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Verfahren zur zeitlichen Verfolgung eines Meßvorganges Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur zeitlichen Verfolgung
eines Meßvorganges.
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Die zeitliche Verfolgung eines Meßvorganges ist bei einer Anzahl von
Meßverfahren, beispielsweise bei der Messung von Enzymaktivitäten, notwendig. Diese
Messung erfolgt durch Bestimmung der Substratkonzentration zu verschiedenen Reaktionszeiten,
wobei die gesuchte Enzymaktivität durch die Anfangsgeschwindigkeit der Anderung
der Substratkonzentration mit der Reaktionszeit gegeben ist.
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Die Substratkonzentration kann üblicherweise durch photometrische
Messung der Extinktion bestimmt werden. Ist ein geradliniger Zusammenhang zwischen
Extinktionsänderung A E und Zeit t gegeben, so ist die Steigung der Geraden, die
sich beim Auftragen der gemessenen Extinktionswerte über der Zeit ergibt direkt
der gesuchten Enzymaktivität proportional.
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Der allgemeine Trend geht heute zu digital registrierenden Geräten
und es ist offensichtlich, daß aus einem in regelmäßigen Zeitabständen digital ausgedruckten
Extinktionswert E nicht ohne weiteres zu sehen ist, ob tatsächlich der Zusammenhang
zwischen E und t linear ist. Ist ein solcher geradliniger Zusammenhang nicht gegeben,
wie beispielsweise bei großen Werten der Enzymaktivität, so ergibt die Auswertung
einen falschen Wert.
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Es ist ein zur Messung der Enzymaktivität dienendes Photometer auf
dem Markt, bei dem die Auswertung der Messung mit Hilfe eines angeschlossenen Rechners
erfolgt. Dieses Gerät liefert richtige Ergebnisse, auch wenn zwischen Extinktion
und Zeit kein genau geradliniger Zusammenhang besteht. Bedingt durch Rechner und
notwendige Software ist dieses Gerät relativ aufwendig.
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Es ist nun das Ziel der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das es
dem Messenden auch mit einem nicht aufwendigen Routine-Gerät erermöglicht, jederzeit
sofort zu erkennen, ob ein linearer Zusammenhang zwischen einem gemessenen Wert
und der Zeit vorliegt und wie groß der zu messende Wert ist. Dieses Verfahren soll
zudem mit einfachen Mitteln, vorzugsweise einem preiswerten Zusatz zu einem Routine-Gerät
durchführbar sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft damit ein Verfahren zur zeitlichen
Verfolgung eines Meßvorganges. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in
vorbestimmten, aufeinanderfolgenden Zeitintervallen automatisch Meßwertdi fferenzen
ausgegeben werden, indem zunächst der am Ende jedes Zeitintervalls erreichte Meßwert
digital festgestellt und festgehalten wird und nach erfolgter M,eßwertfeststellung
das Meßsignal innerhalb einer gegen das Meß-Zeitintervall kurzen Zeit automatisch
au,-Null zurückgesetzt wird.
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Die Ausgabe von Meßwertdifferenzen ermöglicht es dem Beobachter, sofort
festzustellen, ob der gemessene Wert linear von der Zeit abhängt. Er kann anhand
des Meßprotokolls nichtlineare Bereiche bei der Auswertung weglassen und kann ohne
jede Rechnung den festgestellten Meßwert direkt ablesen. Außerdem kann er in sehr
einfacher Weise die protokollierten Differenzwerte mitteln, falls dies zur Erzielung
des Meßwertes notwendig sein sollte.
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Die Ausgabe von Meßwertdifferenzen bei digital anzeigenden Geräten
kann prinzipiell durch elektronische Differenzbildung zwischen aufeinanclerfolgenden
Meßwerten
erfolgen. Dieses Verfahren erfordert jedoch zu seiner Ausübung eine recht aufwendige
Anordnung. Das Verfahren nach der Erfindung, bei dem am Ende-jedes Meßintervalls
zunächst der Meßwert festgestellt und dann das Meßsignal auf Null zurückgesetzt
wird, ermöglicht die direkte Protokollierung von Meßwertdifferenzen mit einer wenig
aufwendigen Schaltung, die auch als sehr einfacher Zusatz zu entsprechend ausgerüsteten
Meßgeräten ausgebildet sein kann. Entsprechend ausgerüstet bedeutet hier, daß das
Meßgerät, beispielsweise ein Photometer, eine Schaltung zur Regelung des Meßsignals
auf Null enthalten soll, wie dies bei Routine-Geräten zur Enzymaktivitätsmessung
schon vorgeschlagen wurde.
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Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung baut
auf einem Gerät auf, welches einen das Meßsignal erzeugenden Empfänger, eine nachgeordnete
Verstärkerschaltung, die das Meßsignal einem zum Feststellen und Festhalten des
Meßwertes dienenden Gerät zuführt sowie einen mit diesem Gerät verbundenen Drucker
enthält. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verstärkerschaltung
einen einschaltbaren Regelkreis enthält, der das Ausgangssignal dieser Schal'tung
auf Null regeln kann und daß ein vom Drucker gesteuerter Schaltkreis vorgesehen
ist, der nach Auslösen eines Druckimpulses über ein kurzzeitig wirksames Schaltelement
das Festhalten des Meßsignals, unmittelbar daran anschließend die Einschaltung des
Regelkreises während einer zur Null-Regelung ausreichenden Zeit und die darauffolgende
Abschaltung dieses Regelkreises bewirkt.
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Bei dieser Anordnung wird also das Signal zum Festhalten des Meßwertes
direkt vom Drucker ausgelöst. Es ist prinzipiell möglich, dieses Signal auch in
irgendeiner anderen Weise auszulösen. Das Auslösesignal bewirkt zunächst das Festhalten
des Meßwertes. Dies kann bedeuten, daß der Meßwert digital verschlüsselt und in
einem Speicher so lange bereitgestellt wird, bis die Druckbereitschaft
des
Druckers gegeben ist und dieser den Meßwert abruft. Sofort nach dem Festhalten des
Meßwertes wird automatisch der Regelkreis eingeschaltet, welcher das Ausgangssignal
des gesamten Meßgerätes auf Null zurücksetzt. Die dazu notwendige Zeit ist klein
gegenüber der Dauer des Meßintervalls. Sofort nach erfolgter Null-Regelung wird
der Regelkreis wieder geöffnet und der Meßwert läuft nun wieder vom Wert Null aus
los.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der neuen Anordnung geht
aus von einem Drucker mit Zeittaktschalter zur periodischen Auslösung von Druckimpulsen,
der nach Auslösen jedes Druckimpulses ein Sperrsignal liefert. Mit dem Sperrsignal-Ausgang
ist ein erster Monoflop verbunden, der mit der vorderen Signal flanke getriggert
wird und dabei das Gerat zum Feststellen und Festhalten des Meßwertes zur Wirkung
bringt. Dieses Gerät ist zweckmäßig als Digital-Voltmeter ausgebildet, das nach
dem vom ersten Monoflop erzeugten Signal den Meßwert digital feststellt, speichert
und am Eingang des Druckers bis zum Eintritt der Druckbereitschaft bereitstellt.
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Mit dem ersten ist ein zweiter Monoflop so verbunden, daß er beim
Rückkippen des ersten Monoflops getriggert wird und der zweite Monoflop ist so mit
einem zum Einschalten des Regelkreises den enden Relais verbunden, daß er bei seiner
Triggerung diesen Regelkreis ein- und bei seinem Rückkippen wieder ausschaltet.
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Das Verfahren nach der Erfindung findet besonders vorteilhafte Anwendung
zur Messung von Enzymaktivitäten. In diesem Fall ist hinter dem Verstärker für das
photometrische Signal ein Transmissions-Extinktions-Wandler vorzusehen. Die gesuchte
Aktivität ist dann direkt der gemessenen Extinktionsdifferenz proportional und wird
durch Multiplikation dieses Differenzwertes mit einem konstanten Faktor F gewonnen.
Es ist vorteilhaft, diese Multiplikation automatisch vorzunehmen, so daß die angezeigte
bzw. ausgedruckte Meßwertdifferenz direkt die gesuche Enzymmaktivität darstellt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 der beigefügten
Zeichnungen näher erläutert. fra einzelnen' zeigen:
Fig.- 1 ein
schematisiertes Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Anordnung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen zu der Anordnung nach Fig. l gehörenden Impuls-Zeit-Plan; Fig. 3 ein
Beispiel eines vom Drucker gelieferten Meßprotokolls.
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In Fig.1 ist mit 1 ein photoelektrischer Empfänger bezeichnet, welcher
beispiBseise zu einem zur Messung von Enzymaktivitäten einsatzbaren Photometer gehört.
Die am Arbeitswiderstand 2 abfallende Spannung wird einem Meßverstärker 3 zugeführt.
Dessen Ausgangssignal wird einem Transmissions-Extinktions-Wandler 7 bekannter Bauart
zugeführt. Das von diesem erzeugte, der Extinktion proportionale Signal wird über
einen Widerstand 8 einer weiteren Verstärkerstufe 9 und von dort einem Analog-Digital-Wandler
10 zugeführt. Dieser Wandler 10 ist beispielsweise als Digital-Voltmeter ausgebildet,
das auf ein entsprechendes Signal das von 9 kommende Meßsignal digital verschlüsselt
und der Digitalanzeige 11 zu'- -führt. Gleichzeitig wird der Digital-Meßwert gespeichert
und beispielsweise im BCD-Code am Eingang eines Druckers 15 bereitgestellt.
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Mit dem Ausgang der Verstärkerstufe 9 ist ein Regelkreis verbunden,
welcher im 'wesentlichen aus einem Integralregler und einem Halteverstärker besteht.
Der Integralregler ist im einfachsten Fall aus einem Operationsverstärker 14, einem
Widerstand 15 und einem im Gegenkopplungszweig liegenden Kondensators 16 aufgebaute
Dieser Regler integriert das Ausgangssignal der Stufe 9 und führt es bei geschlossenem
Schalter 17 über den Halteverstärker (Speicher) 18 und einen Widerstand 19 dem Eingang
der Verstärkerstufe 9 zu. Bei eingeschaltetem Regelkreis wird die Spannung am Widerstand
19 solange geregelt, bis am Ausgang der Verstärkerstufe 9 der Spannungswert Null
gebildet ist, d.h. der Regelkreis setzt das Signal,, das
dem Wandler
10 zugeführt wird, auf Null herab. Die Zeit, die notwendig ist, um ein Meßsignal
auf Null zurückzusetzen, beträgt beispielsweise 300 msec.
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Der im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellte Drucker 13 enthält
einen Zeittaktschalter 5, welcher bei Betätigung periodisch aufeinanderfolgende
Auslöseimpulse liefert. Das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Auslöseimpulsen
ist wählbar und kann beispielsweise 15, -30 oder 60 sec. betragen. Da der Drucker
15 nach Auslösen eines Zeittaktes eine mechanisch bedingte Anlaufzeit von beispielsweise
150'msec. benötigt ehe Druckbereitschaft eintritt, liefert er nach -Auslösung jedes
Zeittaktes über den Ausgang 20 einen Sperrimpuls 21.
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Dieser gelangt zu einem Monoflop 23. Der Ausgang dieses Monoflops
ist mit einem zweiten Monoflop 24 verbunden. Mit 25 und 26 sind zwei Transistoren
bezeichnet, welche beim Triggern der Monoflops 23 bzw.
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24 leitend werden. Der Transistor 25 ist mit dem Eingang einer als
Druckeransteuerung bezeichneten Schaltung 30 verbunden, während der Transistor 26
mit einem Relais 27 verbunden ist, das bei Anregung den Schalter 17 des Regelkreises
15 - 19 schließt.
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Die Wirkungsweise- der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist folgende:
Nach Einbringen einer Probe in das Photometer erzeugt der Empfänger 1 ein Meßsignal,
welches am Ausgang der Verstärkerstufe 9 anliegt. Das Relais 27 ist über die Leitung
28 und den Ruhekontakt des Zeittaktschalters 14 im Drucker 15 mit Erde verbunden.
Das Relais 27 ist deshalb erregt und der Schalter 17 geschlossen. Damit liegt am
Ausgang der Verstärkerstufe 9 die Spannung Null. Dies ist auch aus Kurve a der Fig.
2 ersichtlich, welche die Erregung des Relais 27 darstellt.
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Zum Starten der Registrierung wird der Zeittaktschalter 5 betätigt;
gleichzeitig-wird über den Ausgang.20 ein Sperrimpuls-21 geliefert
und
triggert den Monoflop 23 durch selne Vorderflanke. Dadurch wird der Transistor 25
leitend und die Druckeransteuerung 30 liefert über die Leitung 29 einen Auslöseimpuls
zum Analog-Digital-Wandler 10. Dieser Auslöseimpuls bewirkt, daß die am Ausgang
der Verstärkerstufe 9 anliegende Spannung digital verschlüsselt und a;;n Eingang
12 des Druckers 13 bereitgestellt wird. Im Augenblick des Auslöseimpulses liegt
am Ausgang der Stufe 9 die Spannung Null, so daß der erste ausgedruckte Wert, wie
Fig. 3 zeigt, stets Null ist.
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Jeder von der Druckeransteuerung 30 gelieferte Auslöseimpuls bewirkt
die digitale Verschlüsselung und Speicherung, d.h. das Feststellen und Festhalten
des Meßwertes am Ende eines Meß-intervalls.
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Die Speicherung des Meßwertes ist notwendig, da der Drucker 13, wie
schon erwähnt, ca. 150 msec. benötigt, ehe nach Auslösen eines Zeittaktes Druckbereitschaft
eintritt.
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Nach etwa 25 msec. geht der Nonoflop 25 in seine stabile Lage zurück.
Die Rückflanke des Taktes vom Monoflop 23 triggert den Monoflop 24. Dadurch wird
der Transistor 26 leitend, das Relais zieht an und schließt den Schalter 17. Zur
Verdeutlichung dieser Vorgänge dienen die Xurven b, c, d und e der Fig. 2.
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Wie Fig. 2e zeigt, kippt der Monoflop 24 nach etwa 300 msec. in seine
stabile Lage zurück, wodurch das Relais 27 stromlos wird und den Schalter 17 öffnet.
Der Meßwert läuft nun bei einer Änderung der Probenabsorption ausgehend vom Wert
Null los und steht Eingang des Wandlers 10 bereit. Nach beispielsweise 60 sec. erz
-der Drucker 13 einen weiteren Zeittakt. Gleichzeitig wird wieder ein Sperrimpuls
21 ausgelöst, der den Monoflop 23 triggers, den Transistor 25 leitend macht und
damit von der Druckeransteuerung 30 über die Leitung 29 einen Auslöseimpuls zum
Analog-Digital-Wandler 10 schickt. Dieser Auslöseimpuls bewirkt die Verschlüsselung
des zu diesem Zeitpunkt am Ausgang der Stufe 9 anliegenden NeBsignais und die Bereitstellung
des verschlüsselten digitalen Meßsignals an
Eingang 12 des Druckers
15. Nach 25 msec. kippt der Monoflop 25 zurück und schaltet über den Monoflop 24,
den Transistor26 und das Relais 27 den Schalter 17 und damit den Regelkreis 15 -
19 ein. Dadurch wird der Meßwert innerhalb der durch den Monoflop 24 bestimmten
Zeit auf Null zurückgesetzt. Sobald der Monoflop 24 wieder zurückkippt, öffnet sich
der Schalter 17 und der Meßwert läuft jetzt bei einer Anderung der Probenabsorption
wieder vom Wert Null aus während eines Zeitintervalles, das durch das Auftreten
des nächsten Zeittaktes beendet wird. Diese Verhältnisse sind in KurVe f der Fig.
2 angedeutet.
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Das am Eingang 12 des Druckers 15 anliegende digitale Meßsignal wird
sofort nach Eintreten der Druckbereitschaft übernommen und ausgedruckt. Fig. 3 zeigt
ein solches gedrucktes Meßprotokoll.Man erkennt, daß der erste aus ge druckte Wert,
Null ist, daß während des nächsten Zeitintervalls eine gewisse Nichtlinearität auftritt
und daß praktisch zwischen dem 3. und 6. Zeitintervall die Meßkurve linear verläuft.
Der 7. und 8. Meßwert zeigen, daß ab hier die Linearität der Kurve nicht mehr gegeben
ist. Als Meßwert wird hier also beispielsweise der 5. Ausdruck gewonnen.
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Bei einer Anwendung der beschriebenen Anordnung zur Messung von Enzymaktivitäten
wird der Meßwert beispielsweise im Analog-Digital-Voltmeter 10 durch Multiplikation
der Differenz AE mit einem konstanten Faktor F gebildet, so daß die vom Drucker
13 ausgedruckten Werte direkt die gesuchte Enzymaktivität angeben.
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Durch die Betätigung der Nullwert-Regelung wird die eigentliche Messung
während eines Zeitraumes von beispielsweise 500 msec. unterbrochen. Bei einem Zeittakt
von 60 sec. vom Drucker 13 tritt dabei beispielsweise ein Fehler von 0,5 ffi auf,
der jedoch bei Routine-Messungen ohne weiteres in Kauf genommen werden kann.
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Die zur Meßwert-Differenzbildung dienende Schaltung 23 - 90 kann als
Zusatz zu'einem Photometer ausgebildet sein, das den Regelkreis
14
- 19 enthält. Auch dieser Regelkreis ist als Zusatzanordnung ausgebildet, so daß
ein Routine-Gerät durch diese beiden preiswerten Zusatzsysteme zu einem in Fig.
1 dargestellten Gerät erweitert werden kann.