DE3630353A1 - Vorrichtung zur untersuchung einer fluessigkeitsprobe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrich­ tung zur Durchführung chemischer und biochemischer Versuche, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte faseroptische Vorrichtung für derartige Versuche.

Eine aus einer Vielzahl chemischer und biochemischer Techniken, die zum Zwecke der Analyse oder für Ver­ suche Anwendung finden, ist ein optisches System, welches die Prinzipien der abgeschwächten totalen inneren Reflexion-Spektroskopie (ATR) benutzt. Ins­ besondere zweckmäßig für Immun-Untersuchungen benutzt ein solches optisches System einen optischen Wellen­ leiter, z.B. eine optische Faser oder einen optischen Stab. Ein Antikörper wird kovalent an einem Teil der äußeren Oberfläche des Wellenleiters immobilisiert und der Antikörper reagiert mit einem Antigen in einer zu untersuchenden oder zu prüfenden Lösung. Ein Licht­ strahl, der in ein Ende des Wellenleiters eingeführt wird, wird innen einer Totalreflexion in dem dichten Medium des Wellenleiters unterworfen und erzeugt in dem dünneren Medium bzw. der Testlösung eine elektro­ magnetische Wellenform, die als "Evaneszent-Wellen­ komponente" (abklingende Wellenkomponente) bekannt ist. Letztere erstreckt sich charakteristischer Weise nur über einen Bruchteil einer Wellenlänge über den Zwischen­ raum zwischen dem Wellenleiter und der Prüflösung. Die­ ses Eindringen genügt jedoch, um eine beträchtliche optische Gegenwirkung zwischen der abklingenden Wellen­ komponente und den immobilisierten Antikörpern zu erzeugen, mit denen die Antigene in der Testlösung einen Komplex bilden, während in der Lösung selbst, in der das Antigen vorhanden ist, nur eine minimale Reaktion erfolgt. Dieses optische Zusammenwirken ermöglicht eine Untersuchung des Antigens. Eine Anzahl solcher Systeme, die eine Spektroskopie mit totaler innerer Reflexion für die Untersuchung be­ nutzen sind bekannt, und beispielsweise in der US-PS 41 33 639 beschrieben. Hier ist ein System erläutert, welches die Fluoreszenz mißt, welche durch das optische Zusammenwirken induziert wird. Die US-PS 40 50 895 beschreibt ein System, welches auf einer Absorption der abklingenden Welle durch den Analyten beruht. Die US-PS 43 21 057 und die US-PS 43 99 099 beschreiben beide Systeme, die Änderungen in der Strahlung fest­ stellen, die durch die Faser hindurchgelassen wird. Die US-PS 44 47 546 beschreibt wiederum ein Fluores­ zenz-Immuno-Untersuchungssystem.

Ein Immuno-Untersuchungsgerät gemäß der US-PS 44 47 546 benutzt die totale innere Reflexion an einer Zwischen­ fläche zwischen einer festen Phase und einer flüssigen Phase geringerem Brechungsindexes, um eine abklingende Welle in der Flüssigkeitsphase zu erzeugen. Die durch die Welle erzeugte Fluoreszenz wird unter einem Winkel beobachtet der größer ist als der kritische Winkel, und zwar erfolgt die Beobachtung durch Totalreflexion innerhalb des festen Mediums. Die feste Phase ist so angeordnet und wird so beleuchtet, daß vielfache totale innere Reflexionen an der Zwischenfläche erfolgen. Im typischen Fall besteht die solide Phase aus einer optischen Faser, auf der eine Komponente eines Komplexes abgelagert wird, die in einer immuno­ chemischen Reaktion hergestellt wird. Auf eine andere Komponente des Komplexes wird ein Fluoreszenz­ mittel abgelagert. Das fluoriszierende Markierungs­ mittel kann entweder komplementär der immobilisierten Komponente oder analog dazu sein, je nach dem ob kompetitive oder Schichtenversuche durchgeführt werden sollen. Im Falle von kompetitiven Versuchen ist die markierte Komponente im typischen Falle mit der immo­ bilisierten Komponente mit gesteuerter Konzentration vorbeschickt.

Die Faser und die anhaftenden, zu untersuchenden Bestandteile werden in eine flüssige Phase einge­ taucht und die Erregerbeleuchtung wird in das Eingangs­ ende der Faser eingeleitet. Die abklingende Welle wird benutzt, um eine Fluoreszenz in der flüssigen Phase auszulösen und jene Fluoreszenz, die durch die feste Phase zurückgeführt wird und in einer Richtung fort­ schreitet, die größer ist als der kritische Winkel, wird am Eingangsende der Faser wieder abgenommen.

Das beobachtete Volumen der Probe ist beschränkt, und zwar nicht nur wegen der rapiden Abnahme der ab­ klingenden Welle als Funktion des Abstandes von der Zwischenfläche, sondern auch durch ein gleichschnelles Abfallen der Tunnelwirkung mit dem Abstand und die entfernteren Fluorphosphore werden nicht nur weniger intensiv erregt und fluoreszieren demgemäß weniger, sondern ihre Strahlung ist auch weniger wirksam in die Faser eingekoppelt. Infolgedessen ist die wirksame Tiefe der erfaßten Schicht sehr viel kleiner im Vergleich mit der Zone, die durch Totalreflexion- Fluoreszenz allein beobachtet werden kann, denn die tatsächlich wirksame Kopplung setzt diese Zone herab.

Die innere , mehrfach Totalreflexionen in der festen Phase erlauben eine widerholte Erregung einer ab­ klingenden Welle durch den Beleuchtungsstrahl, und dadurch erfolgt eine wirksamere Kopplung der kleinen Erregerquelle im Probenvolumen. Hierdurch wird auch die Menge der festgestellten Probe vergrößert. Letztere wird auch erhöht durch diffuse Zirkulation der Probe entlang der Faseroberfläche, an der das zu unter­ suchende Material durch Reaktion anhaftet, wenn es vorbeiströmt. Die Diffusion macht die tatsächlich untersuchte Schichtdicke sehr viel größer als die dünne Oberflächenschicht, die jene ist, die zum Hinter­ grund beiträgt.

Die gesamte Strahlung, die in die Faser zurückgeleitet wird, liegt innerhalb des totalen Reflexionswinkels und wird so in der Faser eingeschlossen. Die Leistung, die von der Fluoreszenz verfügbar ist, steigt mit der Länge der Faser innerhalb des fluoreszierenden Materials an. Der optische Durchsatz des Systems (bestimmt durch die Apertur und die numerische Aperatur der Faser) bleibt über das System konstant. Das Gesamtfluoreszenz­ signal, welches aus der gesamten Oberfläche der Faser austritt, multipliziert mit dem Ansteigen des Proben­ volumen infolge Diffusion wird somit verfügbar in einem sehr hellen Fleck (dies ist der Querschnitt der Faser im Durchmesser), wodurch die Faser am Eingangsende über einen beschränkten Winkel erregt wird, der durch den kritischen Reflexionswinkel innerhalb der Faser bestimmt ist. Ein solches Signal kann leicht mit hohem Wirkungsgrad und insgesamt ange­ paßt an einen kleinen Detektor gesammelt werden.

Für die Erregerstrahlung, die anfänglich durch eine optische Faser mit dem Brechungsindex n ₀ fortschreitet, die sonst von einem Material mit dem Brechungsindex n ₁ umgeben ist, kann der maximale Akzeptanzwinkel B der Eingangsstrahlung in die Faser aus der folgenden Gleichung berechnet werden:

(1) NA = n ₂sinB = (n ₀2-n ₁2) 1/2

dabei ist n ₂ der Brechungsindex des Mediums (im typischen Falle Luft) durch den die Strahlung anfänglich fortschrei­ tet, bevor sie auf ein Ende der Phase einfällt und NA ist die sogenannte numerische Apertur der Faser. Demge­ mäß ist die numerische Apertur für eine Faser am größten wenn das Faserkernmaterial einen sehr hohen Brechungs­ index aufweist und das die Faser umgebende Medium einen sehr niedrigen Index besitzt, d.h. wenn n ₀ » n ₁ ist. Beispielsweise können befriedigende Empfindlichkeiten erlangt werden, wenn eine Glasfaser mit einem üblichen Brechungsindex von einer wässrigen Lösung umschlossen ist, die im typischen Fall einen Brechungsindex in der Nähe von 1,33 bis 1,35 hat.

Es ist üblich Mittel vorzusehen, um die Faser so zu lagern, daß wenigstens jenes Ende der Faser, in das die Strahlung eingeführt wird, genau angeordnet wird. Eine Berührung zwischen der Faser und dem Lager am Eingangsende der Faser oder in der Nähe führt zu einer Verminderung der numerischen Apertur insofern als der Brechungsindex des Lagermaterials im allgemeinen größer als n ₁ ist. Um dieses Problem zu lösen wird im typischen Fall die Faser wenigstens in der Nähe des Faserendes wo die Strahlung eingeführt wird, mit einem Überzug versehen, und zwar im typischen Fall mit einem transparenten Polymer mit hohem Molekulargewicht, damit ein Medium mit niedrigem Brechungsindex zwischen das Lager und die Faser gebracht wird. Der Teil der Faser, der mit der Analyselösung in Berührung gebracht werden soll, hat keinen derartigen Überzug. Wenn im Idealfall der Brechungsindex des Überzuges der gleiche ist wie der Brechungsindex der Probe, kann eine maximale Er­ regung der Probe erreicht werden. Unglücklicherweise liegt jedoch der Brechungsindex der meisten verfüg­ baren Überzüge bei etwa 1,40 bis 1,43 und derartige Indizes begrenzen die maximale numerische Apertur auf einen Wert, der sehr viel niedriger ist als jener Wert der erreicht werden könnte, wenn ein Überzugsmaterial mit niedrigerem Brechungsindex zur Verfügung stände.

Die abklingende Zone sucht sich in der Tiefe zu ver­ größern und die Empfindlichkeit des Systems nimmt auch zu, wenn die numerische Apertur der Faser ansteigt. So ist es zweckmäßig, die numerische Apertur des Systems so groß als möglich zu machen. Einer solchen Vergröße­ rung standen bisher die oben erwähnten Hindernisse im Wege, die durch die Lagerung der Faser an dem maximalen Ende bedingt waren, d.h. mit der Lagerung der Faser an jenem Ende, an dem die Strahlung ein­ geführt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Untersuchungssystem zu schaffen, welches optische Fasern benutzt, wobei das System eine ver­ besserte numerische Apertur und damit eine erhöhte Empfindlichkeit besitzt. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Systems, welches eine direkte An­ passung an die numerische Apertur der Faser in einer flüssigen Probe ermöglicht. Weiter soll ein System ge­ schaffen werden, bei dem die numerische Apertur des Systems maximiert wird, d.h. die numerische Apertur soll so groß sein wie durch die Brechungsindizes von Faser und flüssiger Probe in Berührung hiermit möglich wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß da­ durch, daß die Faser in der Nähe des distalen Endes abgestützt und im Abstand zu einer Umhüllung derart angeordnet wird, daß nur das mit der Faser in Berührung stehende Material die Sonde ist. Ein Ende der Umhüllung ist mit einem ersten Knierohr abgedeckt, welches eine Öffnung besitzt, durch die die Faser vorsteht, ohne das Knierohr zu berühren. Außerdem sind Mittel vorge­ sehen, um eine Flüssigkeitsströmung durch das Knierohr in den Zwischenraum zwischen Umhüllung und Faser ein­ zuleiten. Die Fluoreszenz wird vorzugsweise vom gleichen Ende der Faser abgenommen durch das die Erregerstrah­ lung hineingeschickt wurde, so daß Lichtverluste, die durch die Lagermittel am distalen Ende einge­ führt werden, insoweit vernachlässigt werden können als es die Messung der Fluoreszenz anbetrifft. Hier­ durch ergeben sich verschiedene Verfahren und Materia­ lien zur Lagerung der Faser.

Weitere zweckmäßige Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus den Patentansprüchen.

Die Erfindung umfaßt demgemäß eine Vorrichtung mit einer Kombination von Elementen und einer Konstruktion sowie Anordnung von Teilen und ein Verfahren mit ver­ schiedenen Schritten, die sich aus der folgenden Be­ schreibung ergeben.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen idealisierten, vergrößerten Längs­ schnitt einer Versuchseinrichtung, welche ein Faseroptiksystem umfaßt und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung repräsentiert;

Fig. 2 eine Stirnansicht der Versuchseinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine idealisierte vergrößerte Längs­ schnittdarstellung einer anderen Versuchs­ einrichtung mit einem Faseroptiksystem, welches die Prinzipien der Erfindung verkörpert;

Fig. 4 einen Teilschnitt einer anderen Aus­ führungsform eines Versuchssystems gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Versuchsanordnung, welche die Prinzipien der Erfindung ver­ körpert.

In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vor­ richtung 20 dargestellt, mit der eine Fluidprobe unter­ sucht werden kann, wobei diese Vorrichtung die Prin­ zipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Die Vorrichtung 20 weist eine optische Faser 22 auf und ein hohles, langgestrecktes Gehäuse 24 sowie ein Lager 26, und diese Vorrichtung ist in gewisser Hinsicht ähn­ lich der Vorrichtung gemäß der erwähnten US-PS 44 47 546.

Die Faser 22 stellt einen langgestreckten Körper dar, die sich von ihrem Eintrittsende 28 nach dem fernen Ende 30 erstreckt. Die Faser 22 besitzt vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. An der Eintritts­ fläche 24 ist die Faseroberfläche im typischen Fall eben und sie stet normal zur Längsachse der Faser und ist vorzugsweise fein poliert, um Flecken oder Ober­ flächenfehler zu vermindern, die andernfalls die einfallende Erregerstrahlung zerstreuen würden. Stattdessen könnte die Frontfläche 28 der Faser auch in anderer gewünschter optischer Gestalt ausge­ bildet sein, um beispielsweise eine Vergrößerung zu liefern oder eine optische Anpaßoberfläche zu schaffen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die Fluoreszenz, die an der Faseroberfläche durch Strahlungserregung induziert wird, am gleichen proxi­ malen Ende der Faser, an dem die Erregerstrahlung induziert wird, gesammelt oder beobachtet wird, ist es erforderlich zu verhindern, daß eine Streustrahlung von der Oberfläche 30 zurück nach der Oberfläche 28 gelangt. Infolgedessen kann die Oberfläche 30 so ge­ staltet sein, daß darauf einfallendes Licht innen zerstreut wird, aber vorzugsweise ist die Oberfläche 30 mit einem Material überzogen, welches den Brechungs­ index des die Fläche 30 umgebenden Mediums anpaßt, wo­ bei dieses Material sowohl nichtfluoreszierend und ab­ sorbierend im Hinblick auf die einfallende Strahlung ist. Im typischen Falle kann ein mit Kohlenstoff an­ gereichertes Epoxydharz eine solche Funktion erfüllen.

Die optische Faser 22 dient dazu, über ihre Länge durch mehrfache innere Totalreflexion optische Erregerstrah­ lung weiterzuleiten, die innerhalb eines konischen Akzeptanzwinkels B im wesentlichen symmetrisch zur Längsachse der Faser auf die Eintrittsoberfläche 28 auffällt. Dies ergibt sich, wie für den Fachmann bekannt, aus der Gleichung (1). Die Faser 22 kann aus irgendeinem optisch für die Erregerstrahlung durchlässigen, im wesentlichen homogenen Material bestehen, von denen eine große Anzahl existiert, beispielsweise Glasmaterial wie Glas, kristalline Materialien wie Quarz, Saphir oder dergleichen, syn­ thetische Polymere, beispielsweise Polyolefine, Poly­ propylene und dergleichen, und die Faser ist vorzugs­ weise sehr steif. Wenn die Faser 22 bei Flüssigkeits­ versuchen wie weiter unten beschrieben benutzt wird, dann muß der Brechungsindex (n ₀) des die Faser 22 bildenden Materials größer als n ₁ sein, d.h. größer als der Brechungsindex der zu untersuchenden Flüssig­ keit. Dieser letztere Index liegt im typischen Fall bei etwa 1,3 bei einer wässrigen Lösung. Bei einem Immunversuchsgerät kann die Faser 22 nur 5 mm lang sein und sie hat im typischen Fall einen Durchmesser im Bereich zwischen etwa 1 mm und wenigen 100 µm. Es ist jedoch klar, daß Länge und Durchmesser nur bei­ spielhaft und nicht beschränkend sind. Die Kombination von Faserlänge, Durchmesser und Modul sollten so ge­ wählt sein, daß die Faser kurz genug und/oder steif genug ist, um sich auslegerartig selbst tragen zu können.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist beabsichtigt, daß der Arbeitsabschnitt der Faseroberfläche durch Dimen­ sionen eines aktivierten Bereichs definiert werden, in dem der Versuch durchgeführt wird. Um die Ober­ fläche des Arbeitsbereichs der Faser 22 zu aktivieren, wird letztere im typischen Fall so behandelt, daß ein Überzug 32 geschaffen wird, wie dies beispiels­ weise in der US-PS 44 47 546 beschrieben ist.

Das Gehäuse 24 besteht aus einem Rohr, das vorzugs­ weise aber nicht notwendigerweise optisch transparent ist und aus einem Material besteht, welches in der zu untersuchenden Flüssigkeit relativ unlöslich ist und mit dieser Flüssigkeit chemisch nicht reagiert. Im typischen Falle besteht das Gehäuse 24 einfach aus einem Glasrohr, dessen Innendurchmesser größer ist als der maximale äußere Durchmesser der Faser 22. Vorzugsweise ist das Rohr so bemessen, daß ein vorbe­ stimmtes Volumen begrenzt wird, das wenigstens den aktivierten Überzug 32 der Faser 20 umschließt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zwischen­ raum zwischen der überzogenen Oberfläche der Faser 22 und der inneren Wand des Gehäuses 24 von den Ab­ messungen einer Kapillare.

Ein Lager 26 ist einfach als Wiege 36 dargestellt, wo­ bei ein Teil 38 mit dem Gehäuse 24 verbunden ist und dieses trägt, während ein anderer Teil 40 mit einem Endring 42 gekuppelt ist und diesen trägt, in dem das distale Ende 30 der Faser 20 fest eingespannt ist. Das Material des Endringes 42 ist vom optischen Standpunkt aus gesehen nicht wesentlich, jedoch sollte das Material chemisch nicht reaktionsfähig sein mit der Flüssigkeit, die untersucht werden soll. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 sind Gehäuse 24 und Faser 22 so mon­ tiert, daß die Längsachsen von Gehäuse und Faser im wesentlichen horizontal verlaufen, wobei die Faser 20 auslegerartig angeordnet ist, daß sie sich innerhalb des Gehäuses 24 erstreckt und mit dem Ende 28 nach außen aus dem Gehäuse durchtritt. Die Faser 22 wird dabei im Abstand zu der inneren Oberfläche des Ge­ häuses 24 gehalten. Bei diesem speziellen Ausführungs­ beispiel ist das Gehäuse 24 an beiden Seiten offen, so daß Flüssigkeit in beide Enden eingeführt und aus beiden Enden abgeführt werden kann.

Bei der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird der Überzug 32 der Faser 22 aus irgend­ einem aktivierenden Reagenzmittel gewählt, beispiels­ weise einem Bestandteil eines Antikörper-Antigenkom­ plexes, welches eine Fluoreszenzmarke einschließt, und es erfolgt eine gleiche Verarbeitung wie in der US-PS 44 47 546 beschrieben. Der Zwischenraum 44 zwischen dem Gehäuse 24 und der Faser 22 wird beispielsweise mit einer Injektionsspritze mit einer flüssigen Probe des zu unter­ suchenden Materials angefüllt und die Probe wird in den Zwischenraum 44 durch die Meniskusoberflächen gehalten, die sich auf den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 24 ausbilden. Während bei einer abgewandelten Ausführungs­ form des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 das Ende des Gehäuses 24, welches dem Endring 30 benachbart ist, über dem letzteren geschlossen sein könnte, wäre nur das gegenüberliegende Ende offen und der Spalt 44 könnte nicht so leicht gefüllt und entleert werden. In jedem Fall kann sich die Probe in dem Spalt 44 absetzen, wie es erwünscht ist, damit das in der flüssigen Probe zu untersuchende Material nach dem Überzug 32 diffundieren und mit diesem reagieren kann, um den Komplex zu bilden.

Die Vorrichtung ist mit einem Fluorimeter 43 gekuppelt, so daß die Eintrittsfläche 28 mit Strahlung beleuchtet wird, die im typischen Fall in der Lage ist, Fluo­ reszenz in dem Überzug 32 zu erregen oder zu indu­ zieren, und zwar durch eine abklingende Welle, die die Aussendung der Strahlung längs der Faser be­ gleitet. Die in den markierten Komplex am Überzug 32 induzierte Fluoreszenz läuft dann zurück in der Faser von dem erregten Material und aus der Oberfläche 28 heraus, um durch das Fluorimeter 43 abgelesen zu werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung schafft eine faser­ optische Versuchseinrichtung mit hoher numerischer Blendenöffnung, und dies wird trotz der Schwierig­ keiten erreicht, die durch den Brechungsindex der Probe und den Index der Faser aufgeprägt werden, und zwar in­ sofern als keine Verminderung der numerischen Apertur infolge Berührung, der Lagerung oder des Überzugs­ materials zwischen oder in der Nähe des Endes der Faser und in jenem Abschnitt der Faser vorhanden ist, in dem die Fluoreszenz erregt wird. Da man mit einem einfachen Glas "Stab" beginnen kann statt mit feinen Fasern, wie in der US-PS 44 47 546 beschrieben, ist man nicht auf jene Glasart beschränkt, die beispielsweise bei Fernübertragungsgläsern benutzt werden, und daher kann man Gläser mit sehr hohem Brechungsindex benutzen und auch Kristalle, Polymere und dergleichen, wodurch weiter die maximale numerische Apertur vergrößert wird, die an jenem Faserabschnitt zur Verfügung steht, der mit der Probe in Berührung gelangt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, bei dem die Enden des Gehäuses beide offen sind, kann benutzt werden in Verbindung mit einer statischen Probe oder mit einer strömenden Probe, während das abgewandelte Ausführungsbeispiel, bei dem das Gehäuse in der Nähe des Endringes 42 geschlossen ist, im wesentlichen nur mit statischen Flüssigkeitsproben benutzbar ist. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wurde in der Weise beschrieben, daß das Gehäuse und die Faser horizontal angeordnet werden. Jedoch kann es auch vertikal ange­ ordnet werden, wobei jedoch berücksichtigt werden muß, daß der hierdurch erzeugte hydraulische Kopf nicht eine Kraft überschreiten sollte, die die Festigkeit des Trägerminiskus am Bodenende des Gehäuses überwindet.

Nunmehr soll auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 Bezug genommen werden. Hier ist eine andere Versuchs­ apperatur dargestellt, die eine Faser 22, ein Gehäuse 24 und ein Lager 26 aufweist. Wie bei dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 ist das Lager 26 gemäß Fig. 3 mit beiden Enden des Gehäuses 24 verbunden und stützt diese ab, und das Lager ist außerdem über den Endring 42 in der Nähe des distalen Endes 30 der Faser 22 ab­ gestützt. Die Enden des Gehäuses 24 sind jeweils mit Knierohren 45 und 46 verbunden, die im typischen Fall aus wärmeschrumpfbarem Rohrmaterial hergestellt sind. Das Knierohr 46 ist mit einer Öffnung 48 versehen, durch die das proximale Ende 28 der Faser hindurch­ steht. Das Knierohr 45 ist mit einer Öffnung 50 ver­ sehen, durch die ein Teil der Faser 22 benachbart zum distalen Ende 30 durchsteht. Der Endring 42 hält das distale Ende 30 der Faser 22 so, daß die Faser 22 auslegerartig im Abstand zur Innenseite des Gehäuses 24 gehaltert wird und durch die Öffnungen 48 und 50 so durchsteht, daß die Faser nicht den inneren Um­ fang einer Öffnung berührt. Die Öffnungen 48 und 50 haben vorzugsweise unterschiedliche Größen.

Es ist klar, daß durch Anordnung der Öffnung 50 ver­ hindert wird, daß irgendwelche seitlichen Kräfte durch die Knierohre auf die Fasern übertragen werden und auch die Öffnung 48 gewährleistet, daß der Teil der Faser, der von dem Endring 42 nach dem proximalen Ende 28 vorsteht, kein anderes Material berührt als die Flüssigkeitsprobe. Letztere hat die Gestalt einer Strömung, die sich in einer Richtung nach dem distalen Ende 30 bewegt, wo die größere Öffnung 50 die Faser um­ gibt, wobei die Strömung zweckmäßigerweise durch zwei Pumpen 52 und 54 erzeugt wird, die mit den Knierohren 45 und 46 verbunden sind. Die Pumpe 52 im Knierohr 45 arbeitet vorzugsweise als Saugpumpe und die Pumpe 54 arbeitet als Druckpumpe, wodurch der Druck innerhalb des Gehäuses 24 wenigstens in der Nähe der Öffnungen unter atmosphärischem Druck oder etwa auf atmosphärischem Druck steht, so daß die Umgebungsatmosphäre nicht in die Öffnung 48 der Probenflüssigkeit eingesaugt oder aus einer der Öffnungen herausgedrückt wird. Um zu gewährleisten, daß Luft in die Auslaßleitung, die durch das Knierohr 45 definiert ist, aufzunehmen, wird die Probenflüssigkeit vorzugsweise ausgedrückt (dabei muß man sich vergegenwärtigen, daß die eingesaugte Luft nur nach der Pumpe 52 mitgeführt wird, ohne durch das Gehäuse hindurchzutreten), und die Strömungsrate der Saugpumpe 52 ist vorzugsweise etwas höher ein­ gestellt als die von der Druckpumpe 54 gelieferte Strömungsrate.

Es ist zweckmäßig, daß der Zwischenraum zwischen der Faser 22 und dem inneren Umfang der Öffnung 48 bzw. 50 die Abmessungen von Kapillaren hat. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Probenflüssigkeit selbst bei dem erforderlichen Druck, der die Strömung durch den Zwischenraum 44 treibt, durch die Oberflächen­ spannung des Meniskus über dem kleinen Zwischenraum über den Fasern daran gehindert wird, aus den Öffnungen 48 und 50 herauszufließen.

Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt, worin ein Knierohr 45 mit einem Trägerendring 42 verbunden ist und diesen trägt, wobei das Lager 26 benutzt wird, um direkt nur das Gehäuse 24 abzustützen. Weil das Knierohr 45 selbst die Lagerung der Faser übernimmt, braucht keine Öffnung im Knierohr in der Nähe des distalen Endes der Faser vorgesehen zu werden. In einem solchen Fall sollte die Flüssigkeitsströmung durch das Gehäuse nach der Öffnung 48 gerichtet werden, damit wiederum verhin­ dert wird, daß Luft unabsichtlich durch letztere Öffnung eingesaugt wird und die Probenströmung über der über­ zogenen Faser stört.

Eine weitere Abwandlung der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Faser 22 auslegerartig von einem Endring 42 getragen wird und durch eine Öffnung 50 eines Knierohres 45 in das Gehäuse einsteht. Der Endring 42 wird außerhalb des Knierohres 45 von einem Träger 26 abgestützt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist der Aufbau nach Fig. 5 nur ein Knierohr auf und das gegenüberliegende Ende des Gehäuses 24 ist offen, so daß Flüssigkeit unter einem positiven Druck in das Knierohr 45 ein­ geführt werden kann, das dann das Gehäuse durchströmt und am offenen Ende des Gehäuses austritt. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen hält, wenn der Spalt 44 kapillare Abmessungen hat und der Druck der Proben­ flüssigkeit so vermindert wird, daß die Flüssigkeit nicht mehr durch den Spalt 44 ausgestoßen wird, der Meniskus am offenen Ende des Gehäuses 24 die Flüssig­ keit in diesem Spalt und ermöglicht die erforderliche Messung. Demgemäß hat das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 den Vorteil, daß nicht zwei Pumpen erforderlich sind und es kann hier mit einer im wesentlichen kon­ stanten Strömung oder einer pulsierenden Strömung oder einer im wesentlichen statischen Probenströmung im Spalt gearbeitet werden.

Gelegentlich wenn die Strömungsraten, die durch die beiden Pumpen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 geliefert werden ungleich sind, kann eine Luft­ blase in das Knierohr eingesaugt werden, welches die größere Öffnung darin aufweist, und eine solche Blase kann über die Faser gelangen und eine unerwünschte Vibration oder etwa periodische Querbewegung des nicht abgestützten Faserendes zur Folge haben. Dieses Problem wird durch den Aufbau nach Fig. 6 vermieden, welches dem Aufbau nach Fig. 5 mit einem Unterschied entspricht. Ein Punkt auf einem Rand des offenen Endes 60 des Gehäuses 24 steht mit einem Punkt an dem Rand des offenen Endes 62 eines Kapillarrohres 64 in Berührung, und die jeweiligen Achsen von Kapillar­ rohr 64 und Gehäuserohr 24 stehen etwa senkrecht auf­ einander. Weil die Ränder der offenen Enden 62 und 60 des Kapillarrohres 64 und des Gehäuserohres 24 recht­ winklig zu dem Rohr und dem Gehäuse stehen, sind auch die offenen Enden 62 und 60 senkrecht aufeinander­ stehend angeordnet. Natürlich findet das offene Ende 60 des Gehäuserohres 24 eine größere Öffnung als die Öffnung 50. Wenn eine Flüssigkeitsströmung unter positivem Druck dem Gehäuserohr durch die Pumpe 54 zugeführt und durch die Pumpe 52 abgeführt wird, wird Flüssigkeit, die vom offenen Ende 60 ausgestoßen wird, durch Kapillarwirkung in die Kapillare 64 eingesaugt und mit einem gleichzeitigen Luftstrom durch die Pumpe 52 abgeführt. Dadurch wird verhindert, daß Blasen, die sich während des Verfahrens gebildet haben, die Faser 22 berühren.

Es können zahlreiche Abwandlungen getroffen werden, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen und die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen stellen nur Ausführungsbeispiele dar und beschränken die Er­ findung nicht.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Untersuchung einer Flüssig­ keitsprobe mit einem innen total reflektie­ renden langgestreckten Substrat, welches für eine Strahlung durchlässig ist, die in der Lage ist, eine abklingende Welle zur Erregung einer Fluoreszenz in einem fluoreszierenden Material an wenigstens einem Teil der Oberfläche des Substrats zu erzeugen, wobei das Substrat auch für die Fluoreszenz durchlässig ist und wobei die langgestreckten Mittel von der Oberfläche des Substrats soweit im Abstand liegen, daß ein hohler Zwischenraum gebildet wird, der die Oberfläche umgibt und wobei Mittel vor­ gesehen sind, die mit dem einen Ende des Substrats verbunden sind, um das Substrat auslegeartig innerhalb der Umhüllung zu haltern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Umhüllung mit einem ersten Knierohr verbunden ist das eine Öffnung aufweist, durch die das Substrat hindurchsteht, ohne das erste Knierohr zu berühren und daß die Vorrich­ tung Mittel aufweist, um eine Flüssigkeits­ strömung durch das erste Knierohr in den Zwischenraum zwischen der Umhüllung und dem Substrat einströmen zu lassen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Flüssigkeitsströmungsrate zu steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Steuerung der Strömungsrate der Flüssigkeit aus einer Pumpe bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine optische Faser ist, und daß die Umhüllung von einem Rohr gebildet wird, welches koaxial um die Faser herum angeordnet ist, und daß das nicht abgestützte Ende der Faser durch die Öffnung hindurchsteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Faser und der Öffnung kapillare Abmessungen besitzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das entgegenge­ setzte Ende des Rohres offen ist, und daß die Faser durch dieses offene Ende hindurch­ steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Rohr mit einem offenen Ende vorgesehen ist, daß die Ränder der offenen Enden im wesentlichen normal zueinander stehen und mit einem Punkt in Be­ rührung befindlich sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um eine Saugwirkung auf das zweite Rohr auszuüben, um den Fluid vom offenen Ende des zweiten Rohres abzuziehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestützte Ende des Substrats durch die Öffnung hindurch­ steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Knie­ rohr vorgesehen ist, welches das andere Ende des Gehäuses abschließt, und daß das zweite Knierohr eine Öffnung aufweist, durch die das Substrat vorsteht, ohne das zweite Knierohr zu berühren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Öffnungen in dem ersten und zweiten Knie­ rohr ungleich groß sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen der Faser und den Öffnungen kapillare Dimensionen besitzt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Flüssigkeitspumpe mit dem ersten Knierohr gekuppelt ist und eine zweite Flüssigkeits­ pumpe mit dem zweiten Knierohr gekuppelt ist, daß die erste Pumpe die Flüssigkeit am entsprechenden Knierohr unter einen positiven Druck setzt, während die zweite Pumpe eine Saugwirkung am zweiten Knierohr erzeugt, und daß die Öffnung in dem zweiten Knierohr größer ist als die Öffnung in dem ersten Knierohr.

14. Vorrichtung zur Untersuchung einer Flüssigkeits­ probe mit einem innen total reflektierenden langgestreckten Substrat, welches für Strah­ lung durchlässig ist, die in der Lage ist, eine abklingende Welle zu erzeugen, welche eine Fluoreszenz in einem fluoreszierenden Material erregt, das wenigstens auf einem Teil der Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wo­ bei das Substrat außerdem für die Fluoreszenz durchlässig ist und wobei langgestreckte Mittel von der Oberfläche des Substrats derart angeordnet sind, daß ein Hohlraum geschaffen wird, der die Oberfläche umgibt und wobei Mittel an einem Ende des Substrats vorgesehen sind, um das Substrat auslegeartig innerhalb der Umhüllung zu haltern, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung wenigstens an einem Ende mit einer Abdeckung versehen ist, die eine Öffnung aufweist, durch die das andere Ende des Substrats hindurch­ steht, ohne die Abdeckung zu berühren, und daß der Zwischenraum zwischen dem Substrat und dem inneren Umfang der Öffnung kapillare Dimensionen aufweist.