EP2010890A2 - Verfahren und system zur generierung eines hinsichtlich der präsenz eines stoffes innerhalb einer probe indikativen messergebnisses auf grundlage einer spektormetrischen messung - Google Patents

Verfahren und system zur generierung eines hinsichtlich der präsenz eines stoffes innerhalb einer probe indikativen messergebnisses auf grundlage einer spektormetrischen messung

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EP2010890A2
EP2010890A2 EP07702562A EP07702562A EP2010890A2 EP 2010890 A2 EP2010890 A2 EP 2010890A2 EP 07702562 A EP07702562 A EP 07702562A EP 07702562 A EP07702562 A EP 07702562A EP 2010890 A2 EP2010890 A2 EP 2010890A2
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EP
European Patent Office
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intensity distribution
spectral intensity
light
measurement
substance
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07702562A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Winfried Willemer
Jürgen KRIEG
Carl Sandhagen
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.)
OPSOLUTION SPECTROSCOPIC SYSTEMS GmbH
Biozoom Technologies Inc
Original Assignee
Biozoom Services GmbH
OPSOLUTION SPECTROSCOPIC SYSTE
Opsolution Spectroscopic Systems 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 Biozoom Services GmbH, OPSOLUTION SPECTROSCOPIC SYSTE, Opsolution Spectroscopic Systems GmbH filed Critical Biozoom Services GmbH
Publication of EP2010890A2 publication Critical patent/EP2010890A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N2201/121—Correction signals
    • G01N2201/1211—Correction signals for temperature

Definitions

  • the invention is directed to a method and apparatus for generating a measurement result indicative of the presence or concentration of a substance within a sample based on a spectrometric measurement, wherein light is emitted from a source to that sample as part of an exposure phase, and in interaction with This sample is recorded with respect to the spectral intensity distribution of this sample, and the presence of a substance is determined in the context of electronic measurement signal processing, including the spectral intensity distribution of the detected light.
  • the signal of the sample is promptly (relative to the drift of the apparatus) obtained signal of a blank or white light reference divided.
  • the intensity and the spectral distribution of the source must be identical in the above method when taking the signal of the sample and when receiving the signal of the zero sample. Deviation immediately leads to an error in determining the properties of the sample.
  • the simultaneous, mutual e.g. also partial recording of the signal of the sample and the blank sample allows the use of sources that need only be stable for the duration of a change cycle.
  • the intensity signal obtained at the same time by means of a non-spectrally sensitive detector can be used to compensate for the intensity fluctuations of the source, provided the spectral characteristics of the source and the detector or the system of source and Detector, for example, by a timely recording of the zero sample signal known and stable.
  • the invention has for its object to provide solutions by which it is possible to allow a reliable determination of the concentration of a substance in a spectrometric manner, the corresponding measurement without recording a reference measurement in close proximity to the measurement and without a preliminary phase to stabilize the Device can be handled within a relatively short time.
  • This object is according to a first aspect of the invention solved by a method for generating a measurement result indicative of the presence of a substance within a sample on the basis of a spectrometric measurement, in which
  • a compensation function is processed, which takes into account dependencies of the spectral intensity distribution of the light emitted by the light source of the temperature of the LED.
  • the measurement can be carried out directly with the ambient tempered device.
  • the indicative of the spectral intensity distribution of the light emitted by the light source indicative data can be generated in an advantageous manner within a calibration step.
  • a reference measurement is performed on a substantially known object (white reference).
  • the measurement result is canceled in any form.
  • the term "G *" is a unique function, it can be obtained from the difference of the logarithms of two reference measurements and then only has to be scaled or shifted in wavelength depending on the specific temperature differences.
  • Fig.l Measurements of two temperatures in digital units. From these curves, a compensation function is generated.
  • Fig.3 The difference between the curves in Figure 2. This curve can be used as a compensation function.
  • the pattern to be recognized is an artifact of the directional dependence of the spectral characteristic of the LED used. This can be eliminated by appropriate measures on the illumination optics used.
  • the compensation function can be adjusted to a temperature offset determined therefrom on the basis of the correlation of the spectral intensity distribution of the light emitted by the light source with the spectral intensity distribution of the detected light.
  • the compensation function can also be further tuned by additional auxiliary parameters. These auxiliary parameters can be determined from a correlation of the measured values with reference values. It is also possible to carry out further adjustments, in particular scaling of the data for the spectral intensity distribution of the light emitted by the light source and / or the spectral intensity distribution of the detected light.
  • the task may also be: search the parameters of the model functions so that the entire modal function reproduces the measured data as well as possible.
  • the model functions are given by the absorptions of the substances of the sample and - the clou '- the compensation function function.
  • the parameters are the concentrations and scaling of the shift of the compensation function function with respect to the wavelength.
  • an arbitrarily complex mapping (more than scaling and shifting) of the compensation function function to the concrete compensation function function can also exist; then the elements describing this figure were parameters to be determined.
  • the "correct model” and the measurement data correlate better with each other than a “wrong model” and the measurement data.
  • the LED is operated with a defined flow stream.
  • the LED can be operated under a compensated by the compensation function temperature increase.
  • the LED structure can be operated with connection to a heat sink.
  • the parameters belonging to a uniform compensation function simultaneously with the determination of the parameters
  • the substance-specific absorption can be determined in the context of a mathematical adaptation and in this way to compensate for the influence of the temperature. This is basically the core of the process.
  • the determination of the substance-specific absorptions can furthermore be carried out by determining, within predetermined temperature ranges, the parameters belonging to a uniform compensation function using a possible given mathematical independence sequentially for the determination of the parameters of the substance-specific absorption and in this way compensating the influence of the temperature.
  • LED light-emitting diodes
  • a spectrometer Using light-emitting diodes (LED) and a spectrometer, the influence of various substances in human tissue such as. Hemoglobin on the absorption wavelength dependent to be examined to allow statements about concentrations of the substances in question in the tissue to be examined.
  • the erfmdungsgeschreib working measuring device can be used without explicit reference measurement and without any special waiting time before the actual measurement.
  • the absorption can be measured directly by determining the decadic logarithm ⁇ of the ratio of the energies of the light emitted by the source in the relevant wavelength interval (or frequency interval) to those detected on a sensor in the relevant wavelength interval, in the sequence as optical density (OD); the absorption, which is due to the presence is caused by the difference in optical density in the presence and absence of the substance in question.
  • the spectrally resolved measurement makes it possible to deduce the absorption caused by certain substances by determining the wavelength-dependent course of the optical density, even if the optical density is known only up to a wavelength-independent constant (offset).
  • the absorptions caused by the respective substances can be determined.
  • Necessary condition is that the spectral distribution of the energy of the light source is identical in measurement and underlying.
  • the LEDs are mounted in such a way that the heating of the LED during a measurement can be neglected due to a particularly good heat dissipation, so that substantially only the ambient conditions have an influence on the temperature of the active layer of the LED.
  • the LED property demanded and used according to the invention is that the difference of the logarithms of the spectral intensity distributions at any temperature within a permissible range of application and the temperature at which a reference measurement is carried out can be represented in a sufficiently good approximation with respect to the measurement application a compensation function in conjunction with a simple illustration.
  • the LEDs are selected so that the said compensation function is determined by the difference of the logarithms of the spectral intensity distribution. or by the spectral distribution of the differences of the logarithms of each wavelength interval to the spectral intensity proportional magnitudes, which are recorded at two different suitable temperatures and that said simple mapping consists of a scaling and a displacement m of the wavelength.
  • the spectral intensity is related to frequency intervals and the compensation function is printed as a function of frequency.
  • the determination of the absorptions caused by the substances of interest from a measurement with a suitable device by a good adaptation to the falsified due to the temperature difference between a single reference measurement and actual measurement optical density from the relevant absorption functions of the functions of interest and the compensation function in combination with the associated figure is searched.
  • the parameters that uniquely determine the figure are free parameters of the adaptation.
  • the figure consists of a scaling and shift in the wavelength: here both the shift of the compensation function with respect to the wavelength and the scaling factor of the compensation function are free parameters of the adaptation.
  • a selection of the LED can be such that the temperature-dependent change in the spectral intensity in the spectral range to be considered is as small as possible. Furthermore, a selection of the LED, such that the associated compensation function in the spectral range under consideration with respect to the determination of the parameters of all functions to be adapted as independent as possible of the absorption functions of the substances of interest, ie, that just adapting only the compensation function to the measured optical density almost correct parameters with respect to displacement and scaling results, be advantageous.

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Abstract

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung eines hinsichtlich der Präsenz oder Konzentration eines Stoffes innerhalb einer Probe indikativen Messergebnisses. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, eine zuverlässige Bestimmung der Konzentration eines Stoffes auf spektrometrische Weise zu ermöglichen, wobei die entsprechende Messung ohne Aufnahme einer Referenzmessung in direkter zeitlicher Nähe zur Messung und ohne eine Vorlaufphase zur Stabilisierung des Geräts innerhalb einer relativ kurzen Zeit abgewickelt werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Generierung eines hinsichtlich der Präsenz eines Stoffes innerhalb einer Probe indikativen Messergebnisses auf Grundlage einer spektrometrischen Messung, bei welchem im Rahmen einer Belichtungsphase Licht von einer Quelle auf jene Probe abgegeben wird, und unter Wechselwirkung mit dieser Probe geprägtes Licht hinsichtlich der spektralen Intensitätsverteilung erfasst wird, und im Rahmen einer rechnergestützten mathematischen Messsignalverarbeitung unter Einbeziehung der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes die Konzentration eines Stoffes oder eine mit der Konzentration zusammenhängende Größe ermittelt wird, wobei als Lichtquelle eine LED verwendet wird, und im Rahmen der rechnergestützten mathematischen Messsignalverarbeitung eine Kompensationsfunktion verarbeitet wird, welche Abhängigkeiten der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes von der Temperatur der LED berücksichtigt. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine spektrometrische Messung ohne eine zeitfordernde Aufwärmphase des Messsystems durchzuführen. Die Messung kann unmittelbar mit dem umgebungsentsprechend temperierten Gerät erfolgen.

Description

Verfahren und System zur Generierung eines hinsichtlich der Präsenz eines Stoffes innerhalb einer Probe indikativen Messergebnisses auf Grundlage einer spektrometrisehen Messung
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Generierung eines hinsichtlich der Präsenz oder Konzentration eines Stoffes innerhalb einer Probe indikativen Messergebnisses auf Grundlage einer spektrometrischen Messung, wobei im Rahmen einer Belichtungsphase Licht von einer Quelle auf jene Probe abgegeben wird, und unter Wechselwirkung mit dieser Probe geprägtes Licht hinsichtlich der spektralen Intensitatsverteilung erfasst wird, und im Rahmen einer elektronischen Messsignalverarbeitung unter Einbeziehung der spektralen Intensitatsverteilung des erfassten Lichtes die Präsenz eines Stoffes ermittelt wird.
In reflektiven oder transmittiven spektroskopischen Anwendungen wird, um die Eigenschaften der Probe unabhängig von den Eigenschaften der Quelle und anderer im Strahlengang liegender Elemente zu bestimmen, das Signal der Probe durch das zeitnah (relativ zur Drift des Apparates) gewonnene Signal einer Nullprobe oder Weißlicht-Referenz geteilt. Die Intensität und die spektrale Verteilung der Quelle müssen bei obiger Methode bei Aufnahme des Signals der Probe und bei Aufnahme des Signals der Nullprobe identisch sein. Eine Abweichung fuhrt unmittelbar zu einem Fehler bei der Bestimmung der Eigenschaften der Probe.
Um den Einfluss des Nullsignals des unbestrahlten Detektors sowie eines konstanten ümgebungssignals auf das Messergebnis zu minimieren, wird dieses ebenfalls zeitnah bestimmt und vom Signal der Probe sowie vom Signal der Nullprobe abgezogen. Eine weitere Möglichkeit, den Einfluss des Nullsignals oder eines Umgebungssignals zu minimieren, ist eine Intensitätsmodulation der Quelle. In diesem Fall wird nur der Wechselanteil des Signals des Detektors ausgewertet.
Die zeitgleiche, wechselseitige z.B. auch abschnittsweise Aufnahme des Signals der Probe und der Nullprobe ermöglicht die Verwendung von Quellen, die lediglich für die Dauer eines Wechselzyklus stabil sein müssen.
Bei Quellen, deren spektrale Intensitätsverhältnisse konstant sind, kann das mittels eines nicht spektral sensitiven Detektors („Monitordiode") zeitgleich gewonnene Intensitätssignal zur Kompensation der Intensitätsschwankungen der Quelle verwendet werden, sofern die spektrale Charakteristik der Quelle und des Detektors bzw. des Systems aus Quelle und Detektor z. B. durch eine zeitnahe Aufnahme des Nullprobensignals bekannt und stabil sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen zu schaffen durch welche es möglich wird, eine zuverlässige Bestimmung der Konzentration eines Stoffes auf spektrometrische Weise zu ermöglichen, wobei die entsprechende Messung ohne Aufnahme einer Referenzmessung in direkter zeitlicher Nähe zur Messung und ohne eine Vorlaufphase zur Stabilisierung des Geräts innerhalb einer relativ kurzen Zeit abgewickelt werden kann .
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Generierung eines hinsichtlich der Präsenz eines Stoffes innerhalb einer Probe indikativen Messergebnisses auf Grundlage einer spektrometrischen Messung, bei welchem
- im Rahmen einer Belichtungsphase Licht von einer Quelle auf jene Probe abgegeben wird, und unter Wechselwirkung mit dieser Probe geprägtes Licht hinsichtlich der spektralen Intensitätsverteilung erfasst wird, und
- im Rahmen einer rechnergestützten mathematischen Messsignalverarbeitung unter Einbeziehung der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes die Konzentration eines Stoffes oder eine mit der Konzentration zusammenhängende Größe ermittelt wird, wobei als Lichtquelle eine LED verwendet wird, und
- im Rahmen der rechnergestützten mathematischen Messsignalverarbeitung eine Kompensationsfunktion verarbeitet wird, welche Abhängigkeiten der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes von der Temperatur der LED berücksichtigt.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine spektro- metrische Messung ohne eine zeitfordernde Aufwärmphase des Messsystems durchzuführen. Die Messung kann unmittelbar mit dem umgebungsentsprechend temperierten Gerät erfolgen.
Die hinsichtlich der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes indikativen Daten können in vorteilhafter Weise im Rahmen eines Kalibrierschrittes generiert werden.
Vorzugsweise wird an einem im wesentlichen bekannten Objekt (Weißreferenz) eine Referenzmessung durchgeführt. Das Messergebnis wird in beliebiger Form aufgehoben. Bei einer Messung wird das Messergebnis mit der Referenzmessung verglichen (Verhaltnxsbildung, oder bevorzugt loglO [Verhältnis (Referenz/Messung) ] = loglO [Referenz] - loglO [Messung] ). Dies funktioniert, so lange die relativen spektralen Verteilungen des Lichtes, welches bei der Referenzmessung emittiert wurde und welches bei der Messung emittiert wurde, identisch sind. Auf Grund des nicht zu vermeidenden Temperaturunterschieds zwischen Referenzmessung und Messung ist obige Bedingung nicht erfüllt. Der Clou: der Term „ G* " ist eine eindeutige Funktion; sie kann aus der Differenz der Logarithmen zweier Referenzmessungen gewonnen werden und muss dann je nach konkreten Temperaturunterschieden lediglich skaliert bzw. in der Wellenlange verschoben werden.
Es ist möglich, die Kompensationsfunktion für den verwendeten LED-Typ auf Grundlage von Vergleichsmessungen der spektralen Intensitatsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes bei zwei verschiedenen Temperaturen zu ermitteln. Es kann ausreichen, Referenzmessungen vorzunehmen, ein direkter Bezug auf die spektrale Intensitatsverteilung in photometrischen Einheiten ist nicht notig.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, insbesondere auch in Verbindung mit den beigefugten Zeichnungen. Bei diesen Zeichnungen handelt es sich um Plots die als solche veranschaulichen wie die Kompensationsfunktion bestimmt werden kann. Hierbei zeigt :
Abb.l Messkurven zu zwei Temperaturen in digitalen Einheiten. Aus diesen Kurven wird eine Kompensationsfunktion erzeugt.
Abb.2 Die Kurven aus Abbildung 1 , wobei als Ordinate der dekadische Logarithmus der digitalen Einheiten verwendet wurde .
Abb.3 Die Differenz der Kurven aus Abbildung 2. Diese Kurve kann als Kompensationsfunktion verwendet werden.
Abb.4 Messkurve zur Temperatur 3,8°C.
Abb.5 Vergleich einer logarithmisch dargestellen Messkurve zur Temperatur 25, 40C und der Summe aus verschobener und skalierter Kompensationsfunktion und einer Messkurve zur Temperatur 3, 80C.
Abb.6 Differenz der Kurven aus Abbildung 5. Das zu erkennende Muster ist ein Artefakt der Richtungsabhängigkeit der spektralen Charakteristik der verwendeten LED. Dieses kann durch geeignete Maßnahmen an der verwendeten Beleuchtungsoptik eliminiert werden.
(Die Abbildungen 4, 5 und 6 sollen deutlich machen, dass die Kompensationsfunktion verwendet werden kann zur Kompensation der durch andere Temperaturunterschiede verursachten Änderungen der spektralen Verteilung der Intensität der LED)
Die Kompensationsfunktion kann anhand der Korrelation der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes mit der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes auf einen hieraus ermittelten Temperatur-Offset abgestimmt werden. Die Kompensationsfunktion kann auch durch weitere Hilfsparameter weiter abgestimmt werden. Diese Hilfsparameter können aus einer Korrelation der Messwerte mit Referenzwerten ermittelt werden. Es können auch weitere Abstimmungen, insbesondere Skalierungen der Daten für die spektrale Intensitatsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes und/oder der spektralen Intensitatsverteilung des erfassten Lichtes erfolgen.
Die Aufgabe kann auch lauten: Suche die Parameter der Modell- funktionen, so dass die gesamte Modeilfunktion möglichst gut die Messdaten wiedergibt. Die Modellfunktionen sind gegeben durch die Absorptionen der Substanzen der Probe und — der Clou ' - die Kompensationsfunktion-Funktion. Die Parameter sind die Konzentrationen und Skalierung der Verschiebung der Kompensationsfunktionfunktion bzgl. der Wellenlange. Im Allgemeinen kann auch eine beliebig komplexe Abbildung (mehr als Skalierung und Verschiebung) der Kompensationsfunktion- Funktion auf die konkrete Kompensationsfunktion-Funktion bestehen; dann waren die Elemente, die diese Abbildung beschreiben, zu bestimmende Parameter.
Für die Korrelation gilt: das „korrekte Modell" und die Messdaten korrelieren besser miteinander als ein „falsches Modell" und die Messdaten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird die LED mit einem definierten Flussstrom betrieben. Die LED kann unter einem von der Kompensationsfunktion kompensierbaren Temperaturanstieg betrieben werden. Die LED- Struktur kann unter Anbindung an eine Warmesenke betrieben werden.
Es ist möglich innerhalb vorgegebener Temperaturbereiche jeweils die zu einer einheitlichen Kompensationsfunktion gehörenden Parameter simultan mit der Bestimmung der Parameter der stoffspezifischen Absorption im Rahmen einer mathematischen Anpassung bestimmt werden und auf diese Weise den Em- fluss der Temperatur zu kompensieren. Dies ist im Grunde der Kern des Verfahrens.
Die Bestimmung der stoffspezifischer Absorptionen kann weiterhin erfolgen, indem innerhalb vorgegebener Temperaturbereiche jeweils die zu einer einheitlichen Kompensationsfunktion gehörenden Parameter unter Ausnutzung einer möglichen gegebenen mathematischen Unabhängigkeit sequentiell zu der Bestimmung der Parameter der stoffspezifischen Absorption bestimmt werden und auf diese Weise den Einfluss der Temperatur kompensiert werden.
Unter Verwendung Licht emittierender Dioden (light emittmg diodes, LED) und eines Spektrometers kann der Einfluss verschiedener Substanzen in menschlichem Gewebe wie zB. Hämoglobin auf die Absorption wellenlangenabhangig untersucht werden, um Aussagen über Konzentrationen der betreffenden Substanzen im zu untersuchenden Gewebe zu erlauben. Das hierfür erfmdungsgemaß arbeitende Messgerat kann ohne explizite Referenzmessung und ohne besondere Wartezeit vor der eigentlichen Messung eingesetzt werden.
Unter sonst gleichen Bedingungen ist die Absorption direkt messbar durch die Bestimmung des dekadischen Logarithmus λ des Verhältnisses der Energien des von der Quelle im betreffenden Wellenlangenintervall (bzw. Frequenzintervall) emittierten Lichts zu den im betreffenden Wellenlangenintervall an einem Sensor detektierten, in der Folge als Optische Dichte (OD) bezeichnet; die Absorption, die durch das Vorhandensein be- stimmter Substanzen verursacht ist, kann ausgedruckt werden durch den Unterschied der Optischen Dichte bei Vorhandensein und Abwesenheit der betreffenden Substanz.
Die spektral aufgelöste Messung erlaubt, durch die Bestimmung des wellenlangenabhangigen Verlaufs der optischen Dichte auch dann auf die von bestimmten Substanzen verursachte Absorption zu schließen, wenn die optische Dichte lediglich bis auf eine von der Wellenlange unabhängige Konstante (Offset) bekannt ist.
Erfmdungsgemaß wird eine valide Messung auch dann erreicht, wenn sowohl von der Energie (der Leistung) , die von der Quelle emittiert bzw. auf das zu untersuchende Objekt appliziert wird als auch von der Energie (der Leistung) , die den Sensor erreicht, nur die relative spektrale Verteilung (als Funktion der Wellenlange oder der Frequenz) bekannt ist, ohne dass die absolute spektrale Energie (Leistung) als Integral oder je Wellenlangenmtervall (Frequenzintervall) bekannt sein muss.
Außerdem ist erfmdungsgemaß eine valide Messung auch dann möglich, wenn lediglich bestimmt wird, welches relative Messsignal die verwendete Lichtquelle auf dem verwendeten Sensorsystem erzeugt, und wenn dann das Signal der eigentlichen Messung zur Bestimmung der optischen Dichte auf eben dieses Referenzsignal bezogen wird, ohne dass das Messsystem hinsichtlich spektraler Energien (oder Leistungen) kalibriert sein muss. Die spezifische Sensitivitat des Messsystems für einzelne Wellenlangen (Frequenzen) darf unbekannt sein.
Durch die Bestimmung der Skalierungsfaktoren, die zur besten Anpassung der so gemessenen optischen Dichte durch eine Summe skalierter wellenlängenabhängiger Absorptionsfunktionen der jeweiligen Substanzen gehören, können die durch die jeweiligen Substanzen hervorgerufenen Absorptionen bestimmt werden.
Notwendige Bedingung ist, dass die spektrale Verteilung der Energie der Lichtquelle bei Messung und zugrunde liegender identisch ist.
Als Lichtquellen werden erfindungsgemäß montierte LED verwendet und mit einem im wesentlichen konstanten und von den Umgebungsbedingungen unabhängigen Flussstrom betrieben, die bei eben diesem Flussstrom eine im Hinblick auf die spezielle Messanwendung besonders einfach zu kompensierende Veränderung der spektralen Intensitätsverteilung bei einer Veränderung der Temperatur der aktiven Schicht zeigen. Erfindungsgemäß sind die LED derart montiert, dass auf Grund einer besonders guten Wärmeableitung die Erwärmung der LED während einer Messung vernachlässigt werden kann, so dass im wesentlichen nur die Umgebungsbedingungen einen Einfluss auf die Temperatur der aktiven Schicht der LED haben.
Die erfindungsgemäß geforderte und genutzte Eigenschaft der LED ist, dass die Differenz der Logarithmen der spektralen Intensitätsverteilungen bei einer beliebigen Temperatur innerhalb eines zulässigen Anwendungsbereichs und der Temperatur, bei der eine Referenzmessung durchgeführt wird, in im Hinblick auf die Messanwendung ausreichend guter Näherung dargestellt werden kann durch eine Kompensationsfunktion in Verbindung mit einer einfachen Abbildung.
In besonders vorteilhafter Weise werden die LED so gewählt, dass die genannte Kompensationsfunktion bestimmt ist durch die Differenz der Logarithmen der spektralen Intensitätsver- teilungen bzw. durch die spektrale Verteilung der Differenzen der Logarithmen von je Wellenlangenintervall zur spektralen Intensität proportionalen Großen, die bei zwei unterschiedlichen geeigneten Temperaturen aufgenommen werden und dass die genannte einfache Abbildung aus einer Skalierung und einer Verschiebung m der Wellenlange besteht.
Erfindungsgemaß ist auch eine entsprechende Losung, bei der jeweils die spektrale Intensität auf Frequenzintervalle bezogen wird sowie die Kompensationsfunktion als Funktion der Frequenz ausgedruckt wird.
Erfindungsgemaß erfolgt die Bestimmung der durch die interessierenden Substanzen hervorgerufenen Absorptionen aus einer Messung mit einem geeigneten Gerat, indem eine gute Anpassung an die auf Grund der Temperaturdifferenz zwischen einmaliger Referenzmessung und eigentlicher Messung verfälschten Optischen Dichte aus den relevanten Absorptionsfunktionen der interessierenden Funktionen und der Kompensationsfunktion in Verbindung mit der zugehörigen Abbildung gesucht wird. Die die Abbildung eindeutig bestimmenden Parameter sind freie Parameter der Anpassung.
Bei der als besonders vorteilhaft angesehen Losung besteht Abbildung aus einer Skalierung und Verschiebung in der Wellenlange: hier sind sowohl die Verschiebung der Kompensationsfunktion bzgl. der Wellenlange als auch der Skalierungsfaktor der Kompensationsfunktion freie Parameter der Anpassung .
Vorteilhaft kann eine Auswahl der LED derart, dass die tempe- raturabhangige Änderung der spektralen Intensität im zu betrachtenden Spektralbereich möglichst klein ist, sein. Ferner kann eine Auswahl der LED, derart dass die zugehörige Kompensationsfunktion im betrachteten Spektralbereich im Hinblick auf die Bestimmung der Parameter aller anzupassenden Funktionen möglichst unabhängig von den Absorptionsfunktionen der interessierenden Substanzen ist, d.h. dass eine alleinige Anpassung nur der Kompensationsfunktion an die gemessene Optische Dichte nahezu die korrekten Parameter bzgl. Verschiebung und Skalierung ergibt, vorteilhaft sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Generxerung eines hinsichtlich der Menge eines Stoffes innerhalb einer Probe mdikativen Messergebnisses auf Grundlage einer spektrometπschen Messung, bei welchem
- im Rahmen einer Belichtungsphase Licht von einer Quelle auf jene Probe abgegeben wird~ und unter Wechselwirkung mit dieser Probe geprägtes Licht hinsichtlich der spektralen Inten- sitatsverteilung erfasst wird~ und im Rahmen einer mathematischen Messsignalverarbeitung unter Einbeziehung der spektralen Intensitatsverteilung des erfassten Lichtes die Präsenz eines Stoffes ermittelt wird,
- wobei als Lichtquelle eine LED verwendet wird, und
- im Rahmen der mathematischen Messsignalverarbeitung eine Kompensationsfunktion verarbeitet wird, welche die Abhängigkeiten der spektralen Intensitatsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes von der Temperatur der LED darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Intensitatsverteilung des erfassten Lichtes und eine für die spektrale Intensitatsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes charakteristische Intensitatsverteilung einer Korrelationsbetrachtung unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich der spektralen Intensitatsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes mdikative Daten im Rahmen eines Kalibrierschrittes generiert werden.
4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine hinsichtlich der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes charakteristische Funktion als Näherungsfunktion zum Zugriff zur Verfügung gestellt wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungsfunktion als Polynom spezifiziert ist.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polynom auf die LED abgestimmt ist und Parameter desselben im Rahmen des Kalibrierschrittes abgestimmt werden.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kompensationsfunktion die temperaturabhängigen Unterschiede der spektralen Intensitätsverteilungen des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes kompensiert wird.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kompensationsfunktion die spektrale Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes modifiziert wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kompensationsfunktion die Korrelationsfunktion zwischen der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes und der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes modifiziert wird.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsfunktion für den verwendeten LED-Typ auf Grundlage von Vergleichsmessungen der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes bei zwei verschiedenen Temperaturen ermittelt wird.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsfunktion anhand der Korrelation der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes mit der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes abgestimmt wird.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsfunktion durch Hilfsparameter weiter abgestimmt wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Abstimmungen, insbesondere Skalierungen der Daten für die spektrale Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes und/oder der spektralen Intensitätsverteilung des erfassten Lichtes erfolgen.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die LED mit einem definiert geregelten Flussstrom betrieben wird.
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedenen Flussstromwerte verschiedene Referenzsysteme oder Kompensationsfunktionen zum Zugriff zur Verfügung gestellt werden.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Struktur derart betrieben wird, dass eine Ableitung der betriebsbedingt in der LED Struktur anfallenden Wärme erfolgt, so dass die Erwärmung der LED während des Messvorgangs unter einem von der Kompensationsfunktion kompensierbaren Temperaturanstieg abgeleitet werden kann.
17. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Struktur unter Anbindung an eine Wärmesenke betrieben wird.
18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene hinsichtlich der spektralen Intensitätsverteilung des seitens der Lichtquelle abgegebenen Lichtes indikative Referenzsysteme für verschiedene Betriebszustände, insbesondere Flussströme und/oder Systemtemperaturen zum Zugriff zur Verfügung gestellt werden.
19. Verfahren zur Bestimmung stoffspezifischer Absorptionen insbesondere nach Anspruch 1, bei welchem innerhalb vorgegebener Temperaturbereiche jeweils die zu einer einheitlichen Kompensationsfunktion gehörenden Parameter simultan mit der Bestimmung der Parameter der stoffspezifischen Absorption im Rahmen einer mathematischen Anpassung bestimmt werden und auf diese Weise den Einfluss der Temperatur kompensieren.
20. Verfahren zur Bestimmung stoffspezifischer Absorptionen insbesondere nach Anspruch 1, bei welchem innerhalb vorgegebener Temperaturbereiche jeweils die zu einer einheitlichen Kompensationsfunktion gehörenden Parameter unter Ausnutzung einer möglichen gegebenen mathematischen Unabhängigkeit sequentiell zu der Bestimmung der Parameter der stoffspezifischen Absorption bestimmt werden und auf diese Weise den Einfluss der Temperatur kompensieren.
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