DE2056232B2 - PHOTOMETER - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer zur Messung der Remission eines Teststreifens nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a photometer for measuring the remission of a test strip according to the generic term of the claim.

Es sind Photometer zur Messung der Durchlässigkeit oder Remission einer Probe bekannt, bei denen das von einer Lichtquelle über die Probe auf Photoempfänger fallende Licht absolut gemessen und mit der gemessenen Lichtstärke von Proben bekannter Farbtiefe verglichen wird.. Die Schwierigkeiten bei diesem Vergleich von Absolutmessungen liegen in der zeitlichen Inkonstanz von Lichtquelle und Photoempfänger. Zur Verringerung dieser Fehler ist normalerweise eine aufwendige Regelung und Stabilisierung notwendig.There are known photometers for measuring the transmittance or remission of a sample in which the light falling from a light source via the sample onto the photoreceiver is measured absolutely and with the measured light intensity of samples of known color depth is compared .. The difficulties with This comparison of absolute measurements is due to the temporal inconsistencies of the light source and photoreceiver. In order to reduce these errors, complex regulation and stabilization is normally required necessary.

So wird z.B. in der deutschen Offenlegungsschrift 1 920404 ein Reflexionsspektrometer beschrieben, in dem die Lichtquelle über eine von einer Referenzphotozelle gesteuerte Regelschaltung stabilisiert wird. Davon abgesehen, daß diese Regelung sehr aufwendig ist, treten an die Stelle der Fehler durch die Lichtquelle die Fehler durch d!as zweite Photoelement.For example, a reflection spectrometer is described in German Offenlegungsschrift 1 920404, in which the light source is stabilized by a control circuit controlled by a reference photocell. Apart from the fact that this control is very complex, the errors caused by the light source take the place of the errors the errors caused by the second photo element.

Weiterhin sind sogenannte Zweistrahl-Photometer bekannt, bei denen die Inkonstanz von Lichtquelle und Photoelement dadurch kompensiert wird, daß über rotierende Sektor-Spiegel oder Kipp-Spiegel in rascher Folge das Licht einer Lichtquelle abwechselnd über die zu messende Probe und über eine definiert regelbare Vergleichsprobe auf das Photoelement fällt. Da die gleiche Lichtquelle und das gleiche Photoelement für die Messung und die Referenz verwendet werden, kompensieren sich deren langsame Veränderungen. Nachteilig ist bei dieser Methode, daß die rasch bewegten Spiegelsysteme störanfällig sind, mit hoher Präzision gefertig werden müssen und einen erheblichen zusätzlichen Regelaufwand erfordern.Furthermore, so-called two-beam photometers are known in which the inconsistency of the light source and photo element is compensated by using rotating sector mirrors or tilting mirrors in quickly follow the light from a light source alternately over the sample to be measured and over a defined one controllable comparison sample falls on the photo element. Because the same light source and the same photo element are used for the measurement and the reference, their slow changes compensate for each other. The disadvantage of this method is that the rapidly moving mirror systems are prone to failure must be manufactured with high precision and require considerable additional control effort.

Nach der Lehre des GB-PS 1040715 kann man die Nachteile des vorbeschriebenen Zweistrahl-Photometers, d.h. mechanisch bewegte Teile, vermeiden, wenn man das abwechselnd von Probe und Vergleichsprobe stammende Licht von vornherein mit zwei getrennten Lichtquellen erzeugt, die abwechselnd an- und abgeschaltet werden. Die Differenz der erzeugten Photoströme dien! als Maß für die Absorption der Probe. Der Schaltryhtmus muß natürlich, wie bei den bekannten Zweistrahl-Photometern, bei der Auswertung des Photostroms berücksichtigt werden und erfordert deshalb eine geeignete Kopplung mit dem Photoverstärker. Zur Erzeugung eines kontinuierlichen Spektrums werden Glühbirnen mn Chromnickeldrähten vorgeschlagen.According to the teaching of GB-PS 1040715 one can avoid the disadvantages of the two-beam photometer described above, i.e. mechanically moving parts, if you alternate between sample and comparison sample originating light is generated from the outset with two separate light sources that alternate can be switched on and off. The difference between the generated photocurrents is used! as a measure of absorption the sample. The Schaltryhtmus must of course, as with the known two-beam photometers, with the Evaluation of the photocurrent must be taken into account and therefore requires a suitable coupling with the photo amplifier. Light bulbs with chromium-nickel wires are used to generate a continuous spectrum suggested.

Aus dem DT-GM 1969 794 ist es bekannt, zur Vermeidung der mit mechanischen Unterbrechereinrichtungen verbundenen Nachteile bei photometrischen Einrichtung*..! zwei getrennte Lichtquellen in Form von Lumineszenzdioden vorzusehen, die abwechselnd mit einem Tastverhältnis von 1:50 eingeschaltet werden. From the DT-GM 1969 794 it is known to avoid this the disadvantages associated with mechanical interrupter devices in photometric Facility*..! two separate light sources in shape of luminescence diodes to be provided, which are switched on alternately with a duty cycle of 1:50.

Aus dem DT-GM 1777071 ist ferner bekannt, Gasentladungslampen, d.h. Glimmlampen, als Lichtquellen bei Photometern zu verwenden, da diese bei den üblicherweise verwendeten Wechselströmen mit einer Frequenz von 10 bis 100 Hz verzögerungsfrei an- und abgeschaltet werden.It is also known from DT-GM 1777071 to use gas discharge lamps, i.e. glow lamps, as light sources to be used with photometers, since these with the commonly used alternating currents with a frequency of 10 to 100 Hz can be switched on and off without delay.

Die bei Einstrahl-Photometern wie solchen gemäß DT-OS 1920404 störende Veränderung der Empfindlichkeit des Photometers spielt bei den vorgenannten Zweistrahl-Photometern nach der GB-PS 1040715 und dem DT-GM 1969 794 natürlich keine Rolle, da sie durch die Vergleichsmessung kompensiert wird.The disturbing change in sensitivity in single-beam photometers such as those according to DT-OS 1920404 of the photometer plays in the aforementioned two-beam photometers according to the GB-PS 1040715 and the DT-GM 1969 794 are of course irrelevant, as they are compensated by the comparative measurement will.

Bei diesen Photometern wird entweder die Differenz der Photoströme direkt als Maß für die Absorption der Probe verwendet oder es wird durch Veränderung der Spannung bzw. des Stroms in der Meß- und Vergleichslampe die Helligkeit so verändert, daß die Absorption durch die Probe kompensiert wird und die Spannungsänderung bzw. Stromänderung als Maß für die Absorption benutzt. Nachteilig ist dabei, daß durch die Nichtlinearität des Zusammenhangs zwischen diesen Meßgrößen und der Lampenhelligkeit umständliche Nacheichungen notwendig sind, wenn neben der interessierenden Absorption der Probe noch variable Untergrundabsorptionen zu berücksichtigen sind. Dieses Problem tritt insbesondere bei der Messung der Remission von Teststreifen auf, bei denen die Untergrundfärbung bedingt durch geringste Veränderungen bei der Herstellung etwas schwankt und vor allem natürlich bei Verwendung eines Meßgeräts mit Teststreifen für verschiedene Reaklionstypen erhebliche Unterschiede aufweist.With these photometers, either the difference in the photocurrents is used directly as a measure of the absorption of the sample or it is changed by changing the voltage or current in the measuring and comparison lamp changes the brightness so that the absorption by the sample is compensated and the change in voltage or change in current is used as a measure of the absorption. The disadvantage here is that due to the non-linearity of the relationship between these measured variables and the lamp brightness Cumbersome recalibrations are necessary if in addition to the absorption of the sample of interest variable underground absorptions still have to be taken into account. Specifically, this problem occurs the measurement of the remission of test strips in which the background color is caused by the slightest Changes in manufacturing fluctuates somewhat and especially of course when using a measuring device with test strips for different Reakliontype shows significant differences.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Photometer zu schaffen, bei dem keine umständlichen Nacheichungen erforderlich sind, wenn sich die Untergrundabsorption der Probe ändert.The object of the invention is therefore to create a photometer in which there is no cumbersome recalibration are required if the background absorption of the sample changes.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß man diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen kann, daß man als Lichtquellen Gasentladungslampen verwendet, die mit eingeprägtem Strom betrieben werden Da die Helligkeit dieser Lampen dem Stromfluß streng proportional ist, kann durch eine einmalige Eichung des Geräts und die Verwendung einer der Reaktionstype und dem jeweiligen Untergrund des Teststreifens angepaßten, in Einheiten der zu !messenden Substanz geeichten Skala, das Gerät für eine Vielzahl von Meßproblemen eingesetzt werden.It has now been shown that this object can be achieved according to the invention by gas discharge lamps operated with impressed electricity are used as light sources The brightness of these lamps is strictly proportional to the flow of current Device and the use of one that is adapted to the reaction type and the respective background of the test strip, Scale calibrated in units of the substance to be measured, the device for a multitude of measuring problems can be used.

Das erfindungsgemäße Photometer, das preiswert, leicht zu bedienen, praktisch an jedem Platz einzusetzen ist und weiterhin so leicht und klein ist, daß es z.B. in einer Arzttascho mitgeführt werden kann, wird im folgenden an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The photometer according to the invention, which is inexpensive, easy to use, can be used in practically any place is and is still so light and small that it can be carried in a doctor's bag, for example explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawings.

Fig. 1 zeigt eine schematische Anordnung des opti-Fig. 1 shows a schematic arrangement of the opti-

sehen Systems;see system;

Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung des elektrischen Systems;Fig. 2 shows a schematic arrangement of the electrical system;

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das Photometer;3 shows a plan view of the photometer;

Fig. 3a zeigt eine Aufsicht auf das Photometer mit leilweise geöffneten Wänden;Fig. 3a shows a plan view of the photometer with partially open walls;

Fig. 4 zeigt die geöffnete Probenhalterung und deren Befestigung am Photometer;4 shows the opened sample holder and its attachment to the photometer;

Fig. 5 zeigt den Schaltplan des Photometers.Fig. 5 shows the circuit diagram of the photometer.

In den Figuren ist im einzelnen folgendes ausgeführt: The following is detailed in the figures:

Fig. 1 zeigt eine Lichtquelle (1), von der ein Meßstrahl durch ein Fenster (2) im Gehäuse und ein Fenster (3) im nicht dargestellten Probenhalter (4) über die Probe (5) und nochmals durch die Fenster (3) und (2) auf den Photoempfängern (6) fällt. Von der Lichtquelle (7) fällt der Vergleichsstrahl über das Fenster (?.), den Spiegel (8) und das Fenster (2) ebenfalls auf den Photoempfänger (6).Fig. 1 shows a light source (1), from which a measuring beam through a window (2) in the housing and a window (3) in the sample holder (4), not shown, over the sample (5) and again through the windows (3) and (2) falls on the photoreceivers (6). From the light source (7) the comparison beam also falls through the window (?.), The mirror (8) and the window (2) the photo receiver (6).

Fig. 2 zeigt schematisch die Lichtquellen (1) und (7), von denen abwechselnd das Licht auf den Photoempfänger (6) fällt, der einen Photostrom an die Elektronik (9) abgibt, die diesen Strom verstärkt in bezug auf die Lichtquellen (1) und (7) in Phasen richtig zerlegt, die beiden Phasen miteinander vergleicht und die Differenz über das Anzeigeinstrument (10) anzeigt. Der von der Elektronik (9) benötigte Wechselstrom wird von dem Netzteil (11) geliefert, das auch den zerhackten Gleichstrom liefert, der über die Regelelemente (12) und (13) die Lichtquellen (1) und (7) erregt. Der Nullabgleich des Anzeigegeräts (10) und damit die Messung der Abweichungen der Lichtintensität durch Einbringen einer Probe (5) zwischen Lichtquelle (1) und Photoempfänger (6) geschieht durch ein zusätzliches Regelelement (14) im Stromkreis der Lichtquelle (7).Fig. 2 shows schematically the light sources (1) and (7), from which alternately the light on the photoreceiver (6), which emits a photocurrent to the electronics (9), which amplifies this current in With respect to the light sources (1) and (7) correctly divided into phases, the two phases are compared with one another and displays the difference on the display instrument (10). The alternating current required by the electronics (9) is supplied by the power supply unit (11), which also supplies the chopped direct current that passes through the control elements (12) and (13) the light sources (1) and (7) excited. The zero adjustment of the display device (10) and thus the measurement of the deviations in the light intensity by introducing a sample (5) between Light source (1) and photoreceiver (6) are done by an additional control element (14) in the circuit the light source (7).

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf das Photometer mit dem Probenhalter (4), dem Anzeigeelement (10) und den Bedienungsknöpfen der Regelelemente (12), (13) und (14) und dem Stromanschluß (27).Fig. 3 shows a plan view of the photometer with the sample holder (4), the display element (10) and the control buttons of the control elements (12), (13) and (14) and the power connection (27).

Fig. 4 zeigt den geöffneten Probenhalter (4), mit den Bodenplatten (15), den Probenführungen (16) und (17), dem Fenster (3), dem Deckel (18), in dem eine Aussparung (19) für den überstehenden Teil der Probe eingeschnitten ist und dem Andruckteil (20), und den Probenhalterschuh (21) mit den Führungen (22) und (23), der Andruckfeder (24), dem SpiegelFig. 4 shows the open sample holder (4), with the base plates (15), the sample guides (16) and (17), the window (3), the cover (18), in which a recess (19) for the protruding part of the Sample is incised and the pressure part (20), and the sample holder shoe (21) with the guides (22) and (23), the pressure spring (24), the mirror

(8) und dem Fenster (2).(8) and the window (2).

Fig. 5 zeigt den genauen Schaltplan des Geräts, in dem die Elemente der Fig. 2 durch die gestrichelten Linien herausgehoben und analog bezeichnet sind. Im einzelnen bedeutenFig. 5 shows the detailed circuit diagram of the device, in which the elements of FIG Lines are highlighted and labeled analogously. In detail mean

A₁ bis /?_lb Widerstände,
P₁ bis P₁₆ regelbare Widerstände,
D₂ bis D₅, D₇ bis D₁₂ Dioden
D₁ und D₆ Zener-DiodenA ₁ to /? _lb resistances,
P ₁ to P ₁₆ adjustable resistors,
D ₂ to D ₅ , D ₇ to D ₁₂ diodes
D ₁ and D ₆ Zener diodes

ίο T₁ bis T₆ Transistoren,ίο T ₁ to T ₆ transistors,

C₁ bis C₁₆ Kondensatoren,
G Glimmlampe.C ₁ to C ₁₆ capacitors,
G glow lamp.

Weiterhin sind ein Transformator (25) und ein integrierter Verstärker (26) eingezeichnet.A transformer (25) and an integrated amplifier (26) are also shown.

Das Prinzip der elektronischen Umschaltung und Stabilisierung der Lichtquellen sei kurz an der Schaltung der Lichtquelle (1) dargestellt:The principle of electronic switching and stabilization of the light sources is briefly described in the circuit the light source (1):

An den mit 0 und 220 V bezeichneten Anschlußbuchsen wird die zum Betrieb notwendige Wechselspannung angelegt, die über die zur Gleichrichtung dienenden Dioden D₂ und D₃, den Transistor T₁ und die zur Stromstärkeregulierung dienenden Widerstände P₁ und R₂ die Glimmlampe 1 erregt. Der parallelgeschaltete kondensator C₁ sorgt für eine Glättung des durch die Dioden gleichgerichteten Stroms, so daß die Glimmlampe eine praktisch konstante Spannung erhält. Da diese Glättung sich nicht über die Diode D₃ hinaus auswirkt, wird zwischen D, und D₃ ein zerhackter Gleichstrom erhalten, der denThe AC voltage required for operation is applied to the connection sockets marked 0 and 220 V, which excites the glow lamp 1 _{via the rectifying diodes D 2} and D ₃ , the transistor T ₁ and the resistors P ₁ and R _{2 used to regulate the current.} The capacitor C _{1 connected in} parallel ensures that the current rectified by the diodes is smoothed so that the glow lamp receives a practically constant voltage. Since this smoothing does not affect via the diode D ₃ addition, is between D and D ₃ are a chopped direct current, of the

Transistor T₁ so steuert, daß er bei Stromfluß im Steuerkreis den Basisstrom durchläßt und sonst sperrt. Die Zener-Diode D₁ sorgt zusammen mit dem Widerstand R_x dafür, daß die Spannung im Steuerkreis während des Stromflusses konstant gleich der Durchbruchsspannung von D₁ ist und in der Pause auf Null abfällt, dadurch wird erreicht, daß der T₁ passierende Strom ebenfalls ein kastenförmiges Profil erhält. Die am Transistor T₁ liegende Basisspannung ist so bemessen, daß der Sättigungsbereich erreicht ist. Dadurch wird bewirkt, daß der durch den Transistor und die Glimmlampe fließende Strom praktisch unabhängig von Spannungsschwankungen ist, wodurch sich eine für den Meßzweck ausreichende Stabilisierung der Lichtquelle ergibt.Transistor T ₁ controls so that it lets through the base current when current flows in the control circuit and otherwise blocks. The Zener diode D ₁ , together with the resistor R _x, ensures that the voltage in the control circuit is constantly equal to the breakdown voltage of D ₁ during the current flow and drops to zero during the break, thereby _{ensuring that the current passing through T 1} is also achieved receives a box-shaped profile. The base voltage across the transistor T ₁ is dimensioned so that the saturation range is reached. This has the effect that the current flowing through the transistor and the glow lamp is practically independent of voltage fluctuations, which results in a stabilization of the light source which is sufficient for the measurement purpose.

Die Schaltung der anderen Lichtquelle und der am Anzeigegerät vorgeschalteten Elektronik erfolgt in analoger Weise.The other light source and the electronics connected upstream of the display unit are switched on in analogous way.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Photometer zur Messung der Remission eines Teststreifens mit zwei Lichtquellen, mit einer Schaltung zur wechselweisen, periodischen Ein- und Ausschaltung der Lichtquellen, mit einem Photoempfänger, der vom Licht der einen Lichtquelle direkt und vom Licht der anderen Lichtquelle nach Reflexion an dem Teststreifen beaufschlagt ist, und mit Einrichtungen zur Änderung der Strahlungsintensität mindestens einer der Lichtquellen und einem Anzeigeinstrument zur Signalisierung eines LInterschieds zwischen den Strahlungsintensitäten der beiden Lichtquellen am Photoempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen Gasentladungslampen (1, 7) sind, die mit eingeprägtem Strom betrieben sind.Photometer for measuring the remission of a test strip with two light sources, with one Circuit for alternating, periodic switching on and off of the light sources, with one Photo receiver that receives the light from one light source directly and from the light from the other light source is applied after reflection on the test strip, and with means for changing the radiation intensity of at least one of the light sources and a display instrument Signaling of a difference between the radiation intensities of the two light sources on the Photo receiver, characterized in that the light sources are gas discharge lamps (1, 7) that are operated with impressed electricity.