HU198793B - MÉRftEERENDEZÉS FOLYÉKONY KÖZEGEK FÉNYELNYELÉSÉNEK, ILLETVE EitNYSZÓRÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSÁRA - Google Patents

Abstract

Folyékony közegek, elsősorban hemoglobin, bilirubin, összfehérje és karotin fényelnyelésének illetve fényszórásának meghatározására alkalmas méróelrendezés fényforrásként (2) legalább két, egymástól eltérő hullámsávban látható fényt sugárzó fényemittáló dióda szolgál, amelyek a mérendő folyékony közeget azaz mintát tartalmazó gyűjtőedényen (1) át egy-egy félvezető fényérzékelővel (3), például fotodiódával vagy fényelemmel állnak optikai összeköttetésben, és az összetartozó fényforrások (2) és fényérzékelők (3) elektronikus kiértékelő egység kiválasztó áramkörén át vannak a kiértékelő egység összehasonlító fokozatához csatlakoztatva

Description

A találmány tárgya folyékony közegek fényelnyelésének, illetve fényszórásának meghatározására alkalmas mérőelrendezés, amelynek fényáteresztő gyűjtőedénye, látható fényt kibocsátó legalább egy fényforrása, valamint ezzel optikai kapcsolatban álló legalább egy fényérzékelője, továbbá a fényforrással és a fényérzékelővel összekapcsolt elektronikus kiértékelő egysége van. A találmány szerinti méróelrendezés elsősorban vérósszetétel meghatározására, testnedvek analízisére alkalmazható előnyösen.

A klinikai kémiában napjainkban is a fotometriás mérési módszer a legelterjedtebb és leggyakoribb rutin analitikai kémiai eljárás. Az e célra szolgáló méróelrendezések döntő többsége abszorpciós fotométert alkalmaz, amelyre jellemző, hogy folytonos vagy kvázifolytonos spektrumú fényforrással és a kívánt mérési hullámsávot utólagosan kiválasztó optikai elemekkel, szűrőkkel rendelkezik. E fotométerek esetében hátrányos, hogy fényforrásaik sok nemkívánatos hőt termelnek, hatásfokuk igen alacsony, fényhozamuk sem rövid, sem hosszú távon nem stabil és élettartamuk rövid. A széles spektrumú fényből a mérési hullámsáv utólagos kiválasztása költséges és nehézkes, mivel a 10 nm félsávszélesség alatti felbontású színszűrók, prizmák és raonokromátorok rendkívül drágák, a színkiválasztás pedig mozgó alkatrészeket, aktív mechanikát tételez fel.

Az abszorpciós fotométerek kiváltására napjainkban olyan mérőelrendezéseket, mérőberendezéseket alkalmaznak, amelyekben fényforrásként két fényemittáló diódát helyeznek el, melyek közül az egyik látható zöld, a másik pedig infravörös sugárzást bocsát ki. Ennek a megoldásnak az a hiányossága, hogy az infravörös sugárzás érzékelése révén nagyarányú környezeti függőséget és bizonytalanságot visz be a mérésbe, ami gyakran több mérési sorozat elvégzése után is megmarad és hibás végeredményhez vezet.

A BECKMANN cég .Modell 25' típusú digitális spektrofotométere jellemző példa a korszerű, infravörös fényt alkalmazó mérőberendezésekre. Jóllehet a mérőberendezés nagymennyiségű minta kvázi automatikus mérését teszi lehetővé, a benne alkalmazott infravörös fényt kisugárzó fényforrás laboratóriumi körülmények között gyakorta hibás mérési eredményt okoz. Ennek egyik oka, hogy a fotometriás kémiai vizsgálatoknál oldószerként alkalmazott desztillált víz transzmissziós, azaz fényáteresztési képessége as infravörös tartomány felé haladva rohamosan csökken, tehát ezt a fajta sugárzást elnyeli. A reakciók fényelnyelését kiértékelve méréstechnikailag lehetetlen reálisan kiegyenlíteni a két hullámhossz tartományban kapott mérési eredményeket, így e mérési mód felhasználhatósága erősen beszűkített. Másik, ugyancsak nem elhanyagolható ok, hogy a klinikai gyakorlatban vizsgált vérminták közel egybarmada extrém mennyiségben olyan kóros komponenseket tartalmaz, amelyek a kvantitatív fotometriás méréseket hátrányosan befolyásolják, mert a tiszta, homogén minta és a zavaros minta közötti átlageltérés olyan nagy mérvű, hogy a torzítottan magasnak mért értékek megtévesztő diagnózishoz vezetnek és elfogadhatatlanok.

A találmánnyal célunk olyan mérőelrendezés kialakítása folyékony közegek fényelnyelési és/vagy fényszórási tulajdonságainak kvantitatív és polikromatikus kiértékelésére, amely egyszerű felépítésű, kis energiaigényű, hordozható kivitelben gyártható és megbízható, nagypontosságú reprodukálható mérési eredményeket nyújt.

Találmányunk azon a felismerésen alapszik, hogy méréstechnikailag a legkedvezőbb eredményt a két vagy több hullámsávban történő kompenzációs fotometrálási elv, valamint félvezető hideg fényforrások együttes alkalmazásával érhetjük el, ahol a különböző hullámsávokban egyidejűleg vagy kváziszinkronban, gyors egymásután kapott optikai információk elektronikus összehasonlítása révén lehetővé válik a minta különböző optikai sajátosságainak, így fajlagos fényelnyelésének, nem fajlagos fényelnyelésének, fényszórásának egyidejű kiértékelése és az aktuálisan kiválasztott paraméter szelektív meghatározása.

A kitűzött feladatot folyékony közegek fényelnyelésének, illetve fényszórásának meghatározására alkalmas méróelrendezéssel oldottuk meg, amelynek mintát tartalmazó, fényáteresztő gyűjtőedénye, legalább egy fényforrása, valamint ezzel optikai kapcsolatban álló legalább egy fényérzékelője és a fényforrással és a fényérzékelővel összekapcsolt elektronikus kiértékelő egysége van. Ezt a találmány értelmében úgy fejlesztettük tovább, hogy fényforrásként legalább két, egymástól eltérő hullámsávban látható fényt sugárzó fényemittáló diódát tartalmaz, amelyek a mérendő mintát tartalmazó gyűjtőedényen át egy-egy félvezető fényérzékelővel állnak optikai összeköttetésben, ahol a két összetartozó fényforrás és fényérzékelő a kiértékelő egység kiválasztó áramkörén át öszszehasonlító fokozathoz van csatlakoztatva.

A találmány szerinti méróelrendezés egy előnyös kiviteli alakja értelmében két, eltérő hullámhosszon sugárzó fényemittáló dióda helyén egyetlen, alternáltan több hullámhosszon sugárzó fényemittáló dióda van elhelyezve. Ugyancsak előnyös a találmány értelmében, ha a két félvezető fényérzékelő fotodióda, fototranzisztor vagy fényérzékelő mátrix. A két félvezető fényérzékelő a találmány szerinti mérőelrendezés továbbfejlesztése értelmében egyetlen fényelemmel helyettesíthető, amely ilyen esetben ugyancsak a kiértékelő egység kiválasztó áramköréhez csatlakozik.

Előnyös a találmány értelmében, ha a fényemittáló diódák látható vörös, narancs, illetve zöld, illetve kék színt kisugárzó fényforrások, amelyek a gyűjtőedény egyik oldalán, míg a fényérzékelők a gyűjtőedény másik oldalán egymás mellett, egy sorban vannak elhelyezve.

Egy további előnyös kiviteli alak szerint két fényforrás-fényérzékelő pár esetén a két pár optikailag egymást keresztezőén van a gyűjtőedény kerülete mentén elrendezve. Ugyancsak előnyös, ha a mérőelrendezés fényforrásai impulzusüzemmódot biztosító szaggató áramkörön át vannak a kiértékelő egység kiválasztó áramköréhez csatlakoztatva, mivel igy érhető el a legkisebb energiabefektetéssel a lehető legnagyobb fényteljesítmény.

A találmány szerinti mérőelrendezés főbb előnyei közül megemlíthetjük, hogy mozgó alkatrész nélkül lehetővé teszi a minta optikai sajátságainak gyors és polikromatikus kiértékelését, az alkalmazott kisfogyasztású és gyakorlatilag szinte végtelen élettartamú fényforrások hidegfényt sugároznak, ezért sem hószűrésre, sem hűtésre nincs szükség, Az impulzus üzemmódban meghajtott fényforrások fényteljesitménye megsokszorozódik, ezáltal javul a mérőelrendezés jel/zaj viszonya, csökken a szórt fény hátrányos hatása, pontosabbá válik a mérés, mivel a mért érték az elvégzett mérések átlaga, nincs szükség többé referencia fényútra, bemelegedési időre és jelentősen lerövidül az effektív mérési idő. Az alkalmazott elemek és az alkalmazott impulzusüzemmód miatt a mérőelrendezés hordozható kisfogyasztású műszer létrehozását teszi lehetővé, a polikromatikus mérési mód pedig patológiás mintákon is lehetővé teszi a valós értékek és anyagkoncentrációk mérését.

A találmányt az alábbiakban a rajz segítségével ismertetjük részletesebben, amelyen a mérőelrendezés néhány példakénti kiviteli alakját tüntettük fel.

A rajzon az

1. ábra négy fényforrást és ugyancsak négy fényérzékelőt tartalmazó mérőelrendezés vázlatos felépítése, a

2. ábrán egymást keresztező fényútú, két-két fényforrást és fényérzékelőt tartalmazó raérőelrendezés _ vázlatos összeállítása láthatói a

3. ábrán két fényforrást és egyetlen közös fényérzékelőt tartalmazó méröelrendezés vázlatos felépítését tüntettük fel.

Az 1. ábrán a találmány szerinti mérőelrendezés olyan lehetséges és előnyös felépítését tüntettük fel vázlatosan, ahol a mérendő folyékony közeg, a továbbiakban minta befogadására szolgáló 1 gyűjtőedény egyik oldalán négy 2 fényforrás van egymás mellett, egysorban elhelyezve, míg az 1 gyűjtőedény másik oldalán ugyancsak négy 3 fény4 érzékelő van egymás mellett elrendezve. Az 1 gyűjtőedény, szakszóval mérőküvetta lehet olcsó, egyszer használatos, előnyösen 4 ml űrtartalma üvegcse, vagy eldobható, polisztirolból készült nem precíziós megmunkálású négyszögletes küvetta, amelybe a szobahőmérsékleten stabil, mérésre kész összetételű reagensek előre kiadagolhatók és lezárva tartozékként adhatók a mérőműszerekhez. A 2 fényforrás négy különböző színű, vörös, sárga, zöld és kék színnel Bugárzó fényemittáló dióda, a 3 fényérzékelő infravörös tartományban érzéketlen fotódiódákból áll. A 2 fényforrások színét a kiválasztott mérés és a mérendő paraméter határozza meg.

A 2. ábrán olyan mérőelrendezést tüntettünk fel, amelynél a négyszögletes 1 gyűjtőedény két szomszédos oldalán egy-egy 2 fényforrást helyeztünk el. A 2 fényforrásokkal optikai kapcsolatban álló 3 fényérzékelők az 1 gyűjtőedény másik két szomszédos oldalán vannak elrendezve, így a két 2 fényforrás- 3 fényérzékelő pár optikailag egymást keresztezőén helyezkedik el.

A 3. ábrán a találmány szerinti mérőelrendezés olyan lehetséges és elsősorban hálózati üzemmód esetén előnyös kiviteli alakját ábrázoltuk, amelynél az 1 gyűjtőedény egyik oldalán 3 fényérzékelőként egyetlen nagyméretű szilícium fényelem van elhelyezve, mig a két 2 fényforrás a 3 fényérzékelőre irányítottan az 1 gyűjtőedény másik oldalán helyezkedik el.

A 2 fényforrások és 3 fényérzékelők ismert felépítésű elektronikus kiértékelő egységhez csatlakoznak, amely nem képezi a találmány tárgyét és ezért részletesen nem ismertetjük. A kiértékelő egységben kialakított kiválasztó áramkör gondoskodik a mindenkori aktív 2 fényforrás 3 fényérzékelő pár kiválasztásáról és a kiértékelő egység összehasonlító fokozatára történő rákapcsolásáról.

A találmány szerinti mérőelrendezés működését meghatározó, két különböző hullámhosszon történő mérési technika a szakemberek számára jól ismert. Ilyen mérési eljárás ismerhető meg többek között a Rév. Sci. Instr. 22, 1951-es kiadványának 619. oldalán. Az eljárás lényege, hogy egy 1 gyűjtőedényt és egyetlen fényutat használ, amelyen váltakozva, gyorsan egymásután két különböző hullámhosszú fényt bocsát át, ahol az egyik mérési vagy mintahullámhossz, a másik a kompenzáló vagy referencia hullámhossz. A referencia hullámhosszt a mérési hullámhosszhoz legközelebb eső izoszbetikus pontban vagy a minta optikai változása során a legkisebb abszorpciós változást mutató hullámhossz tartományban választjuk ki a detektor érzékenység és a fényszórás azonossága miatt.

A 480-500 nm hullámsávban sugárzó fényemittáló diódák kék, az 540-550 nm hullámsávban sugárzó fényemittáló diódák zöld és a 660-700 nm hullámsávban sugárzó fényemittá-35 ló diódák vörös színt bocsátanak ki. Ebből a találmány szerinti mérőelrendezésnél a zöld és kék színű fényemittáló diódákat mérő 2 fényforrásként, a vörös színű fényemittáló diódákat pedig kompenzáló 2 fényforrásként alkalmazzuk.

Claims (9)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Mérőelrendezés folyékony közegek fényelnyelésének illetve fényszórásának meg5 határozására, amely mérendő folyékony közeget azaz mintát befogadó fényáteresztő gyűjtőedényt, legalább egy fényforrást és ezzel optikai kapcsolatban álló legalább egy fényérzékelőt valamint a fényforassal és a fényérzékelővel összekapcsolt elektronikus kiértékelő egységet tartalmaz, azzal jellemezve, hogy fényforrásként (2) legalább két, egymástól eltérő hullámsávban látható fényt sugárzó fényemittáló diódát tartalmaz, amelyek a mérendő folyékony közeget tartalmazó gyűjtőedényen (1) át egy-egy félvezető fényérzékelővel (3) állnak optikai összeköttetésben, és az összetartozó fényforrások (2) és fényérzékelők (3) a kiértékelő egység kiválasztó áramkörén át vannak a kiértékelő egység összehasonlító fokozatához csatlakoztatva.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a két, eltérő hullámsávban sugárzó fényemittáló dióda helyén egyetlen, aiternáltan több hullámsávban sugárzó fényemittáló dióda van elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti méróelrendezés, azzal jellemezve, hogy a két, félvezető fényérzékelő (3) fotodióda.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a két félvezető fényérzékelő (3) fototranzisztor.
5. 5. Az 1, 3, 4. igénypontok bármelyike szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a két félvezető fényérzékelő (3) helyén egyetlen nagyfelületű szilícium fényelem van elhelyezve.
6. 6. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a fényforrás (2) vörös illetve zöld illetve kék szint kisugárzó fényemittáló dióda.
7. 7. Az 1, 3-6. igénypontok bármelyike szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a fényforrások (2) a gyűjtőedény (1) egyik oldalán és a fényérzékelő (3) a gyűjtőedény (1) másik oldalán egymás mellett, egysorban vannak elrendezve.
8. 8. Az 1, 3-6. igénypontok bármelyike szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy két fényforrás (2) - fényérzékelő (3) pár esetén a két-pár optikailag egymást keresztezőén van elrendezve.
9. 9. Az 1, 3-8. igénypontok bármelyike szerinti mérőelrendezés, azzal jellemezve, hogy a fényforrások (2) impulzusüzemmódot biztosító szaggató áramkörön át vannak a kiértékelő egység kiválasztó áramköréhez csatlakoztatva.