections of the calibration light source 21 and the calibration receiver 23 are indicated by dashes; the connected electronic control circuit is not shown.
Mittels eines Strahlteilers 24 wird das von der Kalibra tionslichtquelle 21 emittierte Licht in einen ersten An teil für die Beleuchtung des Photomultipliers mit Kali brationslicht und einen zweiten Anteil für die Beleuch tung des Kalibrationsempfängers 23 aufgespalten. Der Strahlteiler 24 ist dabei so ausgelegt, daß das Intensi tätsverhältnis der beiden Anteile auf die unterschiedli chen Lichtempfindlichkeiten des Meßempfängers 5 und des Kalibrationsempfängers 23 abgestimmt ist. Beispielsweise kann das Verhältnis des ersten zu dem zweiten Lichtanteil 1 : 1000 sein. Erforderlichenfalls kann die Intensität des zu dem Meßempfänger 5 gelangenden Lichtes durch in den Strahlengang zwischen dem Strahlteiler 24 und dem Meßemp fänger 5 eingebrachte Blenden oder Filter weiter redu ziert werden.By means of a beam splitter 24 , the light emitted by the calibration light source 21 is split into a first portion for illuminating the photomultiplier with calibration light and a second portion for illuminating the calibration receiver 23 . The beam splitter 24 is designed so that the intensity ratio of the two components is matched to the different light sensitivities of the measuring receiver 5 and the calibration receiver 23 . For example, the ratio of the first to the second light component can be 1: 1000. Where necessary, the intensity of the entering light to the measuring receiver 5 can further be decorated by redu in the beam path between the beam splitter 24 and the catcher 5 Meßemp introduced diaphragms or filter.
Im dargestellten Beispiel ist eine erste Aperturblende 25 vor der Kalibrationslichtquelle 21 angeordnet. Eine zweite Aperturblende 26 befindet sich vor dem Kalibra tionsempfänger 23 und eine dritte Aperturblende 27 in dem Strahlengang des Kalibrationslichtes. Die Öffnung der dritten Aperturblende 27 ist gegenüber der Öffnung der ersten Aperturblende 25 um den Betrag versetzt, um den der Strahlteiler 24 die Lichtstrahlen parallel versetzt. Die Abbildungslinse 28 bildet die dritte Aperturblende 27 auf dem Einkoppelspiegel 22 ab. Auf diese Weise wird ge währleistet, daß alles Kalibrationslicht, das durch die Öffnung der dritten Aperturblende 27 hindurchtritt, auf den Einkoppelspiegel 22 abgebildet wird und somit den Photomultiplier erreicht.In the example shown, a first aperture diaphragm 25 is arranged in front of the calibration light source 21 . A second aperture diaphragm 26 is located in front of the calibration receiver 23 and a third aperture diaphragm 27 in the beam path of the calibration light. The opening of the third aperture diaphragm 27 is offset from the opening of the first aperture diaphragm 25 by the amount by which the beam splitter 24 displaces the light beams in parallel. The imaging lens 28 images the third aperture diaphragm 27 on the coupling mirror 22 . In this way it is ensured that all calibration light that passes through the opening of the third aperture diaphragm 27 is imaged on the coupling mirror 22 and thus reaches the photomultiplier.
Die zweite und die dritte Aperturblende 26, 27 sind so aufeinander abgestimmt, daß der Kalibrationsempfänger 23 und der Meßempfänger 5 unter der im wesentlichen gleichen Apertur von der Kalibrationslichtquelle 21 beleuchtet werden. Vorzugsweise ist zusätzlich auch die Abstrah lungsrichtung, mit der das Licht der Kalibrationslicht quelle 21 von dem Meßempfänger 5 einerseits und dem Kali brationsempfänger 23 andererseits erfaßt wird, im wesent lichen gleich. Die Kombination dieser beiden Maßnahmen führt dazu, daß beide Empfänger das von der Kalibrations lichtquelle 21 in einen im wesentlichen gleichen Raumwin kel abgestrahltes Licht erfassen. Dies ist vorteilhaft, wenn sich das räumliche Abstrahlverhalten der Kalibra tionslichtquelle zeitlich ändert, wie es beispielsweise von Leuchtdioden bekannt ist. Auch in diesem Fall ist "im wesentlichen" dahingehend zu verstehen, daß durch etwaige Abweichungen die im Einzelfall gesetzten Grenzen der Meß genauigkeit nicht beeinträchtigt werden dürfen.The second and the third aperture 26, 27 are coordinated so that the Kalibrationsempfänger 23 and the measuring receiver 5 are illuminated at substantially the same aperture of the calibration light 21st Preferably, the radiation direction with which the light of the calibration light source 21 is detected by the measurement receiver 5 on the one hand and the calibration receiver 23 on the other hand is also essentially the same. The combination of these two measures leads to the fact that both receivers capture the light emitted by the calibration light source 21 in a substantially identical Raumwin angle. This is advantageous if the spatial radiation behavior of the calibration light source changes over time, as is known, for example, from light-emitting diodes. In this case too, "essentially" is to be understood in such a way that the limits of the measuring accuracy set in individual cases must not be impaired by any deviations.
Außer identischen erfaßten Raumwinkeln kann zur Vermei dung von Fehlern in der Kalibration vorteilhafterweise auch vorgesehen sein, daß, insbesondere bei einer nicht punktförmigen Kalibrationslichtquelle 21, der Meßempfän ger 5 aus demselben räumlichen Emissionsbereich der Kali brationslichtquelle 21 wie der Kalibrationsempfänger 23 beleuchtet wird.In addition to identical detected solid angles can advantageously also be provided to avoid errors in the calibration that, in particular in the case of a non-punctiform calibration light source 21 , the measuring receiver 5 is illuminated from the same spatial emission range of the calibration light source 21 as the calibration receiver 23 .
Durch diese Maßnahmen wird insgesamt der Einfluß zeitli cher Schwankungen des Abstrahlverhaltens der Kalibra tionslichtquelle auf die Genauigkeit der Kalibration reduziert oder kompensiert.Through these measures, the overall influence is temporal fluctuations in the radiation behavior of the Kalibra tion light source on the accuracy of the calibration reduced or compensated.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kalibrationsverfahrens ist mit einfachen Mitteln eine jederzeitige und hoch genaue sowie langzeitstabile Kalibrationsmöglichkeit für den Meßempfänger 5 gegeben. Die Kalibrationslichtquelle 21 selbst muß dabei keinen hohen Stabilitätsanforderungen genügen, da ihre Intensität mittels des langzeitstabilen Kalibrationsempfängers 23 gemessen und der von dem Kali brationsempfänger 23 gemessene Wert zur Kalibration ver wendet wird, beispielsweise zur Nachregelung der Verstär kung des Meßempfängers 5 oder als Korrekturgröße für das von dem Meßempfänger 5 gemessene Ausgangssignal.With the aid of the calibration method according to the invention, the measuring receiver 5 can be calibrated at any time with high accuracy and with long-term stability using simple means. The calibration light 21 itself has to satisfy not have a high stability requirements, because their intensity is measured by means of the long-term stable Kalibrationsempfängers 23 and the brationsempfänger from the Kali 23 measured value for calibration turns ver is, for example, for adjustment of the Verstär effect of the measuring receiver 5 or as a correction variable for the of the measured signal 5 output signal.
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