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Vielkanal-Spektrophotoneter
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Die Erfindung betrifft ein Vielicanal-Spektrophotometer.
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Vielkanal-Spektrophotometer werden zur fflleichzeitigen Analyse einer
Vielzahl von Proben mit unterschiedlichen zu prüfenden Eigenschaften verwendet,
sie finden beispielsweise bei der automatischen biochemischen Analyse oder derartigem
Verwendung.
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Aufgrund der in letzter Zeit festzustellenden deutlichen
Erhöhung
der zu bearbeitenden Proben, verursacht durch die steigende Bedeutung der klinischen
PrÜfungen, ist ein ansteigender Bedarf an rationellen Verfahren aufgetreten, die
eine gleichzeitige Untersuchung von mehreren Proben ermöglichen, wobei verschiedene
Methoden entwickelt worden ind. So ist beispielsweise ein Vielkanal-Spektrophotometer
für zwei Wellenlängen in der japanischen Offenlegungsschrift Tokkosho 53-122 474
beschrieben. Diese Vorrichtung wird für viele Zwecke verwendet. Dabei ist das Spektrophotometer
so angeordnet, daß ein gransmissionslicht von einer großen Anzahl von in der Richtung
der Y-Achse angeordneten Probezellen (in dieser1 Fall Durchflußzellen) auf einen
sich in dieser X-Richtung erstreckenden Schlitz fokussiert ist und sodann einer
Spektralanalyse durch ein Diffraktionsgitter o. dgl. unterzogen wird, so daß es
auf ein Wellenlängen-Dispersions-Optisches-System projeziert wird derart, daß der
spektrale Bereich des durch jede Zelle transmittierten und der spektralen Diffraktion
unterzogenen Lichts ein in der Richtung der Y-Achse zerstreutes Spektrum wird. Weiter
ist dort ein lichtaufnehmender Abschnitt des Spektrums für das obige monochromatische
Licht vorgesehen, dieser lichtaufnehmende Abschnitt weist einen Detektionsabschnitt
mit mehr als zwei Detektionselementen auf, die in der Y-Richtung angeordnet sind,
wobei die jeweiligen Detektionsabsehnitte in einer plattenförmigen Konfiguration
in er Richtung; der Achse angeordnet sind, so daß sie den Positionen entsprechen,
wo die jeweiligen spektralen Ränder auftreten.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung; macht es die Selektion und die Kombination
von flezugswellenlängen, die durch die Prüfeigenschaften der Proben bestimmt werden,
möglich, eine gleichzeitige Analyse mehrerer Proben durchzuführen, wegen des Erfordernisses
der für die Analyse erforderlichen Länge des optischen Weges (die Durchflußzellen
sind so angeordnet, daß sie im rechten Winkel in bezug auf die optische Irradiations-Achse
angeordnet sind) kann der Durcllmesser der Durchflußzellen nicht sehr reduziert
werden. Weiter kann wegen der auf einen bestimmten Ort beschränkten Anordnung der
Durchflußzellen in den optischen System die Länge des Saugflußweges des Musters,
beisnieAsweise un ein Reagenz, welches separat tn das Muster von Behältern der Reaktionsproben
in die Durchflußzelle geflossen ist, nicht unter eine vorgegebene Länge reduziert
werden; infolgedessen sind besondere fester erforderlich zur Vermeidung derartiger
Umschaltungen, dies führt zu dem Nachteil, daß eine ausreichende Analyse von ilustern
von kleiner Menge durchgeführt werden kann.
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Aurgabe der Erfindung ist es daher, ein Vielkanal-Spektrophotometer
zu schaffen, welches es ermöglicht, gleichzeitig eine Vielzahl von Proben zu untersuchen
und bei der lediglich eine sehr geringe Menge der zu untersuchenden Probe erforderlich
ist.
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Erfindungsgei'äß wird diese Aufgabe gelöst durch einen langen, sich
in X-Richtung erstreckenden Schlitz, durch den weißes Licht von einer Quelle zur
spektralen Diffraktion unterzogen wird, so daß sie auf eine X-Y-zweidimensionale
wellenlängen-Dispersions-Irradiations-Optische-Oberfläche
projeziert wird, die derart angeordnet ist, daß das derart der spektralen Diffraktion
unterworfene spektrale Band ein Spektrum von monochromatischem Licht wird, welches
in der Y-Richtung feinst verteilt in rechten Winkeln zii dem Schlitz unterteilt
ist; daß Endabschnitte zum Eintritt des Lichts in optische Faserstränge vorgesehen
sind zum freien Überschalten, an Stellungen zur Wahl der Y-Richtung Wellenlängen
und auch an Stellungen zur Unterteilung verschiedener X-Richtungen eines Bildes,
welche eine Fläche des Spektrums bildet, so daß das monochromatische Licht der aungewt-ihlten
Wellenlänge von den X-Y-Auswahlstellungen herausgenommen werden kann; und daß ein
einzelner Zelldeteltor vorgesehen ist zur Konfronstation des Lichteintritts-Endabschnitts
(9i) des optischen Fiberstranges zur Detektion der Intensität des monochromatischen
Lichts des die Probe zelle durchdringenden Lichts.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen,
der Beschreibung sowie der Zeichnung, in der die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
im. einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Diagramm eines optischen Systems
für ein Vielkanal-Spektrophotometer nach einer bevorzugten Ausführungsforn dervErfindung
in der ersten Hauptebene; Flug. 2 eine Darstellung dieses optischen
Systems
in der zweiten Hauptebene; Fig. 3 eine Draursicht auf eine biespielhafte Ausführungsform
einer Fixierung;splatte für optische Fiberstränge an einer ein monochromatiches
Spektrum bildenden Oberfläche; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beziehung
zwischen dem lichtaussendenden Endabschnitt des optischen Fiberstranges, der Durchflußzelle
1lnd der Detektionselemente für eine Lichtnessung mit einem Doppelstrahl; und Fig.
5 eine schematische Darstellung der Konstruktion eines die Wellenlänge selektierenden
Abschnittes in einem Fall, wo die obige Vorrichtung auf eine Lichtmessung; bei vielen
Wellenlängen angewendet wird.
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Figur 1 zeigt in der ersten Hauptebene eine Darstellung des optischen
Dispersionssystems nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gesehen
von der Frontansicht des tzleßgerätes, während Figur 2 eine Darstellung dieses optischen
Dispersionssystems (L) in der zweiten Hauptebene zeigt, gesehen von oben auf das
Gerät.
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Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, weist das Vielkanal-Spektrophotometer
nach der Erfindung eine Quelle weißen
Lichts 1, eine sphärische
Linse 2 und eine zylindrische Linse 3, die benachbart zueinander in dem Lichtpfad
der Quelle weißen Lichts 1 liegen und einen Einlaß-Schlitz 4, welcher der zylindrischen
Linse 3 folgend in dem Lichtpfad angeordnet ist, auf, wobei diese Elemente ein optisches
System zur Sammlung des von der Quelle weißen Lichts 1 ausgesandten Lichts bilden.
Obwohl der EinlaR-Schlitz 4 als länglicher Schlitz entsprechend einer Breite ()
des Lichtflusses von Figur 2 ausgestaltet sein kann, ist es in Form von langlochartigen
Schlitzen (in der Ausführungsform in X-Richtung) ausgestaltet, wie dies'in Figur
2 gezeigt ist, um direktes Licht zu vermeiden unter Bildung einer ttaske 4m. Die
Einrichtung weist weiter sphärische Spiegel 5 und 7, ein Dispersionselement 6, etwa
ein Beugungsgitter oder ein Prisma usw., eine Fixierungsplatte für einen optischen
Fiberstrang aus magnetischem Material an der das monochromatische Spektrum bildenden
Oberfläche mit einer Vielzahl von darin gebildeten Löchern 8h und einen optischen
Fiberstrang 9, auf. Da die optischen Fiberstränge 9 jeweils mit, beispielsweise,
einem Ferritmagnet 10 an jedem lichtaussendenden Endabschnitt 9i ausgestattet sind,
können deren fixierte Abschnitte einfach ausgewechselt werden wenn dies erforderlich
ist.
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Figur 3 zeigt ein Beispiel der Fixierungsplatte 8 der optischen Fiberstränge,
in der Löcher 8H ausgebildet sind, die beispielsweise in acht Reihen in der Richtung
der Y-Achse und in neun Reihen in der Richtung der X-Achse ausgebildet sein können,
wobei die jeweiligen Reihen in der Richtung der Y-Achse von der Maske 4m des
Schlitzes
4 unterteilt sind und wobei die in der Richtung der X-Achse denen derselben Wellenlänge
des astrcffcnden Spektrums entsprechen. Die acht Reihen in der Richtung der Y-Achse
sind also so eingerichtet, daß sie, beispielsweise ungefähr alle 50 im des Bereiches
von 700 nm bis 340 nm entsprechen. Obwohl die automatische Analyse für 20 Kanäle
von der Fixierungsplatte 8 des optischen Fiberstranges 9 bewirkt werden kann, wie
das oben beschrieben wurde, kann die Anzahl der Reihen in der Richtung der Y-Achse
um mehrere Reihen vergrößert werden, so daß diese den zwischenliegenden Wellenlängen
wie 670, 628, 574, 415 nm... usw. entsprechen. Die optischen Stränge 9, die jeweils
so angeordnet sind, daß sie in eine Mehrzahl der Löcher 8H der Fixierungsplatte
8 durch die Anziehung des Magnetes 10 an ihren Endabschnitten 9i befestigt sind,
wie dies oben beschrieben ist, müssen nicht rür alle der in Figur 3 beispielhaft
gezeigten zweiundsiebzig Löcher 8H vorgesehen sein, ihre Anzahl entspricht jedoch
der Anzahl der Durchflußzellen ll, die an dem Detektionsabschnitt vorgesehen sind,
der im folgenden beschrieben werden wird, und kann beispielsweise im Fall einer
Lichtmessung mit einer Wellenlänge gleich der Anzahl der Durchflußzellen sein, d.
h., daß die Anzahl ungefähr gleich der Anzahl der eingesetzten Kanäle ist. Im Fall
einer vielwelligen Lichtmessung von mehr als zwei Wellenlängen, können die optischen
Fiberstränge 9 so ausgestattet sein, daß sie in der Anzahl der Zahl entsprechen,
die durch die Nultiplikation der obigen Anzahl der Kanäle mit der Anzahl der Wellenlängen
usw.
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entsprechen, die Anzahl der optischen Fiberstränge 9
kann
also in einen großen Ausmaß entsprechend den jewilien Anwend1lngvzwecken verändert
werden.
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Figur 4 zeigt ein Diagramm unter Darstellung der Konstruktion des
DetektLonsabschnitts, der so eingerichtet ist, daß er ein willP:ürliches monochroratisches
Licht, welches von dem optischen Fiberstrang 9 in die Durchflußzelle 1 fließt zur
Feststellung der Intensität des durchgesandten Lichts trägt.
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Die in Figur 4 gezeigte Anordnung weist eine Fiberlinse 12 in einer
gebündelten Konfiguration auf, die aus einem Platerial hergestellt ist, die handelsüblich
als "Selfoc"- oder Stangenlinse bezeichnet wird und an dem lichtaussendenden Endabschnitt
90 des optischen Fiberstrangs 9 vorgesehen ist, wobei durch Vorsehung der Fiberlinse
12 die Fokuslänge und der Durchmesser des Punktes des konvergierten Lichtes usw.
des projektierten Lichts wie gewünscht gewählt werden kann.
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Weiter kann der äußere Durchmesser (d) des optischen Fiberstabs 9
reduziert werden durch Vorsehen der Linse 12 an den unmittelbaren Endabschnitten
9i des optischen Fiberstrangs 9, wie dies in Figur 1 gezeigt ist, was zu einer Verbesserung
der Flexibilität und zu einer Vereinfachen der Herstellung der Vorrichtung führt.
Es ist eine Reaktionsröhre 13 vorgesehen, welche bei Beendigung; der Reaktion des
Musters S in eine Position direkt unterhalb der Durchflußzelle 11 gebracht wird,
so daß das Muster S in die Durchflußzelle 11 gesogen wird. Da die Saugröhre 14 auf
diese Weise extrem kurz
ausgestaltet werden kann, kann die Reinigung
der inneren Wand der Röhre auch bei einer sehr geringen Menge des rlusters ausreichend
clurchgeffihrt werden, was bewirkt, daß die zur Analysev erforderliche Menge des
Musters sehr gering sein kann. Aufgrund der Ausgestaltung der Durchflußzelle 11
quer zur Richtung der optischen Achse kann eine kompakte Größe mit einem Durchmesser
in Bereich von 1,5 bis 2 mm bei einer Lichtweglänge von ca. 10 mm eingesetzt werden.
Weiter ist ein Lichtdetektionselement 15 vorgesehen, beispielsweise eine Photodiode
o. dgl., welche zur Feststellung der Intensität des durch das Muster innerhalb der
Durchflußzelle 11 fließenden Lichts eingesetzt wird. In dem Fall der Lichtmessung
eines einzelnen Strahles mit einer Wellenlänge, zwei ellenlängen oder mehreren Wellenlängen
kann das Detektionselement 15 alleine für diesen Zweck ausreichend sein, bei Durchführung
eines Meßverfahrens mit einem doppelten Lichtstrahl ist ein Halbspiegel 16 zwischen
dem vorragenden Endabschnitt 9o des optischen Fiberstrangs 9 und der Durchflußzelle
11 vorgesehen, dabei wird die Intensität der Hälfte des immitierten Lichts mittels
eines anderen Lichtdetektionselements 17 festgestellt.
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Bei der obigen Anordnung kann die Variation der Lichttransmissionscharakteristik
der optischen Fiberstränge 9 zur Verbesserung der Meßgenauigkeit korrigiert werden.
Der Halbspiegel 16 I:ann aus einfachem Glas hergestellt sein. Figur 5 zeigt ein
Diagramm mit einem Wellenlängenselektionsabschnitt, welcher so angeordnet ist, daß
im Fall obiger Lichtmessung mit mehr als zwei
Wellenlängen mehrere
monochromatische Lichte (L l L 2 L 3... usw.), mit jeweils unterschiedlichen Wellenlängen
aus der Fixierungsplatte 8 der optischen Fiberstränge, wie sie in Figur 3 gezeigt
ist, herausgenommen werden und danach selektiv in das Muster geführt werden. Jetzt
werden die monochromatischen Lichte (L l L 2 und L 3) mit jeweils unterschiedlichen
Wellenlängen von dem oben beschriebenen optischen System zu der Frontfläche eines
Sektors 18 mittels der optischen Fiberstränge 9A, 9B und 9C geführt. Der Sektor
18 ist mittels eines Mechamismus einer Drehung oder einer Reziprokenbewegung ausgesetzt,
so daß lediglich eines der Lichte mit einer Wellenlänge aus den drei lellenlängen
(die Figur zeigt den Fall mit L 1) in den vorragenden Endabschnitt des optischen
Fiberstrangs 9D durch das Loch 18 und durch die Kondenserlinse 19 dringt. Der Aufbau
hinter dem lichtaussendenden Endabschnitt des optischen Fiberstrangs 9D ist derselbe
wie in Figur 4. Es kann Fälle geben, wo die Linse 12 an dem lichtaussendenden Endabschnitt
nicht vorgesehen ist.
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Wie eben gezeigt ist, wird es durch sukzessives Richten der Lichtstrahlen
L 2 und L 3 in die Durchflußzelle 11 und Feststellen der Intensität des durchdringenden
Lichts möglich, die ^1messung von Licht mit vielen Wellenlängen durch Kombination
von willkurlichen Wellenlängen zu bewirken. Die in Figur 5 gezeigte Konstruktion
entspricht einer Durchflußzelle, wenn eine Anzahl von Durchflußzellen vorgesehen
sind in der Anzahl der Reihen von unterschiedlichen Wellenlängen in Richtung der
Y-Achse, wie dies Figur 3 zeigt, kann die Probeninformation für die Durchflußzellen
in dieser Anzahl
gleichzeitig erhalten werden. Das Verfahren zur
Messung mit Licht von verschiedenen Wellenlängen, wie es oben beschrieben ist, ist
geeignet zur Erhaltung von Probeninformation wie bei der Hämolyse, Trübung oder
bei hohem Bilirubin usw.
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Beschrieben ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, welche die
verschiedenen Elemente eines Vielkanal-Spektrophotometers darstellt, es versteht
sich, daß die vorliegende Erfindung bei einem Einkanal-Einwellen-Spektrophotometer
verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die Zeichnung
und die vorangehende Beschreibung, so kann die Fixierungsplatte der optischen Fiberstränge
aus einer transparenten Platte bestehen, wenn die Fixierungsmittel an dem äußeren
Endabschnitt der optischen Fiberstränge geeignet gehaltert sind mit einer völligen
Freiheit in der Wahl der Wellenlängen usw., die dadurch erreicht werden kann.
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Die in der vorstehenden Reschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger
Kombination für die AusfÜhrung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen
wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste 1 Quelle weißen Lichts 1 2 sphärische Linse 2
3 zylindrische Linse 3 4 Einlaß-Schlitz 4 5 sphärischer Spiegel 5 6 Dispersions-Element
6 7 sphärischer Spiegel 7 8 Fixierungsplatte 8 9 Fiherstrang 9 9o Endabschnitt 90
9i Endabschnitt 9i 10 Ferritmagnet 10 11 Durchflußzelle 11 12 Fiberlinse 12 13 Reaktflonsröhre
13 14 Saugröhrchen 14 15 Lichtdetektionselement 15 16 Halbspiegel 16 17 Lichtdetektionselement
17 19 Kondensorlinse 19 Breite (des Lichtflusses) W 4m Maske 8H Löcher 8H