EP1502138A1 - Vorrichtung und verfahren zur fluorimetrischen erfassung von substanzen in medien - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur fluorimetrischen erfassung von substanzen in medien

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EP1502138A1
EP1502138A1 EP03727223A EP03727223A EP1502138A1 EP 1502138 A1 EP1502138 A1 EP 1502138A1 EP 03727223 A EP03727223 A EP 03727223A EP 03727223 A EP03727223 A EP 03727223A EP 1502138 A1 EP1502138 A1 EP 1502138A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide rail
media
light
illumination optics
substances
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03727223A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guido Mennicken
Harry Vereecken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP1502138A1 publication Critical patent/EP1502138A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484—Optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the fluorimetric detection of substances in media.
  • Fluorescence studies are used both in medical diagnostics and in environmental analysis.
  • a sample is usually first taken and then z. B. analyzed with fluorescence methods.
  • the disadvantages of taking a sample are that the sample may not be representative, the sample may be modified in part before or during the analysis, an ongoing sample analysis is very labor-intensive and cost-intensive, and the sample must be removed from the reaction vessel, which is particularly hazardous substances can be a disadvantage.
  • Devices for analyzing substances by means of fluorescence measurement (DE 195 07 119), which have a laser light source for generating pulsed laser radiation, an illumination optics for applying the laser light to the sample, and a detector unit for detecting the radiation emitted by the sample and via the observation optics have transmitted fluorescence radiation of the sample.
  • fluorescence measurement DE 195 07 119
  • a laser light source for generating pulsed laser radiation
  • an illumination optics for applying the laser light to the sample
  • a detector unit for detecting the radiation emitted by the sample and via the observation optics have transmitted fluorescence radiation of the sample.
  • the fiber optic fluorome Using a light source, ter generate the light with which the dye or substance is excited to fluoresce. Depending on the dye, a color filter in front of the light source limits the optical spectrum. The light is guided through a light guide to the detector.
  • the detector itself can e.g. B.
  • the high-energy light z. B. is brought from a laser via a light guide to the sample to be examined. Only the light directly through the light guide, e.g. B. a fiber optic cable exposed sample area is recorded and analyzed. This can lead to a falsification of the actual measurement result for samples that consist of non-transparent media or suspensions. If the light beam emitted by the light guide z. If, for example, a locally increased concentration of pollutants or of the substance to be investigated coincides, a very strong signal is detected by the detector. This locally high concentration thus simulates strong fluorescence and only provides a measurement result for a small area of the sample examined.
  • the object of the invention is therefore to provide a device and a method for detecting and analyzing substances in media which is improved compared to the prior art, as a result of which the substances in the media can be detected directly and, at the same time, a higher measurement accuracy via a statistical better secured area of the sample to be examined can be reached.
  • the object is achieved by a device with the features of claim 1.
  • the object is further achieved by a method with the features of claim 17.
  • Advantageous embodiments result from the related claims.
  • the device according to claim 1 relates to a device for fluorimetric detection of substances in non-transparent media, comprising a light source for generating high-energy radiation, an illumination optics for applying the high-energy radiation to the media and a detector unit for detecting the radiation emitted by the media and Fluorescence radiation of the sample passed on via the observation optics, characterized by an illumination optics containing means for scattering the emitted, high-energy radiation.
  • the device according to the invention is particularly suitable for the fluorimetric detection of substances in non-transparent media which have a high turbidity, such as.
  • the device according to the invention is also suitable for investigations in media which are transparent.
  • Non-transparent media in the context of the invention are to be understood as solid or liquid media which lead to light refraction and light scattering due to the particles or particles present in the medium , These can be suspensions, for example. These include, for example, nutrient media with undissolved constituents, chemical suspensions, media from the food sector, media from the field of medical diagnostics, eg. B. blood, urine. Furthermore, this can be a soil with smaller and larger particles, microorganisms, aggregations of chemical contaminants, such as. B. aromatic hydrocarbons (PAHs) that absorb the incoming light and emit it as a fluorescent signal.
  • Transparent media are understood to mean, for example, clear liquids, such as groundwater, drinking water or liquids without suspended particles, which have little or no turbidity.
  • Fluorescent light or with a fluorescent dye have been marked.
  • Organic and inorganic substances are fluorescent. Most pronounced fluorescence is shown by aromatic and iso- or heterocyclic molecules (ring-shaped organic compounds such as chlorophyll, alkaloids) or compounds with ⁇ bonds.
  • this can include, for example, microorganisms, fungi, algae, humic substances, chemical compounds, proteins, antibodies or nucleic acids.
  • the lighting optics include light guides such. B. fiber optic cables that pass the high-energy light from the light source to the exit point in the medium, and a guide rail such. B. a tube or a shaft in which the light guides are arranged.
  • This arrangement of the light guides in a guide rail is advantageous because they do not come into direct contact with the medium. This prevents damage and / or contamination of the light guide with the examined samples and is particularly important when used in liquid transparent media.
  • the guide rail can be square or round. In a preferred embodiment of the guide rail, this is a tube.
  • the means according to the invention for scattering the emitted, high-energy radiation are located between the light guides and the exit end of the guide rail. They can be arranged within the guide rail. This includes, for example, a light-scattering lens, as a result of which the high-energy beam does not collide with the medium, but rather strikes the medium in a semi-circular manner. In an alternative embodiment of the device, they can also form the means for scattering the emitted high-energy radiation as part of the guide rail.
  • the guide rail can, for example be sanded at the outlet opening.
  • the outlet opening of the guide rail is ground obliquely in order to achieve a particularly wide scatter of the light.
  • a bevel cut at an angle of 40 ° to 55 ° has proven to be particularly favorable.
  • an angled cut is also possible in an angle range from 20 ° to 85 °.
  • the angle of the bevel cut is defined such that the lower end of the outlet opening of the guide rail forms a plane which is arranged at a right angle to the longitudinal axis of the guide rail.
  • This plane which is arranged at right angles to the longitudinal axis, forms the reference plane for defining the angular direction in which the guide rail is ground. If, for example, we speak of a bevel cut of 40 °, the plane is tilted or ground at an angle of 40 ° in the direction of the guide rail.
  • the treatment of the surface of the ground edge is also important for effective light refraction.
  • this was fire-polished, i.e. after making the bevel, the edge was cut for short
  • Ground edges can also be rough. This surface then has the properties that result from the processing of the translucent material when creating the bevel cut. Post-processing of the surface by polishing or grinding should not be ruled out when producing this light-refracting surface.
  • the guide rail of the lighting optics is made of translucent material. This enables the exit of the high-energy radiation, which in an advantageous embodiment of the device is refracted several times at the ground edge, not only at the exit end of the guide rail, but through the
  • This translucent material can, for example, plexiglass, glass or special optical glass, which is transparent to light with a wide wavelength spectrum, such as. B. quartz glass.
  • the length of the guide rail made of translucent material affects the intensity of the high-energy light and the fluorescence signal. This can lead to a weakening of the high-energy light or the fluorescence signal with increasing length of the guide rail, since the intensity decreases with increasing scatter, depending on the intensity of the high-energy light, the intensity of the fluorescence signal, the sensitivity of the detector and Concentration of the fluorescent particles, a longer or shorter guide rail can be used. Limiting the length of the guide rail, the stability of the material rials work.
  • a guide rail made of glass When using a guide rail made of glass, this should be broken due to the risk of breakage, in particular for use in media which form a pressure resistance when inserting the device into the medium, such as. B. a solid bottom, preferably short.
  • lengths in the range of 1 to 15 cm are possible. Lengths of 1 to 6 cm and particularly preferably of 1 to 3 cm have proven to be suitable.
  • the guide rail of the illumination optics has an inside diameter in the mm to cm range. Dimensions in the range from 1 mm to 2 cm are favorable. Devices in which the inside diameter of the guide rail adjusts precisely to the circumference of the light guide have proven to be particularly advantageous.
  • the inner diameter can be significantly larger and, for example, in a range of the diameter of the lens, such as. B. from 5 to 10 cm.
  • the light guides comprise glass fiber cables which are arranged within the guide rail of the illumination optics.
  • part of the fiber optic cables can be used to emit the high-energy radiation and part of the fiber optic cables can be used to transmit the fluorescence emitted by the sample to the detector. It is sufficient if, for. B. with a group of 5 fiber optic cables, one cable for emission and the remaining 4 cables for forwarding to the detector.
  • a CCD camera has proven to be suitable as a detector unit. However, are also suitable Photomultiplier or spectrometer.
  • All sources that emit high-energy light are suitable as light sources.
  • High-energy light is understood to mean radiation in a wavelength range from the UV range to the visible range.
  • the invention also relates to a method for the direct fluorimetric detection of substances in media, which enables detection which is improved compared to the prior art by improved exposure to high-energy light from the sample.
  • Fig. 1 Schematic side view of the lower end of the guide rail of the lighting optics
  • Figure 1 shows the lower end of the guide rail (1) of the lighting optics with the obliquely shaped ground edge (2).
  • the high-energy light beam (3) transmitted through a fiber optic cable is refracted in many ways at the ground edge (2) and thereby emerges from the guide rail in different places (4, 5, 6, 7).
  • Figure 2 shows the use of the device according to the invention in comparison with previously known devices in a non-transparent medium (eg floor).
  • A shows the use of previously known devices.
  • the high-energy light beam (3) strikes a fluorescent particle (8) of the bottom (9). This particle (8) is excited by the high-energy light and this fluorescence (10) is emitted by the particle (8) back to the detector of the device and detected by it. Adjacent areas of the floor (9) are no longer recorded.
  • This particle (8) therefore does not provide a statistically reliable statement for this floor area, but rather simulates a high signal.
  • B shows the use of the device according to the invention.
  • the high-energy light beam (3) also strikes the particles (8) of the base (9) here, but is repeatedly broken by the ground edge (2) of the guide rail (1) and also guided into the adjacent base areas (4, 5, 6) , Here, a measuring area that is significantly larger in terms of area is recorded, so that not only a single fluorescent particle supplies the measuring signal for a larger floor area.
  • the fluorescence emitted from the exposed area is then forwarded to the detector unit and evaluated.
  • sand 100 g of sand are then mixed with 10 ml of a metallic pyrene solution with a concentration of 80 mg / L.
  • the methanol is evaporated in the fume cupboard for 5 hours, the sand being turned about every 30 minutes to remove all of the methanol.
  • the pyrene remains on the surface of the sand, one speaks of "coating".
  • the device according to the invention is fixed (after it has been cleaned with NaOH) with the aid of a tripod so that at least the lighting optics are completely immersed in the sand. Lasers and The CCD camera is switched on.
  • the sand is now moistened with 40 ml of deionized water.
  • the fluorescence signal of the sample is measured immediately after the water has been added.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfah­ren zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung und dem Verfahren ist es nunmehr möglich, in Medien eine direkte fluorimetrische Erfassung von Substanzen mit einer gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren verbesserten Erfassung des Messbereichs zu erzielen. Durch eine Schliffkante (2) am unteren Ende der Führungsschiene (1) der Beleuchtungsoptik wird eine gestreute Verteilung der energiereichen Strahlung im Medium erreicht , so dass nicht nur punktuell ein Messbereich untersucht werden kann, sondern ein über eine breite Fläche verteilter Bereich, der ein statistisch genaueres Messergebnis liefert.

Description

B e s c h r e i b u n g
Vorrichtung und Verfahren zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien.
Stand der Technik
Fluoreszenzuntersuchungen werden sowohl in der medizinischen Diagnostik als auch in der Umweltanalytik eingesetzt. Zur Erfassung von Substanzen in Medien, wie z. B. in Böden, Nährmedien, Lebensmitteln, Grundwasser, wird üblicherweise zunächst eine Probe entnommen und diese dann z. B. mit Fluoreszenzmethoden analysiert. Die Nachteile einer Probennahme bestehen darin, dass die Probe eventuell nicht repräsentativ ist, die Probe vor oder während der Analyse zum Teil modifiziert wird, eine fortlaufende Probenanalyse sehr Personal- und kostenintensiv ist und die Probe dem Reaktionsgefäß entnommen werden muss, welches insbesondere bei gesund- heitsgefährdenden Stoffen von Nachteil sein kann. Zur Analyse von Substanzen mittels Fluoreszenzmessung sind Vorrichtungen bekannt (DE 195 07 119) , die eine Laserlichtquelle zur Erzeugung von gepulster Laserstrahlung aufweisen, eine Beleuchtungsoptik zur Aufbringung des Laserlichts auf die Probe aufweisen sowie eine Detektoreinheit zur Erfassung der von der Probe abgestrahl- ten und über die Beobachtungsoptik weitergeleitete Fluoreszenzstrahlung der Probe besitzen. Mit Hilfe von Lichtleiterfluorometern können beispielsweise Strömungen im Grundwasser erforscht werden oder Untersuchungen im Boden durchgeführt werden. Die Lichtleiterfluorome- ter erzeugen mittels einer Lichtquelle das Licht, mit dem der Farbstoff oder die Substanz zur Fluoreszenz angeregt wird. Je nach Farbstoff sorgt ein Farbfilter vor der Lichtquelle für die Eingrenzung des optischen Spektrums. Das Licht wird durch einen Lichtleiter zum Detektor geführt. Der Detektor selbst kann z. B. aus einem Photomultiplier bestehen. Diesen Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, dass das energiereiche Licht z. B. aus einem Laser über einen Lichtleiter auf die zu untersuchende Probe gebracht wird. Dabei wird nur der unmittelbar durch den Lichtleiter, z. B. ein Glasfaserkabel belichtete Probenbereich erfasst und analysiert. Dies kann bei Proben, die aus nicht transparenten Medien bestehen oder bei Suspensionen zu einer Verfälschung des tatsächlichen Messergebnisses führen. Wenn bei einer Bodenuntersuchung der durch den Lichtleiter abgegebene Lichtstrahl z. B. zufällig auf eine lokal erhöhte Konzentration an Schadstoffen bzw. an der zu untersuchenden Substanz trifft, wird ein sehr star- kes Signal von dem Detektor erfasst . Diese lokal hohe Konzentration täuscht so eine starke Fluoreszenz vor und liefert nur für einen kleinen Bereich der untersuchten Probe ein Messergebnis.
Aufgabe und Lösung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung und Analyse von Substanzen in Medien zur Verfügung zu stellen, wodurch die Substanzen in den Medien direkt erfasst werden können und gleichzeitig eine höhere Messgenauigkeit über einen statistisch besser abgesicherten Bereich der zu untersuchenden Probe erreicht werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den rückbezogenen Ansprüchen.
Gegenstand der Erfindung
Die anspruchsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 1 betrifft eine Vorrichtung zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in nicht transparenten Medien, umfassend eine Lichtquelle zur Erzeugung energiereicher Strahlung, eine Beleuchtungsoptik zur Aufbringung der energiereichen Strahlung auf die Medien sowie eine Detektoreinheit zur Erfassung der von den Medien abgestrahl- ten und über die Beobachtungsoptik weitergeleiteten Fluoreszenzstrahlung der Probe, gekennzeichnet durch, eine Beleuchtungsoptik enthaltend Mittel zur Streuung der emittierten, energiereichen Strahlung. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren ist es nunmehr möglich, eine fluorimetrische Erfassung von Substanzen in Medien online, direkt vor Ort, durchzuführen. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass bei Einsatz der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung ein gegenüber bekannten Vorrichtungen zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen flächenmäßig größerer Bereich des Mediums mit einer Messung erfasst wird. Durch die Streuung des energiereichen Lichtes, wird dieses nicht wie bisher punktuell in das Medium eingestrahlt, sondern belichtet einen wesentlich größeren, mehr als halbkreisförmigen Medienbereich. Dadurch kommt es einerseits zu einer verbesserten und statistisch genaueren Aussage über den ausgewählten Messbereich und zum anderen kann die Anzahl der erfor- derlichen Messungen reduziert werden, da mit einer Messung bereits ein größerer Bereich erfasst werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für die fluorimetrische Erfassung von Substanzen in nicht transparenten Medien geeignet, die eine starke Trübung aufweisen, wie z. B. Fermentationsbrühen mit fein dispergierten Teilchen wie Organismen oder dispergier- tem AufWuchsmaterial für Organismen, oder Medien die eine Lichtbrechung und Lichtstreuung verursachen oder überwiegend aus nicht transparentem Material bestehen (z. B. Boden) . Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls geeignet für Untersuchungen in Medien die transparent sind.
Der Begriff „Medien" soll im Rahmen der Erfindung flüssige und feste Verbindungen umfassen. Unter „nicht transparenten" Medien sind im Rahmen der Erfindung feste oder flüssige Medien zu verstehen, die zu einer Lichtbrechung und Lichtstreuung auf Grund der im Medium befindlichen Teilchen oder Partikel führen. Dies können beispielsweise Suspensionen sein. Dazu zählen bei- spielsweise Nährmedien mit nicht gelösten Bestandteilen, chemische Suspensionen, Medien aus dem Lebensmittelbereich, Medien aus dem Bereich der medizinischen Diagnostik, z. B. Blut, Urin. Weiterhin kann dies ein Boden mit kleineren und größeren Partikeln, Mikroorga- nismen, Aggregationen von chemischen Verunreinigungen, wie z. B. aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) sein, die das eintreffende Licht absorbieren und als Fluoreszenzsignal abgeben. Unter transparenten Medien sind beispielsweise klare Flüssigkeiten, wie Grundwasser, Trinkwasser oder Flüssigkeiten ohne suspendierte Teilchen zu verstehen, die keine oder nur eine geringe Trübung aufweisen.
Unter Substanzen im Sinne der Erfindung sind Verbindun- gen zu verstehen, die durch Anregung mit energiereichem
Licht fluoreszieren oder mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert wurden. Fluoreszenzfähig sind organische wie anorganische Substanzen. Eine meist ausgeprägte Fluoreszenz zeigen aromatische sowie iso- oder heterozyklische Moleküle (ringförmig organische Verbindungen wie z. B. Chlorophyll, Alkaloide) bzw. Verbindungen mit π-Bindungen. Weiterhin können hierzu beispielsweise Mikroorganismen, Pilze, Algen, Huminstoffe, chemische Verbindungen, Proteine, Antikörper oder auch Nukleinsäuren zählen.
Die Beleuchtungsoptik umfasst Lichtleiter, wie z. B. Glasfaserkabel, die das energiereiche Licht der Lichtquelle zur Austrittsstelle in das Medium weiterleiten, und eine Führungsschiene wie z. B. ein Rohr oder einen Schaft, in dem die Lichtleiter angeordnet sind. Diese Anordnung der Lichtleiter in einer Führungsschiene ist vorteilhaft, da diese dadurch nicht in direkten Kontakt mit dem Medium treten. Dies verhindert eine Beschädigung und/oder eine Verunreinigung der Lichtleiter mit den untersuchten Proben und ist insbesondere beim Einsatz in flüssigen transparenten Medien von Bedeutung. Die Führungsschiene kann eckig oder rund ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Führungsschiene, ist diese ein Rohr.
Die erfindungsgemäßen Mittel zur Streuung der emittierten, energiereichen Strahlung befinden sich zwischen den Lichtleitern und dem Austrittsende der Führungsschiene. Dabei können sie innerhalb der Führungsschiene angeordnet sein. Dies umfasst beispielsweise eine lichtstreuende Linse, wodurch der energiereiche Strahl nicht gebündelt, sondern mehr als halbkreisförmig auf das Medium trifft. In einer alternativen Ausführung der Vorrichtung können sie auch als Teil der Führungsschiene selbst die Mittel zur Streuung der emittierten energiereichen Strahlung bilden. Dazu kann die Führungsschiene beispielsweise an der Austrittsöffnung angeschliffen sein. Durch diesen Schliff wird das durch die Lichtleiter austretende Licht an der Schliffkante gebrochen und so gestreut, dass es nicht nur in Richtung der Austrittsöffnung als ein gebündelter Strahl austritt, sondern einen mehr als halbkreisförmigen Bereich des Mediums belichtet. In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist die Austrittsöffnung der Führungsschiene schräg angeschliffen, um eine besonders breite Streuung des Lich- tes zu erreichen. Dabei hat sich ein Schrägschliff in einem Winkel von 40° bis 55° als besonders günstig erwiesen. Möglich ist jedoch auch ein Schrägschliff in einem Winkel-Bereich von 20° bis 85°. Der Winkel des Schrägschliffs sei in der vorliegenden Erfindung so de- finiert, dass das untere Ende der Austrittsöffnung der Führungsschiene eine Ebene bildet, die im rechten Winkel zur Längsachse der Führungsschiene angeordnet ist . Diese im rechten Winkel zur Längsachse angeordnete Ebene, bildet die Bezugsebene zur Definition der Winkel- Richtung, in der die Führungsschiene abgeschliffen wird. Wenn beispielsweise von einem Schrägschliff von 40° gesprochen wird, so wird die Ebene mit einem Winkel von 40° in Richtung der Führungsschiene schräg gekippt bzw. abgeschliffen.
Für eine effektive Lichtbrechung ist auch die Behandlung der Oberfläche der Schliffkante von Bedeutung. Diese wurde in einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung feuerpoliert, d.h. nach dem Ausführen des schrägen Anschliffs wurde die Schliffkante für kurze
Zeit im Feuer geschmolzen, so dass sich eine leicht gewölbte und leicht geglättete Oberfläche der Schliffkante ergab. Diese Bearbeitung ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine Kontamination der Oberfläche der Schliffkante mit stark absorbierenden Stoffen, wie z. B. hydrophilen Substanzen wie beispielsweise Pyren, verhindert werden soll. Diese geglättete Oberfläche ist daher für eine einfache Reinigung der Vorrichtung von besonderem Vorteil. Bei Verwendung von Substanzen, die eine geringere Neigung aufweisen, sich auf Oberflächen anzuheften bzw. in diese einzudringen, wie z. B. alle hydrophilen Substanzen, kann die Oberfläche der
Schliffkante auch rauh ausgestaltet sein. Diese Oberfläche weist dann die Eigenschaften auf, die sich durch das Bearbeiten des lichtdurchlässigen Materials bei der Erstellung des Schrägschliffs ergeben. Eine Nachbear- beitung der Oberfläche durch Polieren oder Schleifen soll bei der Erzeugung dieser lichtbrechenden Oberfläche nicht ausgeschlossen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vor- richtung ist die Führungsschiene der Beleuchtungsoptik aus lichtdurchlässigem Material gefertigt. Dies ermöglicht den Austritt der energiereichen Strahlung, die in einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung an der Schliffkante mehrfach gebrochen wird, nicht nur am Austrittsende der Führungsschiene, sondern durch die
Seitenwände der Führungsschiene. Dieses lichtdurchlässige Material kann beispielsweise Plexiglas, Glas oder optisches Spezialglas, welches für Licht mit einem breiten Wellenlängenspektrum durchlässig ist, wie z. B. Quarzglas, umfassen. Die Länge der Führungsschiene aus lichtdurchlässigem Material wirkt sich auf die Intensität des energiereichen Lichtes und des Fluoreszenzsignals aus. Dabei kann es zu einer Abschwächung des energiereichen Lichtes bzw. des Fluoreszenzsignals mit zu- nehmender Länge der Führungsschiene kommen, da die Intensität mit zunehmender Streuung immer mehr abnimmt ., Je nach Intensität des energiereichen Lichtes, der Intensität des Fluoreszenzsignals, der Empfindlichkeit des Detektors und Konzentration der fluoreszierenden Partikel kann eine längere oder kürzere Führungsschiene eingesetzt werden. Weiterhin begrenzend für die Länge der Führungsschiene, kann auch die Stabilität des Mate- rials wirken. Bei Verwendung einer Führungsschiene aus Glas sollte diese auf Grund der Gefahr des Brechens, insbesondere für Einsätze in Medien, die einen Druckwiderstand beim Einführen der Vorrichtung in das Medium bilden, wie z. B. ein fester Boden, bevorzugt kurz ausgebildet sein. Möglich sind beispielsweise Längen im Bereich von 1 bis 15 cm. Als geeignet haben sich Längen von 1 bis 6 cm und besonders bevorzugt von 1 bis 3 cm erwiesen.
In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung weist die Führungsschiene der Beleuchtungsoptik einen Innendurchmesser im mm- bis cm-Bereich auf. Günstig sind Abmessungen im Bereich von 1 mm bis 2 cm. Vorrichtungen, bei denen sich der Innendurchmesser der Führungsschiene passgenau an den Umfang der Lichtleiter anschließt, haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Bei Einsatz einer lichtstreuenden Linse kann der Innendurchmesser wesentlich größer sein und beispielsweise in einem Bereich des Durchmessers der Linse, wie z. B. von 5 bis 10 cm liegen.
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es vorteilhaft, dass die Lichtleiter Glasfaserkabel umfassen, die innerhalb der Führungsschiene der Beleuchtungsoptik angeordnet sind. Dabei kann in einer bevorzugten Ausführung der Vorrichtung ein Teil der Glasfaserkabel zur Emission der energiereichen Strahlung genutzt werden und ein Teil der Glasfaserkabel zur Weiterleitung der von der Probe abgegebenen Fluoreszenz an den Detektor. Dabei ist es ausreichend, wenn z. B. bei einer Gruppe von 5 Glasfaserkabeln ein Kabel zur Emission und die übrigen 4 Kabel zur Weiterleitung an den Detektor genutzt werden.
Als Detektoreinheit hat sich eine CCD-Kamera als geeignet erwiesen. Ebenfalls geeignet sind jedoch auch Photomultiplier oder auch Spektrometer .
Als Lichtquelle sind alle Quellen geeignet, die energiereiches Licht emittieren, wie z. B. Laser, Quecksil- berdampflampen, Halogen- oder Xenonlampen, Helium-,
Natrium oder Deuteriumdampflampen. Unter energiereichem Licht wird Strahlung in einem Wellenlängenbereich vom UV-Bereich bis zum sichtbaren Bereich verstanden.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur direkten fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien, welches eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Erfassung durch eine verbesserte Belichtung mit energiereichem Licht der Probe ermöglicht.
Die Zeichnungen zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens .
Fig. 1: Schematische Seitenansicht des unteren Endes der Führungsschiene der Beleuchtungsoptik
Fig. 2: Vergleich der bisher bekannten Vorrichtungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei fluo- rimetrischer Messung in einem nicht transparenten Medium
Figur 1 zeigt das untere Ende der Führungsschiene (1) der Beleuchtungsoptik mit der schräg ausgestalteten Schliffkante (2) . Der durch ein Glasfaserkabel weitergeleitete energiereiche Lichtstrahl (3) wird an der Schliffkante (2) in vielfacher Weise gebrochen und tritt dadurch vervielfältigt an unterschiedlichen Stellen (4, 5, 6, 7) aus der Führungsschiene aus. Figur 2 zeigt den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich mit bisher bekannten Vorrichtungen in einem nicht transparenten Medium (z.B. Boden) . In A ist der Einsatz bisher bekannter Vorrichtungen dargestellt. Der energiereiche Lichtstrahl (3) trifft auf einen fluoreszierenden Partikel (8) des Bodens (9) . Dieser Partikel (8) wird durch das energiereiche Licht angeregt und diese Fluoreszenz (10) wird von dem Partikel (8) zurück zum Detektor der Vorrichtung emittiert und von diesem erfasst. Benachbarte Bereiche des Bodens (9) werden nicht mehr erfasst. Dieser Partikel (8) liefert daher für diesen Bodenbereich keine statistisch abgesicherte Aussage, sondern täuscht ein hohes Signal vor. In B ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vor- richtung dargestellt. Der energiereiche Lichtstrahl (3) trifft auch hier auf den Partikel (8) des Bodens (9) , wird aber durch die Schliffkante (2) der Führungsschiene (1) mehrfach gebrochen und auch in die benachbarten Bodenbereiche (4, 5, 6) geleitet. Hier wird ein flä- chenmäßig wesentlich größerer Meßbereich erfaßt, so dass nicht nur ein einziger fluoreszierender Partikel das Messsignal für einen größeren Bodenbereich liefert . Die aus dem belichteten Bereich emittierte Fluoreszenz wird dann zur Detektoreinheit weitergeleitet und ausge- wertet .
Ausführungsbeispiel :
Desorptionsmessung von Pyren auf geglühtem Sand Das zu untersuchende Medium Seesand wird auf < 2 mm gesiebt, getrocknet und 24 h lang bei 600 °C behandelt. Der letzte Behandlungsschritt dient dazu, den Sand von allen organischen Rückständen zu reinigen.
100 g Sand werden anschließend mit 10 ml einer methano- lischen Pyrenlösung der Konzentration 80 mg/L versetzt. Das Methanol wird im Abzug 5 h lang abgedampft, wobei der Sand ca. alle 30 min gewendet wird, um alles Methanol zu entfernen. Das Pyren bleibt auf der Oberfläche des Sandes zurück, man spricht von „coating". Die er- findungsgemäße Vorrichtung wird (nachdem sie mit NaOH gereinigt wurde) mit Hilfe eines Statives so fixiert, dass mindestens die Beleuchtungsoptik vollständig in den Sand eintaucht. Laser und CCD-Kamera werden eingeschaltet . Der Sand wird nun mit 40 ml entionisiertem Wasser befeuchtet. Das Fluoreszenzsignal der Probe wird unmittelbar nach Zugabe des Wassers gemessen. Die fortlaufende Messung dieses Signals erlaubt nun die hoch zeitaufgelöste Ermittlung der Zunahme der Pyrenkonzentrati- on im entionisierten Wasser. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, Desorptionskineti- ken aufzunehmen, die wichtige Informationen zu Bindungsmechanismen unterschiedlichster Stoffe an Oberflächen liefern.

Claims

P a t ent an s p rüche
1. Vorrichtung zur fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien, umfassend eine Lichtquelle zur Erzeugung energiereicher Strahlung, eine Beleuchtungsoptik zur Aufbringung der energiereichen Strahlung auf die Medien sowie eine Detektoreinheit zur Erfassung der von den Medien abgestrahlten und über die Beobachtungsoptik weitergeleiteten Fluoreszenzstrahlung der Probe, gekennzeichnet durch, eine Beleuchtungsoptik enthaltend Mittel zur Streuung der emittierten energiereichen Strahlung.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine lichtstreuende Linse umfasst .
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine lichtstreuende Führungsschiene (1) umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) umfasst, die am unteren Ende eine schräg ausgestalte- te Schliffkante (2) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) um- fasst, die am unteren Ende eine Schliffkante (2) aufweist, deren SchliffOberfläche feuerpoliert ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) umfasst, die am unteren Ende eine Schliffkante (2) aufweist, deren SchliffOberfläche rauh ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) umfasst, die am unteren Ende in einem Winkel von 20° bis 85° schräg angeschliffen ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) aus lichtdurchlässigem Material umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) aus Plexiglas oder Glas umfasst.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) aus optischem Spezialglas umfaßt
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) mit einem Innendurchmesser aufweist, der passgenau mit dem Umfang des Lichtwellenleiters abschließt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) mit Glasfaserkabeln umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsoptik eine Führungsschiene (1) mit
Glasfaserkabeln umfasst, wobei ein Teil der Kabel das energiereiche Licht von der Lichtquelle ins Medium leitet und ein Teil der Kabel die Fluoreszenzstrahlung zur Detektoreinheit weiterleitet.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (1) ein Rohr ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinheit eine CCD-Kamera umfasst.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle einen Laser umfasst.
17. Verfahren zur direkten fluorimetrischen Erfassung von Substanzen in Medien, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 16 eingesetzt wird.
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Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6058443B2 (ja) * 1981-07-29 1985-12-20 敬 森 光ラジエ−タ
DE3216754A1 (de) * 1982-05-05 1983-11-10 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Sensor zur beleuchtung einer messflaeche und zur erfassung der von dieser messflaeche remittierten strahlung
US4752115A (en) * 1985-02-07 1988-06-21 Spectramed, Inc. Optical sensor for monitoring the partial pressure of oxygen
DE3704162A1 (de) * 1986-03-04 1987-09-10 Wolf Gmbh Richard Vorrichtung zum anschliessen eines endoskops oder technoskops mit lichtleit-faserbuendel an ein lichtleitkabel und verfahren zu deren herstellung
DE3617869A1 (de) * 1986-05-27 1987-12-03 Hoesch Stahl Ag Spektralanalysenvorrichtung an einem konverter
US5128882A (en) * 1990-08-22 1992-07-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Device for measuring reflectance and fluorescence of in-situ soil
US5280788A (en) * 1991-02-26 1994-01-25 Massachusetts Institute Of Technology Devices and methods for optical diagnosis of tissue
GB9206948D0 (en) * 1992-03-31 1992-05-13 Kodak Ltd Optical fibre sensors
US5526112A (en) * 1993-03-05 1996-06-11 Sahagen; Armen N. Probe for monitoring a fluid medium
DE4329914A1 (de) * 1993-09-04 1995-03-09 Willing Gmbh Dr Ing Linearer Lichtleiter
US5773835A (en) * 1996-06-07 1998-06-30 Rare Earth Medical, Inc. Fiber optic spectroscopy
US5835649A (en) * 1997-06-02 1998-11-10 The University Of British Columbia Light directing and collecting fiber optic probe
DE19807583C1 (de) * 1998-02-23 1999-09-23 Storz Karl Gmbh & Co Vorrichtung zur Behandlung von Körpergewebe, insbesondere Weichgewebe, mittels einer durch einen in dem Körpergewebe enthaltenen Photosensibilisator lichtinduzierten Reaktion
DE19838085C2 (de) * 1998-08-21 2000-07-27 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren und Bohrlochsonde zur Untersuchung von Böden
US6219566B1 (en) * 1999-07-13 2001-04-17 Photonics Research Ontario Method of measuring concentration of luminescent materials in turbid media
AUPQ578300A0 (en) * 2000-02-22 2000-03-16 Varian Australia Pty Ltd Fluorescence measurement apparatus and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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