DD218791A3 - CIRCULAR SAICHISM (CD) MEASURING INSTRUMENT - Google Patents

Abstract

DAS ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG BESTEHT IN DER UNTERSUCHUNG VON STRUKTUREIGENSCHAFTEN UND STRUKTURAENDERUNGEN, INSBESONDERE VON BIOPOLYMEREN UND NIEDERMOLEKULAREN NATURSTOFFEN, WOBEI DURCH DIE QUASISMULTANE MESSUNG UND VERARBEITUNG IHRER CD-SPEKTREN DIE DARSTELLUNG 3-DIMENSIONALER REAKTIONSPROFILE (Z. B. ABHAENGIGKEIT DER SPEKTREN VON DER ZEIT, DER TEMPERATUR ODER ANDEREN MILIEUFAKTOREN) MOEGLICH IST. DAS ZIEL WAR DIE SCHNELLE MESSUNG VON CD-SPEKTREN. DIE ZU LOESENDE AUFGABE BESTAND IN DER QUASISMULTANEN ERZEUGUNG UND MESSUNG VON RECHTS- UND LINKSCIRCULARPOLARISIERTEM LICHT FUER ALLE WELLENLAENGEN EINES GROESSEREN SPEKTRALBEREICHS. GELOEST WURDE DIE AUFGABE DADURCH, DASS ALS STRAHLUNGSEMPFAENGER EIN OPTISCHER VIELKANALANALYSATOR VERWENDET UND DER MODULATOR DURCH EINE SAEGEZAHNARTIG IN STUFEN ANSTEIGENDE SINUSFOERMIGE WECHSELSPANNUNG ANGESTEUERT WIRD, WODURCH FUER ALLE WELLENLAENGEN EINES FESTGELEGTEN SPEKTRALBEREICHS BEI EINEM SAEGEZAHNZYKLUS NACHEINANDER DIE ZUR MESSUNG DER CD NOTWENDIGE LAMBDA/4-BEDINGUNGEN EINGESTELLT WIRD. MODULATORSTROMVERSORGUNG UND EMPFAENGERAUSGAENGE SIND SO GEKOPPELT, DASS MESSUNGEN IMMER UEBER DAS ELEMENT (BZW. UEBER DIE ELEMENTE) DES STRAHLUNGSEMPFAENGERS VORGENOMMEN WERDEN, AUF DAS DIE WELLENLAENGE AUFTRITT, FUER DIE AM MODULATOR DIE LAMBDA/4-BEDINGUNG ERFUELLT IST. DIE AUFNAHME EINES CD-SPEKTTRUMS ERFORDERT EINE MESSZEIT VON ETWA 1 S.THE FIELD OF THE INVENTION IS THE STUDY OF STRUCTURAL FEATURES AND STRUKTURAENDERUNGEN, ESPECIALLY BIOPOLYMERS AND LOW MOLECULAR NATURAL SUBSTANCES BEING BY QUASISMULTANE MEASUREMENT AND PROCESSING CD SPECTRA PRESENTATION 3-DIMENSIONAL REACTION PROFILE (For example, the spectra OF TIME, THE TEMPERATURE OR OTHER MILIEUFAKTOREN) IS POSSIBLE. THE GOAL WAS THE QUICK MEASUREMENT OF CD SPECTRA. THE TASK TO BE SOLVED IN THE QUASISMULTANE GENERATION AND MEASUREMENT OF RIGHT- AND LEFT-CIRCULAR-POLARIZED LIGHT FOR ALL WAVE LENGTHS OF A GREATER SPECTRAL AREA. SOLVED IS THE TASK FACT THAT AS STRAHLUNGSEMPFAENGER AN OPTICAL MCA USED AND MODULATOR BY A sawtooth IN STAGES rising SINUSFOERMIGE AC VOLTAGE ANGE CONTROLS IS WHAT MAKES FOR ALL Wellenlaengen OF A FIXED spectral IN A sawtooth TURN THE FOR MEASURING THE CD REQUIRED LAMBDA / 4-CONDITIONS SET BECOMES. MODULATOR POWER SUPPLY AND RECEIVER OUTPUTS ARE COUPLED THAT MEASUREMENTS ARE ALWAYS MADE THROUGH THE ITEM (OR ELEMENTS) OF THE RADIATION SPEAKER TO WHICH THE WAVE LENGTH RESULTS FOR THE MODULATOR'S LAMBDA / 4 CONDITION. RECORDING OF A CD SPECTRUM REQUIRES A TIMETABLE OF ABOUT 1 S.

Description

R.. · Pittelkow Or. R. WetzelR. .. Pittelkow Or. R. Wetzel

Circulardichroismus(CD)-MeßgeratCircular dichroism (CD) -Meßgerat

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Circulardichroismus(CD)-Meßgerät zur quasisimultanen Messung und Verarbeitung der CD-Werte einer Meßprobe (z.B. Lösungen von Biopolymeren) für alle Wellenlängen eines ausgewählten Spektralbereichs. Das Gerät ist für den Einsatz in Forschungseinrichtungen sowie in der chemischen und pharmazeutischen Industrie auf dem Gebiet der Strukturunter- . "' suchungen von Biopolymeren, Polymeren Und Naturstoffen geeignet. . , ' ' _t '.' " ' ' ' . ' .' The invention relates to a circular dichroism (CD) measuring device for quasi-simultaneous measurement and processing of the CD values of a test sample (eg solutions of biopolymers) for all wavelengths of a selected spectral range. The device is for use in research institutions and in the chemical and pharmaceutical industry in the field of structural sub-. '' searches of biopolymers, polymers and natural substances suitable., '' _t '.'"'''.'.'

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen :...·..Characteristic of the known technical solutions: ... · ..

Bekannt sind CD-Meßgeräte zur Messung der Well en längenabhängig-, keit des Circulardichroismus optisch aktiver Substanzen (L. Velluz, M. Legrand, and M. Grosjean, Optical Circular Dichroism, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Bergstr. Academic Press Inc. New York and London 1965; Analytical Biochemistry 50/1, 281,1972). Dabei werden durch Drehen der Prismen in einem Monochromator nacheinander alle Wellenlängen des zu vermessenden Spektralbereichs eingestellt. Durch eine Modulationseinriehtung, bestehend aus Polarisator und Modulator, wird linear polarisiertes Licht in links- und rechts-circularpolarisiertes Licht umgewandelt, wobei Oie Spannung am Modulator durch die Wellenlänge des Lichtes bestimmt wird, für die die X/4-Be,dingung zur Erzeugung circular polarisierter Strahlung einzustellen ist. Die unterschiedliche Absorption der links- und rechts-circular polarisierten Komponenten der Meßwellenlänge wird nach Durchgang des Lichtes durch die Meßprobe mit Hilfe eines Sekundärelektronenvervielfachers gemessen. Der Mangel der; bekannten Geräte besteht darin, daß für die Aufnahme eines CD-CD measuring instruments are known for measuring the wavelength dependence of the circular dichroism of optically active substances (L. Velluz, M. Legrand, and M. Grosjean, Optical Circular Dichroism, Verlag Chemie GmbH, Weinheim, Bergstr., Academic Press Inc. New York and London 1965; Analytical Biochemistry 50/1, 281, 1972). By turning the prisms in a monochromator, all wavelengths of the spectral range to be measured are set one after the other. By means of a modulation device consisting of polarizer and modulator, linearly polarized light is converted to left- and right-circularpolarized light, where the voltage at the modulator is determined by the wavelength of light for which the X / 4 condition for generating circular is set polarized radiation. The differential absorption of the left and right circularly polarized components of the measuring wavelength is measured after passage of the light through the test sample with the aid of a secondary electron multiplier. The lack of; known devices is that for the recording of a CD

Spektrums eine relativ lange Meßzeit notwendig ist, wodurch die Messung der Abhängigkeit des spektralen Verlaufs des Circulardichroismus von einem weiteren Parameter, wie pH-Wert, Ionenstärke, Temperatur oder Konzentration, sehr erschwert und im allgemeinen praktisch undurchführbar wird. Für eine Messung im Wellenlängenbereich von 200 nm bis 400 nm werden mehrere Minuten benötigt. Daraus ergibt sich bei einer Messung der Abhängigkeit des spektralen Verlaufs des Circulardichroismus im genannten Spektralbereich von der Temperatur im Temperaturbereich von 2O⁰C bis 100⁰C in Temperaturschritten von 0,5° (Mindestgröße für eine zuverlässige Charakterisierung von Phasenübergängen) eine Meßzeit von mehr als 20 Stunden. . .Spectrum a relatively long measurement time is necessary, whereby the measurement of the dependence of the spectral course of the circular dichroism of a further parameter, such as pH, ionic strength, temperature or concentration, very difficult and in general is practically impracticable. For a measurement in the wavelength range from 200 nm to 400 nm several minutes are needed. This results in a measurement of the dependence of the spectral curve of the circular dichroism in said spectral range of the temperature in the temperature range of 2O ⁰ C to 100 ⁰ C in temperature increments of 0.5 ° (minimum size for a reliable characterization of phase transitions) a measurement time of more than 20 hours. , ,

Die Messung des'zeitlichen Verlaufs von Konformationsänderungen von Biopolymeren ist bisher nur bei einer Wellenlänge möglich (Biochem. Biophys. Res. Commun. 62,717,1975), da bei kinetischen Untersuchungen im allgemeinen Konformationsänderungen schon während der Aufnahme eines Spektrums vor sich gehen. Neben der begrenzten Aussage hinsichtlich des Charakters der Konformationänderung können auch Fehler durch Wellenlängenverschiebungen der Absorptionsmaxima auftreten. 'The measurement of the time course of conformational changes of biopolymers has hitherto been possible only at one wavelength (Biochem. Biophys. Res. Commun., 62, 717, 1975), since kinetic studies generally show conformational changes during the recording of a spectrum. In addition to the limited statement regarding the nature of the conformational change, errors may also occur due to wavelength shifts of the absorption maxima. '

Ein weiterer Nachteil der bekannten CD-Meßgeräte ist die große Zahl der mit großer'Präzision mechanisch zu bewegenden Bauteile z.B. automatische bzw. manuelle Spaltverstellung zur Einstellung einer konstanten spektralen Bandbreite, Drehung der Prismen zur Einstellung der gewünschten Wellenlänge. Die mechanischen_ΛΕΐη-stellvorrichtungen (z.B. Lager) sind einem ständigen Verschleiß unterworfen. Außerdem wird durch die mechanische Verstellung optischer Bauelemente das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtert. Ferner sind Messungen im Vakuum-UV nur mit großem technischen Aufwand möglich (z.B. Review of Scientific Instruments 42,9,1283,1971; 48,12,1663,1977).Another disadvantage of the known CD-measuring devices is the large number of mechanical components to be moved with great precision, for example automatic or manual gap adjustment for setting a constant spectral bandwidth, rotation of the prisms for setting the desired wavelength. The mechanical _{Λ Εΐη-adjusting} devices (for example bearings) are subject to continuous wear. In addition, the signal-to-noise ratio is degraded by the mechanical adjustment of optical components. Furthermore, measurements in vacuum UV are possible only with great technical effort (eg Review of Scientific Instruments 42,9,1283,1971, 48,12,1663,1977).

Ziel der "Erfindung .Aim of the invention.

Ziel der Erfindung ist es, die beschriebenen Mangel der bekannten CD-Meßgeräte zu beseitigen und die schnellere und genauere Messeung von CD-Spektren bei einem rechnergesteuerten OD-Meßgerät zu ermöglichen. 'The aim of the invention is to eliminate the described deficiency of the known CD measuring devices and to enable the faster and more accurate measurement of CD spectra in a computer-controlled OD measuring device. '

Darlequno des Wesens der ErfindungLoan of the essence of the invention

Die technische Aufgabe besteht darin, ein CD-i\!eßgerät zu entwickeln, das eine quasisimultane -'.!essung von CD-Werten einer !,'eßprobe für alle Wellenlängen eines größeren Spektralbereichs ermöglicht. Die Aufgabe, wird bei einen rechnergesteuerten CD-'.ießgerät erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elsstooptischer Modulator durch eine Lichtquelle und eine entsprechende. Beleuchtungseinrichtung (möglichst Spiegelsystem, um chromatische Fehler zu vermeiden) über den Eintrittsspalt des -Systems mit einem linearpolarisierten, parallelen Lichtstrahl beleuchtet und durch eine sägezahnartig in Stufen ansteigende sinusförmige Wechselspannung angesteuert wird. Dadurch wird für alle Wellenlängen eines festgelegten Spektralbereichs nacheinander bei. einem Sägezahnzyklus die zur Erzeugung circularpola-risierten Lichtes notwendige. A/4-Bedingung erfüllt. Der ; ebenfalls parallel aus dem '.iodulator austretende Lichtstrahl wird nach Durchgang durch die '.!eßprobe durch, ein Dispersionsglied (Prisma oder Gitter) spektral zerlegt. Durch eine Linse wird in der Ebene eines optischen Vielkanalanalysators (optical, multichannel analyzer-OMA), der an Stelle eines Sekundärelektronenvervielfachers als Strahlungsempfänger-angeordnet ist) ein Spektrum erzeugt. Oedem Empfsngerelement (bzw. mehreren Empfängerelementen) des*OMA ist eine vorgegebene Wellenlänge' zugeordnet, wobei die Zahl der Empfähgerelemente für einen bestimmten Wellenlängenbereich infolge der (bei Prismenmonochromatoren) nichtlinearen Dispersion nach kürzeren Weilenlängen hin zunimmt. Damit wird d-as im allgemeinen im kurzwelligen Spektralbereich rela.tiv niedrige Signal-Rausch-Verhältnis, infolge abnehmender Lichtintensität der Lichtquelle·,kompensiert und eine Zunahme der NachweisempfindlicHkeit im kurzwelligen Spektralbereich erreicht. '. . ,The technical task is to develop a CD-I device that enables a quasi-simultaneous '' measurement of CD values of one sample for all wavelengths of a broader spectral range. The object is achieved according to the invention in a computer-controlled CD-casting apparatus in that an elsto-optical modulator is provided by a light source and a corresponding light source. Lighting device (if possible mirror system to avoid chromatic errors) illuminated via the entrance slit of the system with a linear polarized, parallel light beam and is driven by a sawtooth rising in stages sinusoidal AC voltage. This will be added sequentially for all wavelengths of a specified spectral range. a Sägezahnzyklus necessary for the generation of circularpola-crystallized light. A / 4 condition met. The ; The light beam also emitted in parallel from the '.iodulator is spectrally decomposed by passing through the measuring sample, a dispersion element (prism or grating). A spectrum is generated by a lens in the plane of an optical multichannel analyzer (optical, multichannel analyzer OMA) which is arranged as a radiation receiver instead of a secondary electron multiplier). The receiver element (or a plurality of receiver elements) of the * OMA is assigned a predetermined wavelength, the number of receiver elements increasing for a specific wavelength range as a result of the (in the case of prism monochromators) non-linear dispersion to shorter wavelengths. As a result, the signal-to-noise ratio, which is generally low in the short-wave spectral range, is generally compensated, as a result of the light source's decreasing light intensity, and an increase in the detection sensitivity in the short-wave spectral range is achieved. '. , .

Modulatorstromversorgung und Empfängerelemente, des OMA sind so gekoppelt, daß Messungen nur über die Elemente erfolgen, auf die die Wellenlänge auftrifft, für die am Modulator die λ/4-Bedingung erfüllt ist. Die Kopplung und Synchronisation zwischen dem OMA und der Modulatorstromversorgung erfolgt durch ein elektronisches System mit ,Mikrorechner. Ein Taktsignal von einem Taktgenerator steuert Gleichzeitig den Mikrorechner und den OMA · an, während 'durch einen Gleichrichter, einem Spannungsbegrenzer,Modulator power supply and receiver elements of the OMA are coupled so that measurements are made only over the elements incident on the wavelength for which the λ / 4 condition is met at the modulator. The coupling and synchronization between the OMA and the Modulatorstromversorgung done by an electronic system with, microcomputer. A clock signal from a clock generator simultaneously drives the microcomputer and the OMA, while 'through a rectifier, a voltage limiter,

einem Monoflop'und,einem bistabilen Flip-Flop ein Signal gebildet wird; das einen Eingang eines Gatters ansteuert, während die beiden anderen Eingänge durch zwei Vergleicher angesteuert werden. Der eine Vergleicher bestimmt den Anfang der abzufragenden Empfängerelemente, wenn das Ergebnis des Zählers mit der Vorgabe des Mikrorechners übereinstimmt, während der andere über das Gatter einen Analogschalter schließt, wenn die vom Zähler ermittelte Anzahl der abgefragten Empfängerelemente mit der Vorgabe des Mikrorechners übereinstimmt. Somit ist das Ende der abzufragenden Empfängerelemente bestimmt. Der analoge, vom Zähler angesteuerte Umschalter, schaltet hierbei das Signal von denn einen Polarisationszustand des Lichtstrahls direkt auf den Eingang eines Integrators, während er das Signal von dem anderen Polarisationszustand über einen invertierenden Verstärker > auf den Integrator schaltet. Im Integrationskondensator ist die Differenz der Intensität der rechts- und linkscircularpolarisierten Lichtwellen gebildet und wird mit dem im Integrator gebildeten Grundsignal während der Umschaltpause auf die nächste Wellenlänge durch die nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler in digitale Signale umgesetzt, vom Mikrorechner erfaßt, verarbeitet und ausgegeben, über den Zähler wird das Flip-Flop nach Erreichen der~ eingestellten Anzahl von Messungen zurückgesetzt und der Meßzyklus für diese Halbwelle ist beendet. Ein anderer Zähler erfaßt die Anzahl der Modulatiönshalbwellen und gibt beim Erreichen einer bestimmten Anzahl ein Signal an den Mikrorechner aus, der alle Vorgaben für die nächste Wellenlange eins telit. a monoflop and a signal is formed in a bistable flip-flop; which drives one input of a gate, while the two other inputs are controlled by two comparators. The one comparator determines the beginning of the receiver elements to be interrogated if the result of the counter coincides with the specification of the microcomputer, while the other closes an analog switch via the gate, if the count of the interrogated receiver elements determined by the counter matches the specification of the microcomputer. Thus, the end of the receiver elements to be interrogated is determined. The analog, driven by the counter switch, this switches the signal of because a polarization state of the light beam directly to the input of an integrator, while switching the signal from the other polarization state via an inverting amplifier> on the integrator. The difference between the intensity of the right-hand and left-circular polarized light waves is formed in the integration capacitor and is converted into digital signals by the downstream analog / digital converter with the basic signal formed in the integrator during the switching pause, detected, processed and output by the microcomputer. The flip-flop is reset via the counter after reaching the set number of measurements and the measuring cycle for this half-cycle is ended. Another counter detects the number of Modulatiönshalbwellen and outputs when reaching a certain number of a signal to the microcomputer, the telel telef all specifications for the next wavelength.

Das erfindungsgemäße CD-Gerät ermöglicht u.a. die Messung von CD-Spektren und deren Änderungen in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen z.B. Änderungen des pH-Wertes, des Ibnenmilieus, der Temperatur oder der Konzentration, des Einflusses von Wirkstoffen auf die CD-Spektren 'von Biopolymeren sowie ' die zeitliche Änderung von Spektren (Kinetiken).The CD device according to the invention enables i.a. the measurement of CD spectra and their changes as a function of external influences, e.g. Changes in pH, Ibbene milieu, temperature or concentration, effects of drugs on the CD spectra of biopolymers, and changes in the spectra (kinetics) over time.

Da als Meßgröße nicht mehr, wie bisher bei der Messung des Circulardichroismus in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen üblich, der CD-Wert bei einer Wellenlänge auftritt, sondern der Circulardichroismus eines größeren Spektralbereichs verwendet werden kann, ist die Darstellung eines 3-dimensionalen Reaktionsprofiis möglich (Wellenlängenabhängigkeit des CirculardichroismusSince the CD value at one wavelength is no longer used as the measured variable, as usual in the measurement of the circular dichroism as a function of external influences, but the circular dichroism of a larger spectral range can be used, the representation of a 3-dimensional reaction profile is possible (wavelength dependence of circular dichroism

als Funktion eines zu variierenden Parameters). Dadurch wird der Informationsgehalt der Messungen wesentlich erweitert. Es werden z.B. Strukturänderungen verschiedener Art und an verschiedenen Abschnitten der Moleküle, die durch Änderungen des Circulardichroismus bei verschiedenen Wellenlängen charakterisiert werden, gleichzeitig erfaßt. Bandenverschiebungen können leicht nachgewiesen werden.as a function of a parameter to be varied). As a result, the information content of the measurements is significantly expanded. There are e.g. Structural changes of various kinds and at different portions of the molecules, which are characterized by changes in the circular dichroism at different wavelengths, detected simultaneously. Band shifts can be easily detected.

In dem von uns vorgeschlagenen CD-Meßgerät sind keine mechanisch bewegten Bauteile und keine mecTianische Verstellung vonIn the proposed by us CD-measuring device are no mechanical moving parts and no mecTianische adjustment of

Bauelementen notwendig. Alle Bauteile sind fest montiert und es sind keine mechanischen Antriebs- und Einstellvorrichtungen vorhanden, sodaß Aufwand und Kosten bei der Herstellung gegenüber herkömmlichen Geräten erheblich gesenkt und die Lebensdauer der Geräte wesentlich vergrößert werden können. Da keine bewegten Teile mit den notwendigen Durchführungen vorhanden sind und das Gerät relativ kompakt im Aufbau ist (geringer Raumbedarf für die Bauelemente), ist eine Erweiterung des Meßbereichs in das Gebiet des Vakuum-UV ohne größeren Aufwand möglich. _Components necessary. All components are permanently mounted and there are no mechanical drive and adjustment devices available, so that costs and costs in the production compared to conventional devices can be significantly reduced and the life of the device can be significantly increased. Since there are no moving parts with the necessary feedthroughs and the device is relatively compact in construction (small space requirement for the components), an extension of the measuring range in the field of vacuum UV is possible without much effort. _

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt und anschließend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den optischen Strahlengang im Gerät, Fig. '2 die Spannungs- und Frequenzbezieh.ungen in der Anordnung, The invention will be described below with reference to an exemplary embodiment and will be explained in more detail below. 1 shows the optical beam path in the device, FIG. 2 shows the voltage and frequency relationships in the arrangement,

Fig. 3 die Prinzipschaltung des elektronischen Teils. Gemäß Fig. 1 wird von der Lichtquelle 1 der Spalt 3 über den Spiegel 2 beleuchtet. Durch den Spiegel 5 wird ein paralleler Strahlengang erzeugt, in dem der Polarisator 4 und der Modulator 6 sowie die Meßküvette 7 angeordnet sind. Der Spiegel 8 fokussiert den Lichtstrahl auf den Eintrittsspiegel 9 des Spektralapparats, der aus dem Spiegel 10, dem Prisma 11 und der Linse 12 besteht. In der Ebene E-E wird das Spektrum erzeugt. In dieser Ebene befindet sich der optische Vielkanalanalysator (OMA) 13, mit dem die Lichtintensität gemessen wird. Der Modulator 6 wird durch die vom Mikrorechner 28 gesteuerte Stromversorgung 43, die eine sinusförmige Wechselspannung mit stufenförmig ansteigender Amplitude (Fig. 2) er-Fig. 3, the principle circuit of the electronic part. According to FIG. 1, the light source 1 illuminates the gap 3 via the mirror 2. Through the mirror 5, a parallel beam path is generated in which the polarizer 4 and the modulator 6 and the measuring cuvette 7 are arranged. The mirror 8 focuses the light beam on the entrance mirror 9 of the spectral apparatus, which consists of the mirror 10, the prism 11 and the lens 12. In the plane E-E the spectrum is generated. In this plane is the optical multi-channel analyzer (OMA) 13, with which the light intensity is measured. The modulator 6 is detected by the power supply 43 controlled by the microcomputer 28, which generates a sinusoidal alternating voltage with step-increasing amplitude (FIG. 2).

zeugt, gesteuert. Die Amplitude der einzelnen Stufen ist so vorgegeben, daß die λ/4-Bedingung für eine bestimmte Wellenlänge während einer vorgegebenen Zeitspanne erfüllt ist. Infolge des stufenförmigen Anstiegs der Wechselspannung wird ' nacheinander für jede Wellenlänge des vorgegebenen Spektralbereichs die X/4-Bedingung erfüllt. Ist das Ende des vorgesehenen Spektralbereiches erreicht, wird auf die erste Stufe zurückgeschaltet und der Durchlauf der Stufen beginnt erneut. Die " Empfängerelemente des OMA, auf.die das Licht der Wellenlängen fällt, für die gerade die X/4-Bedingung erfüllt ist, werden im gleichen Takt, ebenfalls· durch den Mikrorechner gesteuert, abgefragt. Die Information über die auffallende Lichtintensität wird durch eine elektronische Meßanordnung (Fig. 3) ausgewertet und einem Mikrorechner 28 zugeführt. Dieser bildet das Verhält.- , nis zwischen Gleich- und Wechselstromsignal und gibt das Ergebnis, das dem circularen Dichroismus der Meßprobe entspricht, an periphere Geräte, z.B. ein Display, aus.testifies, controlled. The amplitude of the individual stages is predetermined so that the λ / 4 condition is fulfilled for a certain wavelength during a predetermined period of time. As a result of the step-like increase of the AC voltage, the X / 4 condition is satisfied successively for each wavelength of the given spectral range. When the end of the intended spectral range has been reached, the system returns to the first stage and the passage of the stages begins again. The "receiver elements of the OMA, on which the light of the wavelengths falls, for which the X / 4 condition is just fulfilled, are interrogated in the same cycle, likewise controlled by the microcomputer 3) and supplied to a microcomputer 28. This forms the ratio between the DC and AC signals and outputs the result corresponding to the circular dichroism of the test sample to peripheral devices, eg a display.

Bei der !Modulation des Lichtes entsteht bei einer Halbwelle der an den Modulator angelegten "Wechselspannung linkscircularpolarisiertes Licht, während bei der Halbwelle mit entgegengesetzter Polarität rechtscircularpolarisiertes Licht entsteht. Die Lichtintensität beider Polarisationszustände ist unterschiedlich, wenn die Meßprobe optisch aktiv ist. Zur Messung der Differenz dieser Signale wird das von dem einen Polarisationszustand erzeugte Signal direkt an den Integrator 23 geschaltet, während das vom entgegengesetzten Polarisationszustand erzeugte Signal von dem Verstärker 21 invertiert und ebenfalls an den Integrator geschaltet wird. Dadurch bildet sich im Integrationskondensator 25 die Differenz beider Signale.During the modulation of the light, the polarization of the left - circular polarized light occurs at half - wave light while the polarity of the polarity of the half - wave is reversed polarized and the light intensity of both polarization states is different when the sample is optically active Signals, the signal generated by the one polarization state is switched directly to the integrator 23, while the signal generated by the opposite polarization state is inverted by the amplifier 21 and likewise switched to the integrator.

Der Meßvorgang beginnt, wenn das Gatter 35 den analogen Schalter 19 öffnet. Dieses Gatter hat drei Eingänge, die auf H (high voltage) stehen müssen, damit der Ausgang "H" ist. Das erste Eingangssignal des Gatters wird über den Gleichrichter 42, die Spannungsbegrenzung 41, das verzögerte Monoflop 40 und den bistabilen Flip-Flop 35 von einer Halbwelle der Modulationsspannung abgeleitet. Dadurch wird der Zeitpunkt bestimmt, an dem die Messung beginnen darf. Das zweite Eingangssignal für das Gatter kommt von dem Vergleicher 31, in dem die vom Mikrorechner ausgegebene Information über die abzufragenden Empfänger- ·The measuring process begins when the gate 35 opens the analog switch 19. This gate has three inputs that must be high (H) for the output to be "H". The first input signal of the gate is derived via the rectifier 42, the voltage limiter 41, the delayed monoflop 40 and the bistable flip-flop 35 from a half-wave of the modulation voltage. This determines the time at which the measurement may begin. The second input signal for the gate comes from the comparator 31, in which the information output by the microcomputer about the receiver to be interrogated.

elemente mit dem Zählergebnis vom Zähler 44 verglichen wird. Stimmt das Zählergebnis mit der digitalen Information des Mikrorechners 28 überein, wird vom Vergleicher 31 ein H-Signal ausgegeben und die Messung beginnt. Das dritte H-Eingangssignal für'das Gatter 35 wird vom Vergleicher 30 ausgegeben, wenn das Ergebnis des Zählers 46 kleiner ist als der 'Wert,-der dem Vergleicher 30 vom Mikrorechner 28 vorgegeben ist. Stimmt das Zählergebnis mit der Vorgabe vom Mikrorechner 28 überein, wird der Ausgang des Vergleichers 30 auf L (low voltage) gesetzt, das Gatter schaltet ebenfalls auf L und der analoge Schalter wird geschlossen. Dadurch gelangen nur die Signale der Bildelemente in den analogen Umschalter 20, auf die das Licht der Wellenlänge fällt, für die die λ/4-Bedingung erfüllt ist. Im ultravioletten Bereich sind das, durch.die nichtlineare Dispersion des Prismas bedingt, eine größere Zahl von Empfänger· elementen als im sichtbaren Teil des Spektrums. Durch die größere Zahl der Empfängerelemente im kurzwelligen UV-Bereich wird die dort geringere Intensität der Lichtquelle z.T. kompensiert. Gleichzeitig wird durch die Anzahl der Empfängerelemente pro Wellenlängenbereich die spektrale Spaltbreite bestimmt. Der Mikrorechner ist so programmiert, daß die ausgegebenen Steuerinformationen die Dispersion des Prismas berücksichtigen.elements with the count from the counter 44 is compared. If the counting result agrees with the digital information of the microcomputer 28, the comparator 31 outputs an H signal and the measurement begins. The third H input to the gate 35 is output from the comparator 30 when the result of the counter 46 is less than the value given to the comparator 30 by the microcomputer 28. If the counting result agrees with the specification from the microcomputer 28, the output of the comparator 30 is set to L (low voltage), the gate also switches to L and the analog switch is closed. As a result, only the signals of the picture elements enter the analog switch 20, to which the light of the wavelength falls, for which the λ / 4 condition is satisfied. In the ultraviolet range, this is due to the non-linear dispersion of the prism, a larger number of receiver elements than in the visible part of the spectrum. Due to the larger number of receiver elements in the short-wave UV range, the lower intensity of the light source z.T. compensated. At the same time, the spectral gap width is determined by the number of receiver elements per wavelength range. The microcomputer is programmed so that the output control information takes into account the dispersion of the prism.

Nach erfolgtem mehrmaligen Abfragen des OMA 13 wird vom Zähler 47, der auf eine gewünschte Anzahl von Messungen eingestellt ist, das bistabile Flip-Flop 36 zurückgesetzt und der analoge Schalter geschlossen. Damit ist die Messung für diese Modulationshalbwelle, die einem bestimmten circularen Polarisationszustand entspricht, beendet. Der nächste Meßvorgang wird, wie bereits beschrieben, bei. der nächsten Modulationshalbwelle zu einem vorgewählten, von den beschriebenen Bedingungen abhängigen Zeitpunkt^ausgelÖst. Die durch das bistabile Flip-Flop 36 ausgegebenen Signale werden durch den bis zwei zählenden Zähler 38 gezählt. Die Ausgänge 2 und 2 öffnen abwechselnd die zwei Kanäle des analogen Umschalters 20, wodurch die Signale, die von der linkscircularpolarisierten Komponente des-Lichtes stammen, in den einen Kanal gelangen, während die Signale, die von der rechtscircularpolarisierten Komponente des Lichtes stammen, in den anderen Kanal geleitet werden. DadurchAfter repeated queries of the OMA 13 is repeated by the counter 47, which is set to a desired number of measurements, the bistable flip-flop 36 and the analog switch is closed. This completes the measurement for this modulation half-wave, which corresponds to a specific circular polarization state. The next measurement is, as already described, at. the next modulation half-wave to a preselected, dependent on the conditions described time ^ triggered. The signals output by the bistable flip-flop 36 are counted by the counter 38 counting up to two. The outputs 2 and 2 alternately open the two channels of the analog switch 20, whereby the signals originating from the left circularly polarized component of the light enter the one channel, while the signals originating from the right circularly polarized component of the light enter the one channel be routed to another channel. Thereby

ist es möglich, im Integrator! 23 die Differenz beider Signale zu bilden. Durch den Zähler 33 wird die Anzahl der Halbwellen der Modulationsspannung gezählt und dem Mikrorechner gemeldet, wenn eine vorgegebene Anzahl erreicht ist. Der !Mikrorechner 28 gibt dann alle Informationen zur Einstellung der Bedingungen für den zu messenden nächsten Well.enlängenabschnitt aus. In der Meßpause, die kurz vor der Umschaltung auf die nächste Stufe der Modulationsspannung beginnt und kurz nach der Umschaltung endet, wird die Erfassung und die analog-digital-Um- setzuhg der in den Integratoren stehenden Informationen durch den Mikrorechner ausgelöst. Von der nun digital vorliegenden Information des Wechselanteils und des Gleichanteils wird vom Mikrorechner das Verhältnis gebildet und in einen Speicher abgelegt. Parallel dazu besteht die Möglichkeit, die Meßdaten auf einem Bildschirm darzustellen.is it possible in the integrator! 23 to form the difference between the two signals. By the counter 33, the number of half-waves of the modulation voltage is counted and reported to the microcomputer when a predetermined number is reached. The microcomputer 28 then outputs all information for setting the conditions for the next wavelength section to be measured. During the measurement pause, which begins shortly before the switchover to the next level of the modulation voltage and ends shortly after the switchover, the detection and the analogue-digital conversion of the information in the integrators is triggered by the microcomputer. From the now digitally available information of the alternating component and the DC component of the microcomputer, the ratio is formed and stored in a memory. Parallel to this, it is possible to display the measured data on a screen.

Bei dem beschriebenen Beispiel beträgt, wenn ein OMA mit 512 Empfängerelementen verwendet wird, die Taktfrequenz des Taktgenerators 45 zweckmäßigerweise 17,28 MHz und ein Abfragezyklus 30 ps. Ist als Frequenz für die Modulationsspannung 1 kHz gewählt worden und als Stufenlänge der Steuerspannung (U .) 5 ms, so entfallen auf eine Stufe 5 Halbwellen links-.und 5 Halbwellen rechtscircularpolarislertes Licht. Während des Maximums jeder Halbwelle kann der-OMA ,wie in Fig. 2 dargestellt, 5 oder 6 mal abgefragt werden. Dadurch werden in dem Integrator 23 fünfundzwanzig bis dreißig Meßsignale jedes Polarisationszustandes integriert. Ein Meßzyklus, die Aufnahme eines CD-Spektrums über einen Spektralbereich von z.B. 200 nm, dauert bei diesem Beispiel 1 s, wenn U .ebenfalls in 200 Stufen eingeteilt' ist.In the example described, when an OMA with 512 receiver elements is used, the clock frequency of the clock generator 45 is suitably 17.28 MHz and a polling cycle 30 ps. If 1 kHz has been selected as the frequency for the modulation voltage and 5 ms as the step length of the control voltage (U.), One half-wave left-hand and 5 half-wave right-handed polarized light are allocated to one stage. During the maximum of each half-wave, the-OMA can be polled 5 or 6 times as shown in FIG. As a result, twenty-five to thirty measurement signals of each polarization state are integrated in the integrator 23. A measurement cycle, the acquisition of a CD spectrum over a spectral range of e.g. 200 nm, in this example lasts 1 s if U is also divided into 200 stages.

Der erfaßte Spektralbereich ist, je nach der Größe des OMA (12,5 mmm bzw. 25 mmm) und der Dispersion des Spektralapparats in bestimmten Grenzen frei wählbar. Er wird sich aber zweck- mäßigerweise, durch die optischen Eigenschaften der Meßproben, bedingt, entweder von 200 nm bis 400 nm oder von 200 nm bis 800 nm erstrecken. Damit ist die Messung der zeitabhängigen Änderungen eines CD-Spektrums und die 3-dimensionale Darstellung eines kinetischen Ablaufs, im Sekundenbereich (Wellenlängenabhängigkeit der CD-Werte als Funktion der Zeit) möglich., Das bedeutet/daß zeitliche Änderungen der Lage und IntensitätThe detected spectral range is freely selectable, depending on the size of the OMA (12.5 mm and 25 mm, respectively) and the dispersion of the spectral apparatus. However, it will conveniently, due to the optical properties of the test samples, extend either from 200 nm to 400 nm or from 200 nm to 800 nm. Thus, the measurement of the time-dependent changes of a CD spectrum and the 3-dimensional representation of a kinetic sequence, in seconds (wavelength dependence of the CD values as a function of time) is possible, which means that / temporal changes in position and intensity

aller CD-Werte in einem interessierenden Spektr.albereich gleichzeitig erfaßt werden. Bei Messungen an Proteinen z.B. werden damit sowohl Änderungen der Konformation sowie von Sei· tenkettenwechselvvirkungen erfaßt.all CD values in a spectral region of interest are recorded simultaneously. For measurements on proteins e.g. Thus, both changes of the conformation as well as of side chain change effects are detected.

Claims (1)

Erfindungsanspruch ·^Claim for invention Circulardichroismus-Meßgerät mit Mikrorechnersteuerung dadurch gekennzeichnet, daß' als Strahlungsempfänger ein optischer Vielkanalanalysator (13) (optical multichannel analyzer - OMA) an> geordnet ist, dessen Empfängerelemente über ein dispergierendes System (11) (Prisma Oder Gitter) vorgegebenen Wellenlängen zugeordnet sind, wobei der Modulator (6) durch eine sägezahnartige in Stufen ansteigende Wechselspannung von der Modulatorstromversorgung (43) angesteuert ist und Modulatorstromversorgung (43) und Empfängerelemente des OMA. (13) so gekoppelt .sind, daß Messungen nur über die Elemente vorgenommen werden, auf die die Wellenlänge auftrifft, für die am Modulator die λ/4-Bedingung erfüllt ist, die Meßküvette (7), der Polarisator (4) und der Modulator (6) sind im parallelen Strahlengang vor dem dispergierenden System (11) angeordnet und 'die.,Zuordnung der verschiedenen Wellenlängen zu den einzelnen Empfängerelementen des OMA (13.) ist durch die Abbildung eines Spaltes (9) auf die Elemente des OMA (13) unter Zwischenschaltung des dispergierenden Systems (11) und die Kopplung und Synchronisation zwischen dem OMA (13) und der Modulatorstromversorgung (43) durch ein elektronisches System mit Mikrorechner (28) gegeben, indem ein Taktsignal vom Taktgenerator (45) (Fig. 3) gleichzeitig den Mikrorechner (28) und den OMA (13) ansteuert, während durch den Gleichrichter (42), einen Spannungsbegrenzer (41), einen Monoflop (40) und einen bistabilen Flip-Flop (36) ein Signal gebildet ist, das einen Eingang des Gatters (35) ansteuert, während die beiden anderen Eingänge durch die Vergleicher (30) und (31) angesteuert werden, wobei 'der Vergleicher (31) das Ergebnis des Zählers (44) mit der Vorgabe des Mikrorechners (28) vergleicht und den Anfang der abzufragenden Empfängerelemente bestimmt, während der Vergleicher (30) die vom Zähler (46) ermittelte Anzahl der abgefragten : Empfängerlemente mit der Vorgabe des Mikrorechners (28) vergleicht, bei Übereinstimmung über das Gatter (35) den Analogschalter (19) schließt und damit das Ende der abzufragen-, den Empfängerelemente bestimmt, wobei der analoge Umschalter (20), angesteuert von dem Zähler (38), das Signal von dem einen Polarisationszustand des Lichtes direkt auf den Eingang des Integrators (23) schaltet,, während er das Signal von dem anderenCircular dichroism measuring device with microcomputer control, characterized in that 'as radiation receiver, an optical multichannel analyzer (13) (optical multichannel analyzer - OMA) is ordered to> whose receiver elements are assigned via a dispersive system (11) (prism or grating) predetermined wavelengths, wherein the modulator (6) is driven by a sawtooth-like alternating voltage rising from the modulator power supply (43) and modulator current supply (43) and receiver elements of the OMA. (13) are coupled so that measurements are taken only over the elements incident on the wavelength for which the λ / 4 condition is met at the modulator, the measuring cuvette (7), the polarizer (4) and the modulator (6) are arranged in the parallel beam path in front of the dispersing system (11) and 'the., Assignment of the different wavelengths to the individual receiver elements of the OMA (13) by the mapping of a gap (9) on the elements of the OMA (13 ) with the interposition of the dispersing system (11) and the coupling and synchronization between the OMA (13) and the modulator power supply (43) by an electronic system with microcomputer (28) by a clock signal from the clock generator (45) (Fig. 3) simultaneously controls the microcomputer (28) and the OMA (13), while a signal is formed by the rectifier (42), a voltage limiter (41), a monoflop (40) and a bistable flip-flop (36) having an input of the Ga while the other two inputs are driven by the comparators (30) and (31), where the comparator (31) compares the result of the counter (44) with the default of the microcomputer (28) and the beginning the receiver elements to be interrogated determines, while the comparator (30) compares the number of interrogated receiver elements determined by the counter (46) with the specification of the microcomputer (28), if analogous via the gate (35) closes the analog switch (19) and thus the End of the queried, the receiver elements determined, the analog switch (20), driven by the counter (38), the signal from the one polarization state of the light directly to the input of the integrator (23) switches, while receiving the signal from the other Polarisationszustand des Lichtstrahls über den invertierenden Verstärker (21) auf den Integrator (23) schaltet, im Integrationskondensator (25) ist die Differenz der Intensität des rechts- und linkscircularpolarisierten Lichtes gebildet und wird mit dem im Integrator (37) gebildeten Grundsignal während der Umschaltpause auf die nächste Wellenlänge durch die nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler (32;34) in digitale Signale umgesetzt, vom Mikrorechner (28) erfaßt, verarbeitet und ausgegeben, wobei über dem Zähler (47) das Flip-Flop (36) nach Erreichen der eingestellten Anzahl von Messungen zurückgesetzt wird und der Meßzyklus für diese Halbwelle beendet ist, Zähler (33) erfaßt die Anzahl der Modulationshalbvvellen und gibt beim Erreichen einer bestimmten Anzahl ein Signal an den Mikrorechner (28) aus, der alle Vorgaben für die nächste Wellenlänge einstellt.Polarization state of the light beam via the inverting amplifier (21) to the integrator (23) switches, in the integration capacitor (25), the difference of the intensity of the right and left circular polarized light is formed and with the integrator (37) formed during the Umschaltpause on the next wavelength converted by the downstream analog / digital converter (32; 34) into digital signals, detected by the microcomputer (28), processed and output, wherein above the counter (47), the flip-flop (36) after reaching the set The number of measurements is reset and the measurement cycle for this half cycle is completed, counter (33) detects the number of modulation half-waves and outputs a signal to the microcomputer (28) upon reaching a certain number, which sets all the presets for the next wavelength. Hierzu .JJLSejien ZeichnungenFor this .JJLSejien drawings