WO2004096971A2 - Verfahren zur schnellen bestimmung von qualitäten/qualitätsänderungen beliebiger systeme - Google Patents

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Zhongchen Yan
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Mehlhase Juergen
Zhongchen Yan
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Definitions

  • the invention relates to a method for quickly determining the quality / change in quality of any system, in particular of biological systems, for example of eggs, by means of measuring the biophoton emission and the delayed luminescence.
  • the object of the invention is to establish a method for checking the quality of any systems, for example solids, liquids, gaseous objects, whole foods such as oranges, bananas or eggs.
  • the invention is based on measuring the intensity of the scattered light, for example on the egg, during and after exposure to a weak light source. It is based on the knowledge that among the methods mentioned in EP-A-0430150 for testing the smallest changes in quality of biological methods, even the simplest technical designs can be used sufficiently quickly and reliably for quality determination, as is shown here using the example of eggs. The only thing that matters is to compare the intensity of the incident light, which is specified as a reference, with sufficient accuracy with the changes in intensity caused by the presence of the sample - caused by light scattering. Surprisingly, the method EP-A-0430150 also offers these advantages if the photons are registered with the suitably positioned and sufficiently sensitive detectors described. In the event that quick checks are to be carried out, this saves time-consuming statistical analyzes. With a suitable technical implementation, it can be carried out in an extremely short time, which can be adapted to the requirements, of less than one second per object.
  • the invention makes use of certain findings of EP-A-0430150 in a special manner, in a particularly advantageous manner, particularly in a rapid test, and expediently supplements them.
  • the speed of the process is of particular importance for a large number of systems, including and in particular of eggs or microbially infected samples. So far there are no procedures that can meet the requirement for an extremely fast preliminary examination in periods of seconds to minutes. This applies, for example, to microbial examinations or to rapid tests on eggs. However, the requirements for the shortest measurement times are often necessary, for example when delivering goods or when advantageously selecting samples for more careful investigations.
  • a light source for example a laser generator
  • monochromatic or white light is led into a measuring chamber (dark room), in which the measurement object (for example an egg) is located.
  • a shutter opens and closes the access to the light channel (fiber optics).
  • the scattered light is directed via a further measuring channel with the possibility of locking onto a photon counting system (for example photomultiplier).
  • the light can be introduced at a large distance from the stray light channel (top illustration) or as small as possible from the counting channel (bottom illustration), depending on how the object is shaped and depending on whether absorption or scattering on the object is the most reliable result deliver.
  • the light intensity at the output channel is would be a reliable measure of the quality (quality change) of the object under consideration.
  • Quality 1 400 units was achieved from an egg that was produced with optimal free-range keeping in a small business (20 hens) under excellent climatic conditions and favorable summer weather and the best feeding, the quality 15 comes from an egg in factory farming.
  • the values were also statistically substantiated, so that the test is sufficiently reliable with regard to an individual assessment.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung geringster Qualitätsunterschiede oder Qualitätsmerkmale von beliebigen Objekten und mit ihnen wechselwirkenden Agenzien, beruhend auf der Messung von Streuanteilen der 'ultraschwachen' Photonenemission ('Biophotonen' bei biologischen Systemen) und der verzögerten Lumineszenz in einer Streukammer (Dunkelraum). Diese Streuanteile können so unterschiedlich ausfallen, dass mit hinreichender Empfindlichkeit die Registrierung geringster Qualitätsunterschiede (Qualitätsmerkmale) möglich ist.

Description

Verfahren zur schnellen Bestimmung von Qualitäten/Qualitätsänderungen beliebiger Systeme
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen Bestimmung der Qualität/Qualitätsänderung beliebiger Systemen, insbesondere von biologischen Systemen, zum Beispiel von Eiern, mittels Messung der Biophotonenemission und der verzögerten Lumineszenz.
Aus der EP-A-0430150 ist bekannt, dass geringe Qualitätsunterschiede von biologischen Systemen mit Hilfe der Biophotonenemission oder verzögerten Lumineszenz schnell, sicher und in nicht-invasiver Weise erkennbar sind. Diese Verfahren, die auf Messungen der Intensität schwacher Lichtemission aus biologischen Gewebe ohne und nach externer Anregung beruhen, nutzen die Intensitätsunterschiede oder die Unterschiede in charakteristischen Abklingfunktionen der verzögerten Lumineszenz aus, um Rückschlüsse auf Qualitätsunterschiede zu ziehen.
Hingegen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Prüfung der Qualität von beliebigen Systemen, zum Beispiel Feststoffe, Flüssigkeiten, gasförmige Objekte, ganze Lebensmittel wie Orangen, Bananen oder von Eiern zu etablieren.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Messung der Intensität des gestreuten Lichts zum Beispiel am Ei während und nach der Belichtung mit einer schwachen Lichtquelle. Sie beruht auf der Erkenntnis, dass unter den in EP-A-0430150 genannten Methoden zur Prüfung geringster Qualitätsänderungen von biologischen Methoden schon die einfachsten technischen Ausführungen hinreichend schnell und verlässlich zur Qualitätsbestimmung verwendet werden können, wie hier am Beispiel von Eiern belegt wird. Es kommt lediglich darauf an, die Intensität des eingestrahlten Lichts, das als Referenz vorgegeben ist, mit genügend grosser Genauigkeit mit den Intensitätsänderungen zu vergleichen, die durch die Anwesenheit der Probe - durch Lichtstreuung- hervorgerufen wird. Die Methode EP- A-0430150 bietet überraschend auch diesen Vorteile, wenn die Photonen mit den beschrieben geeignet positionierten und hinreichend empfindlichen Detektoren registriert werden. Das erspart für den Fall, dass Schnellkontrollen durchgeführt werden sollen, aufwendige statistische Analysen. Es lässt sich bei geeigneter technischer Umsetzung in einer extrem kurzen, den Erfordernissen anpassbaren Zeitspanne von unter einer Sekunde pro Objekt durchführen.
Die Erfindung nutzt bestimmte Erkenntnisse der EP-A-0430150 in spezieller Weise praktisch besonders vorteilhaft, insbesondere in einem Schnelltest und ergänzt diese sinnvoll.
Die Schnelligkeit des Verfahrens hat bei einer Vielzahl von Systemen, auch und insbesondere von Eiern oder mikrobiell befallenen Proben besondere Bedeutung. Bisher gibt es keine Verfahren, die den Anspruch auf eine extrem schnelle Voruntersuchung in Zeiträumen von Sekunden bis Minuten erfüllen können. Das gilt zum Beispiel für mikro- bielle Untersuchungen, oder auch für Schnelltests an Eiern. Oft sind die Anforderungen kürzesten Messzeiten aber erforderlich, so zum Beispiel bei Warenlieferungen oder bei der vorteilhaften Auswahl von Stichproben für sorgfältigere Untersuchungen.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel bezüglich eines Schnelltestes für Eier näher erläutert.
Über eine Lichtquelle (Light Source), zum Beispiel einen Laser Generator, wird monochromatisches oder weisses Licht in eine Messkammer (Dark Room) geleitet, in der sich das Messobjekt (zum Beispiel ein Ei (egg)) befindet. Ein Shutter öffnet und schliesst den Zugang zum Lichtkanal (Fiber-Optik). Das Streulicht wird über einen weiteren Messkanal mit Verschlussmöglichkeit auf ein Photonzählsystem (Photon Countin System, zum Beispiel Photomultiplier) geleitet. Dabei kann das Licht in grossem Abstand vom Streulichtkanal (obere Abbildung) oder auch in möglichst kleinem Abstand vom Zählkanal (untere Abbildung) eingeleitet werden, je nachdem wie das Objekt geformt ist, und je nachdem, ob vorwiegend Absorption oder Streuung am Objekt die verlässlicheren Ergebnisse liefern. Die Lichtintensität am Ausgangskanal wird unter Um- ständen ein verlässliches Mass für die Qualität (Qualitätsänderung) des betrachteten Objekts.
Tabelle 1
Beispiel für die Nutzung dieser Methode an Eiern
Es werden 15 Eier getestet, von denen lediglich bekannt ist, dass ihre Qualität in der Reihenfolge 1 bis 15 abnimmt, wobei 1 mit Sicherheit die beste, 15 mit Sicherheit die schlechteste Qualität aufweist und dazwischen teilweise grössere und teilweise kleinere Qualitätsunterschiede zwischen den Eiern bestehen.
Streulichtwert (in Photonen/s) Qualität (willkürliche Einheiten)
400 1
380 2
376 3
310 4
308 5
309 6
310 7 278 8 267 9 252 10 250 11 252 12 223 13 212 14 178 15
Die Qualität 1 (400 Einheiten) wurde von einem Ei erzielt, das bei optimaler Freilauf- Haltung im Kleinbetrieb (20 Hennen) unter hervorragenden klimatischen Bedingungen und günstigem sommerlichen Wetter und bester Fütterung erzeugt wurde, die Qualität 15 stammt von einem Ei in Massentierhaltung. Die Werte wurden auch statistisch untermauert, so dass eine hinreichende Verlässlichkeit des Tests hinsichtlich einer Einzelbewertung gegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur schnellen Prüfung geringster Qualitätsunterschiede und/oder Qualitätsmerkmale von Systemen mittels Messung "ultraschwacher" Photonenemission und der verzögerten Lumineszenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Streustrahlung der Objekte in fest vorgegebenen abgedunkelten Gehäusen ohne oder mit wechselwirkenden Agenzien gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Lichtleiter verwendet werden und dass Eingang und Ausgang des Anregungslichts bzw. der Lichtsignale beliebig positioniert werden können.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dass Fiitersysteme (Spektralfilter oder/und Polarisationsfilter, Phasenverschieber) eingesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung der Proben mit Laserlicht erfolgt.
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