WO2019204840A1 - Optische messeinheit und optisches messverfahren zur gewinnung von messsignalen von flüssigen medien - Google Patents

Optische messeinheit und optisches messverfahren zur gewinnung von messsignalen von flüssigen medien Download PDF

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WO2019204840A1
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cuvette
light
array
optical measuring
led
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Herfried Huemer
Arnold Bartel
Stefan Gulo
Patrick KRAUS-FÜREDER
Robert SCHOLZ-MAREICH
Wolfgang Sprengers
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Meon Medical Solutions Gmbh & Co Kg
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Definitions

  • the invention relates to an optical measuring unit for obtaining measurement signals from liquid media, which are accommodated in cuvettes lined up with one another, with a light supply unit for emitting incident radiation into the cuvettes, and with a detection unit for detecting one from the cuvettes
  • the invention relates to an optical measuring method for
  • optical measuring units for obtaining measurement signals from liquid media different types of measurement are used:
  • the physical effect underlying the photometric measurement is the absorption of light of specific wavelengths by certain substances present in a liquid.
  • the consequent reduction of the intensity of the light passing through the cuvette is detected metrologically and allows a quantitative determination of the concentration of a substance using the following equations:
  • the molar concentration c can thus be calculated directly from the result of an extinction or transmission measurement. This type of measurement is used in chemical and enzymatic reactions to determine the
  • Molar concentration of certain in the sample blood plasma, urine, etc.
  • existing analytes are used.
  • light-absorbing substances dyes
  • the molar concentration of the analyte to be determined is concluded.
  • This type of measurement is used in homogeneous immunoassays where certain analytes, such as metabolites, enzymes, peptides or proteins, are reacted with antibodies. This results in larger structures that cause increased light scattering or turbidity of the reaction mixture.
  • the intensity of the continuous light beam attenuates as a result of increasing turbidity
  • the intensity of the scattered light beam increases with increasing haze at a detection angle of, for example, 90 °.
  • the turbidity measurement in the form of transmission measurement is called turbidimetry.
  • the relevant measuring device as a turbidimeter.
  • Measuring device as a nephelometer.
  • liquid medium
  • analysis sample (usually only called sample or substance sample) is called the entirety of the material to be examined.
  • Analytes are those substances contained in a sample, on which a statement in a chemical analysis, for example about their
  • a reagent is a substance that shows a specific reaction on contact with certain other substances present in a sample.
  • the addition of a reagent to a sample leads to a chemical reaction with the formation of a characteristic color change, which allows conclusions to be drawn about the presence or absence and the molar concentration of certain analytes in the sample.
  • a cuvette in the sense of the present invention denotes an all-round
  • a cuvette in the sense of the present invention has at least one window which is permeable to the applied optical measuring method and is arranged in a side wall of the cuvette or is entirely optically transparent.
  • stationary cuvette array :
  • optical elements for generating as parallel a beam path as possible. Basically, the light of a more or less punctiform source is transformed into a parallel bundle of rays.
  • Optical elements that align the light emanating from an LED substantially parallel for example, converging lenses, TIR lenses, parabolic mirrors, and aperture arrangements.
  • optical elements for filtering
  • optical components in particular interference filters, for the transmitted light wavelength-dependent or frequency-dependent, i.
  • these components are constructed as dielectric layers on a thin carrier. Since the wavelength-dependent transmittance depends on the angle of incidence of the light, it is advantageous if the light rays incident on the filter element run as parallel as possible and are aligned parallel to the optical axis.
  • Bandsafe filters longpass filters, shortpass filters, bandpass filters and dichroic interference filters are used. Particularly preferred are bandpass filters because they have a high transmittance for a particular wavelength band while absorbing shorter or longer wavelengths.
  • Reaction vessels 24 immersed in a temperature bath 25 which is filled with water 26 of constant temperature.
  • a fixed in the temperature bath 25 arranged photometer 27 has an LED light source 28, the light by means of a
  • Condenser lens 29 and a deflection mirror 30 is irradiated in the present in the reaction vessel 24 sample 31.
  • a light source a semiconductor laser can also be used.
  • a photodetector 32 of the photometer 27 is arranged on the opposite side of the reaction vessel 24 .
  • apertures 34 are provided for the inlet and outlet radiation in the measuring position 33 of the photometer.
  • US 2013/0301051 A1 (Pogosyan) describes a cost-effective, portable photometer which-as illustrated in FIG. 1b of the present application-has as light sources 35 several LEDs with different wavelengths and as detector 36 a photodiode or a photomultiplier.
  • the photometer can be used to examine chemical, biological or pharmaceutical samples which are located in a sample holder 37 between the light sources 35 and the detector 36.
  • the light of the light sources 35 is - possibly after the passage of an interference filter 38 - directed to a light-scattering surface 39 and passes through a collimator lens 40 and a slit 41 in the Sample holder 37 present sample.
  • the detector 36 may be pivoted from a first position to a second position.
  • a collimator lens functions optimally if the scattering surface is chosen to be very small, more or less punctiform, which, however, reduces the luminous efficacy.
  • Detector array arranged. In the case of a rotational movement of the cuvettes C in the direction of the arrow, the optical beam paths are crossed and the samples in the cuvettes C can be successively exposed to the light of the different wavelengths A 1 to L 5.
  • the AT 510 631 Bl claims a spectrometer with multiple LEDs as the light source 44, as shown in Fig. Id of the subject application.
  • the spectrometer is used to examine the ingredients of a fluid 42, by means of the light source 44 and a detector 45, the light of the light source 44 is guided with a predetermined spectral range through an entrance window 47 through the fluid to be examined 42 and through an exit window 48 to the detector 45 ,
  • the light source 44 is formed by a plurality of arranged in a holder 50, connected to a control electronics 43 LEDs 49, which are designed to emit light of different wavelength ranges within the predetermined spectral range.
  • the control electronics 43 is designed for the sequential activation of the light-emitting diodes 49, wherein a compensation detector 51 connected to the control electronics 43 is arranged in the holder 50 in relation to the light-emitting diodes 49. In the beam path between the
  • examining fluid can be arranged transversely to the measuring radiation, a further detector 54.
  • WO 2010/122203 A1 discloses a photometer based on an array of multiple LEDs as a light source for measuring the absorption and turbidity of a sample present in a cuvette.
  • the light from the individual LEDs is coupled into the beam path in front of the sample by means of a beam splitter and bandpass filter.
  • a reference photodiode is further arranged on the side of the light source.
  • a photodiode is arranged in the beam path after the sample, on the detection side.
  • the individual cuvettes are guided past the photometer.
  • the light source is very complex and consists of many individual components.
  • the light of the LEDs must be further from the Cuvette are removed, several beam splitters happen, resulting in loss of intensity.
  • a rotor Concentric with a cuvette hub, a rotor is arranged, are arranged on the mutually fixedly positioned pairs of light sources and photodetectors. With appropriate positioning or rotation, the individual cuvettes come to rest between the light source and the photodetector.
  • a single light source is centrally positioned on the axis of rotation and the photodetectors are located (seen in the radial direction) on the opposite side of the cuvettes.
  • the cuvette turntable rotates only slowly, the rotor performs a much faster rotation with the light source, which leads to a significant increase in the measurement frequency.
  • the rotor may have a filter wheel with different filters, which can be brought into the beam path between the central light source and the cuvette. However, the rotor must stop at each cuvette, after which the respective filter is selected by rotation of the filter wheel.
  • the rotatable device which carries the light source in the form of an LED and the photodetector in the form of a photodiode, be arranged below the receptacle of the sample vessels, whereby it is always possible to access the sample vessels by means of a gripping arm.
  • the rotatable device may also include multiple LEDs of different wavelengths and multiple photodiodes to allow the samples to be measured at multiple wavelengths.
  • the photodiodes may be replaced by a CCD element.
  • the object of the invention is to provide an optical measuring unit and an optical
  • Measuring methods for obtaining measurement signals from liquid media which are housed in cuvettes juxtaposed to improve so that in the course of the chemical reactions in the individual cuvettes and in a short time sequence, a plurality of measurements at different wavelengths can be performed, the kinematic Cost, due to translational and / or rotational relative movements between individual components of the measuring system, should be reduced as possible.
  • An optical measuring unit for obtaining measurement signals from liquid media, which are accommodated in cuvettes arranged side by side, each cuvette being equipped with a lateral entrance window and at least one lateral exit window, has the following components: a light supply unit which is suitable for spectrally different time series To emit incident radiation into the entrance window of each cuvette, the light providing unit having a plurality of LED light sources emitting spectrally different spectrally in the UV / VIS / NIR wavelength range, and a detection unit which is suitable for one of the at least one
  • Cuvette arrays is assigned at least one photodiode fixed.
  • the cuvettes are arranged as immovable, stationary cuvette array, each cuvette having its individual detectors (transmitted light detector (for photometric and turbidimetric measurements) and / or scattered-light detector (for nephelometric measurements)) permanently assigned to it and that from the individual Cuvettes leaking light - so also any detectors (transmitted light detector (for photometric and turbidimetric measurements) and / or scattered-light detector (for nephelometric measurements)) permanently assigned to it and that from the individual Cuvettes leaking light - so also any
  • the light distribution device has a cavity whose inner surfaces are at least partially mirrored and / or designed to be reflective, and wherein the light distribution device for each LED light source has an inlet opening for feeding the light into the cavity and wherein the light distribution device for each cuvette of
  • Cuvettearrays having an outlet opening for feeding the light into the cuvette. This is a compact, cost-effective variant, since the light distribution device, the multiple LED light sources different
  • Wavelength, stationary associated with a number of cuvettes.
  • the stationary stationary In cuvette arrays with a large number of cuvettes, the stationary
  • Light distribution device is assigned permanently. Overall, therefore, an optical measuring unit is realized which has no moving components.
  • the light is the
  • Inlets of the LED light sources opposite, inner surface of the light distribution device preferably wavy and reflective designed.
  • the inner surface of the cuvettes facing the outlet openings is
  • Light distribution device designed diffuse reflective.
  • Light providing unit at least one-dimensional, rod-shaped
  • a light source array having a plurality of LED light sources aligned along the stationary cuvette array and movable along the stationary cuvette array such that each cuvette of the stationary cuvette array is assignable to each LED light source of the light source array.
  • Cuvette arrays of movable, rod-shaped light source arrays by a cost-effective production (only one light source array for a variety of
  • the LED light sources of the light providing unit are arranged as a 2D LED array, each cuvette of the stationary cuvette array is assigned a fixed 2D LED array fixed.
  • each cuvette has an individual photometer, comprising a permanently assigned 2D LED array as light source and a fixedly assigned photodiode as detector.
  • a saving variant for the third variant is characterized in that the light providing unit - similar to the third variant is designed as a 2D LED array, which - similar to the second variant along the
  • stationary cell arrays is designed to be movable. In order to further increase the measurement frequency on individual cuvettes with long cuvette arrays, it is also possible for a plurality of 2D LED arrays to be arranged along individual segments of the stationary cell
  • This fourth variant is more cost-effective than the third variant in that a 2D LED array is not required for each cuvette.
  • An inventive optical measuring method for obtaining measurement signals from liquid media in particular in connection with the first
  • Embodiment of the invention characterized by the following steps:
  • the measuring radiation emerging from the cuvettes is converted into an electrical measuring signal and displayed in a display unit after appropriate preparation.
  • Measuring unit for obtaining measurement signals from liquid media in a three-dimensional view, looking towards the
  • Light providing unit, 2b shows the embodiment according to FIG. 2a in a three-dimensional view, looking in the direction of the detection unit, FIG.
  • FIG. 3a is a sectional view of the light providing unit according to FIG. 2a along the line II-II in FIG. 3b, FIG.
  • FIG. 3b is a sectional view of the light providing unit of FIG. 2a along line III-III in Fig. 3a,
  • Fig. 3c is a three-dimensional detail of a tube body of the
  • FIG. 3d shows an enlarged detailed view from FIG. 3a, FIG.
  • FIG. 3e shows a variant of the light providing unit in a sectional illustration according to FIG. 3a
  • 3g to 3i show three different detail variants of the beam guidance on the input and output side of a cuvette in a sectional view according to FIG. 3f, FIG.
  • Fig. 4 is a block diagram for the electronic control of the optical
  • 5a shows a first diagram to illustrate a measuring procedure (modes 1 and 2)
  • 5b shows a second diagram to illustrate a measurement procedure (mode 3)
  • 6a a second embodiment of an optical measuring unit according to the invention for obtaining measurement signals from liquid media in a three-dimensional view
  • 6b is an enlarged sectional view through the axis of a cuvette
  • FIG. 7a shows a third embodiment of an optical measuring unit according to the invention for obtaining measurement signals from liquid media in a three-dimensional view
  • FIG. 7c is an enlarged detail view of Fig. 7a.
  • the optical measuring devices illustrated in FIGS. 1 a to 1 d concern examples of the prior art and have already been described above
  • the embodiments of the optical measuring unit 500 according to the invention described below for obtaining measurement signals from liquid media, which are accommodated in cuvettes 201 of a stationary (ie stationary) cuvette array 200, have the following basic elements: a light supply unit 540 for emitting incident radiation into the cuvette Cuvettes 201 of the cuvette array 200, wherein the light supply unit 540 has a plurality of differently emitted in the UV / VIS / NIR wavelength range LED light sources 541, and a detection unit 550 for detecting one of the cuvettes 201 of
  • Cuvette arrays 200 exiting measuring radiation and conversion of
  • the detection unit 550 is designed so that each cuvette 201 of the cuvette array 200 at least one photodiode 551 is assigned fixed and stationary.
  • Embodiment variant of the optical measuring unit 500 according to the invention has at least one stationary light distribution device 542 which distributes the light of the individual LED light sources 541 to the individual cuvettes 201 of the stationary cuvette array 200.
  • the cuvettes 201 are rectilinear, i. linear, arranged, but deviating would also be
  • the light distribution device 542 has a cavity formed by walls, the inner surfaces 543, 544, 545, as well as the rear wall and the two
  • End surfaces at least partially mirrored and / or diffusely reflective
  • the light distributor device 542 has, for each LED light source 541 in the bottom surface 545, an inlet opening 546 for feeding the light into the cavity and has for each cuvette 201 of the cuvette array 200 an outlet opening 547 for feeding the light into the cuvette 201.
  • the inlet 546 of the LED light sources 541 opposite, inner surface 544 on the top surface of the
  • Light distribution device 542 wavy and reflective carried out, wherein the waves of the corrugated inner surface 544 preferably normal to the longitudinal extent of
  • Light distribution device 542 are aligned to that of the individual LED Light sources 541 optimally distributed in the longitudinal direction of the light distribution device 542 (see Fig. 3b).
  • Entry window 202 of the cuvette 201 is suitable for example barium sulfate
  • At least individual LED light sources 541 of the light providing unit 540 for improving the spectral characteristic and for feeding the light into the light distribution means 542 have optical filters, such as color filters or interference filters.
  • optical filters such as color filters or interference filters.
  • at least one optical element for collimating the light is arranged in the light path on the input side of the interference filter 553.
  • the LED light source 541 may comprise an LED 548 arranged in a TIR lens 549, a tube body 552 for eliminating non-parallel beam portions of the LED, and an entrance side into the light distribution device 542 a narrow-band filter, preferably a
  • Interference filter 553 have.
  • the radiation emerging from the interference filter 553 (essentially monochromatic light) is intended to be a
  • predetermined bandwidth having a preferred half-width of less than or equal to 10 nanometers, centered at a predetermined wavelength.
  • the tube body 552 parallel to the longitudinal axis of the LED light source 541 extending, elongated through-holes 570 have, the walls 571 consist of a light-absorbing material or coated with such a material (see the detailed illustration of FIG. 3c). It thus reach - within a certain tolerance - only parallel aligned rays on the interference filter 553, as deviating rays are absorbed by the tube body 552.
  • Bottom surface 545 of the light distribution device 542 are arranged, is shown in the sectional views of FIG. 3e and 3f.
  • a converging lens 590 is arranged, which aligns the light emitted by an LED 548 in parallel for entry into the interference filter 553, the output side of the interference filter 553 a
  • Light distribution device 542 radiation may be arranged.
  • the light beams are preferably fanned out to such an extent (see marginal rays Si, S 2 in FIG. 3 f) that the inner surfaces of the light distribution device 542 are illuminated as homogeneously as possible.
  • the surface 544 lying opposite the bottom surface 545 is particularly preferably illuminated over as large an area as possible, while the lateral surface 543 is not exposed directly.
  • the light rays exit conically, whereby the surface 544 of the light distributor device directly opposite the LED light source 541 is exposed in a substantially circular manner (see FIG. 3f, second LED light source from the left, edge jets S 3 , S 4 ).
  • FIG. 3f second LED light source from the left, edge jets S 3 , S 4 .
  • Light distribution device 542 to emerge, as homogeneous a possible illumination of the entire surface 544 by means of an aspherical scattering lens 591 is advantageous (see Fig. 3f, first LED light source from the left, marginal rays Si, S 2 ).
  • the LED light source 541 on the far right in the illustration according to FIG. 3 f has no
  • photodiodes 551 of the detection unit 550 on the input side of the entrance window 202 and on the exit side of the exit window 203 of each cuvette 201 are channel-like passages 578 in the wall of the cell
  • Light distribution device 542 cuvette inlet radiation emerging as well as unwanted radiation components U 2 emerging from the cuvette 201
  • Cell receptacle 578 according to a variant shown in Fig. 3i as a channel 594 smooth surface, be designed with a smaller diameter in relation to the length of the bore and thereby hide the unwanted radiation components Ui, U 2 on the way to the photodiode 551.
  • the channel-like feedthrough 578 according to FIG. 3h can have an exemption 593 or a cavity in which the unwanted radiation components Ui, U 2 run dead.
  • Bushings 578 according to FIG. 3g have a grooved or serrated structure 592, on which unwanted radiation components Ui, U 2 , which is too large Angular deviation from the beam axis have blocked or absorbed.
  • This variant can be cost effective in a single, above all
  • Grooved structure 592 can be realized by means of threaded holes.
  • the light guidance or light guidance in the optical measuring unit takes place in several steps in order to meet the requirements:
  • the spatially broadly emitted light of the LEDs 548 is collected by means of optical lenses, TIR lenses 549 or parabolic mirrors, parallelized and directed in the direction of the interior of the light distribution device 542.
  • the LED 548 may also be arranged in the focal point of the converging lens 590, which aligns the light of the LED 548 as parallel as possible.
  • the further progression of insufficiently parallelized portions of the light can be prevented.
  • optical bandpass filters such as interference filters 553, are provided to obtain a predetermined, narrowband, monochromatic light.
  • the interference filter 553 may be followed by a diverging lens 591 in order to emit those exiting from the interference filter 553
  • the substantially parallelepiped light distributor device 542 is configured in such a way that the outlet openings 547 have a diffuse one reflective surface 543 is arranged and with the exception of the inlet and outlet openings, the remaining inner surfaces have diffusely reflecting and / or reflecting surfaces.
  • the cover surface has a corrugated structure 544 (see FIG. 3 b), while the remaining inner surfaces are preferably flat, so that light is scattered or reflected as effectively as possible over a spectral range of approximately 340 to 800 nm.
  • the outlet openings 547 are arranged, through which the light can pass directly to the entrance windows 202 of the cuvettes 201.
  • Interposition of a diaphragm between the light distribution device 542 and the cuvette 201 generates a beam directed into the interior of the cuvette 201.
  • the measuring radiation is directed from the exit window 203 of the cuvette 201, if necessary with the interposition of an aperture, to the photodiode 551 of the detection unit 550.
  • the light distribution device 542 on the output side of in a wall, for example, the rear wall, the light distribution device 542 arranged through holes or pinholes 576 monitor or
  • Reference detectors 575 arranged with which fluctuations of the measuring radiation can be detected at any time.
  • Each cuvette 201 may be assigned a pinhole plate 576 together with a reference detector 575. If each cuvette 201 a
  • Reference photodiode is assigned, these are preferably at the
  • Reference detectors 575 provided (see Fig. 2a).
  • the stationary cuvette array 200 may be
  • each segment 210 is assigned a separate light providing unit 540 fixed.
  • Each segment 210 is associated with a common, over the entire length of the segment extending light distribution device 542, which via a
  • n of mounting positions for LED light sources 541 for up to, for example, 16 optical channels with light of different wavelengths (l ⁇ to lh) has.
  • the individual LEDs of the LED light sources 541 may preferably be arranged in the form of an LED array on a common printed circuit board 582, for example made of aluminum. Adjacent installation positions (see Fig. 2a) may be equipped to increase the intensity of LED light sources same Wellenläge. In the area of the front, the light distribution device 542 adjacent
  • the light distributor 542 has a circular opening, the so-called outlet opening 547, through which the light generated by the LEDs is irradiated through the entrance window 202 into the interior of the cuvette 201.
  • the feedthrough 578 in the cuvette receptacle 579, between the outlet opening 547 and the entrance window 202 into the cuvette 201, according to FIG. 3d, can also have a funnel-shaped design and optionally diaphragms
  • the optical feedthroughs 578 in the cuvette receptacle 579 can thus be funnel-shaped (FIG. 3d) independently of one another on both sides of the inlet 202 and exit windows 203 of the cuvette 201, as a smooth-surfaced channel 594 (FIG. 3i) with a grooved or toothed structure 592 ( Figure 3g) or with in the channel
  • Cell receptacle 579 made of a light-absorbing material or are coated with such.
  • the light of each optical channel of the LED light sources 541 passes through the circular
  • the measurement of the intensity I of the light transmitted through the cuvettes 201 takes place by means of a stationary array of photodiodes 551 (at least one
  • Light distribution device 542 facing away exit window 203 of the cuvettes 201 are placed.
  • a second photodiode may be arranged on each cuvette 201 in an angle rotated by 90 °, for example, from the continuous beam path for carrying out nephelometric scattered light measurements.
  • a solid aluminum block 583 for example with the aid of Peltier components tempered (cooling and heating possibility) attached to the circuit board 582 of the LED light sources 541.
  • the electronics shown schematically in FIG. 4 for the optical measuring unit 500 consists of a plurality of circuit units, which are distributed over a plurality of printed circuit boards and corresponding to their function on the stationary cuvette array 200 (see arrow) are geometrically placed.
  • the printed circuit board of the transmitting unit 580 contains 16 parallel current sources 581 which are each assigned to a specific light source (LED 548) with a specific wavelength.
  • the current sources 581 may be controlled by an optical controller (584) in magnitude and in pulse length, so that a desired current pulse in length and magnitude for the
  • Light pulse can be adjusted.
  • the LED supply voltage can also be controlled individually for each LED channel.
  • the board of the transmitting unit 580 is screwed for the purpose of thermostating with an aluminum block 583 with cooling fins 577 (see Fig. 2a) and by means of Peltier elements to an adjustable Temperature, for example, between 29 ° C and 41 ° C, regulated.
  • the thermal drift of the current sources 581 can thereby be reduced to a minimum.
  • the power loss occurring in the current sources 581 is determined by the time
  • Current source 581 activated per unit of time, thus always only light with a certain predetermined wavelength is generated.
  • the actual light sources are realized on a separate, cooled aluminum circuit board 582 by means of, for example, 16 selected LEDs 548 having the desired 16 wavelengths.
  • the aluminum circuit board 582 is for the better
  • the LEDs used thermal coupling of the LEDs used, screwed to the aluminum block 583 and thus also at a constant temperature (for example, + 37 ° C) operated.
  • a constant temperature for example, + 37 ° C
  • the LEDs have a constant average temperature and thus produce a low spectral shift.
  • the aluminum circuit board or board 582 with the LEDs is directly on the
  • Light distribution device 542 (see Fig. 2a) arranged to best possible
  • the light of the LEDs 548 is first aligned in parallel via TIR lenses 549 and tube body 552, then spectrally filtered via optical filters 553 and then evenly distributed in the interior of the light distribution device 542 so that the light on 16 adjacent outlet openings 547 to the 16th
  • Another circuit board 585 is equipped with up to 16 monitor or reference photodiodes 575 which detect the light generated by the LEDs 548 prior to passage of the respective cuvette.
  • monitor or reference photodiodes 575 only two global monitor or reference photodiodes 575 can be used. In this case, the light is not directly in front of each cuvette but in several, suitable places of
  • Light distribution device 542 measured. Due to the constant geometric conditions, the light in front of each cuvette can be converted using a geometry factor.
  • This circuit board contains one of the number of
  • Cuvettes in the segment 210 of the cuvette array 200 corresponding number of photodiodes 551 (16 photodiodes in the example shown) for the light emitted from the cuvettes 201 transmitted light.
  • the detector unit processes per cuvette two analog values of the two associated photodiodes 551, 575 of transmitted light and
  • a third analog value can be detected by each cuvette by means of a laterally arranged photodiode, the signal path of which, however, being shown in FIG.
  • the two signal paths starting from the photodiodes 551, 575 are processed synchronously by two 16: 1 multiplexers 587, inverters, integrators and ADCs and converted into a digital measured value.
  • Multiplexers 587 allow the selection, for example, of 16 cuvette channels, and to switch sequentially in a configurable sequence.
  • the cuvette 201 experiences light attenuation of several decades.
  • the photodiodes 551 are usually operated in the lowest control range just above the dark value.
  • the resulting very low photocurrents have a high sensitivity to electrical noise of all kinds. Therefore, it is essential that the photodiode (photocurrent) signal be amplified in close proximity to the detector, the photosensitive layer, and that both the power supply and the layout of the circuit be optimized for electrical noise.
  • the preferred arrangement has one on a single circuit board 586
  • present compact circuit with multiple, spaced apart the cuvettes 201 of the cuvette array 200 photodiodes 551 of the detection unit 550 with immediately following the electrical outputs of the individual photodiodes 551 following preamplifiers 589 (preferably transimpedance amplifiers), subsequent low pass filters, multiplexer, integrator and 24 bit ADCs.
  • preamplifiers 589 preferably transimpedance amplifiers
  • subsequent low pass filters preferably transimpedance amplifiers
  • multiplexer preferably transimpedance amplifiers
  • integrator integrator
  • 24 bit ADCs particularly preferred are photodiodes 551 with a transimpedance amplifier integrated in the housing of the photodiode.
  • each segment 210 is assigned a separate light distribution device 542 fixedly (see FIGS. 2 a / b)
  • additional circuit boards indicated by dashed lines are provided at the transmission unit 580, the circuit board for the LEDs 582, the circuit board for the monitor - respectively.
  • the central circuit board 584 for the optical measuring unit 500 is equipped with the optical controller.
  • the optical control unit is realized by a programmable logic (FPGA) as a state machine and at the same time the transmitting unit 580 and operate the detector unit 586.
  • FPGA programmable logic
  • the individual light measurements are broken down into light and dark measurements and can be parameterized differently line by line in a configuration memory.
  • the state machine processes these configuration lines in sequence, whereby lines can also be skipped.
  • the distinction for light and dark measurement is defined by a flag in the configuration line, as well as the desired cuvette channel and light source. Furthermore, in the configuration line, the desired delay settings, amperage and
  • Pulse length the selection of the reference photodiode, the LED supply voltage, the oversampling and averaging default and the
  • the detector unit 586 is driven synchronized to the transmitting unit 580 and can be set by global parameters with averaging or oversampling settings. Furthermore, the desired integration time is read out of the configuration line with which the light signal is to be integrated. Likewise, the delay time for the integrator and the integration slope can be selected here by means of global parameters, so that the settling times of the measurement signal and the integration speed can be switched over.
  • the analog measured value is thus selected from the corresponding photodiode 551 with transimpedance amplifier via the multiplexer 587 and measured by means of inverter and integrator and optional logarithmic amplifier and digitized with a high-resolution ADC measurements with or without oversampling. Ultimately - if a scattered light measurement takes place - three
  • Analog measured values (transmitted light, monitor or reference light, scattered light) digitized simultaneously with three ADCs and stored as raw measured values in the internal memory line by line. It is essential that the measurement of transmitted light and monitor or
  • the internal memory contains all raw data and is cyclically read by the evaluation processor by software and converted by a conversion algorithm into a final measured value.
  • the conversion takes into account the dark value and light value as well as the Io measurement and Ii measurement before and after mixing in of the reagents.
  • the temporal change of the measured values can also be detected by successive measurements. It is essential that the measurements are periodic and give a repeatable measurement cycle in accordance with the set period.
  • the calculated data are packaged per cuvette into defined data packets and transmitted to the main computer 588 by means of a local Ethernet interface.
  • a local Ethernet interface As a result of this data reduction, it is possible to process all cuvettes of the cuvette array 200 of the optical measuring unit 500 and to transfer them to the main computer 588.
  • the measurement of I or Io in rapid succession for each cuvette with a high sampling frequency (> lHz) is possible.
  • Detection unit 500 to control or read.
  • the periodic drive signal of the individual LED light sources 541 is determined in terms of pulse and integration duration and the current level used for each combination of cuvette and wavelength for the measurement mode used and not changed during operation.
  • the control of 16 LED light sources 541 takes place via 16 separate current sources 581 and their environment hardware.
  • the exposure of each cuvette to each spectral channel of the LED light sources 541 and the integration times used are individually defined (16 x 16 combinations).
  • the individual LEDs emit (or in individual positions to increase the intensity also several LEDs) in the course of a measurement cycle in sequential
  • Sequence one light pulse which is repeatedly reflected in the interior of the light distribution device 542 on the inner walls and finally passes through the 16 outlet openings 547 to the 16 associated cuvettes 201 (see Fig. 3a).
  • the measurement is done individually for each combination of cuvette and wavelength, whereby in modes 1 and 2 a light pulse is generated for each measurement point.
  • the spectral channels (l ⁇ ... l16) of the individual LED light sources 541 are activated and deactivated in a fixed order.
  • the resulting light flashes are detected and measured by the photodiode 551 selected by the multiplexer 587.
  • the sensors After passing through all the spectral channels, the sensors are moved from the cuvette position K1 to the
  • the measuring method according to modes 1 and 2 is thus characterized in that the spectral channels l ⁇ ... lh the individual LED light sources 541 in one
  • the LED light sources 541 are switched in a different order than in modes 1 and 2, respectively.
  • Each LED light source 541 or each spectral channel is in the cycle (indicated by the dotted line) only turned on once and then measured all 16 cuvettes in a row, with no dark measurement between these individual measurements.
  • the first cuvette Kl comes with a delay
  • the other cuvettes K2 to K16 can be measured faster without additional settling time.
  • each LED is turned on only once, measuring all 16 cuvettes at a time. If a dark measurement is required, a dark value is measured once, for example at the beginning or end of the cycle for the measurement of the 16 cuvettes.
  • Cuvette positions require 16 x 16 light measurements. Adding the 16 dark measurements (once per cycle) gives 272 individual measurements.
  • the measuring method according to mode 3 is therefore characterized in that the spectral channel AI of the first LED light sources 541 is activated, wherein in a predetermined order the photodiodes 551 arranged in the cuvette positions Kl ... Km are detected, wherein after the passage of all
  • Mode 3 is faster overall than the 512 alternately running modes
  • the light supply unit 540 has at least one one-dimensional, rod-shaped light source array 554 with a plurality of LED light sources 541 aligned along the stationary cuvette array 200, for example an analytical device is and is designed movable along the stationary cuvette array 200.
  • Each cuvette 201 of the stationary cuvette array 200 can thus each LED light source 541 of
  • Light source arrays 554 are assigned.
  • an LED light source 541 is preferably arranged together with a beam splitter 555 and a reference detector 556 in a common, for example tubular, housing 560.
  • Light paths of the individual juxtaposed LED light source 541 can be separated thereby.
  • Individual LED light sources 541 of the rod-shaped light source array 554 may have a narrow-band filter 558 for injecting the light into the cuvettes 201, optical elements 557 for collimating and improving the spectral characteristic of the light. Furthermore, a condenser, preferably a
  • Conveying lens 559 be provided for focusing the light in the cuvette 201.
  • the optical elements 557 for collimation, for filtering 558 and for focusing 559 can be omitted in their entirety or at least partially.
  • the individual cuvettes 201 of the stationary cuvette array 200 fix
  • Photodiode array on a common board 572 arranged.
  • Detecting unit 550 has - starting from each cuvette 201 of the stationary cuvette array 200 - a, for example, tubular receptacle 573, in which - if necessary - optical elements 569 for bundling the
  • Measuring radiation on the photodiode 551 and - if necessary - a filter element 574 are arranged.
  • Wavelength range of ultraviolet and visible light are performed by the individual LED light sources 541 different wavelengths of the light providing unit 540 are positioned in succession in front of the individual cuvettes 201. Then, in each case, the intensity of the light which has passed through the respective cuvette 202 is then transmitted through the permanently assigned, stationary one
  • Detector unit 550 measured. As an alternative to positioning, a measurement is also "on the fly”. in passing possible.
  • the third embodiment of the optical measuring unit 500 the LED light sources 541 of the light supply unit 540 are arranged as a 2D LED array 561, each cuvette 201 of the stationary cuvette array 200 is a stationary 2D LED array 561 is fixed.
  • the measurement processes can be significantly accelerated by eliminating mechanical movements within the optical measuring unit 500 ,
  • the LED light sources 541 may be arranged in the light supply unit 540 as a single 2D LED array 561 (as in the detailed illustration of FIG. 7c), wherein the
  • Light supply unit 540 along the entire stationary cuvette array 200 or a segment 210 of the cuvette array 200 is carried out movable (similar to that shown in Fig. 6a), such that each cuvette 201 of
  • the 2D LED array 561 can be assigned.
  • a light supply unit 540 with a 2D LED array 561 is provided for each segment 210.
  • a 2D lens array 562 For feeding the light of the individual LEDs 548 of the 2D LED array 561 into the cuvettes 201, a 2D lens array 562 is provided for collimating the light of the individual LEDs. Furthermore, a 2D filter array 563 for narrow-band filtering of the light is arranged in the beam path for improving the spectral characteristic. The filter array 563 may not have a filter function in individual positions, for example if a narrow-band and parallel emitting laser diode is arranged in this position of the 2D LED array 561.
  • At least one condenser preferably one
  • Conveying lens 564 for focusing the light in the individual cuvettes 200th
  • the 2D LED array 561 consists of LED emitters bonded on a single substrate 565, the 2D lens array 562 being a 2D microlens array and the 2D filter array 563 being a 2D micro-interference filter array.
  • one LED light source 541, comprising a 2D LED array 561, a 2D lens array 562, a 2D filter array 563 and a converging lens 564 can preferably be arranged together with a beam splitter 566 and a reference detector 567 in a common housing 568.
  • each cuvette 201 has an individual photometer unit consisting of a light supply unit for light with up to 9, 12 or 16 different wavelengths (l ⁇ to lh) which are generated by individual LEDs 548.
  • a light supply unit for light with up to 9, 12 or 16 different wavelengths (l ⁇ to lh) which are generated by individual LEDs 548.
  • LEDs 548 When using commercial LEDs (side length about 2 mm and a distance of about 0.5 mm) which are soldered by means of push-through mounting on a board, is in a 4 x 4 array with an area of about 10 x 10 mm 2 to count.
  • the semiconductors of the individual LEDs can be implemented in a space-saving area of less than 5 ⁇ 5 mm 2 .
  • the LED chips are preferably bonded directly to a highly thermally conductive aluminum circuit board.
  • edge length of 300 to 900 pm and a distance of about 100 pm for example, 16 LED chips can be accommodated on a square surface of 1.6 to 4 mm edge length. Accordingly, the individual show
  • the LED chips may be placed on the 2D array in columns or rows, e.g. 3 x 3, 3 x 4 or 4 x 4, or be arranged in concentric circles.
  • the detection unit 550 has, starting from each cuvette 201 of the stationary cuvette array 200, a tubular receptacle 573, for example, in which optical elements 569 for focusing the measuring radiation onto the photodiode 551 and if necessary - a filter element 574 are arranged.
  • the individual cuvettes 201 permanently assigned photodiodes 551 of the detection unit 550 are preferably arranged as a photodiode array on a common board 572.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Messeinheit (500) zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten (201) aufgenommen sind, mit einer Lichtbereitstellungseinheit (540) zur Abgabe einer Eintrittsstrahlung in die Küvetten (201), sowie mit einer Detektionseinheit (550) zur Erfassung einer aus den Küvetten (201) austretenden Messstrahlung und Umwandlung der Messstrahlung in ein elektrisches Messsignal. Erfindungsgemäß weist die Lichtbereitstellungseinheit (540) mehrere im UV/VIS/NIR-Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED-Lichtquellen (541) auf, wobei die aneinander gereihten Küvetten (201) ein stationäres Küvettenarray (200) bilden und die Detektionseinheit (550) der optischen Messeinheit (500) so ausgelegt ist, dass jeder Küvette (201) des Küvettenarrays (200) zumindest eine Fotodiode (551) fix zugeordnet ist.

Description

Optische Messeinheit und optisches Messverfahren zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien
Die Erfindung betrifft eine optische Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten aufgenommen sind, mit einer Lichtbereitstellungseinheit zur Abgabe einer Eintrittsstrahlung in die Küvetten, sowie mit einer Detektionseinheit zur Erfassung einer aus den Küvetten
austretenden Messstrahlung und Umwandlung der Messstrahlung in ein elektrisches Messsignal. Weiters betrifft die Erfindung ein optisches Messverfahren zur
Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien.
In optischen Messeinheiten zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien kommen unterschiedliche Messarten zum Einsatz:
Fotometrie
Bei dem der fotometrischen Messung zugrundeliegenden physikalischen Effekt handelt es sich um die Absorption von Licht bestimmter Wellenlängen durch bestimmte, in einer Flüssigkeit vorhandene Substanzen. Die daraus folgende Verringerung der Intensität des durch die Küvette durchgehenden Lichts wird messtechnisch erfasst und erlaubt eine quantitative Ermittlung der Konzentration einer Substanz unter Einbeziehung der folgenden Gleichungen :
T = I / Io (Eq 1)
E = - log T = log (I0 / I) (Eq 2)
E = e . c . d (Eq 3) Lambert- Beer'sches Gesetz wobei T ... Transmission
E ... Extinktion
10 ... Intensität in Abwesenheit der Licht absorbierenden Substanz
1 ... Intensität in Anwesenheit der Licht absorbierenden Substanz
c [mol / I] ... Stoffmengenkonzentration
d [cm] ... Dicke der absorbierenden Flüssigkeitsschicht
e [I mol 1 cm 1] ... molarer Extinktionskoeffizient (stoffabhängige Größe)
Die Stoffmengenkonzentration c lässt sich also direkt aus dem Ergebnis einer Extinktions- bzw. Transmissionsmessung berechnen. Diese Art der Messung kommt bei chemischen und enzymatischen Reaktionen zur Bestimmung der
Stoffmengenkonzentration bestimmter in der Probe (Blutplasma, Harn, etc.) vorhandener Analyte zum Einsatz. Dabei entstehen oder verschwinden Licht absorbierende Substanzen (Farbstoffe), aus deren Extinktion oder Änderungen der Extinktion dann auf die Stoffmengenkonzentration der zu bestimmenden Analyte geschlossen wird.
Im Bereich der klinisch-chemischen Analyse erfolgt die Bestimmung zahlreicher Parameter mit Hilfe fotometrischer Methoden, z. B. die Bestimmung von Enzymen (AP, GOT, GPT, g-GT, Amylase, CK), Elektrolyten (Na+, K+, Ca2+, CI , Mg2+), organ- spezifischen Substanzen (Herz, Leber, Niere) und zahlreichen Stoffwechselgrößen (Bilirubin, Gesamt-, HDL- und LDL-Cholesterin, Triglyzeride, Glukose, Harnsäure, Kreatinin, Harnstoff und Laktat).
Turbidimetrie und Nephelometrie
Diese Art der Messung kommt bei homogenen Immunoassays zum Einsatz, wobei bestimmte Analyte, wie beispielsweise Metabolite, Enzyme, Peptide oder Proteine, mit Antikörpern, in Reaktion gebracht werden. Dabei entstehen größere Strukturen, die eine erhöhte Lichtstreuung bzw. eine Trübung des Reaktionsgemisches verursachen.
Während sich bei der Transmissionsmessung mit zunehmender Analytkonzentration die Intensität des durchgehenden Lichtstrahls in Folge der zunehmenden Trübung abschwächt, erhöht sich in einem Detektionswinkel von beispielsweise 90° die Intensität des gestreuten Lichtstrahls mit zunehmender Trübung.
Die Trübungsmessung in Form der Transmissionsmessung wird als Turbidimetrie bezeichnet. Die betreffende Messvorrichtung als Turbidimeter. Die in einem Winkel von beispielsweise 90° zum durchgehenden Lichtstrahl erfolgende
Streulichtmessung wird als Nephelometrie bezeichnet, die betreffende
Messvorrichtung als Nephelometer.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden einige wesentliche, in der gegenständlichen Anmeldung verwendete technische Begriffe näher definiert: flüssiges Medium :
Dabei handelt es sich um flüssige Proben, flüssige Reagenzien oder deren Gemische bzw. Reaktionsgemische.
Probe:
Als Analysenprobe (meist nur Probe oder Stoffprobe genannt) wird die Gesamtheit des zu untersuchenden Materials bezeichnet.
Analyt: Analyte sind diejenigen in einer Probe enthaltenen Stoffe, über die bei einer chemischen Analyse eine Aussage, beispielsweise über deren
Stoffmengenkonzentration, getroffen werden soll, d.h. welche analysiert werden sollen.
Reagenz:
Als Reagenz wird ein Stoff bezeichnet, der beim Kontakt mit bestimmten anderen, in einer Probe vorhandenen Stoffen eine spezifische Reaktion zeigt. Die Zugabe eines Reagens zu einer Probe führt zu einer chemischen Reaktion mit Bildung einer charakteristischen Farbänderung, die Rückschlüsse auf die An- oder Abwesenheit und auf die Stoffmengenkonzentration bestimmter Analyte in der Probe erlaubt.
Küvette :
Eine Küvette im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet ein allseitig
verschlossenes, nach oben hin offenes und thermostatisierbares Gefäß zur
Aufnahme von Proben- und Reagenzienflüssigkeiten und der sich daraus
ergebenden Reaktionsgemische und dient zur Vermessung der Reaktionsgemische mittels fotometrischer und/oder lumineszenzoptischer Verfahren. Eine Küvette im Sinne der vorliegenden Erfindung weist zumindest ein für das angewandte optische Messverfahren durchlässiges, in einer Seitenwand der Küvette angeordnetes Fenster auf oder ist zur Gänze optisch transparent ausgeführt. stationäres Küvettenarrav:
Bezeichnet eine Vielzahl aneinander gereihter Küvetten, welche ortsfest angeordnet sind und während des gewöhnlichen Messbetriebs nicht bewegt werden. optische Elemente zur Kollimation :
Dabei handelt es sich um optische Elemente zur Erzeugung eines möglichst parallelen Strahlenverlaufs. Grundsätzlich wird dabei das Licht einer mehr oder weniger punktförmigen Quelle in ein paralleles Strahlenbündel verwandelt. Optische Elemente die das von einer LED ausgehende Licht im Wesentlichen parallel ausrichten, sind beispielsweise Sammellinsen, TIR-Linsen, Parabolspiegel, und Blendenanordnungen. optische Elemente zur Filterung:
Dabei handelt es sich um optische Bauelemente, insbesondere um Interferenzfilter, um das transmittierte Licht weilenlängen- bzw. frequenzabhängig, d.h.
farbabhängig für sichtbares Licht, zu filtern. Zumeist sind diese Bauelemente als dielektrische Schichten auf einem dünnen Träger aufgebaut. Nachdem der wellenlängenabhängige Transmissionsgrad vom Einfallswinkel des Lichts abhängt, ist es vorteilhaft, wenn die auf das Filterelement einfallenden Lichtstrahlen möglichst parallel verlaufen und parallel zur optischen Achse ausgerichtet sind.
Verwendung finden Bandsperrfilter, Langpassfilter, Kurzpassfilter, Bandpassfilter und dichroitische Interferenzfilter. Besonders bevorzugt sind Bandpassfilter, da sie einen hohen Transmissionsgrad für ein bestimmtes Wellenlängenband aufweisen, während kürzere oder längere Wellenlängen absorbiert werden.
Kondensor bzw. Kondensorlinsen :
Dabei handelt es sich um eine Anordnung von ein bis zwei Linsen die einen möglichst großen Teil des Lichts einer LED in eine Küvette einstrahlen bzw. um eine derartige Anordnung, die einen möglichst großen Teil des aus der Küvette
austretenden Lichts auf eine Fotodiode lenken.
Stand der Technik:
In der US 8,675,187 B2 (Hitachi) wird eine optische Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien und ein damit ausgestattetes Analysesystem beschrieben. Wie in Fig. la der gegenständlichen Anmeldung dargestellt, wird eines von mehreren an einer Drehscheibe 23 kreisförmig angeordneten
Reaktionsgefäßen 24 in ein Temperaturbad 25 eingetaucht, das mit Wasser 26 konstanter Temperatur gefüllt ist. Ein fix im Temperaturbad 25 angeordnetes Fotometer 27 weist eine LED-Lichtquelle 28 auf, deren Licht mittels einer
Kondensorlinse 29 und eines Umlenkspiegels 30 in die im Reaktionsgefäß 24 vorliegende Probe 31 eingestrahlt wird. Als Lichtquelle kann auch ein Halbleiterlaser verwendet werden. An der gegenüberliegenden Seite des Reaktionsgefäßes 24 ist ein Fotodetektor 32 des Fotometers 27 angeordnet. Ein- und austrittsseitig des Reaktionsgefäßes 24 sind in der Messposition 33 des Fotometers 27 Blenden 34 für die Ein- und Austrittsstrahlung vorgesehen. Nachteilig ist der mechanische und messtechnische Aufwand im Zusammenhang mit Reaktionsgefäßen die kreisförmig an einer Drehscheibe angeordnet sind, da die einzelnen Reaktionsgefäße 24 zur Vermessung der Proben in eine Messposition des Fotometers 27 bewegt werden müssen.
Die US 2013/0301051 Al (Pogosyan) beschreibt ein kostengünstiges, portables Fotometer, welches - wie in Fig. lb der gegenständlichen Anmeldung dargestellt - als Lichtquellen 35 mehrere LEDs mit verschiedenen Wellenlängen und als Detektor 36 eine Fotodiode oder einen Fotomultiplier aufweist. Das Fotometer kann zur Untersuchung von chemischen, biologischen oder pharmazeutischen Proben verwendet werden, welche sich in einem Probenhalter 37 zwischen den Lichtquellen 35 und dem Detektor 36 befinden. Das Licht der Lichtquellen 35 wird - ggf. nach der Passage eines Interferenzfilters 38 - auf eine lichtstreuende Fläche 39 gerichtet und gelangt über eine Kollimatorlinse 40 und eine Schlitzblende 41 in die im Probenhalter 37 vorliegende Probe. Der Detektor 36 kann - wie dargestellt - von einer ersten Position in eine zweite Position verschwenkt werden. In der
dargestellten Geometrie funktioniert eine Kollimatorlinse optimal, wenn die streuende Fläche sehr klein, quasi punktförmig, gewählt wird, was jedoch die Lichtausbeute schmälert.
Die US 8,064,062 B2 (Beckmann) offenbart - wie in Fig. lc der gegenständlichen Anmeldung dargestellt - ein Fotometer mit einem stationären LED-Array mit den Lichtquellen LI bis L5 und einem stationären Detektor-Array mit den Fotodioden RI bis R5, wobei jeder Lichtquelle eine Fotodiode zugeordnet ist. Die sich auf einem Drehteller befindlichen Küvetten C sind zwischen dem LED-Array und dem
Detektor-Array angeordnet. Bei einer rotatorischen Bewegung der Küvetten C in Pfeilrichtung werden die optischen Strahlengänge gekreuzt und die Proben in den Küvetten C können nacheinander mit dem Licht der unterschiedlichen Wellenlängen AI bis L5 beaufschlagt werden.
Die AT 510 631 Bl (SCAN Messtechnik) beansprucht ein Spektrometer mit multiplen LEDs als Lichtquelle 44, wie in Fig. Id der gegenständlichen Anmeldung dargestellt. Das Spektrometer dient zur Untersuchung der Inhaltsstoffe eines Fluides 42, mittels der Lichtquelle 44 und einem Detektor 45, wobei das Licht der Lichtquelle 44 mit einem vorgegebenen Spektralbereich durch ein Eintrittsfenster 47 durch das zu untersuchende Fluid 42 und durch ein Austrittsfenster 48 zum Detektor 45 geführt wird. Die Lichtquelle 44 wird durch mehrere in einer Halterung 50 angeordnete, mit einer Steuerelektronik 43 verbundene LEDs 49 gebildet, die zur Aussendung von Licht unterschiedlicher Wellenlängenbereiche innerhalb des vorgegebenen Spektralbereichs ausgebildet sind. Die Steuerelektronik 43 ist zur sequentiellen Ansteuerung der Leuchtdioden 49 ausgebildet, wobei in der Halterung 50 gegenüber den Leuchtdioden 49 ein mit der Steuerelektronik 43 verbundener Kompensationsdetektor 51 angeordnet ist. Im Strahlengang zwischen der
Lichtquelle 44 und dem Eintrittsfenster 47 sind eine Linse 46, eine Blende 52 sowie eine Sammellinse 53 angeordnet. Zur Messung des Streulichts des zu
untersuchenden Fluides kann quer zur Messstrahlung ein weiterer Detektor 54 angeordnet sein.
Die WO 2010/122203 Al (Biosystems) offenbart ein auf einer Anordnung von mehreren LEDs als Lichtquelle basiertes Fotometer zur Messung der Absorption und der Trübung einer in einer Küvette vorliegenden Probe. Dabei wird das Licht der einzelnen LEDs mittels Strahlteiler samt Bandpassfilter in den Strahlengang vor der Probe eingekoppelt. Auf der Seite der Lichtquelle ist weiters eine Referenzfotodiode angeordnet. Im Strahlengang nach der Probe, auf der Detektionsseite ist eine Fotodiode angeordnet. Die einzelnen Küvetten werden am Fotometer vorbeigeführt. Nachteiliger Weise ist die Lichtquelle sehr komplex aufgebaut und besteht aus vielen Einzelkomponenten. Zudem muss das Licht der LEDs, die weiter von der Küvette entfernt sind, mehrere Strahlteiler passieren, was zu Intensitätsverlusten führt.
In der US 4,234,539 (Coulter Elelectronics) wird ein automatischer Analysator mit Drehscheiben für Proben-, Reagenzien- und Reaktionsgefäße (Küvetten) mit dazwischen eingebauten Pipettierarmen zum Transfer der Medien beschrieben.
Konzentrisch zu einer Küvetten-Drehscheibe ist ein Rotor angeordnet, auf dem zueinander fix positionierte Paare von Lichtquellen und Fotodetektoren angeordnet sind. Bei entsprechender Positionierung bzw. Drehung kommen die einzelnen Küvetten zwischen Lichtquelle und Fotodetektor zu liegen. In einer alternativen Ausführungsform ist an der Rotationsachse zentral eine einzelne Lichtquelle positioniert und die Fotodetektoren befinden sich (in radialer Richtung gesehen) an der gegenüberliegenden Seite der Küvetten. Während sich nun die Küvetten- Drehscheibe nur langsam dreht, vollführt der Rotor mit der Lichtquelle eine viel raschere Drehbewegung, was zu einer deutlichen Erhöhung der Messfrequenz führt. Weiters kann der Rotor ein Filterrad mit unterschiedlichen Filtern aufweisen, die in den Strahlengang zwischen der zentralen Lichtquelle und der Küvette bringbar sind. Der Rotor muss jedoch bei jeder Küvette stoppen, wonach das jeweilige Filter durch Drehung des Filterrades ausgewählt wird. Es bestehen jedoch auch hier die bereits eingangs beschriebenen Nachteile von Drehtellersystemen bzw. von an
Drehscheiben befestigten Küvetten.
Aus der EP 2 309 251 Al (Siemens Healthcare) ist ein automatischer Analysator mit stationären, in kreisförmiger oder linearer Anordnung vorliegenden Probengefäßen bzw. Küvetten bekannt, wobei die optische Messeinheit auf einer drehbaren
Einrichtung entlang der Probengefäße verfahrbar ausgeführt ist. Gemäß einer Ausführungsvariante kann die drehbare Einrichtung, die die Lichtquelle in Form einer LED und den Fotodetektor in Form einer Fotodiode trägt, unterhalb der Aufnahme der Probengefäße angeordnet sein, wodurch es jederzeit möglich ist, auf die Probengefäße mittels eines Greifarms zuzugreifen. Die drehbare Einrichtung kann auch mehrere LEDs unterschiedlicher Wellenlängen und mehrere Fotodioden aufweisen, damit die Proben bei mehreren Wellenlängen gemessen werden können. Die Fotodioden können durch ein CCD-Element ersetzt sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Messeinheit sowie ein optisches
Messverfahren zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten aufgenommen sind, dahingehend zu verbessern, dass im Verlauf der chemischen Reaktionen in den einzelnen Küvetten und in kurzer zeitlicher Abfolge eine Vielzahl von Messungen bei unterschiedlichen Wellenlängen durchgeführt werden kann, wobei der kinematische Aufwand, bedingt durch translatorische und/oder rotatorische Relativbewegungen zwischen einzelnen Komponenten des Messsystems, möglichst reduziert werden soll. Eine erfindungsgemäße optische Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten aufgenommen sind, wobei jede Küvette mit einem seitlichen Eintrittsfenster und zumindest einem seitlichen Austrittsfenster ausgestattet ist, weist folgende Komponenten auf: eine Lichtbereitstellungseinheit die geeignet ist in zeitlicher Abfolge spektral unterschiedliche Eintrittsstrahlungen in das Eintrittsfenster jeder Küvette abzugeben, wobei die Lichtbereitstellungseinheit mehrere im UV/VIS/NIR- Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED-Lichtquellen aufweist, sowie eine Detektionseinheit die geeignet ist eine aus dem zumindest einen
Austrittsfenster jeder Küvette austretende Messstrahlung zu erfassen und diese in ein elektrisches Messsignal umzuwandeln, wobei die aneinander gereihten Küvetten ein stationäres Küvettenarray bilden und die Detektionseinheit der optischen Messeinheit eine Vielzahl von
Fotodioden aufweist, wobei jedem Austrittsfenster jeder Küvette des
Küvettenarrays zumindest eine Fotodiode fix zugeordnet ist.
Von Vorteil ist insbesondere, dass die Küvetten als unbewegliches, stationäres Küvettenarray angeordnet sind, wobei jeder Küvette ihre individuellen Detektoren (Durchlichtdetektor (für fotometrische und turbidimetrische Messungen) und/oder Streulichtdetektor (für nephelometrische Messungen)) fix zugeordnet sind und dass das aus den einzelnen Küvetten austretende Licht - also auch allfällige
Dunkelsignale und ggf. einfallendes Umgebungslicht - einer jeden Küvette zeitlich unbegrenzt zwecks Korrektur gemessen werden kann. Somit ist es nicht
erforderlich im Vorbeifahren der Detektoren zu messen oder einen Detektor in sequenzieller Abfolge vor mehreren Küvetten im Stop-and-Go-Betrieb zu
positionieren. Dadurch können präzisere Messergebnisse in sehr kurzen
Zeitabständen erhalten, und Messabläufe wesentlich flexibler gestaltet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung weist die
Lichtbereitstellungseinheit zumindest eine stationäre Lichtverteilereinrichtung auf, die das Licht der einzelnen LED-Lichtquellen auf die einzelnen Küvetten des
Küvettenarrays verteilt, wobei die Lichtverteilereinrichtung einen Hohlraum aufweist, dessen innere Flächen zumindest teilweise verspiegelt und/oder diffus reflektierend ausgeführt sind, und wobei die Lichtverteilereinrichtung für jede LED- Lichtquelle eine Eintrittsöffnung zur Einspeisung des Lichts in den Hohlraum aufweist und wobei die Lichtverteilereinrichtung für jede Küvette des
Küvettenarrays eine Austrittsöffnung zur Einspeisung des Lichts in die Küvette aufweist. Dabei handelt es sich um eine kompakte, kostengünstige Variante, da die Lichtverteilereinrichtung, die mehrere LED-Lichtquellen unterschiedlicher
Wellenlänge aufnimmt, stationär einer Reihe von Küvetten zugeordnet ist. Bei Küvettenarrays mit einer großen Anzahl von Küvetten kann das stationäre
Küvettenarray segmentiert sein, wobei jedem Segment eine separate
Lichtverteilereinrichtung fix zugeordnet ist. Insgesamt wird somit eine optische Messeinheit realisiert, die keine beweglichen Komponenten aufweist.
Zur besseren Verteilung des von den einzelnen LED-Lichtquellen unterschiedlicher Wellenläge in die Lichtverteilereinrichtung eingestrahlten Lichts ist die den
Eintrittsöffnungen der LED-Lichtquellen gegenüberliegende, innere Fläche der Lichtverteilereinrichtung bevorzugt gewellt und reflektierend ausgeführt. Obwohl sich unterschiedliche Lichtwege zwischen einzelnen LED-Lichtquellen und Küvetten ergeben, können - bedingt durch die konstanten geometrischen Verhältnisse - Intensitätsunterschiede rechnerisch, durch Parametrierung des Hardware-Setups und/oder durch Kalibriermessungen ausgeglichen werden.
Zur Homogenisierung der in die Küvetten gelangenden Messstrahlung ist die den Austrittsöffnungen zu den Küvetten gegenüberliegende, innere Fläche der
Lichtverteilereinrichtung diffus reflektierend ausgeführt.
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung weist die
Lichtbereitstellungseinheit zumindest ein eindimensionales, stabförmiges
Lichtquellenarray mit mehreren LED-Lichtquellen auf, das entlang des stationären Küvettenarrays ausgerichtet ist und entlang des stationären Küvettenarrays verfahrbar ist, derart, dass jeder Küvette des stationären Küvettenarrays jede LED- Lichtquelle des Lichtquellenarrays zuordenbar ist.
Diese Variante profitiert davon, dass detektorseitig die den einzelnen Küvetten des stationären Küvettenarrays fix zugeordneten Fotodioden als stationäres, lineares Fotodiodenarray vorliegen und vorzugsweise auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind. Der geringfügige Nachteil, eines entlang des stationären
Küvettenarrays verfahrbaren, stabförmigen Lichtquellenarrays, wird durch eine kostengünstige Herstellung (nur ein Lichtquellenarray für eine Vielzahl von
Küvetten) aufgewogen.
Gemäß einer dritten Ausführungsvariante der Erfindung sind die LED-Lichtquellen der Lichtbereitstellungseinheit als 2D-LED-Array angeordnet, wobei jeder Küvette des stationären Küvettenarrays ein stationäres 2D-LED-Array fix zugeordnet ist.
Diese Variante genießt die Vorteile der oben beschriebenen ersten Variante, da die optische Messeinheit ohne bewegliche Komponenten realisierbar ist und jede Küvette über ein individuelles Fotometer, aufweisend ein fix zugeordnetes 2D-LED- Array als Lichtquelle und eine fix zugeordnete Fotodiode als Detektor, verfügt. Eine Sparvariante zur dritten Variante zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtbereitstellungseinheit - ähnlich wie bei der dritten Variante als 2D LED-Array ausgeführt ist, welches - ähnlich wie bei der zweiten Variante entlang des
stationären Küvettenarrays verfahrbar ausgeführt ist. Um die Messfrequenz an einzelnen Küvetten bei langen Küvettenarrays weiter zu steigern, können auch mehrere 2D-LED-Arrays entlang einzelner Segmente des stationären
Küvettenarrays verfahrbar ausgeführt sein. Diese vierte Variante wird gegenüber der dritten Variante dadurch kostengünstiger, dass nicht für jede Küvette ein 2D- LED-Array erforderlich ist.
Ein erfindungsgemäßes optisches Messverfahren zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, insbesondere im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsvariante der Erfindung, zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
• Aufnahme der flüssigen Medien in aneinander gereihte Küvetten, die ein
stationäres Küvettenarray bilden,
• Bereitstellen einer in die Küvetten einstrahlenden Eintrittsstrahlung mit Hilfe zumindest einer stationären Lichtverteilereinrichtung, die zumindest ein Segment des Küvettenarrays optisch kontaktiert,
• wobei in zeitlicher Abfolge nacheinander durch mehrere im UV/VIS/NIR- Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED-Lichtquellen Licht in die Lichtverteilereinrichtung eingestrahlt und auf die einzelnen
Küvetten verteilt wird, und
• Detektieren der aus den Küvetten austretenden Messstrahlung mit Hilfe von zumindest einer - jeder Küvette fix zugeordneten - Fotodiode einer
stationären Detektionseinheit.
Die aus den Küvetten austretende Messstrahlung wird in ein elektrisches Messsignal umgewandelt und nach entsprechender Aufbereitung in einer Anzeigeeinheit dargestellt.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von zum Teil schematischen
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. la bis Fig. Id unterschiedliche, optische Messeinheiten (Fotometer und
fotometrische Messeinrichtungen) zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien gemäß Stand der Technik,
Fig. 2a eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen, optischen
Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien in einer dreidimensionalen Ansicht, mit Blickrichtung auf die
Lichtbereitstellungseinheit, Fig. 2b die Ausführungsvariante gemäß Fig. 2a in einer dreidimensionalen Ansicht, mit Blickrichtung auf die Detektionseinheit,
Fig. 3a eine Schnittdarstellung der Lichtbereitstellungseinheit gemäß Fig. 2a nach Linie II-II in Fig. 3b,
Fig. 3b eine Schnittdarstellung der Lichtbereitstellungseinheit gemäß Fig. 2a nach Linie III-III in Fig. 3a,
Fig. 3c eine dreidimensionale Detaildarstellung eines Röhrenkörpers der
Lichtbereitstellungseinheit gemäß Fig. 2a,
Fig. 3d eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 3a,
Fig. 3e eine Variante der Lichtbereitstellungseinheit in einer Schnittdarstellung gemäß Fig. 3a,
Fig. 3f die Variante der Lichtbereitstellungseinheit gemäß Fig. 3e in einer
Schnittdarstellung nach Linie IV-IV in Fig. 3e,
Fig. 3g bis Fig. 3i drei unterschiedliche Detailvarianten der Strahlführung ein- und ausgangsseitig einer Küvette in einer Schnittdarstellung gemäß Fig. 3f,
Fig. 4 ein Blockschaltbild zur elektronischen Ansteuerung der optischen
Messeinheit gemäß Fig. 2a,
Fig.5a ein erstes Diagramm zur Darstellung eines Messablaufs (Modi 1 und 2),
Fig. 5b ein zweites Diagramm zur Darstellung eines Messablaufs (Modus 3),
Fig. 6a eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen optischen Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien in einer dreidimensionalen Ansicht,
Fig. 6b eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Achse einer Küvette,
normal auf das Küvettenarray,
Fig. 7a eine dritte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen optischen Messeinheit zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien in einer dreidimensionalen Ansicht,
Fig. 7b eine vergrößerte Schnittdarstellung durch die Achse einer Küvette,
normal auf das Küvettenarray, sowie
Fig. 7c eine vergrößerte Detaildarstellung aus Fig. 7a. Die in den Fig. la bis ld dargestellten optischen Messeinrichtungen betreffen Beispiele zum Stand der Technik und wurden bereits in der voranstehenden
Beschreibungseinleitung ausführlich dargelegt.
Funktionsgleiche Teile sind in den einzelnen Ausführungsvarianten der Erfindung mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die im Folgenden beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten der optischen Messeinheit 500 zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten 201 eines stationären (d.h. feststehenden) Küvettenarrays 200 aufgenommen sind, weisen folgende Grundelemente auf: eine Lichtbereitstellungseinheit 540 zur Abgabe einer Eintrittsstrahlung in die Küvetten 201 des Küvettenarrays 200, wobei die Lichtbereitstellungseinheit 540 mehrere im UV/VIS/NIR-Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED-Lichtquellen 541 aufweist, sowie eine Detektionseinheit 550 zur Erfassung einer aus den Küvetten 201 des
Küvettenarrays 200 austretenden Messstrahlung und Umwandlung der
Messstrahlung in ein elektrisches Messsignal, wobei die Detektionseinheit 550 so ausgelegt ist, dass jeder Küvette 201 des Küvettenarrays 200 zumindest eine Fotodiode 551 fix und stationär zugeordnet ist.
Die in den Fig. 2a und 2b sowie Fig. 3a bis 3d dargestellte, erste
Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen, optischen Messeinheit 500 weist zumindest eine stationäre Lichtverteilereinrichtung 542 auf, die das Licht der einzelnen LED-Lichtquellen 541 auf die einzelnen Küvetten 201 des stationären Küvettenarrays 200 verteilt. Im dargestellten Beispiel sind die Küvetten 201 geradlinig, d.h. linear, angeordnet, davon abweichend wären jedoch auch
stationäre, gekrümmte oder kreisförmige Anordnungen denkbar.
Die Lichtverteilereinrichtung 542 weist einen von Wänden gebildeten Hohlraum auf, dessen innere Flächen 543, 544, 545, sowie die Rückwand und die beiden
Stirnflächen zumindest teilweise verspiegelt und/oder diffus reflektierend
ausgeführt sind. Die Lichtverteilereinrichtung 542 weist für jede LED-Lichtquelle 541 in der Bodenfläche 545 eine Eintrittsöffnung 546 zur Einspeisung des Lichts in den Hohlraum auf und verfügt für jede Küvette 201 des Küvettenarrays 200 über eine Austrittsöffnung 547 zur Einspeisung des Lichts in die Küvette 201.
Erfindungsgemäß ist die den Eintrittsöffnungen 546 der LED-Lichtquellen 541 gegenüberliegende, innere Fläche 544 an der Deckfläche der
Lichtverteilereinrichtung 542 gewellt und reflektierend ausgeführt, wobei die Wellen der gewellten Innenfläche 544 bevorzugt normal zur Längserstreckung der
Lichtverteilereinrichtung 542 ausgerichtet sind, um das von den einzelnen LED- Lichtquellen 541 eintretende Licht in Längsrichtung der Lichtverteilereinrichtung 542 optimal zu verteilen (siehe Fig. 3b).
Um eine möglichst homogene Beaufschlagung der Küvetten 201 mit der
Messstrahlung zu gewährleisten, ist die den Austrittsöffnungen 547 zu den
Küvetten 201 gegenüberliegende, innere Fläche 543 der Lichtverteilereinrichtung 542 am oberen Teil diffus reflektierend ausgeführt (siehe Fig. 3a). Als Material zur Beschichtung der inneren Fläche 543 im Sichtbereich ausgehend vom
Eintrittsfenster 202 der Küvette 201 eignet sich beispielsweise Bariumsulfat
(BaS04).
Zumindest einzelne LED-Lichtquellen 541 der Lichtbereitstellungseinheit 540 zur Verbesserung der spektralen Charakteristik und zur Einspeisung des Lichts in die Lichtverteilereinrichtung 542 weisen optische Filter, beispielsweise Farbfilter oder Interferenzfilter auf. Im Falle der Verwendung eines Interferenzfilters 553 ist im Lichtpfad eingangsseitig des Interferenzfilters 553 zumindest ein optisches Element zur Kollimation des Lichts angeordnet.
Wie in Fig. 2a und im Detail in Fig. 3a dargestellt, kann die LED-Lichtquelle 541 eine LED 548, angeordnet in einer TIR-Linse 549, einen Röhrenkörper 552 zur Eliminierung nicht-paralleler Strahlanteile der LED, sowie eintrittsseitig in die Lichtverteilereinrichtung 542 ein schmalbandiges Filter, vorzugsweise ein
Interferenzfilter 553, aufweisen. Die aus dem Interferenzfilter 553 austretende Strahlung (im Wesentlichen monochromatisches Licht), soll dabei eine
vorbestimmte Bandbreite mit einer bevorzugten Halbwertsbreite von kleiner/gleich 10 Nanometer, zentriert auf eine vorbestimmte Wellenlänge aufweisen.
Dabei kann der Röhrenkörper 552 parallel zur Längsachse der LED-Lichtquelle 541 verlaufende, längliche Durchgangsöffnungen 570 aufweisen, deren Wände 571 aus einem Licht absorbierenden Material bestehen oder mit einem derartigen Material beschichtet sind (siehe Detaildarstellung gemäß Fig. 3c). Es gelangen somit - innerhalb einer gewissen Toleranz - nur parallel ausgerichtete Strahlen auf das Interferenzfilter 553, da abweichende Strahlen vom Röhrenkörper 552 absorbiert werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der LED-Lichtquellen 541, die an der
Bodenfläche 545 der Lichtverteilereinrichtung 542 angeordnet sind, ist in den Schnittdarstellungen gemäß Fig. 3e und 3f dargestellt. Bei dieser Variante ist eingangsseitig eines Interferenzfilters 553 eine Sammellinse 590 angeordnet, die das von einer LED 548 emittierte Licht für den Eintritt in das Interferenzfilter 553 parallel ausrichtet, wobei ausgangsseitig des Interferenzfilters 553 eine
vorzugsweise asphärische Streulinse 591 zur Auffächerung der in die
Lichtverteilereinrichtung 542 eintretenden Strahlung angeordnet sein kann. Bevorzugt werden die Lichtstrahlen soweit aufgefächert (siehe Randstrahlen Si, S2 in Fig. 3f), dass die inneren Oberflächen der Lichtverteilereinrichtung 542 möglichst homogen ausgeleuchtet werden. Besonders bevorzugt wird bei einer rechteckig ausgestalteten Lichtverteilereinrichtung 542 gemäß Fig. 3e, 3f die der Bodenfläche 545 gegenüberliegende, Fläche 544 möglichst großflächig ausleuchtet, während die seitliche Fläche 543 nicht direkt belichtet wird. Bei einer symmetrisch ausgebildeten Streulinse 591 treten die Lichtstrahlen kegelförmig aus, wodurch die der LED- Lichtquelle 541 direkt gegenüberliegende Fläche 544 der Lichtverteilereinrichtung im Wesentlichen kreisförmig belichtet wird (siehe Fig. 3f, zweite LED-Lichtquelle von links, Randstrahlen S3, S4). Um in allen Austrittsfenstern 547 eine möglichst einheitliche Lichtmenge einer jeden LED-Lichtquelle 541 der
Lichtverteilereinrichtung 542 austreten zu lassen, ist eine möglichst homogene Ausleuchtung der gesamten Fläche 544 mit Hilfe einer asphärischen Streulinse 591 von Vorteil (siehe Fig. 3f, erste LED-Lichtquelle von links, Randstrahlen Si, S2). Die LED-Lichtquelle 541 ganz rechts in der Abbildung gemäß Fig. 3f weist keine
Streulinse auf, sodass in diesem Fall ein parallel ausgerichtetes Strahlenbündel in die Lichtverteilereinrichtung 542 eintritt. Dabei ist es von Vorteil, wenn die direkt gegenüberliegende Fläche 544 zur besseren Lichtverteilung gewellt und ggf.
verspiegelt ausgeführt ist.
Für eine optimale Strahlführung zwischen der Lichtverteilereinrichtung 542 und den einzelnen Küvetten 201 einerseits und zwischen den Küvetten 201 und den
Fotodioden 551 der Detektionseinheit 550 andererseits sind erfindungsgemäß eingangsseitig des Eintrittsfenster 202 und ausgangsseitig des Austrittsfensters 203 jeder Küvette 201 kanalartige Durchführungen 578 in der Wand der
Küvettenaufnahme 579 angeordnet, die Einbauten oder Modifikationen aufweisen, die zur Elimination unerwünschter Strahlungsanteile Ui der aus der
Lichtverteilereinrichtung 542 austretenden Küvetten-Eintrittsstahlung sowie unerwünschter Strahlungsanteile U2 der aus der Küvette 201 austretenden
Messstrahlung dienen.
So kann beispielsweise jede der kanalartigen Durchführungen 578 in der
Küvettenaufnahme 578 gemäß einer in Fig. 3i dargestellten Ausführungsvariante als Kanal 594 mit glatter Oberfläche, mit einem im Verhältnis zur Länge der Bohrung kleineren Durchmesser ausgeführt sein und dadurch die unerwünschten Strahlungsanteile Ui, U2 auf dem Weg zur Fotodiode 551 ausblenden.
In einer bevorzugten Variante kann die kanalartigen Durchführung 578 gemäß Fig. 3h eine Freistellung 593 bzw. einen Hohlraum aufweisen, in welchem sich die unerwünschten Strahlungsanteile Ui, U2 totlaufen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante können die kanalartigen
Durchführungen 578 gemäß Fig. 3g eine gerillte oder gezahnte Struktur 592 aufweisen, an welcher unerwünschte Strahlungsanteile Ui, U2, die eine zu große Winkelabweichung von der Strahlachse aufweisen, geblockt oder absorbiert werden. Diese Variante kann kostengünstig in einem einzigen, sich über alle
Küvettenpositionen erstreckenden Bauteil gefertigt werden, wobei die,
Rillenstruktur 592 mittels Gewindebohrungen realisiert werden kann.
Die Lichtführung bzw. Lichtlenkung in der optischen Messeinheit erfolgt in mehreren Schritten, um den Anforderungen gerecht zu werden :
• Im ersten Schritt wird das räumlich breit abgestrahlte Licht der LEDs 548 mit Hilfe von optischen Linsen, TIR-Linsen 549 oder Parabolspiegeln gesammelt, parallelisiert und in Richtung des Innenraums der Lichtverteilereinrichtung 542 gelenkt. Alternativ kann gemäß Fig. 3e die LED 548 auch im Brennpunkt der Sammellinse 590 angeordnet sein, die das Licht der LED 548 möglichst parallel ausrichtet.
• Im (optionalen) zweiten Schritt kann bei Verwendung einer TIR-Linse mit Hilfe des Röhrenkörpers 552 oder anderer röhrenartiger Bauelemente das weitere Fortschreiten nicht ausreichend parallelisierter Anteile des Lichtes verhindert werden.
• Im dritten Schritt sind optische Bandpassfilter, beispielsweise Interferenzfilter 553 vorgesehen, um ein vorgegebenes, schmalbandiges, monochromatisches Licht zu erhalten. Optional kann dem Interferenzfilter 553 eine Streulinse 591 nachgeschaltet sein, um die aus dem Interferenzfilter 553 austretende
Strahlung entsprechend aufzufächern.
• Im vierten Schritt erfolgt im Innenraum der Lichtverteilereinrichtung 542 die möglichst homogene Verteilung und Lenkung des durch die einzelnen LED- Lichtquellen 541 erzeugten Lichts in die einzelnen Küvetten 201. Dafür ist die im Wesentlichen quaderförmige Lichtverteilereinrichtung 542 derart ausgestaltet, dass den Austrittsöffnungen 547 gegenüberliegend eine diffus reflektierende Fläche 543 angeordnet ist und mit Ausnahme der Eintritts- und Austrittsöffnungen die restlichen Innenflächen diffus reflektierende und/oder spiegelnde Oberflächen aufweisen. Bevorzugt weist die Deckelfläche eine gewellte Struktur 544 auf (siehe Fig. 3b), während die übrigen Innenflächen bevorzugt eben ausgeführt sind, sodass Licht über einen spektralen Bereich von ca. 340 bis 800nm möglichst effektiv gestreut bzw. reflektiert wird. In der Rückwand der Lichtverteilereinrichtung 542 sind die Austrittsöffnungen 547 angeordnet, durch die das Licht direkt zu den Eintrittsfenstern 202 der Küvetten 201 gelangen kann.
• Im fünften Schritt wird durch eine Durchführung 578, ggf. unter
Zwischenschaltung einer Blende zwischen der Lichtverteilereinrichtung 542 und der Küvette 201 ein in das Innere der Küvette 201 gerichtetes Strahlenbündel erzeugt.
• Im sechsten Schritt wird die Messstrahlung vom Austrittsfenster 203 der Küvette 201 ggf. unter Zwischenschaltung einer Blende zur Fotodiode 551 der Detektionseinheit 550 gelenkt.
Erfindungsgemäß sind an der Lichtverteilereinrichtung 542 ausgangsseitig von in einer Wand, beispielsweise der Rückwand, der Lichtverteilereinrichtung 542 angeordneten Durchgangsöffnungen oder Lochblenden 576 Monitor- oder
Referenzdetektoren 575 angeordnet, mit welchen Schwankungen der Messstrahlung jederzeit erfasst werden können. Es kann jeder Küvette 201 eine Lochblende 576 samt Referenzdetektor 575 zugeordnet sein. Falls jeder Küvette 201 eine
Referenzfotodiode zugeordnet ist, befinden sich diese vorzugsweise an den
Austrittsöffnungen 547 der Lichtverteilereinrichtung 542. Es ist auch möglich in der Lichtverteilereinrichtung 542 nur zwei oder drei Lochblenden 576 samt
Referenzdetektoren 575 vorzusehen (siehe Fig. 2a).
Wie in den Fig. 2a/b dargestellt, kann das stationäre Küvettenarray 200
segmentiert bzw. in mehrere Abschnitte unterteilt sein, wobei jedem Segment 210 eine separate Lichtbereitstellungseinheit 540 fix zugeordnet ist.
Jedem Segment 210 ist eine gemeinsame, über die gesamte Länge des Segments verlaufende Lichtverteilereinrichtung 542 zugeordnet, welche über eine
hinreichende Anzahl n von Einbaupositionen für LED-Lichtquellen 541 für bis zu beispielsweise 16 optische Kanäle mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge (lΐ bis lh) verfügt. Die einzelnen LEDs der LED-Lichtquellen 541 können bevorzugt in Form eines LED-Arrays auf einer gemeinsamen Leiterplatte 582, beispielsweise aus Aluminium, angeordnet sein. Benachbarte Einbaupositionen (siehe Fig. 2a) können zur Erhöhung der Intensität mit LED-Lichtquellen gleicher Wellenläge bestückt sein. Im Bereich des vorderen, der Lichtverteilereinrichtung 542 benachbarten
Eintrittsfensters 202 jeder Küvette 201 besitzt die Lichtverteilereinrichtung 542 eine kreisrunde Öffnung, die sogenannte Austrittsöffnung 547, durch welche das von den LEDs erzeugte Licht durch das Eintrittsfenster 202 in das Innere der Küvette 201 eingestrahlt wird. Die Durchführung 578 in der Küvettenaufnahme 579, zwischen der Austrittsöffnung 547 und dem Eintrittsfenster 202 in die Küvette 201 kann gemäß Fig. 3d auch trichterförmig ausgeführt sein und ggf. Blenden
beinhalten.
Die optischen Durchführungen 578 in der Küvettenaufnahme 579 können somit unabhängig voneinander auf beiden Seiten der Ein- 202 und Austrittsfenster 203 der Küvette 201 trichterförmig (Fig. 3d), als Kanal 594 mit glatter Oberfläche (Fig. 3i), mit gerillter oder gezahnter Struktur 592 (Fig. 3g) oder mit im Kanal
befindlichem Hohlraum oder Freistellung 593 (Fig. 3h) ausgestaltet sein. Wie in Fig. 3e dargestellt, können auch unterschiedliche Strukturen (radiale
Freistellung 593 eintrittsseitig der Küvette 201 und Rillenstruktur 592
ausgangsseitig der Küvette 201) zur Eliminierung unerwünschter Streustrahlung in einer Küvettenaufnahme 579 kombiniert werden.
Bevorzugt bestehen die Wände der kanalartigen Durchführungen 578 in der
Küvettenaufnahme 579 aus einem lichtabsorbierenden Material oder sind mit einem solchen beschichtet.
Durch die Verteilung des Lichts innerhalb der Lichtverteilereinrichtung 542 durch multiple Streuungen und Reflexionen an den Innenwänden gelangt das Licht eines jeden optischen Kanals der LED-Lichtquellen 541 durch die kreisrunden
Austrittsöffnungen 547 in das Eintrittsfenster 202 einer jeden, zugeordneten Küvette 201.
Die Messung der Intensität I des durch die Küvetten 201 transmittierten Lichts erfolgt mittels eines stationären Arrays von Fotodioden 551 (zumindest eine
Fotodiode pro Küvette), welche jeweils fix hinter dem hinteren, von der
Lichtverteilereinrichtung 542 abgewandten Austrittsfenster 203 der Küvetten 201 platziert sind.
Optional kann an jeder Küvette 201 eine zweite Fotodiode (nicht dargestellt) in einem vom durchgehenden Strahlengang um beispielsweise 90° verdrehten Winkel zur Durchführung nephelometrischer Streulichtmessungen angeordnet sein.
Zwecks Gewährleistung einer konstanten Umgebungstemperatur der LED- Lichtquellen 541 wird ein massiver Alu-Block 583 beispielsweise mit Hilfe von Peltier-Bauteilen temperiert (Kühl- und Heizmöglichkeit) an der Leiterplatte 582 der LED-Lichtquellen 541 angebracht.
Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Elektronik für die optische Messeinheit 500 besteht aus mehreren Schaltungseinheiten, die auf mehreren Leiterplatten verteilt angeordnet und entsprechend deren Funktion am stationären Küvettenarray 200 (siehe Pfeil) geometrisch platziert sind.
Die Leiterplatte der Sendeeinheit 580 enthält im dargestellten Beispiel 16 parallel aufgebaute Stromquellen 581, die jeweils einer bestimmten Lichtquelle (LED 548) mit einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind. Die Stromquellen 581 können von einem Optik-Kontroller (584) in der Stromstärke und in der Pulslänge geregelt werden, sodass ein gewünschter Stromimpuls in Länge und Stärke für den
Lichtimpuls eingestellt werden kann. Auch die LED-Versorgungsspannung kann für jeden LED-Kanal individuell geregelt werden. Die Platine der Sendeeinheit 580 wird zwecks Thermostatisierung mit einem Alu-Block 583 samt Kühlrippen 577 (siehe Fig. 2a) verschraubt und mittels Peltier Elementen auf eine einstellbare Temperatur, beispielsweise zwischen 29°C und 41°C, geregelt. Die thermische Drift der Stromquellen 581 kann dadurch auf ein Minimum reduziert werden. Die in den Stromquellen 581 anfallende Verlustleistung wird durch die zeitlich
aufeinanderfolgende Ansteuerung vergleichmäßigt. Es wird immer nur eine
Stromquelle 581 pro Zeiteinheit aktiviert, somit wird auch immer nur Licht mit einer bestimmten, vorgegebenen Wellenlänge erzeugt.
Die eigentlichen Lichtquellen werden auf einer separaten, gekühlten Alu-Leiterplatte 582 mittels beispielsweise 16 selektierten LEDs 548 mit den gewünschten 16 Wellenlängen realisiert. Die Alu-Leiterplatte 582 wird wegen der besseren
thermischen Ankopplung der LEDs verwendet, mit dem Alu-Block 583 verschraubt und somit auch auf konstanter Temperatur (z.B. +37°C) betrieben. Die LEDs haben trotz unterschiedlicher Pulslängen konstante mittlere Temperatur und erzeugen damit einen geringen spektralen Shift.
Die Alu-Leiterplatte bzw. Platine 582 mit den LEDs ist direkt an der
Lichtverteilereinrichtung 542 (siehe Fig. 2a) angeordnet, um bestmögliche
Lichteinkopplung in die Lichtverteilereinrichtung 542 zu garantieren. Das Licht der LEDs 548 wird über TIR Linsen 549 und Röhrenkörper 552 zunächst parallel ausgerichtet, dann über optische Filter 553 spektral gefiltert und anschließend im Inneren der Lichtverteilereinrichtung 542 soweit gleichmäßig diffus verteilt, sodass das Licht auf 16 nebeneinanderliegenden Austrittsöffnungen 547 zu den 16
Küvetten 201 des stationären Küvettenarrays (siehe Pfeil 200 in Fig. 4)
ausgekoppelt werden kann.
Eine weitere Leiterplatte 585 ist mit bis zu 16 Monitor- oder Referenzfotodioden 575 ausgestattet, die das von den LEDs 548 erzeugte Licht vor der Passage der jeweiligen Küvette erfassen. Es können aber auch nur zwei globale Monitor bzw. Referenzfotodioden 575 zum Einsatz kommen. In diesem Fall wird das Licht nicht direkt vor jeder Küvette sondern an mehreren, geeigneten Stellen der
Lichtverteilereinrichtung 542 gemessen. Aufgrund der konstanten geometrischen Verhältnisse kann das Licht vor jeder Küvette mit Hilfe eines Geometriefaktors umgerechnet werden.
Ausgangsseitig der Küvetten des Küvettenarrays 200 befindet sich die Leiterplatte 586 der Detektoreinheit 550. Diese Leiterplatte enthält eine der Anzahl der
Küvetten im Segment 210 des Küvettenarrays 200 entsprechende Anzahl von Fotodioden 551 (im dargestellten Beispiel 16 Fotodioden) für das aus den Küvetten 201 austretende Durchlicht. Die Detektoreinheit verarbeitet pro Küvette zwei Analogwerte der zwei zugeordneten Fotodioden 551, 575 von Durchlicht und
Monitor- bzw. Referenzlicht. Für die Streulichtmessung (Nephelometrie) kann von jeder Küvette durch eine seitlich angeordnete Fotodiode ein dritter Analogwert erfasst werden, dessen Signalpfad jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig.
4 nicht weiter dargestellt ist. Die zwei Signalpfade ausgehend von den Fotodioden 551, 575 werden durch zwei 16: 1 Multiplexer 587, Inverter, Integratoren und ADCs zeitsynchron verarbeitet und in einen digitalen Messwert gewandelt. Die Multiplexer 587 ermöglichen es die beispielsweise 16 Küvettenkanäle auszuwählen und zeitlich nacheinander in konfigurierbarer Reihenfolge umzuschalten.
Insbesondere bei Messungen mit hohen Extinktionswerten kommt es in der Küvette 201 zu Lichtabschwächungen um mehrere Dekaden. Bei hohen Extinktionswerten werden die Fotodioden 551 in der Regel im untersten Aussteuerbereich knapp über dem Dunkelwert betrieben. Die resultierenden sehr niedrigen Fotoströme weisen eine hohe Empfindlichkeit gegenüber elektrischen Störsignalen aller Art auf. Daher ist von essenzieller Bedeutung, dass das Signal der Fotodioden (Fotostrom) in enger räumlicher Nähe zum Detektor, der lichtempfindlichen Schicht, verstärkt wird und sowohl die Spannungsversorgung als auch das Layout der Schaltung bezüglich elektrischer Störungen optimiert sind.
Die bevorzugte Anordnung weist eine auf einer einzigen Leiterplatte 586
vorliegende kompakte Schaltung auf, mit multiplen, im Abstand der Küvetten 201 des Küvettenarrays 200 aneinandergereihten Fotodioden 551 der Detektionseinheit 550 mit unmittelbar an den elektrischen Ausgängen der einzelnen Fotodioden 551 folgenden Vorverstärkern 589 (vorzugsweise Transimpedanzverstärkern), nachfolgenden Tiefpassfiltern, Multiplexer, Integrator und 24Bit ADCs. Besonders bevorzugt sind Fotodioden 551 mit einem im Gehäuse der Fotodiode integrierten Transimpedanzverstärker.
Weiters sind eine sauber gefilterte Versorgungsspannung und eine entsprechend rauscharme Referenzspannung auf derselben Detektorplatine für die Qualität der Messsignale von maßgeblicher Bedeutung. Ferner ist auch die Temperaturdrift der Bauteile durch eine konstant geregelte Temperatur der Platine auf ein Minimum zu halten.
Falls das stationäre Küvettenarray 200 segmentiert ist, und jedem Segment 210 eine separate Lichtverteilereinrichtung 542 fix zugeordnet ist (siehe Fig. 2a/b) werden strichliert angedeutete, zusätzliche Leiterplatten bei der Sendeeinheit 580, der Leiterplatte für die LEDs 582, der Leiterplatte für die Monitor- bzw.
Referenzdioden 575 und ggf. der Leiterplatte für die Detektoreinheit 586
eingesetzt. Beispielsweise können bei einer Anordnung von 96 Küvetten 201 im stationären Küvettenarray 200 sechs separate Lichtverteilereinrichtungen 540 mit jeweils 16 Austrittsöffnungen zu den fix zugeordneten Küvetten 201 vorgesehen sein.
Die zentrale Leiterplatte 584 für die optische Messeinheit 500 ist mit dem Optik- Kontroller bestückt. Die optische Steuereinheit wird durch eine programmierbare Logik (FPGA) als Statemachine realisiert und kann zeitgleich die Sendeeinheit 580 und die Detektoreinheit 586 bedienen. Für die Erzeugung des korrekten Zeitablaufs werden die einzelnen Lichtmessungen in Licht- und Dunkelmessungen zerlegt und können in einem Konfigurationsspeicher zeilenweise unterschiedlich parametriert werden. Die Statemachine arbeitet diese Konfigurationszeilen der Reihe nach ab, wobei auch Zeilen übersprungen werden können. Die Unterscheidung für Licht- und Dunkelmessung wird durch ein Flag in der Konfigurationszeile definiert, ebenso wie der gewünschte Küvettenkanal und die Lichtquelle. Des Weiteren sind in der Konfigurationszeile die gewünschten Delay Einstellungen, Stromstärke und
Pulslänge enthalten, weiters die Auswahl der Referenz-Fotodiode, der LED- Versorgungsspannung, die Oversampling- und Averaging-Vorgabe sowie die
Periodendauer.
Die Detektoreinheit 586 wird synchronisiert zur Sendeeinheit 580 angesteuert und kann durch globale Parameter mit Mittelung oder Oversampling Einstellungen gesetzt werden. Des Weiteren wird aus der Konfigurationszeile die gewünschte Integrationszeit ausgelesen, mit der das Lichtsignal integriert werden soll. Ebenso können hier mittels globaler Parameter die Delayzeit für den Integrator und die Integrationssteilheit gewählt werden, sodass man damit die Einschwingzeiten des Messsignals und die Integrationsgeschwindigkeit umschalten kann.
Der analoge Messwert wird somit aus der entsprechenden Fotodiode 551 mit Transimpedanzverstärker über den Multiplexer 587 selektiert und mittels Inverter und Integrator und optionalem logarithmischen Verstärker gemessen und mit einem hochauflösenden ADC Messungen mit bzw. ohne Oversampling digitalisiert. Letztlich werden - falls auch eine Streulichtmessung erfolgt - drei
Analogmesswerte (Durchlicht, Monitor- bzw. Referenzlicht, Streulicht) zeitgleich mit drei ADCs digitalisiert und als Rohmesswerte im internen Speicher zeilenweise abgelegt. Wesentlich ist, dass die Messung von Durchlicht und Monitor- bzw.
Referenzlicht sowie ggf. Streulicht zeitgleich erfolgt.
Der interne Speicher enthält alle Rohdaten und wird vom Auswerteprozessor mittels Software zyklisch ausgelesen und durch einen Umrechnungsalgorithmus in einen endgültigen Messwert umgerechnet. Die Umrechnung berücksichtigt Dunkelwert und Lichtwert und auch die Io Messung und Ii Messung vor und nach Hinzumischen der Reagenzien. Auch die zeitliche Veränderung der Messwerte kann durch aufeinanderfolgende Messungen erfasst werden. Wesentlich ist, dass die Messungen periodisch erfolgen und entsprechend der eingestellten Periodendauer einen wiederholbaren Messzyklus ergeben.
Die berechneten Daten werden pro Küvette in definierte Datenpakete verpackt und mittels lokaler Ethernet Schnittstelle an den Hauptrechner 588 übermittelt. Durch diese Datenreduktion ist es möglich alle Küvetten des Küvettenarrays 200 der optischen Messeinheit 500 zu bearbeiten und an den Hauptrechner 588 zu übergeben. Im Messverfahren ist die Messung von I bzw. Io in rascher Abfolge für jede Küvette mit einer hohen Abtastfrequenz (>lHz) möglich. Dabei gibt es verschiedene
Möglichkeiten die multiplen LED-Lichtquellen 541 und Fotodioden 551 der
Detektionseinheit 500 anzusteuern bzw. auszulesen.
Das periodische Ansteuerungssignal der einzelnen LED-Lichtquellen 541 wird bezüglich Puls- und Integrationsdauer sowie der verwendeten Stromhöhe für jede Kombination aus Küvette und Wellenlänge für den verwendeten Messmodus festgelegt und während des Betriebs nicht verändert.
Im dargelegten Beispiel erfolgt die Ansteuerung von 16 LED-Lichtquellen 541 über 16 separate Stromquellen 581 und deren Umgebungshardware. Die Belichtung jeder Küvette mit jedem spektralen Kanal der LED-Lichtquellen 541 sowie die dabei verwendeten Integrationszeiten werden einzeln definiert (16 x 16 Kombinationen). Die einzelnen LEDs emittieren (bzw. in einzelnen Positionen zur Erhöhung der Intensität auch mehrere LEDs) im Zuge eines Messzyklus in sequentieller
Reihenfolge jeweils einen Lichtpuls, der im Inneren der Lichtverteilereinrichtung 542 an den Innenwänden mehrfach reflektiert wird und schließlich durch die 16 Austrittsöffnungen 547 zu den 16 zugeordneten Küvetten 201 gelangt (siehe Fig. 3a).
Es sind verschiedene Messmodi vorgesehen :
Modus 1 : Detektion des dynamischen LED-Blitzsignals mit konstanter
Integrationszeit und variabler Stromstärke sowie Pulsdauer (256 Blitze)
Modus 2: Detektion des statischen LED-Signals mit variabler Integrationszeit (256
LED-Ansteuerungen) und variabler Stromstärke
Modus 3: Detektion des statischen LED-Signals mit variabler Integrationszeit (16
LED- Ansteuerungen)
Die Messung erfolgt für jede Kombination aus Küvette und Wellenlänge einzeln, wobei bei den Modi 1 und 2 für jeden Messpunkt ein Lichtpuls erzeugt wird.
Wie in Fig. 5a dargestellt, werden in den Modi 1 und 2 die spektralen Kanäle (lΐ ... l16) der einzelnen LED-Lichtquellen 541 in fester Reihenfolge aktiviert und deaktiviert. Die resultierenden Lichtblitze werden von der durch den Multiplexer 587 angewählten Fotodiode 551 detektiert und vermessen. Nach dem Durchlauf aller spektralen Kanäle wird auf die Sensorik von der Küvettenposition Kl auf die
Küvettenposition K2 umgeschaltet und die hierfür benötigten Lichtblitze in derselben Reihenfolge erzeugt. Nach einem kompletten Durchlauf aller 16
Küvettenpositionen (also 16 x 16 Lichtblitzen) ist ein Sampling abgeschlossen und das nächste kann initiiert werden. Durch diesen Ablauf können bis zu vier
Samplings pro Sekunde realisiert werden. In den Modi 1 und 2 werden abwechselnd Dunkel- und Lichtmessungen hintereinander ausgeführt, sodass in Summe 512 Einzelmessungen pro Sampling durchgeführt werden.
Das Messverfahren gemäß Modi 1 und 2 zeichnet sich somit dadurch aus, dass die spektralen Kanäle lΐ ... lh der einzelnen LED-Lichtquellen 541 in einer
vorgegebenen Reihenfolge aktiviert und deaktiviert werden, wobei jeweils die in einer ersten Küvettenposition Kl angeordnete Fotodiode 551 detektiert wird, sowie dass nach dem Durchlauf aller spektralen Kanäle in der ersten Küvettenposition Kl auf die nächste Küvettenposition K2 umgeschaltet wird. Die Zeitdauer für einen Zyklus in Messmodus loder 2 beträgt > = 0,25 Sekunden.
Im Messmodus 3, schematisch dargestellt in Fig. 5b, werden die LED-Lichtquellen 541 in anderer Reihenfolge als im Modus 1 bzw. 2 geschaltet.
Jede LED-Lichtquelle 541 bzw. jeder spektrale Kanal wird im Zyklus (angedeutet durch die strichpunktierte Linie) nur jeweils einmal eingeschaltet und danach alle 16 Küvetten hintereinander gemessen, wobei zwischen diesen Einzelmessungen keine Dunkelmessung erfolgt. Die erste Küvette Kl wird mit einem Delay
vermessen, sodass die zugeordneten Fotodioden 551 der Detektoreinheit 550 genug Zeit zum Einschwingen haben. Die weiteren Küvetten K2 bis K16 können ohne zusätzliche Einschwingzeit schneller hintereinander gemessen werden.
Innerhalb eines Zyklus wird jede LED nur einmal eingeschaltet, wobei jeweils alle 16 Küvetten vermessen werden. Falls eine Dunkelmessung erforderlich ist, wird einmal, beispielsweise am Anfang oder Ende des Zyklus für die Vermessung der 16 Küvetten ein Dunkelwert gemessen.
Bei 16 Wellenlängen bzw. 16 spektralen Kanälen (AI ... L16) und 16
Küvettenpositionen benötigt man 16 x 16 Lichtmessungen. Addiert man die 16 Dunkelmessungen (einmal pro Zyklus) ergibt das 272 Einzelmessungen. Die
Zeitdauer für einen Zyklus in Messmodus 3 beträgt >= 0,5 Sekunden.
Das Messverfahren gemäß Modus 3 zeichnet sich somit dadurch aus, dass der spektrale Kanal AI der ersten LED-Lichtquellen 541 aktiviert wird, wobei in einer vorgegebenen Reihenfolge die in den Küvettenpositionen Kl ... Km angeordneten Fotodioden 551 detektiert werden, wobei nach dem Durchlauf aller
Küvettenpositionen Kl ... Km der nächste spektrale Kanal L2 der nächsten LED- Lichtquellen 541 aktiviert wird.
Vorteil von Modus 3:
• Modus 3 ist in Summe schneller als die 512 abwechselnd ausgeführten
Dunkel/Lichtmessungen von Modus 1 und Modus 2, weil insgesamt weniger Messungen und weniger Einschwingzeiten für die Fotodioden notwendig sind. • Die Einschwingzeit der Fotodioden muss nur vor der ersten Lichtmessung der Küvette Kl berücksichtigt werden, die restlichen 15 Küvetten K2 bis K16 können unmittelbar folgen.
• Insgesamt kommt man daher auf deutlich kürzere Abtastzeiten pro Zyklus gegenüber Modus 1 oder 2.
Bei der in den Fig. 6a und 6b dargestellten, zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen, optischen Messeinheit 500 weist die Lichtbereitstellungseinheit 540 zumindest ein eindimensionales, stabförmiges Lichtquellenarray 554 mit mehreren LED-Lichtquellen 541 auf, das entlang des stationären Küvettenarrays 200, beispielsweise einer Analyseneinrichtung, ausgerichtet ist und entlang des stationären Küvettenarrays 200 verfahrbar ausgeführt ist. Jeder Küvette 201 des stationären Küvettenarrays 200 kann somit jede LED-Lichtquelle 541 des
Lichtquellenarrays 554 zugeordnet werden.
Bei dieser Ausführungsvariante ist bevorzugt jeweils eine LED-Lichtquelle 541 zusammen mit einem Strahlteiler 555 und einem Referenzdetektor 556 in einem gemeinsamen, beispielsweise rohrförmigen, Gehäuse 560 angeordnet. Die
Lichtwege der einzelnen, nebeneinander angeordneten LED-Lichtquelle 541 können dadurch separiert werden.
Einzelne LED-Lichtquellen 541 des stabförmigen Lichtquellenarrays 554 können zur Einspeisung des Lichts in die Küvetten 201 optische Elemente 557 zur Kollimation und zur Verbesserung der spektralen Charakteristik des Lichts ein schmalbandiges Filter 558 aufweisen. Weiterhin kann ein Kondensor, vorzugsweise eine
Sammellinse 559, zur Bündelung des Lichts in die Küvette 201 vorgesehen sein.
Falls einzelne LED-Lichtquellen 541 als schmalbandig emittierende und parallel ausgerichtetes Licht abgebende Laserdioden ausgebildet sind, können die optischen Elemente 557 zur Kollimation, zur Filterung 558 und zur Bündelung 559 zur Gänze oder zumindest teilweise entfallen.
Die den einzelnen Küvetten 201 des stationären Küvettenarrays 200 fix
zugeordneten Fotodioden 551 der Detektionseinheit 550 sind bevorzugt als
Fotodiodenarray auf einer gemeinsamen Platine 572 angeordnet. Die
Detektionseinheit 550 weist dabei - ausgehend von jeder Küvette 201 des stationären Küvettenarrays 200 eine beispielsweise rohrförmige Aufnahme 573 auf, in welcher - falls erforderlich - optische Elemente 569 zur Bündelung der
Messstrahlung auf die Fotodiode 551 und - falls erforderlich - ein Filterelement 574 angeordnet sind.
Mit dieser Modulvariante können verschiedene fotometrische und turbidimetrische Messungen an multiplen Küvetten 201 eines fest stehenden linearen Küvettenarrays 200 bei einzelnen und/oder multiplen Wellenlängen im
Wellenlängenbereich des ultravioletten und sichtbaren Lichts durchgeführt werden, indem die einzelnen LED-Lichtquellen 541 unterschiedlicher Wellenlängen der Lichtbereitstellungseinheit 540 nacheinander vor den einzelnen Küvetten 201 positioniert werden. Danach wird dann jeweils die Intensität des durch die jeweilige Küvette 202 hindurchgetretenen Lichts durch die fix zugeordnete, stationäre
Detektoreinheit 550 gemessen. Alternativ zur Positionierung ist auch eine Messung "on the fly" d.h. im Vorbeifahren möglich.
Bei der in den Fig. 7a, 7b und 7c dargestellten, dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen, optischen Messeinheit 500 sind die LED-Lichtquellen 541 der Lichtbereitstellungseinheit 540 als 2D-LED-Array 561 angeordnet, wobei jeder Küvette 201 des stationären Küvettenarrays 200 ein stationäres 2D-LED-Array 561 fix zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsvariante findet - ähnlich wie bei der ersten Ausführungsvariante - keine Relativbewegung zwischen den Küvetten 201 des Küvettenarrays 200 einerseits und der Lichtbereitstellungseinheit 540 sowie der Detektionseinheit 550 andererseits statt, wodurch die Messvorgänge durch den Wegfall mechanischer Bewegungen innerhalb der optischen Messeinheit 500 wesentlich beschleunigt werden können.
Gemäß einer Untervariante der dritten Ausführungsvariante können die LED- Lichtquellen 541 in der Lichtbereitstellungseinheit 540 als einzelnes 2D-LED-Array 561 angeordnet sein (wie in der Detaildarstellung gemäß Fig. 7c), wobei die
Lichtbereitstellungseinheit 540 entlang des gesamtem stationären Küvettenarrays 200 oder eines Segments 210 des Küvettenarrays 200 verfahrbar ausgeführt ist (ähnlich wie in Fig. 6a dargestellt), derart, dass jeder Küvette 201 des
Küvettenarrays 200 oder jedem Segment 210 des Küvettenarrays 200 das 2D-LED- Array 561 zuordenbar ist. Bei einer Segmentierung des Küvettenarrays 200 ist für jedes Segment 210 eine Lichtbereitstellungseinheit 540 mit einem 2D-LED-Array 561 vorgesehen.
Zur Einspeisung des Lichts der einzelnen LEDs 548 des 2D-LED-Arrays 561 in die Küvetten 201 ist ein 2D-Linsenarray 562 zur Kollimation des Lichts der einzelnen LEDs vorgesehen. Weiters ist im Strahlengang zur Verbesserung der spektralen Charakteristik ein 2D-Filterarray 563 zur schmalbandigen Filterung des Lichts angeordnet. Das Filterarray 563 kann in einzelnen Positionen keine Filterfunktion aufweisen, beispielsweise wenn in dieser Position des 2D-LED-Arrays 561 eine schmalbandig und parallel emittierende Laserdiode angeordnet ist.
Weiters ist im Strahlengang zumindest ein Kondensor, vorzugsweise eine
Sammellinse 564, zur Bündelung des Lichts in die einzelnen Küvetten 200
vorgesehen. Besonders bevorzugt sind Ausführungsvarianten, bei welchen das 2D-LED-Array 561 aus auf einem einzigen Substrat 565 gebondeten LED-Emittern besteht, wobei das 2D-Linsenarray 562 ein 2D-Mikrolinsenarray ist und das 2D-Filterarray 563 ein 2D-Mikrointerferenzfilterarray ist.
Jeweils eine LED-Lichtquelle 541, aufweisend ein 2D-LED-Array 561, ein 2D- Linsenarray 562, ein 2D-Filterarray 563 und eine Sammellinse 564 können bevorzugt zusammen mit einem Strahlteiler 566 und einem Referenzdetektor 567 in einem gemeinsamen Gehäuse 568 angeordnet sein.
Bei dieser Variante verfügt jede Küvette 201 über eine individuelle Fotometereinheit bestehend aus einer Lichtbereitstellungseinheit für Licht mit bis zu 9, 12 oder 16 unterschiedlichen Wellenlängen (lΐ bis lh) die durch einzelne LEDs 548 generiert werden. Bei der Verwendung von kommerziellen LEDs (Seitenlänge ca. 2 mm und einem Abstand von ca. 0,5 mm) die mittels Durchsteckmontage auf eine Platine gelötet werden, ist bei einem 4 x 4 Array mit einer Fläche von ca. 10 x 10 mm2 zu rechnen.
Bei der Anordnung der Halbleiter der einzelnen LEDs als COB (Chip on Board) können diese auf einer platzsparenden Fläche von unter 5 x 5 mm2 ausgeführt werden. Bei der COB-Technik werden die LED-Chips vorzugsweise direkt auf eine hoch wärmeleitende Aluminium-Platine gebondet.
Bei einer Kantenlänge von 300 bis 900 pm und einem Abstand von ca. 100 pm können beispielsweise 16 LED-Chips auf einer quadratischen Fläche von 1,6 bis 4 mm Kantenlänge untergebracht werden. Entsprechend weisen die einzelnen
Kollimatorlinsen des 2D-Mikrolinsenarrays sowie die Interferenzfilter des 2D- Interferenzfilterarrays Durchmesser von bis zu 900 pm auf. Um die Kollimation (Parallelisierung) weiter zu verbessern kann auf das LED-Array ein
Lochblendenarray aufgesetzt sein, so dass die Licht emittierenden Flächen unabhängig von der Größe der emittierenden Halbleiterflächen hinreichend punktförmig dargestellt werden können.
Die LED-Chips können auf dem 2D-Array in Spalten oder Reihen, z.B. 3 x 3, 3 x 4 oder 4 x 4, oder auch in konzentrischen Kreisen angeordnet sein.
Wie bereits im Zusammenhang mit der Variante gemäß Fig. 6a/b beschrieben, weist die Detektionseinheit 550 ausgehend von jeder Küvette 201 des stationären Küvettenarrays 200 eine beispielsweise rohrförmige Aufnahme 573 auf, in welcher optische Elemente 569 zur Bündelung der Messstrahlung auf die Fotodiode 551 und - falls erforderlich - ein Filterelement 574 angeordnet sind. Die den einzelnen Küvetten 201 fix zugeordneten Fotodioden 551 der Detektionseinheit 550 sind bevorzugt als Fotodiodenarray auf einer gemeinsamen Platine 572 angeordnet.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Optische Messeinheit (500) zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen Medien, die in aneinander gereihten Küvetten (201) aufgenommen sind, wobei jede Küvette (201) ein seitliches Eintrittsfenster (202) und zumindest ein seitliches Austrittsfenster (203) aufweist, mit einer Lichtbereitstellungseinheit (540) die geeignet ist in zeitlicher Abfolge spektral unterschiedliche Eintrittsstrahlungen in das Eintrittsfenster (202) jeder Küvette (201) abzugeben, wobei die Lichtbereitstellungseinheit (540) mehrere im UV/VIS/NIR-Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED-Lichtquellen (541) aufweist, sowie mit einer Detektionseinheit (550) die geeignet ist eine aus dem zumindest einen Austrittsfenster (203) jeder Küvette (201) austretende Messstrahlung zu erfassen und diese in ein elektrisches Messsignal umzuwandeln, wobei die aneinander gereihten Küvetten (201) ein stationäres Küvettenarray (200) bilden und die Detektionseinheit (550) der optischen Messeinheit (500) eine Vielzahl von Fotodioden (551) aufweist, wobei jedem Austrittsfenster (203) jeder Küvette (201) des Küvettenarrays (200) zumindest eine Fotodiode (551) fix zugeordnet ist.
2. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeich net, dass die einzelnen Fotodioden (551) der Detektionseinheit (550) im Abstand der Küvetten (201) des Küvettenarrays (200) auf einer gemeinsamen
Leiterplatte (586) angeordnet sind, wobei im Gehäuse jeder Fotodiode (551) oder direkt am Signalausgang jeder Fotodiode (551) ein Vorverstärker (589), beispielsweise ein Transimpedanzverstärker, angeordnet ist.
3. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 1 oder 2, dad u rch
geken nzeich net, dass die Lichtbereitstellungseinheit (540) zumindest eine stationäre Lichtverteilereinrichtung (542) aufweist, die das Licht der einzelnen LED-Lichtquellen (541) auf die einzelnen Küvetten (201) des Küvettenarrays (200) verteilt, wobei die Lichtverteilereinrichtung (542) einen Hohlraum aufweist, dessen innere Flächen (543, 544, 545) zumindest teilweise
verspiegelt und/oder diffus reflektierend ausgeführt sind, und wobei die
Lichtverteilereinrichtung (542) für jede LED-Lichtquelle (541) eine
Eintrittsöffnung (546) zur Einspeisung des Lichts in den Hohlraum aufweist und wobei die Lichtverteilereinrichtung (542) für jede Küvette (201) des Küvettenarrays (200) eine Austrittsöffnung (547) zur Einspeisung des Lichts in die Küvette (201) aufweist.
4. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 3, dadu rch geken nzeich net, dass die den Austrittsöffnungen (547) zu den Küvetten (201)
gegenüberliegende, innere Fläche (543) der Lichtverteilereinrichtung (542) diffus reflektierend ausgeführt ist.
5. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 3 oder 4, dad u rch
geken nzeich net, dass die den Eintrittsöffnungen (546) der LED-Lichtquellen
(541) gegenüberliegende, innere Fläche (544) der Lichtverteilereinrichtung
(542) gewellt und reflektierend ausgeführt ist.
6. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dad u rch
geken nzeich net, dass zumindest einzelne LED-Lichtquellen (541) der Lichtbereitstellungseinheit (540) zur Verbesserung der spektralen
Charakteristik optische Filter, beispielsweise Farbfilter oder Interferenzfilter, aufweisen.
7. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 6, dadu rch geken nzeich net, dass das optische Filter als zumindest ein schmalbandiges Interferenzfilter (553) ausgeführt ist und dass im Lichtpfad eingangsseitig des Interferenzfilters (553) zumindest ein optisches Element zur Kollimation des Lichts angeordnet ist.
8. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 6 oder 7, dad u rch
geken nzeich net, dass die LED-Lichtquelle (541) zur Kollimation des emittierten Lichts eine in einer TIR-Linse (549) angeordnete LED (548) aufweist.
9. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dad u rch
geken nzeich net, dass im Lichtpfad eingangsseitig des optischen Filters, insbesondere des Interferenzfilters (553), ein Röhrenkörper (552) zur
Eliminierung nicht-paralleler Strahlanteile angeordnet ist, wobei der
Röhrenkörper (552) parallel zu dessen Längsachse Durchgangsöffnungen (570) aufweist, deren Wände (571) aus einem Licht absorbierenden Material bestehen oder mit einem derartigen Material beschichtet sind.
10. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 7, dadu rch geken nzeich net, dass eingangsseitig des Interferenzfilters (553) eine Sammellinse (590) angeordnet ist, die das von einer LED (548) emittierte Licht parallel ausrichtet.
11. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 9 oder 10, dadu rch
geken nzeich net, dass ausgangsseitig des Interferenzfilters (553) eine vorzugsweise asphärische Streulinse (591) zur Auffächerung der in die
Lichtverteilereinrichtung (542) eintretenden Strahlung angeordnet ist.
12. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dad u rch geken nzeich net, dass eingangsseitig des Eintrittsfensters (202) und ausgangsseitig des Austrittsfensters (203) jeder Küvette (201) kanalartige Durchführungen (578) in der Wand einer Küvettenaufnahme (579) angeordnet sind, die Einbauten oder Modifikationen aufweisen, die zur Elimination unerwünschter Strahlungsanteile (Ui, U2) der aus der Lichtverteilereinrichtung (542) austretenden Eintrittsstahlung und der aus der Küvette (201)
austretenden Messstrahlung dienen.
13. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 12, dad u rch geken nzeich net, dass die Einbauten oder Modifikationen der kanalartigen Durchführungen (578) in der Küvettenaufnahme (579) jeder Küvette (201) unabhängig voneinander als Kanal (594) mit glatter Oberfläche mit einem im Verhältnis zur Länge kleineren Durchmesser, als Durchführung (578) mit einem
Hohlraum oder einer Freistellung (593) oder als Durchführung (578) mit einer gerillten oder gezahnten Struktur (592) ausgeführt sind.
14. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 12 oder 13, dadu rch
geken nzeich net, dass die Wände der kanalartigen Durchführungen (578) in der Küvettenaufnahme (579) aus einem lichtabsorbierenden Material bestehen oder mit einem solchen beschichtet sind.
15. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dad u rch
geken nzeich net, dass an der Lichtverteilereinrichtung (542) ausgangsseitig von in einer Wand der Lichtverteilereinrichtung (542) angeordneten
Durchgangsöffnungen oder Lochblenden (576) Referenzdetektoren (575) angeordnet sind.
16. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dad u rch
geken nzeich net, dass das stationäre Küvettenarray (200) segmentiert ist, und jedem Segment (210) eine separate Lichtbereitstellungseinheit (540) fix zugeordnet ist.
17. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeich net, dass die Lichtbereitstellungseinheit (540) zumindest ein eindimensionales, stabförmiges Lichtquellenarray (554) mit mehreren LED-Lichtquellen (541) aufweist, das entlang des stationären Küvettenarrays (200) ausgerichtet ist und entlang des stationären Küvettenarrays (200) verfahrbar ist, derart, dass jeder Küvette (201) des stationären Küvettenarrays (200) jede LED- Lichtquelle (541) des Lichtquellenarrays (554) zuordenbar ist.
18. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 17, dad u rch geken nzeich net, dass jeweils eine LED-Lichtquelle (541) zusammen mit einem Strahlteiler (555) und einem Referenzdetektor (556) in einem gemeinsamen Gehäuse (560) angeordnet sind.
19. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 17 oder 18, dadu rch
geken nzeich net, dass zumindest einzelne LED-Lichtquellen (541) des stabförmigen Lichtquellenarrays (554) zur Verbesserung der spektralen Charakteristik und zur Einspeisung des Lichts in die Küvetten (201) optische Elemente (557) zur Kollimation, ein schmalbandiges Filter (558), vorzugsweise ein Interferenzfilter, und einen Kondensor, vorzugsweise eine Sammellinse (559), zur Bündelung des Lichts in die Küvette (201) aufweisen.
20. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeich net, dass die LED-Lichtquellen (541) der Lichtbereitstellungseinheit (540) als 2D- LED-Array (561) angeordnet sind, wobei jeder Küvette (201) des stationären Küvettenarrays (200) ein stationäres 2D-LED-Array (561) fix zugeordnet ist.
21. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 1, dadu rch geken nzeich net, dass die LED-Lichtquellen (541) in der Lichtbereitstellungseinheit (540) als einzelnes 2D-LED-Array (561) angeordnet sind, wobei die
Lichtbereitstellungseinheit (540) entlang des stationären Küvettenarrays (200) oder eines Segments (210) des Küvettenarrays (200) verfahrbar ist, derart, dass jeder Küvette (201) des Küvettenarrays (200) oder eines Segments (210) des Küvettenarrays (200) das 2D-LED-Array (561) zuordenbar ist.
22. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 20 oder 21, dadu rch
geken nzeich net, dass zur Verbesserung der spektralen Charakteristik und zur Einspeisung und Bündelung des Lichts der einzelnen LEDs (548) des 2D- LED-Arrays (561) in die Küvetten (201) des Küvettenarrays (200) ein 2D- Linsenarray (562) zur Kollimation des Lichts der einzelnen LEDs, ein 2D- Filterarray (563), vorzugsweise ein 2D-Interferenzfilterarray, zur
schmalbandigen Filterung des Lichts und zumindest ein Kondensor,
vorzugsweise eine Sammellinse (564), vorgesehen sind.
23. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 22, dad u rch geken nzeich net, dass das 2D-LED-Array (561) aus auf einem einzigen Substrat (565) gebondeten LED-Emittern besteht, wobei das 2D-Linsenarray (562) ein 2D- Mikrolinsenarray ist und das 2D-Filterarray (563) ein 2D- Mikrointerferenzfilterarray ist.
24. Optische Messeinheit (500) nach Anspruch 22 oder 23, dadu rch
geken nzeich net, dass jeweils eine LED-Lichtquelle (541), aufweisend ein 2D-LED-Array (561), ein 2D-Linsenarray (562), ein 2D-Filterarray (563) und eine Sammellinse (564) zusammen mit einem Strahlteiler (566) und einem Referenzdetektor (567) in einem gemeinsamen Gehäuse (568) angeordnet sind.
25. Optische Messeinheit (500) nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadu rch geken nzeich net, dass die Detektionseinheit (550) ausgehend von jeder Küvette (201) des stationären Küvettenarrays (200) eine beispielsweise rohrförmige Aufnahme (573) aufweist, in welcher optische Elemente (569) zur Bündelung der Messstrahlung auf die Fotodiode (551) und ggf. ein
Filterelement (574) angeordnet sind.
26. Optisches Messverfahren zur Gewinnung von Messsignalen von flüssigen
Medien, geken nzeich net durch folgende Schritte.
Aufnahme der flüssigen Medien in aneinander gereihte Küvetten (201), die ein stationäres Küvettenarray (200) bilden,
Bereitstellen einer in die Küvetten (201) einstrahlenden Eintrittsstrahlung mit Hilfe zumindest einer stationären Lichtverteilereinrichtung (542), die zumindest ein Segment (210) des Küvettenarrays (200) optisch kontaktiert, wobei in zeitlicher Abfolge nacheinander durch mehrere im UV/VIS/NIR- Wellenlängenbereich spektral unterschiedlich emittierende LED- Lichtquellen (541) Licht in die Lichtverteilereinrichtung (542) eingestrahlt wird, und
Detektieren der aus den Küvetten (201) austretenden Messstrahlung mit Hilfe von zumindest einer, jeder Küvette (201) fix zugeordneten Fotodiode (551) einer stationären Detektionseinheit (550).
27. Verfahren nach Anspruch 26, dad u rch geken nzeich net, dass die spektralen Kanäle (AI ... lh) der einzelnen LED-Lichtquellen (541) in einer vorgegebenen Reihenfolge aktiviert und deaktiviert werden, wobei jeweils die in einer ersten Küvettenposition (Kl) angeordnete Fotodiode (551) detektiert wird, sowie dass nach dem Durchlauf aller spektralen Kanäle (AI ... lh) in der der ersten Küvettenposition (Kl) auf die nächste Küvettenposition (K2) umgeschaltet wird. (Modus 1 und Modus 2)
28. Verfahren nach Anspruch 27, dad u rch geken nzeich net, dass nach jeder Deaktivierung einer der LED-Lichtquellen (541) eine Dunkelmessung an der jeweiligen Fotodiode (551) durchgeführt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 26, dad u rch geken nzeich net, dass der spektrale Kanal (AI) der ersten LED-Lichtquellen (541) aktiviert wird, wobei in einer vorgegebenen Reihenfolge die in den Küvettenpositionen (Kl ... Km) angeordneten Fotodioden (551) detektiert werden, sowie dass nach dem Durchlauf aller Küvettenpositionen (Kl ... Km) der nächste spektrale Kanal (L2) der nächsten LED-Lichtquellen (541) aktiviert wird. (Modus 3)
30. Verfahren nach Anspruch 29, dad u rch geken nzeich net, dass vor jeder Umschaltung auf den nächsten spektralen Kanal (L2 ... lh) eine
Dunkelmessung an der jeweiligen Fotodiode (551) durchgeführt wird.
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