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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von biochemischer
Laborausstattung für unterschiedliche
Anwendungen zur Messung von Eigenschaften von Proben auf z.B. Mikrotitrationsplatten
und entsprechenden Probenträgern.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung die verbesserten und effizienteren
Instrumentenmerkmale von Gerätschaften,
die als z.B. Fluorimeter, Photometer und Luminometer verwendet werden.
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Die
Routinearbeit und auch die Forschungsarbeit in analytischen biochemischen
Laboratorien und in klinischen Laboratorien basieren häufig auf unterschiedlichen
Tags oder Markierungen, die an zu untersuchende Makromoleküle gekoppelt
sind. Die verwendeten typischen Markierungen sind verschiedene radioaktive
Isotope, Enzyme, verschiedene fluoreszierende Moleküle und z.B.
fluoreszierende Chelate von Seltenerdmetallen.
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Die
Detektion von Enzymmarkierungen kann unter Verwendung seiner natürlichen
biochemischen Funktion, d. h. Änderung
der physikalischen Eigenschaften von Molekülen, durchgeführt werden.
In Enzymimmunoassays werden farblose Substanzen durch Enzym in farbige
Substanzen oder nichtfluoreszierende Substanzen in fluoreszierende
Substanzen katalysiert.
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Die
farbigen Substanzen werden mit einer Absorption, d. h. photometrischer
Messung gemessen. In der photometrischen Messung wird die Intensität von gefiltertem
und stabilisiertem Strahl als erstes ohne eine Probe gemessen und
danach die Probe innerhalb einer Platte gemessen. Danach wird das Absorptionsvermögen, d.
h. die Absorptionswerte, berechnet.
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Die
Fluoreszenzmessung wird allgemein zur Messung von Mengen einer fluoreszierenden
Markierungssubstanz in einer Probe verwendet. Die meisten Photolumineszenzmarkierungen
basieren auf einem molekularen Photolumineszenzprozeß. In diesem
Prozeß wird
optische Strahlung durch den Grundzustand eines Moleküls absorbiert.
Aufgrund der Energieabsorption gilt das Quantenmolekül in einen
höheren
angeregten Zustand über.
Nach der schnellen Schwingungsrelaxation kehrt das Molekül in seinen
Grundzustand und wird die überschüssige Energie
als ein optisches Quant freigegeben. Aufgrund von Verlusten in diesem
Prozeß sind
die mittleren absorbierten Energien größer als die mittleren emittierten
Energien.
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Ein
weiteres Meßverfahren
stellt Chemilumineszenzmessung dar, bei der Emission einer Substanz
von einer Probe ohne Anregung durch Beleuchtung gemessen wird. Somit
kann jedes Photoluminometer auch als ein Chemiluminometer verwendet
werden.
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Die
typischen Instrumente in analytischen chemischen Forschungslaboratorien
sind die verschiedenen spektroskopischen Instrumente. Viele davon
verwenden den optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums.
Die beiden üblichen
Arten von Instrumenten sind die Spektrophotometer und die Spektrofluorometer.
Diese Instrumente umfassen gewöhnlich
eine oder zwei Wellenlängendispersionseinrichtungen,
wie Monochromatoren. Die Dispersionseinrichtungen lassen sie photometrische und
fluorometrische Messungen über
das optische Spektrum durchführen.
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1 stellt
einen weiterentwickelten optischen Analysator im Stand der Technik,
speziell die optischen Komponenten und die verschiedenen Strahlengänge dar.
Das Instrument weist zwei Beleuchtungsquellen, eine Dauerstrichlampe
(cw-Lampe) 112a und eine Impulslampe 112b auf.
Die cw-Lampe kann für
Dauerstrich-Photolumineszenzanregung und für Absorptionsmessungen verwendet werden.
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Der
Infrarotteil von Strahlung von der cw-Lampe 112a wird durch
ein Filter 104 absorbiert, und nach Durchgehen durch eine
Streulichtlochblende 105 wird die optische Strahlung mit
einer Linse 115a durch ein in einem Filterrad 114 angeordnetes Interferenzfilter 114a kollimiert.
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Der
Lichtstrahl wird mit einer Linse 113a, ähnlich der Linse 114a,
in einen Lichtleiter 118 fokussiert, der den Meßkopf thermisch
und mechanisch isoliert. Er schirmt auch die Meßeinheit vor Streulicht von
der cw-Lampe ab. Die optische Strahlung von einer Ausgabelochblende 106 eines
Lichtleiters 118 wird mit einer Linse 107, ähnlich der
Linse 115a, kollimiert. Der Strahl wird von einem Strahlteilerspiegel 141 innerhalb
eines Spiegelblocks 140 reflektiert und durch einen Probenbehälter 181 und
durch ein Eintrittsfenster 122 einer photometrischen Detektoreinheit 132 geleitet.
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Der
Spiegelblock 140 ist auf der Oberseite der Probe angeordnet.
Seine Funktion besteht darin, den horizontalen Lichtstrahl von der
ausgewählten Lampe
zur Probe hinab zu reflektieren und einen Teil dieses Strahles durch
einen Spiegel 143 in eine Referenzphotodiode 119 zu
reflektieren und auch zu ermöglichen,
daß die
Emission von der Probe sich zum Photonenzähldetektor 132 nach
oben ausbreitet.
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Die
Emissionseinheit umfaßt
optische Komponenten, die Linsen 133, 135, ein
Filter 134a in Filterschieber 134, ein kombinierter
Verschluß und Blendenschieber 136 und
ein Detektor 132, wie zum Beispiel ein Photomultiplier,
sind. Der Photomultiplier 132 wird in dem Modus des Zählens von
schnellen Photonen (fast photon counting mode) verwendet, in dem
die Impulse von der Photomultiplieranode als erstes verstärkt und
danach durch einen schnellen Vergleicher 191 und ein Gatter 192 einem
Zähler 193 zugeführt werden.
Der Vergleicher verwirft die Impulse, die geringer als der vorab
eingestellte Referenzpegel sind. Die schnelle Zählelektronik ist mit einem Gatter
vor dem Zähler
ausgestattet. Dieses Gatter wird in Gesamtzeitsteuerungen der Messungen
verwendet.
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Die
Impulslampeneinheit wird bei zeitlich aufgelöster Photolumineszenzmessung
für langlebige
Photolumineszenzemission verwendet. Sie besteht aus einer zweiten
Lampe 112b, Linsen 115b, 113b und optischen
Filtern 114b in einem Filterschieber für Wellenlängenaussonderung. Wenn diese zweite
Lampe verwendet wird, muß der
Spiegel 141 um 90 Grad gedreht werden, um die Strahlung
zur Probe zu reflektieren. Dies kann durch Verwendung von verschiedenen
optischen Modulen für
die beiden Lampen erzielt werden.
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Es
gibt bestimmte Beschränkungen
im Zusammenhang mit der Technologie im Stand der Technik. Es ist
häufig
erforderlich, mehrere Messungen von denselben Proben, z.B. Messen
von zwei oder mehr Photolumineszenzemissionen, durchzuführen, sowie
können
Absorptions- und Chemilumineszenzmessungen erforderlich sein. Mit
den Instrumenten im Stand der Technik ist es notwendig, die verschiedenen
Messungen aufeinanderfolgend durchzuführen, und kann es notwendig
sein, Änderungen
in der Optik des Instruments zwischen den verschiedenen Messungen
vorzunehmen. Somit tendiert die Durchführung derartiger Messungen
von einer großen
Anzahl von Proben dazu, sehr lange Meßzeit mit den Instrumenten
im Stand der Technik zu benötigen,
und ist die Zuverlässigkeit
der Meßergebnisse
nicht optimal.
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Es
gibt auch Instrumente, die zwei Meßköpfe aufweisen; einen oberen
Meßkopf
und einen unteren Meßkopf.
Genannte Instrumente sind z.B. in den Druckschriften
US 6187267 und
US 5933232 beschrieben. Mit dieser
Art von Instrument ist es möglich,
Messungen auch von unterhalb der Probe durchzuführen, so daß diese Art von Instrument
zur Durchführung
von verschiedenen Messungen vielseitiger ist. Die Instrumente im
Stand der Technik können
jedoch verschiedene Messungen nicht simultan durchführen noch
Doppelemissionsmessungen durchführen.
Das aufeinanderfolgende Durchführen von verschiedenen
Messungen von einer großen
Anzahl von Proben tendiert dazu, eine lange Zeit zu benötigen.
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Die
Druckschrift
US 5 973 330 offenbart
eine optische Detektionsvorrichtung, in der zwei Emissionen mit
separaten Detektoren detektiert werden. Das Instrument weist eine
feststehende Konstruktion mit zwei Spiegeln auf. Zur Änderung
von Messarten sollte der Benutzer mehrere optische Komponenten in dem
Instrument austauschen. Bei Austauschen der optischen Komponenten
in der Anordnung wäre
es auch notwendig, die optischen Oberflächen der optischen Komponenten
zu berühren,
was das Risiko mitsichbringt, daß die Oberflächen schmutzig
werden. Es ist auch nicht möglich,
das Instrument für zahlreiche
Messarten lediglich durch Austauschen von optischen Komponenten
zu optimieren. Somit wäre
auch die Verwendung des Instruments für zahlreiche Arten von Messungen
schwierig, würde
sie viel Zeit erfordern und würde
sie das Risiko von ungenauen Meßergebnissen
mitsichbringen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches
Instrument für
Labormessungen bereitzustellen, bei dem die beschriebenen Nachteile
des Standes der Technik vermieden oder reduziert werden. Die Aufgabe
der Erfindung besteht somit darin, ein Meßinstrument mit verbesserter
Effizienz zur Durchführung
von Messungen von Proben zu erzielen.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch Bereitstellen eines optischen Meßinstruments, bei dem ein Verbindungsglied
für ein
austauschbares optisches Modul vorhanden ist, wobei das Verbindungsglied
für wenigstens
einen Anregungsstrahl und wenigstens zwei Emissionsstrahlen gestaltet
ist. Die Aufgabe wird ferner durch ein austauschbares optisches
Modul für
ein Meßinstrument
gelöst,
wobei das Modul einen vorzugsweise dichroitischen Spiegel zum Aufteilen
eines Emissionsstrahls in zwei Emissionsstrahlen und einen vorzugsweise
dichroitischen Spiegel zum Aufteilen der Strahlengänge von
Emissions- und Anregungsstrahlen umfaßt. Die Erfindung ermöglicht die
Durchführung
von zahlreichen Arten von Messungen durch Austauschen eines optischen Moduls.
Das Austauschen von Modul und zugehörigen Parametern kann durch
Software automatisch gesteuert durchgeführt werden. Es ist auch möglich, das
Instrument für
neue Arten von Messungen leicht upzugraden, indem einfach das Instrument
mit einem neuen optischen Modul und der zugehörigen Software versehen wird.
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Ein
optisches Meßinstrument
gemäß der Erfindung
ist gekennzeichnet durch Anspruch 1.
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Die
Erfindung betrifft auch die Verwendung eines optischen Meßinstruments
gemäß Anspruch 27.
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Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
zur optischen Messung von Proben ist gekennzeichnet durch Anspruch
31.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
werden einige bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben.
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Ein
wichtiger Vorteil der Erfindung betrifft das Erzielen von hoher
Meßeffizienz.
Es können
Messungen von zwei Emissionen simultan durchgeführt werden, und die für die Messung
notwendige Zeit wird somit halbiert. Ferner wird aufgrund der minimalen Dämpfung der
Strahlengänge
Effizienz erzielt.
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Es
gibt auch weitere wichtige Vorteile, die mit der Idee des Plazierens
in demselben austauschbaren optischen Modul des Spiegels zum Aufteilen
der Emission in zwei Emissionsstrahlen und des Spiegels zur Aufteilung
der Strahlengänge
von Emissions- und Anregungsstrahlen verbunden sind. Auf diese Weise
kann ein Meßkopf
für sowohl
Einemissionsmessung als auch für
Zweiemissionsmessung auf eine optimale Weise verwendet werden. Wenn eine
zweite Emission nicht mit demselben Meßkopf wie die erste Emission
gemessen wird, kann das optische Modul im Gebrauch leicht durch
ein Modul ausgetauscht werden, das nicht den Spiegel für den zweiten
Emissionsstrahl enthält.
Auf diese Weise ist eine Einemissionsmessung ohne unnötige Dämpfung,
die durch den Spiegel verursacht wird, möglich.
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Ein
weiterer Vorteil betrifft die Fähigkeit,
optionale Funktionen in dem Meßgerät zu bieten.
Ein Gerät
mit einem Meßkopf
für eine
Einemissionsmessung kann auf leichte Weise in ein Gerät aufgerüstet werden,
das einen Meßkopf
für Einemissions-
oder Zweiemissionsmessungen aufweist. Für die Aufrüstung ist es nur notwendig,
das Gerät
mit einem optischen Modul zu versehen, das einen Spiegel für die zweite
Emission enthält,
und das Gerät
mit dem zweiten Detektor zu versehen, falls er nicht bereits in
dem Gerät
zur Verfügung
steht. Die Basisversion des Geräts
enthält
die erforderliche Optik zum Leiten des zweiten Emissionsstrahls
vom optischen Modul zum zweiten Detektor.
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Ein
weiterer Vorteil betrifft die Möglichkeit,
einen Filter mit dem Spiegel zu kombinieren; wobei verschiedene
Arten von Messungen durch Auswählen
eines Spiegels optimiert werden können, der die Wellenlänge des
ersten Emissionsstrahls im wesentlichen durchläßt und die Wellenlänge des
zweiten Emissionsstrahls im wesentlichen reflektiert. Auf diese
Weise kann die Dämpfung
der Emissionen minimiert werden und besteht weniger Bedarf an weiterem
Filtern der Emissionsstrahlen.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung steht mit der Tatsache
im Zusammenhang, daß beide
Emissionen ohne Austausch der Verbindungen der Faseroptiken gemessen
werden können.
Auf diese Weise können
die Meßarten
durch Software gewechselt werden, ohne daß Handarbeit wie zum Beispiel
Anschließen
und Lösen
von optischen Kabeln erforderlich ist.
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Die
Erfindung ermöglicht
auch die Verwendung von direkter optischer Einkopplung der Emissionsdetektion
in den oberen Meßkopf
des Geräts;
wobei durch Faseroptiken verursachte Dämpfung somit vermieden wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Diese
und weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich werden,
in denen:
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1 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit im Stand der
Technik eines Meßinstruments
zeigt,
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2 eine
schematische Darstellung von Strahlengängen und Hauptkomponenten einer
beispielhaften optischen Einheit für ein Meßinstrument zeigt,
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3 ein
schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Meßinstruments
zeigt,
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4 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
erstes Beispiel für eine
Doppelemissionsmessung zeigt,
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5 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
zweites Beispiel für
eine Doppelemissionsmessung zeigt,
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6 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
drittes Beispiel für eine
Doppelemissionsmessung zeigt,
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7 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
viertes Beispiel für eine
Doppelemissionsmessung zeigt,
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8 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
fünftes
Beispiel für eine
Doppelemissionsmessung zeigt,
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9 ein
schematisches Blockdiagramm einer optischen Einheit zeigt, die ein
sechstes Beispiel für
eine Doppelemissionsmessung zeigt,
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10 eine
perspektivische Ansicht eines beispielhaften oberen optischen Moduls
gemäß der Erfindung
darstellt,
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11 eine
perspektivische Ansicht eines beispielhaften unteren optischen Moduls
gemäß der Erfindung
darstellt,
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12 ein
beispielhaftes Rad mit vier Stellungen mit vier optischen Modulen
gemäß der Erfindung
darstellt,
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13 ein
erstes beispielhaftes optisches Modul des oberen Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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14 ein
zweites beispielhaftes optisches Modul des oberen Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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15 ein
drittes beispielhaftes optisches Modul des oberen Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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16 ein
viertes beispielhaftes optisches Modul des oberen Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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17 ein
fünftes
beispielhaftes optisches Modul des oberen Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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18 ein
erstes beispielhaftes optisches Modul des unteren Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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19 ein
zweites beispielhaftes optisches Modul des unteren Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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20 ein
drittes beispielhaftes optisches Modul des unteren Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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21 ein
viertes beispielhaftes optisches Modul des unteren Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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22 ein
fünftes
beispielhaftes optisches Modul des unteren Kopfes zur Implementierung
der Erfindung darstellt,
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23 einen
beispielhaften Prozeß zur Durchführung einer
Messung mit einem optischen Meßinstrument
darstellt,
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24 ein
beispielhaftes Verfahren zur Durchführung einer Messung darstellt.
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1 wurde
bereits bei der Beschreibung des Standes der Technik erläutert. Im
folgenden wird das Prinzip der Erfindung als erstes unter Bezugnahme
auf 2 beschrieben. Danach wird ein Beispiel für eine detailliertere
Implementierung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben,
die ein Blockdiagramm eines beispielhaften Analysegeräts zeigt.
Als nächstes
werden einige Beispiele für
die Verwendung eines Analysators für Doppelemissionsmessungen
unter Bezugnahme auf die 4–12 beschrieben.
Danach wird unter Bezugnahme auf die 13–22 eine
Beschreibung von beispielhaften optischen Würfeln gebracht, die z.B. für die genannten
Messungen in den 4–12 verwendet werden
können.
Schließlich
werden Beispiele für
einen Prozeß und
ein Verfahren zur Durchführung
einer Messung unter Bezugnahme auf Flußdiagramme in den 23 und 24 beschrieben.
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2 stellt
Hauptkomponenten und Strahlengänge
eines beispielhaften optischen Analyseinstruments dar. Das Instrument
umfaßt
eine Beleuchtungsquelle 211 für die Anregung einer Probe.
Die Strahlung von der Lampe 211 wird mit einer Linse 215 kollimiert
und durch ein Interferenzfilter 214 gelenkt. Für verschiedene
Wellenlängen
können
verschiedene Filter ausgewählt
werden. Der Anregungsstrahl wird danach auf ein Ende eines Lichtwellenleiters 218 fokussiert,
der es zu einer Blende eines optischen Moduls leitet. Der Lichtwellenleiter
ist vorzugsweise ein Bündel
von Fasern, wie zum Beispiel 200 Faserstücke mit
einem Durchmesser von 100 μm.
Ein wichtiger Zweck des Lichtwellenleiters besteht darin, das Licht
der Beleuchtungsquelle zu mischen, um eine ungleichmäßige Verteilung
des Anregungsstrahls in dem zu messenden Probenvolumen zu vermeiden.
Der Anregungsstrahl wird durch einen dichroitischen Spiegel 241 innerhalb
des optischen Moduls 240 reflektiert und in die Probe 281 mit
einem Linsensystem 223 gelenkt. Ein Teil des Beleuchtungslichts
wird durch einen Strahlteilerspiegel 243 in einen Referenzdetektor
reflektiert, um eine Referenzinformation über die Ist-Beleuchtungsintensität zu liefern.
Während
der Referenzspiegel in dem austauschbaren Spiegelblock angeordnet
ist, können
die Anregungsfilterunterschiede durch Modifizieren der Eigenschaften
des Referenzspiegels kompensiert werden. Auf diese Weise kann hohe
Rückkopplungsgenauigkeit
erzielt werden. Ein Strahlteilerspiegel kann z.B. durch Ausbilden
einer reflektierenden Beschichtung für den Spiegel z.B. als Streifen
oder Punkte, die nur einen Teil der Spiegeloberfläche bedecken,
erzeugt werden.
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Der
Emissionsstrahl von der Probe 281 wird mit dem Linsensystem 223 in
das optische Modul 240 gelenkt, wo er den (vorzugsweise)
dichroitischen Spiegel 241 passiert. Der dichroitische
Spiegel ist vorzugsweise für
jede Markierung so ausgeführt,
daß er
eine Anregungswellenlänge
reflektiert, aber Emissionswellenlängen durchläßt. Der Emissionsstrahl wird
danach innerhalb des optischen Würfels
in zwei Strahlen durch einen zweiten dichroitischen Spiegel 242 aufgeteilt.
Der dichroitische Spiegel fungiert vorzugsweise als ein Filter,
so daß ein
Strahl mit einer Wellenlänge
der ersten Emission zum ersten Detektor 231a durchgelassen
wird und ein Strahl mit einer Wellenlänge der zweiten Emission zum
zweiten Detektor 231b reflektiert wird. Der zweite dichroitische Spiegel
ist somit auch vorzugsweise für
jede Markierung/jedes Paar Markierungen so ausgeführt, daß er Wellenlängen der
ersten Emission durchläßt, aber Wellenlängen der
zweiten Emission reflektiert.
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Der
erste Emissionsstrahl wird mit einer Linse 233a kollimiert
und durch ein Interferenzfilter 234a gelenkt, um zu verhindern,
daß Licht
mit einer Wellenlänge
außerhalb
der ersten Emission zum ersten Detektor gelangt. Der erste Emissionsstrahl
wird danach mit der Linse 235a auf den ersten Detektor 231a fokussiert.
Der zweite Emissionsstrahl wird mit einem Spiegel 238 zu
einer Linse 233b reflektiert, wo der Strahl kollimiert
und durch ein zweites Interferenzfilter 234b gelenkt wird,
um zu verhindern, daß Licht
mit einer Wellenlänge
außerhalb
der zweiten Emission zum zweiten Detektor gelangt. Der zweite Emissionsstrahl
wird danach mit einer Linse 235a auf den ersten Detektor 231a fokussiert.
Die von den Detektoren empfangenen Signale werden danach verstärkt und
verarbeitet, um einen Wert für
die Intensitäten
der ersten und zweiten Emissionen zu erhalten. Die Anregungs- und
Emissionsteile des Instruments können,
mit Ausnahme von Photolumineszenzmessungen, auch für z.B. photometrische
und Chemilumineszenzmessungen verwendet werden.
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Wie
bereits erwähnt,
besteht ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, daß der Anregungsstrahl
sowie die beiden Emissionsstrahlen geeignet sind, um mit einem einzigen
austauschbaren optischen Modul verbunden zu werden. Dies ermöglicht die
Durchführung
von zahlreichen Arten von Messungen durch Austausch lediglich eines
optischen Moduls, und der Austausch des Moduls und zugehöriger Parameter
kann durch Software gesteuert automatisch durchgeführt werden.
Dieser Vorteil wird in dem folgenden umfassenderen Beispiel für ein optisches
Instrument ersichtlicher werden.
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3 stellt
detaillierter ein beispielhaftes optisches Instrument dar. Das Instrument
weist einen oberen Meßkopf 320 auf,
der Komponenten zum Bereitstellen eines Anregungsstrahls und zum
Detektieren von Emissionen von oberhalb der Probe enthält. Das
Instrument weist auch einen optionalen unteren Meßkopf 360 auf,
der Komponenten zum Bereitstellen eines Anregungsstrahls und zum
Detektieren von Emissionen unterhalb der Probe enthält. Das
Instrument umfaßt
ferner einen Probenträger 380,
der Mittel zum Bewegen und eine Probenschale 389 zum Positionieren
von aufeinanderfolgenden Proben 381 in dem Meßvolumen
aufweist. Es kann auch ein Mittel zum Einstellen der vertikalen
Position des Probenträgers
relativ zu den oberen und unteren Meßköpfen vorhanden sein.
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Das
Instrument weist eine oder zwei Beleuchtungsquellen auf. Die Hauptbeleuchtungsquelle 312a enthält eine
Impulslampe und die optische Energie jedes Impulses ist vorzugsweise
gleich. Der durch die Impulslampe erzeugte Anregungsstrahl wird
mit einer Linse 315 kollimiert und durch ein Interferenzfilter 314 gelenkt.
Das Filter ist auf einem Filterschieber plaziert, so daß das in
einer Messung zu verwendende Anregungsfilter aus mehreren Filtern ausgewählt werden
kann. Der Anregungsstrahl wird dann auf ein Ende eines Lichtwellenleiters 318 fokussiert,
der den Anregungsstrahl mischt und ihn zu einer Blende eines optischen
Moduls 340 gemäß der Erfindung
leitet. Das optische Modul 340 und das Linsensystem 322 lenken
den Anregungsstrahl in die Probe 391. Das optische Modul
wird hierin nicht detaillierter beschrieben, da es im Zusammenhang
mit anderen Figuren erläutert
wird.
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Das
Gerät kann
auch eine zweite Impulslampe 312b, 311b enthalten,
die eine Lampe kleiner Leistung, z.B. für simultane photometrische
Messungen sein kann. Das Instrument weist einen Lichtwellenleiter 312a zum
Leiten des Lichts von der zweiten Lampe auf. Das Licht kann für die photometrische Messung
auf drei Filter 314h, 314j und 314k mit
Faserverzweigungen 377h, 377j und 377k verteilt
werden.
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Die
Lichtstrahlen werden mit Linsen 375h, 375j und 375k vor
Lenken der Strahlen durch die Filter kollimiert. Die Filter können auf
demselben oder verschiedenen Filterschieber(n) wie das Filter 314e für die erste
Beleuchtungsquelle angeordnet werden. Wenn derselbe Filterschieber
für Filter
von beiden Lampen verwendet wird, müssen die simultanen Meßarten berücksichtigt
werden, wenn der Ort der Filter geplant wird. Nach Filterung werden
die Strahlen in Enden von drei Faseroptikkabeln 378 kollimiert, die
zum unteren Meßkopf
für die
photometrische Messung geführt
werden. Die Lichtstrahlen von den optischen Kabeln 378 werden
auf drei Proben 384 mit einem Linsensystem 379 fokussiert,
das Linsen für
jeden der drei Strahlen enthält.
Nach Durchgang durch die Proben werden die Strahlen mit drei Detektoren 322d, 322e und 322f gemessen,
die z.B. Photodioden sind. Die drei Enden der Faseroptikkabel, drei
Linsen, drei simultan gemessenen Proben und drei Detektoren sind
in diesem Fall in einer Reihe senkrecht zur Ebene der Zeichnung
angeordnet und somit ist nur einer davon in der Zeichnung zu sehen.
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Vorzugsweise
ist eine separate Optik für
die photometrische Messung vorgesehen, so daß eine Lumineszenzmessung und
eine photometrische Messung simultan an verschiedenen Proben durchgeführt werden
können.
Wenn simultane Photolumineszenz- und photometrische Messungen erforderlich
sind, ist der Analysator vorzugsweise mit zwei Impulslampen ausgestattet.
Es ist jedoch auch möglich,
ein Instrument mit einer Lampe für
photometrische Messungen zu verwenden. Zum Beispiel kann ein optischer
Schalter 317 einen Ausgang für eine Faseroptik 378a aufweisen,
die Licht von der Lampe 312a zur Optik 379 für photometrische
Messungen führt.
Es ist dann möglich,
den optischen Schalter entweder zum Leiten des Lichts zum Liefern
von Anregung für
eine Emissionsmessung oder zum Leiten des Lichts für eine photometrische
Messung anzusteuern.
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Eine
Faseroptik 318T wird zum Leiten des Anregungsstrahls vom
optischen Schalter 317 zum optischen Modul 340 des
oberen Meßkopfes
verwendet. Eine Faseroptik 318B wird zum Leiten des Anregungsstrahls
vom optischen Schalter 317 zum optischen Modul 350 des
unteren Meßkopfes
verwendet. Das Instrument kann auch eine weitere Lampe aufweisen,
so daß verschiedene
Lampen zum Liefern des Anregungsstrahls des oberen Kopfes und des unteren
Kopfes ausgewählt
werden können.
In diesem Fall ist ein vielseitigeres optisches Schaltsystem erforderlich.
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Der
Emissionsstrahl von der Probe 381 wird mit dem Linsensystem 323 in
das optische Modul 340 gelenkt, wo der Emissionsstrahl
in zwei Strahlen aufgeteilt wird. Ein dichroitischer Spiegel in
dem optischen Modul fungiert vorzugsweise als ein Filter, so daß ein Strahl
mit einer Wellenlänge
der ersten Emission durch selbigen zum ersten Detektor 331a durchgelassen
wird und ein Strahl mit einer Wellenlänge der zweiten Emission auf
den zweiten Detektor 331b reflektiert wird. Der Detektor
kann z.B. ein Photovervielfacher sein, der in einer analogen Betriebsart
oder in einer Photonenzählbetriebsweise
oder in beiden Betriebsarten simultan verwendet werden kann. Wenn
das Gerät
zwei Photolumineszenzdetektoren enthält, können sie von unterschiedlicher
Art sein und können
die Detektionsarten während
einer Messung unterschiedlich sein.
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Der
erste Emissionsstrahl wird mit einer Linse 333a kollimiert
und durch ein Interferenzfilter 334j gelenkt, um zu verhindern,
daß Licht
mit einer Wellenlänge
außerhalb
der ersten Emission zum ersten Detektor gelangt. Der erste Emissionsstrahl
wird danach mit einer Linse 335a auf den ersten Detektor 331a fokussiert.
Der zweite Emissionsstrahl wird mit einem Spiegel 338 auf
eine Linse 333b fokussiert, wo der Strahl kollimiert und
durch ein zweites Interferenzfilter 334k gelenkt wird,
um zu verhindern, daß Licht
mit einer Wellenlänge
außerhalb
der zweiten Emission zum zweiten Detektor gelangt. Der zweite Emissionsstrahl
wird danach mit einer Linse 335a auf den ersten Detektor 331a fokussiert.
Die Filter 334j und 334k sind auf demselben Filterschieber
angeordnet oder sie können
auf verschiedenen Filterschiebern angeordnet sein. Der/die Filterschieber
ist bzw. sind so beweglich, daß die
in der Messung verwendeten Filter aus einer Anzahl von Filtern mit
verschiedenen durchgelassenen Wellenlängenbereichen ausgewählt werden
können.
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In
einem Instrument, das auch einen unteren Meßkopf aufweist, gibt es optische
Schalter 337a und 337b zum Auswählen des
detektierten Emissionsstrahls vom oberen oder unteren Meßkopf Eine
Faseroptik 338a wird zum Leiten des ersten Emissionsstrahls
vom optischen Modul 350 des unteren Meßkopfes 360 zum optischen
Schalter 337a verwendet. Eine weitere Faseroptik 338b wird
zum Leiten des zweiten Emissionsstrahls vom optischen Modul 350 des
unteren Meßkopfes 360 zum
optischen Schalter 337b verwendet.
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Die
von den Detektoren empfangenen Signale werden danach verstärkt und
verarbeitet, um einen Wert für
die Intensitäten
der ersten und zweiten Emissionen zu erhalten. Es werden nach jedem
Anregungsimpuls Meßsignale
und Referenzsignale verstärkt
und gelesen und Signalkorrekturen berechnet. Basisreferenzen werden
mit Standardlösungsmitteln ermittelt,
nachdem der Analysator zusammengebaut worden ist. Wenn es mehr als
einen für
einen Behälter
verwendeten Anregungsimpuls gibt, werden die korrespondierenden
Emissionssignale digital integriert.
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Das
Instrument weist auch einen optionalen Detektor 332c, 331c für Chemilumineszenzmessungen
auf. Der Detektor empfängt
die Chemilumineszenzstrahlung von der Probe über ein dickes Bündel von
Faseroptiken 318c. Vorzugsweise ist eine separate Optik
für die
Chemilumineszenzmessung vorgesehen, so daß eine Photolumineszenzmessung
und eine Chemilumineszenzmessung an verschiedenen Proben simultan
durchgeführt
werden können.
In 3 wird die Chemilumineszenzmessung an einer hinter
der Probe 381 befindlichen Probe durchgeführt. Ein
Photovervielfacher kann auch als ein Detektor für die Chemilumineszenz verwendet
werden. Der Detektor kann in einer analogen Betriebsart oder digitalen
Betriebsart verwendet werden, oder wenn die Eigenschaften der Röhre dies
erlauben, können beide
Betriebsarten simultan verwendet werden.
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Das
Instrument umfaßt
ein Karussellrad 328 zum Anbringen von optischen Modulen 340a, 340b, ...
Das Rad kann um seinen Befestigungspunkt 329 gedreht werden,
und das in einer Messung verwendete optische Modul kann somit durch
Steuern der Position des Rades ausgewählt werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist das Gerät
ein optisches Verbindungsglied für
wenigstens zwei Emissionsstrahlen und wenigstens einen Anregungsstrahl
für ein
einziges optisches Modul auf.
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Wenn
das Instrument mit einem unteren Meßkopf ausgestattet ist, kann
ein ähnliches
optisches Modul 350 wie in dem oberen Meßkopf in
dem unteren Meßkopf
verwendet werden. Die Anregungs- und Emissionsstrahlen werden zwischen
den beiden Meßköpfen mit
Faseroptiken 338a, 338b und 318B geführt. Es
gibt auch ein Linsensystem 363 zum Fokussieren der Strahlen
auf die Probe und Enden der Faseroptiken. Da das optische Modul
des unteren Meßkopfes
nicht so häufig
ausgetauscht werden muß,
kann es von Hand austauschbar sein. Alternativ kann ein prozessorgesteuertes
Karussell auch in dem unteren Meßkopf verwendet werden.
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Die
optischen Module sind in 3 wesentlich vergrößert gezeigt,
um besser die Strahlengänge in
den Instrumenten zu erläutern.
Die tatsächliche Größe der optischen
Module kann 20 mm × 20
mm × 20
mm klein sein.
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Die
optischen Module können
mit maschinenlesbaren Codes, wie zum Beispiel Strichcodes, ausgestattet
sein, so daß der
Prozessor des Geräts mit
einem Codelesegerät überprüfen kann,
welche Arten von optischen Modulen an jeder Stelle installiert sind.
Auf diese Weise kann bestätigt
werden, daß ein
korrekter Typ von optischem Modul für jede Messung verwendet wird.
Das Strichcodelesegerät oder
in Beziehung stehende Elektronik ist in 3 nicht
gezeigt.
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Das
Instrument ist auch mit Elektronik zum Verstärken und Verarbeiten der Signale
von den Detektoren sowie Elektronik zum Ansteuern der Lampe(n) ausgestattet.
Es ist auch eine Steuerelektronik zur Steuerung der Messungen, wie
zum Beispiel Auswählen
eines Filters/von Filtern, Auswählen
des optischen Moduls/der optischen Module, Ansteuern eines optischen
Schalters/der optischen Schalter, Ansteuern der Position der Probenschale 389 zum Auswählen der
zu messenden Probe und Steuern der Positionen der Meßköpfe 320 und 360 relativ
zum Probenträger 380 vorgesehen.
Die Elektronik ist in 3 nicht gezeigt, da die erforderliche
Elektronik von einem Fachmann auf dem Gebiet entworfen werden kann.
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In
dem bevorzugten Beispiel kann der Benutzer zahlreiche Parameter
einer Messung einstellen. Die Anregungsimpulsenergie wird durch
die Entladungsspannung und durch die Kondensatoren der Blitzlampenstromversorgung
eingestellt. Die Gesamtanregungsenergie einer Messung wird durch Messung
jedes Impulses und Vergleichen der Summe mit einem Referenzpegel
des Integrators gesteuert. Die Parameter von Messungen sind vorzugsweise
vom Benutzer einstellbar.
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Als
nächstes
werden einige Beispiele für mögliche Meßarten unter
Bezugnahme auf die 4–9 beschrieben.
Diese beispielhaften Beispiele zeigen, wie das Verbindungsglied
für ein
optisches Modul mit zwei Emissionsausgaben eine Möglichkeit
für eine
große
Anzahl von unterschiedlichen Meßarten
liefert. Diese Meßarten
stehen mit einer automatischen Auswahl und Steuerung von Filtern, optischen
Schaltern und genau einem austauschbaren optischen Modul in jedem
Meßkopf
zur Verfügung.
Die beschriebenen Meßarten
beziehen sich auf Photolumineszenzmessungen, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
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4 stellt
ein erstes Beispiel für
die Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel werden sowohl Anregung als auch Detektion von oberhalb
der Probe unter Verwendung des oberen Meßkopfes des Instruments durchgeführt. Eine
der möglichen
alternativen Anregungsquellen 411 liefert einen Anregungsimpuls,
der durch eine Optik 413 zu einer Faseroptik 418 geleitet
wird. Die Optik kann Filter, Linsen und mechanische Komponenten
enthalten, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Anregungsstrahl
wird in der Faseroptik gemischt und zum optischen Modul 450 geleitet.
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Der
Anregungsstrahl wird an dem Spiegel 441 reflektiert und
in der Optik 423 in die zu messende Probe 481 auf
dem Probenträger 480 kollimiert. Der
Anregungsstrahl sorgt für
Anregung für
zwei simultane Messungen.
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Die
angeregte Probe 481 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Die Emissionsstrahlen werden als erstes
in der Optik 423 kollimiert, und die Strahlen werden zum
optischen Modul 440 geleitet. Die Emissionsstrahlen gehen
als erstes durch den dichroitischen Spiegel 441, wonach
der zweite dichroitische Spiegel 442 die beiden Emissionsstrahlen
aufteilt. Die Aufteilung kann auf der Wellenlänge der Emissionen, Polarisation etc.
basieren. Der erste Emissionsstrahl wird im wesentlichen durch den
zweiten dichroitischen Spiegel 442 durchgelassen und ferner
in der Optik 433a kollimiert und gefiltert, um in dem Detektor 431a gemessen
zu werden. Der zweite Emissionsstrahl wird von dem zweiten dichroitischen
Spiegel 442 im wesentlichen reflektiert und ferner von
dem Spiegel 438 reflektiert. Der Strahl wird in der Optik 433b kollimiert und
gefiltert, um in dem Detektor 431b gemessen zu werden.
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Ein
Vorteil des ersten Beispiels besteht darin, daß die Emissionen zu beiden
Detektoren direkt, d. h. ohne Lichtwellenleiter, geleitet werden.
Auf diese Weise wird eine optimale Empfindlichkeit der Messung erzielt.
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In
dem in 4 dargestellten ersten Beispiel wird die gesamte
Messung mit dem oberen Meßkopf durchgeführt und
ist es somit nicht notwendig, daß ein unterer Meßkopf in
dem Instrument vorgesehen ist, um die Doppelemissionsmessung durchzuführen. Die
Verwendung eines optischen Moduls gemäß der Erfindung bietet somit
eine Möglichkeit,
selbst mit einem Basisinstrument, das nicht mit einem unteren Meßkopf ausgestattet
ist, vielseitige Messungen effizient durchzuführen. In den weiter beschriebenen Ausführungsformen
zur Verwendung des Instruments gemäß der Erfindung wird auch der
untere Meßkopf
verwendet.
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5 stellt
ein zweites Beispiel für
die Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel werden sowohl die Anregung als auch die Detektion von unterhalb
der Probe unter Verwendung des unteren Meßkopfes des Instruments durchgeführt. Eine
der möglichen
alternativen Anregungsquellen 511 liefert einen Anregungsimpuls,
der zum optischen Modul des unteren Meßkopfes mit einer Faseroptik
(in 5 nicht gezeigt) geleitet wird, worin der Anregungsstrahl
gemischt wird. Der Anregungsstrahl wird von dem Spiegel 551 reflektiert
und in der Optik 563 in die zu messende Probe 581 auf
dem Probenträger 580 kollimiert.
Der Anregungsstrahl liefert Anregung für zwei simultane Messungen,
oder alternativ werden zwei aufeinanderfolgende Anregungen mit verschiedenen
Wellenlängen
mit aufeinanderfolgenden Anregungsimpulsen (aufeinanderfolgende
Anregung wird vorzugsweise nur in unteren Messungen verwendet) durchgeführt.
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Die
angeregte Probe 581 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Die Emissionsstrahlen werden als erstes
in der Optik 563 kollimiert, und die Strahlen werden zum
optischen Modul 550 geleitet. Die Emissionsstrahlen gehen
als erstes durch den dichroitischen Spiegel 551, wonach
der zweite dichroitische Spiegel 552 die beiden Emissionsstrahlen
aufteilt. Die Aufteilung kann auf der Wellenlänge der Emissionen, Polarisation etc.
basieren. Der erste Emissionsstrahl wird durch den zweiten dichroitischen
Spiegel 552 im wesentlichen durchgelassen und ferner zum
Detektor 531a durch eine Faseroptik (in 5 nicht
gezeigt) geleitet. Der zweite Emissionsstrahl wird von dem zweiten dichroitischen
Spiegel 552 im wesentlichen reflektiert und zum zweiten
Detektor 531b durch eine Faseroptik (in 5 nicht
gezeigt) geleitet. Die Emissionsstrahlen werden danach in den Detektoren 531a und 531b gemessen.
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In
dem in 5 dargestellten zweiten Beispiel wird die gesamte
Messung mit dem unteren Meßkopf
durchgeführt.
Dieses Beispiel ist zur Durchführung
von Messungen nützlich,
bei denen die zu messende Substanz im wesentlichen auf der Unterseite
des Probenröhrchens
liegt. Mit diesem Beispiel ist es möglich, zwei Emissionen von
der Unterseite jeder Substanz simultan zu messen und kann somit die
Messung mit optimaler Effizienz durchgeführt werden. Dieses Beispiel
ermöglicht
es auch, den oberen Meßkopf
für eine
Chemilumineszenzmessung zu verwenden. Auf diese Weise können sowohl die
Photolumineszenzmessungen als auch die Chemilumineszenzmessung an
den Proben durchgeführt werden,
ohne die Orte der optischen Module oder Kabel zwischen den Messungen
zu ändern.
In den Beispielen, die im folgenden beschrieben werden, werden sowohl
der obere Meßkopf
als auch der untere Meßkopf
für die
Photolumineszenzmessung verwendet.
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6 stellt
ein drittes Beispiel zur Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel wird die Anregung von oberhalb der Probe unter Verwendung
des oberen Meßkopfes
durchgeführt
und wird die Detektion von unterhalb der Probe unter Verwendung
des unteren Meßkopfes
des Instruments durchgeführt. Eine
der mögliche
alternativen Anregungsquellen 611 liefert einen Anregungsimpuls,
der durch eine Optik 613 zu einer Faseroptik 618 geleitet
wird. Die Optik kann Filter, Linsen und mechanische Komponenten
enthalten, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Anregungsstrahl
wird in der Faseroptik gemischt und zum optischen Modul 650 geleitet.
Der Anregungsstrahl wird vom Spiegel 641 reflektiert und
in der Optik 623 in die zu messende Probe 681 auf
dem Probenträger 680 kollimiert.
Der Anregungsstrahl liefert Anregungen für zwei simultane Messungen.
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Die
angeregte Probe 681 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Die Emissionsstrahlen werden als erstes
in der Optik 663 kollimiert, und die Strahlen werden zum
optischen Modul 650 des unteren Meßkopfes geleitet. Die Emissionsstrahlen
werden als erstes durch den dichroitischen Spiegel 651 gelassen,
wonach der zweite dichroitische Spiegel 652 die beiden
Emissionsstrahlen aufteilt. Die Aufteilung kann auf der Wellenlänge der
Emissionen, Polarisation etc. basieren. Der erste Emissionsstrahl
wird durch den zweiten dichroitischen Spiegel 652 im wesentlichen
durchgelassen und ferner zum Detektor 631a durch eine Faseroptik
(in 6 nicht gezeigt) geleitet. Der zweite Emissionsstrahl
wird von dem zweiten dichroitischen Spiegel 652 im wesentlichen
reflektiert und zum zweiten Detektor 631b durch eine Faseroptik
(in 6 nicht gezeigt) geleitet. Die Emissionsstrahlen werden
danach in den Detektoren 631a und 631b gemessen.
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Das
in 6 dargestellte dritte Beispiel bietet einige Vorteile
im Vergleich zum zweiten Beispiel von 5. Wenn
der Anregungsimpuls vom oberen Meßkopf abgegeben wird, kann
die Länge
der Faseroptik innerhalb des optischen Weges des Anregungsimpulses
optimal kurz gemacht werden. Auf diese Weise kann die Dämpfung der
Faseroptik minimiert und demzufolge eine maximale Beleuchtungsintensität erzielt
werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Beispiels von 6 besteht
darin, daß es
möglich
ist, ein optisches Modul zu verwenden, bei dem kein erster Spiegel 651 in dem
Modul vorhanden ist. Auf diese Weise kann die durch den Anregungsspiegel 651 verursachte
Dämpfung
des Emissionsstrahls vollständig
beseitigt werden.
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7 stellt
ein viertes Beispiel für
die Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel wird die Anregung von unterhalb der Probe unter Verwendung
des unteren Meßkopfes
durchgeführt
und wird die Detektion von oberhalb der Probe unter Verwendung des oberen
Meßkopfes
des Instruments durchgeführt. Eine
der möglichen
alternativen Anregungsquellen 711 liefert einen Anregungsimpuls,
der zum optischen Modul des unteren Meßkopfes mit einer Faseroptik
(in 7 nicht gezeigt), worin der Anregungsstrahl gemischt
wird, geleitet wird. Der Anregungsstrahl wird vom Spiegel 751 reflektiert
und in der Optik 763 in die zu messende Probe 781 auf
dem Probenträger 780 kollimiert.
Der Anregungsstrahl liefert Anregung für zwei simultane Messungen.
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Die
angeregte Probe 781 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Die Emissionsstrahlen werden als erstes
in der Optik 723 kollimiert und die Strahlen werden zum
optischen Modul 740 geleitet. Die Emissionsstrahlen werden als
erstes durch den dichroitischen Spiegel 741 gelassen, wonach
der zweite dichroitische Spiegel 742 die beiden Emissionsstrahlen
aufteilt. Die Aufteilung kann auf der Wellenlänge der Emissionen, Polarisation
etc. basieren. Der erste Emissionsstrahl wird durch den zweiten
dichroitischen Spiegel 742 im wesentlichen hindurchgelassen
und ferner in der Optik 733a kollimiert und gefiltert,
um in dem Detektor 731a gemessen zu werden. Der zweite
Emissionsstrahl wird von dem zweiten dichroitischen Spiegel 742 im wesentlichen
reflektiert und ferner vom Spiegel 738 reflektiert. Der
Strahl wird in der Optik 733b kollimiert und gefiltert,
um in dem Detektor 731b gemessen zu werden.
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Das
in 7 dargestellte vierte Beispiel bietet einige Vorteile
im Vergleich zum ersten Beispiel von 4. Wenn
der Anregungsstrahl vom unteren Meßkopf abgegeben wird, ist es
möglich,
in dem oberen Meßkopf
ein optisches Modul zu verwenden, in dem kein erster Spiegel 741 in
dem Modul vorhanden ist. Auf diese Weise kann die durch den Anregungsspiegel 741 verursachte
Dämpfung
des Emissionsstrahls vollständig
beseitigt werden.
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8 stellt
ein fünftes
Beispiel für
die Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel wird die Anregung von oberhalb der Probe unter Verwendung
des oberen Meßkopfes
durchgeführt.
Die Detektion, wenn die erste Emission von oberhalb der Probe unter
Verwendung des oberen Meßkopfes
durchgeführt wird,
und die Detektion der zweiten Emission wird von unterhalb der Probe
unter Verwendung des unteren Meßkopfes
des Instruments durchgeführt.
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Eine
der möglichen
alternativen Anregungsquellen 811 liefert einen Anregungsimpuls,
der durch eine Optik 813 zu einer Faseroptik 818 geleitet
wird. Die Optik kann Filter, Linsen und mechanische Komponenten
enthalten, wie dies in 3 gezeigt ist. Der Anregungsstrahl
wird in der Faseroptik gemischt und zum optischen Modul 850 geleitet.
Der Anregungsstrahl wird vom Spiegel 841 reflektiert und
in der Optik 823 in die zu messende Probe 881 auf
dem Probenträger 880 kollimiert.
Der Anregungsstrahl liefert Anregungen für zwei simultane Messungen.
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Die
angeregte Probe 881 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Der erste Emissionsstrahl wird als erstes
in der Optik 823 kollimiert und zum optischen Modul 840 des
oberen Meßkopfes
geleitet. Der erste Emissionsstrahl wird von dem ersten dichroitischen
Spiegel 841 und vom zweiten dichroitischen Spiegel 842 im
wesentlichen durchgelassen. Der erste Emissionsstrahl wird danach
in der Optik 833a kollimiert und gefiltert, um in dem Detektor 831a gemessen
zu werden.
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Der
zweite Emissionsstrahl wird als erstes in der Optik 863 kollimiert
und der Strahl wird zum optischen Modul 850 des unteren
Meßkopfes
geleitet. Der Emissionsstrahl geht als erstes durch den dichroitischen
Spiegel 651, wonach er in dem zweiten dichroitischen Spiegel 852 im
wesentlichen reflektiert wird. Der zweite Emissionsstrahl wird zum
zweiten Detektor 831b durch eine Faseroptik (in 6 nicht gezeigt)
geleitet. Die Emissionsstrahlen werden danach in den Detektoren 831a und 831b gemessen.
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Ein
Vorteil des Beispiels von 8 besteht darin,
daß es
möglich
ist, Emissionen von sowohl oberhalb als auch unterhalb der Probe
simultan zu messen.
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Es
besteht auch ein weiterer Vorteil im Zusammenhang mit dem in 8 dargestellten
Beispiel. Wenn die beiden Emissionen mit verschiedenen Meßköpfen gemessen
werden, ist die Verwendung von nur einem Spiegel in dem Weg des
Emissionsstrahls möglich.
Es ist möglich,
in dem oberen Meßkopf
ein optisches Modul zu verwenden, das keinen zweiten Spiegel 842 aufweist.
Es ist möglich,
in dem unteren Meßkopf
ein optisches Modul zu verwenden, das keinen ersten Spiegel 851 aufweist.
Es ist auch möglich,
einen nichtdichroitischen Spiegel 852 in dem unteren Meßkopf zu
verwenden. Auf diese Weise wird eine sehr geringe Dämpfung in
der Messung der beiden Emissionen erzielt. Speziell die Messung
der ersten Emission kann aufgrund des direkten Strahlengangs zwischen
der Probe und dem Detektor 831a mit hoher Empfindlichkeit
gemessen werden.
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9 stellt
ein sechstes Beispiel für
die Durchführung
einer Photolumineszenzmessung mit einem Meßinstrument dar. In diesem
Beispiel wird die Anregung von unterhalb der Probe unter Verwendung
des unteren Meßkopfes
durchgeführt.
Die Detektion der ersten Emission wird von unterhalb der Probe unter
Verwendung des unteren Meßkopfes durchgeführt und
die Detektion der zweiten Emission wird von oberhalb der Probe unter
Verwendung des oberen Meßkopfes
des Instruments durchgeführt.
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Eine
der möglichen
alternativen Anregungsquellen 911 liefert einen Anregungsimpuls,
der zum optischen Modul des unteren Meßkopfes mit einer Faseroptik
(in 9 nicht gezeigt), worin der Anregungsstrahl gemischt
wird, geleitet wird. Der Anregungsstrahl wird vom Spiegel 951 reflektiert
und in der Optik 963 in die zu messende Probe 981 auf
dem Probenträger 980 kollimiert.
Der Anregungsstrahl liefert Anregung für zwei simultane Messungen.
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Die
angeregte Probe 981 liefert zwei Emissionen, die mit Detektoren
A und B gemessen werden. Der erste Emissionsstrahl wird als erstes
in der Optik 963 kollimiert, und der Strahl wird zum optischen
Modul 950 des unteren Meßkopfes geleitet. Der erste Emissionsstrahl
wird vom ersten dichroitischen Spiegel 951 und vom zweiten
dichroitischen Spiegel 952 im wesentlichen durchgelassen.
Der erste Emissionsstrahl wird ferner zum Detektor 831a durch
eine Faseroptik (in Figur nicht gezeigt) geleitet. Der erste Emissionsstrahl
wird schließlich
in dem Detektor 931a gemessen.
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Der
zweite Emissionsstrahl wird als erstes in der Optik 923 kollimiert
und zum optischen Modul 940 geleitet. Der zweite Emissionsstrahl
wird als erstes durch den dichroitischen Spiegel 941 durchgelassen,
wonach der zweite Emissionsstrahl vom zweiten dichroitischen Spiegel 942 im
wesentlichen reflektiert und ferner vom Spiegel 938 reflektiert
wird. Der zweite Emissionsstrahl wird in der Optik 933b kollimiert und
gefiltert und in dem Detektor 931b gemessen.
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Auch
das Beispiel von 9 weist den Vorteil, daß es möglich ist,
Emissionen von sowohl oberhalb als auch unterhalb der Probe simultan
zu messen.
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Es
gibt auch einen weiteren Vorteil im Zusammenhang mit dem in 9 dargestellten
Beispiel. Wenn die beiden Emissionen mit verschiedenen Meßköpfen gemessen
werden, ermöglicht
dies die Verwendung von nur einem Spiegel in dem Weg des Emissionsstrahls.
Es ist möglich,
in dem oberen Meßkopf
ein optisches Modul zu verwenden, das keinen ersten Spiegel 941 aufweist.
Es ist möglich,
in dem unteren Meßkopf
ein optisches Modul zu verwenden, das keinen zweiten Spiegel 952 aufweist. Es
ist auch möglich,
einen nichtdichroitischen Spiegel 941 in dem oberen Meßkopf zu
verwenden. Auf diese Weise wird eine sehr geringe Dämpfung in
der Messung von beiden Emissionen erzielt.
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10 stellt
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften optischen Moduls 1040 gemäß der Erfindung
dar. Es ist für
einen oberen Meßkopf entworfen,
aber es ist auch möglich,
einen unteren Meßkopf
zu entwerfen, der für
ein derartiges Modul geeignet ist. Die Figur zeigt eine Blende 1046 für den Anregungsstrahl
von der Lampe, eine Blende 1044 für den Emissionsstrahl zum ersten
Detektor und eine Apertur für
den Emissionsstrahl zum zweiten Detektor. Es ist auch ein Strichcode 1049 auf
dem optischen Würfel
für eine
mögliche
automatische Erkennung des Modultyps gezeigt.
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11 stellt
eine perspektivische Ansicht eines weiteren beispielhaften optischen
Moduls 1150 gemäß der Erfindung
dar. Es ist für
einen unteren Meßkopf
entworfen, aber es ist auch möglich,
obere und untere Meßköpfe zu entwerfen,
die für ähnliche Module
geeignet sind. Die Figur zeigt eine Apertur 1156 für den Anregungsstrahl
von der Lampe und eine Apertur 1158 zum Liefern eines optischen
Verbindungsglieds zur Probe. Es ist auch ein Strichcode 1159 auf
dem optischen Würfel
für eine
mögliche
automatische Erkennung des Modultyps gezeigt.
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12 stellt
eine Draufsicht einer beispielhaften Anordnung von oben dar, in
der vier optische Module an einem Karussell 1228 in einem
oberen Meßkopf
angebracht sind. Die optischen Module sind mit 1240a, 1240b, 1240c und 1240d genannt,
wobei deren Aperturen für
die Emission zum ersten Detektor 1244a, 1244b, 1244c und 1244d genannt
sind. Das Instrument weist vorzugsweise Mittel zum Drehen des Karussells
um dessen Achse 1229 auf derart, daß eines der vier optischen
Module zur Verwendung durch das Programm des Instruments ausgewählt werden
kann. Wenn die optischen Module mit einem Code, zum Beispiel einem
Strichcode, ausgestattet sind, kann die Steuereinheit des Instruments überprüfen, welche
Module in jeder Position des Karussells zur Verfügung stehen. Vorzugsweise gibt
es eine Befestigungsanordnung für
die optischen Module, die ermöglicht,
daß die
optischen Module, sofern notwendig, leicht entfernt und angebracht
werden können.
Obwohl das Karussell von 12 für einen oberen
Meßkopf
entworfen ist, kann natürlich
ein unterer Meßkopf
auch mit einem derartigen Karussell für einen automatisch gesteuerten
Austausch des optischen Moduls ausgestattet sein. Obwohl in 12 vier
optische Module gezeigt sind, kann natürlich eine andere Anzahl von
optischen Modulen vorliegen. Unter Berücksichtigung der vorzugsweise geringen
Größe der optischen
Module ist es möglich, ein
Karussell mit z.B. 8 oder 16 optischen Modulen bereitzustellen.
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Es
ist auch möglich,
eine andere An von mechanischer Anordnung für die optischen Module anstelle
eines Karussells zu verwenden. Zum Beispiel kann ein Schieber für die optischen
Module vorhanden sein, worin die optischen Module parallel in einer Reihe
plaziert sind und ein zu verwendendes Modul durch Verschieben des
Schiebers in eine entsprechende Position ausgetauscht werden kann.
Wenn ein Schieber verwendet wird, können Schieber mit verschiedenen
Längen
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Orten für optische Module vorhanden sein.
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Im
folgenden werden einige Ausführungsformen
und Beispiele für
mögliche
optische Module unter Bezugnahme auf die 13–22 beschrieben.
Diese beispielhaften Ausführungsformen
zeigen optische Module, die in einem optischen Instrument gemäß der Erfindung
verwendet werden können,
das ein Verbindungsglied zum Empfangen von zwei Emissionen von einem
optischen Modul enthält.
Diese optischen Module können
auch zur Implementierung der in den 4–9 beschriebenen
Meßarten
und allgemein zur Implementierung des Prozesses und Verfahren gemäß der Erfindung
verwendet werden.
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13 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines beispielhaften optischen
Moduls für einen
oberen Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1340 umfaßt drei dichroitische Spiegel.
Das Modul empfängt
einen Anregungsstrahl von der Apertur 1346, und ein Spiegel 1343 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die Apertur 1347.
Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom Spiegel 1341 reflektiert
und somit zu einer Probe durch die Apertur 1348 gelenkt.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 1348 empfangen.
Die Emissionen gehen durch den dichroitischen Spiegel 1341 und
erreichen den weiteren dichroitischen Spiegel 1342. Der
Spiegel 1342 teilt den Emissionsstrahl in einen ersten
Strahl, der zum ersten Detektor durch die Apertur 1344 geleitet
wird, und einen zweiten Strahl auf, der zum zweiten Detektor durch
die Apertur 1345 geleitet wird.
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Das
in 13 dargestellte optische Modul ist für die Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, die in 4 beschrieben wurde. Dieses
optische Modul kann jedoch auch bei vielen anderen Arten von Messungen,
wie denjenigen, die in den 6–9 beschrieben
sind, oder bei Einzelemissionsmessungen verwendet werden, wenn keine
optimierte Leistung verlangt wird.
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14 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines weiteren beispielhaften
optischen Moduls für
einen oberen Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1440 umfaßt einen dichroitischen Spiegel 1443 und
einen nichtdichroitischen Spiegel 1441. Das Modul empfängt einen
Anregungsstrahl von der Apertur 1446, und der Spiegel 1443 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die
Apertur 1447. Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom
Spiegel 1441 reflektiert und somit zu einer Probe durch
die Apertur 1448 gelenkt.
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Dieses
optische Modul ist für
Messungen entworfen, bei denen Emissionsmessungen unter Verwendung
des unteren Meßkopfes
durchgeführt werden.
Die in 6 dargestellte Messung stellt ein Beispiel für eine derartige
Messung dar. Somit weist dieses optische Modul für den oberen Meßkopf keine Strahlengänge für Emissionsstrahlen
auf. Ein Vorteil dieses optischen Moduls besteht darin, daß die Dämpfung des
Anregungsstrahls minimal ist.
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15 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines dritten beispielhaften
optischen Moduls für
einen oberen Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1540 umfaßt einen dichroitischen Spiegel. Dieses
optische Modul ist für
Messungen entworfen, bei denen der untere Meßkopf zur Anregung verwendet
wird. Ein Beispiel für
diese Art von Messung ist in 7 dargestellt.
Somit weist dieses optische Modul keine Strahlengänge für einen
Anregungsstrahl auf.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 1548 empfangen.
Der Spiegel 1542 teilt den Emissionsstrahl in einen ersten
Strahl, der zum ersten Detektor durch die Apertur 1544 geleitet
wird, und einen zweiten Strahl auf, der zu einem zweiten Detektor
durch die Apertur 1545 geleitet wird.
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Obwohl
dieses in 15 dargestellte optische Modul
für die
Doppelemissionsmessungen, die in 7 beschrieben
wurden, besonders geeignet ist, kann dieses optische Modul auch
bei vielen anderen Arten von Messungen, wie zum Beispiel Einzelemissionsmessungen,
verwendet werden, wenn keine optimierte Leistung erforderlich ist.
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16 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines vierten beispielhaften
optischen Moduls für
einen oberen Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1640 umfaßt zwei dichroitische Spiegel.
Das Modul empfängt
einen Anregungsstrahl von der Apertur 1646, und ein Spiegel 1643 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die
Apertur 1647. Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom
Spiegel 1641 reflektiert und somit zu einer Probe durch
die Apertur 1648 gelenkt.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 1648 empfangen.
Die Emission geht durch den dichroitischen Spiegel 1641 und
wird zum ersten Detektor durch die Apertur 1644 geleitet.
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Das
in 16 dargestellte optische Modul ist für eine Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, wo die erste Emission mit dem oberen Meßkopf gemessen
wird und die zweite Emission mit dem unteren Meßkopf gemessen wird. Diese
Art von Messung wurde in 8 beschrieben. Dieses optische
Modul kann jedoch auch bei vielen anderen Arten von Messungen, wie
zum Beispiel Einzelemissionsmessungen, verwendet werden.
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17 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines fünften beispielhaften optischen
Moduls für
einen oberen Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1740 umfaßt einen nichtdichroitischen
Spiegel. Dieses optische Modul ist für Messungen entworfen, bei
denen die Anregung unter Verwendung des unteren Meßkopfes
durchgeführt
wird. Ein Beispiel für
diese Art von Messung ist in 9 dargestellt.
Somit weist dieses optische Modul keine Strahlengänge für einen
Anregungsstrahl auf.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 1748 empfangen.
Der Spiegel 1742 reflektiert den Emissionsstrahl, der weiter
zum zweiten Detektor durch die Apertur 1745 geleitet wird.
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Das
in 17 dargestellte optische Modul ist für eine Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, wo die zweite Emission mit dem oberen Meßkopf gemessen
wird und die erste Emission mit dem unteren Meßkopf gemessen wird. Diese
Art von Messung wurde in 9 beschrieben. Dieses optische
Modul kann jedoch auch bei vielen anderen Arten von Messungen verwendet
werden, wenn keine optimierte Leistung verlangt wird.
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Obwohl
die in den 13–17 dargestellten
optischen Module für
den oberen Meßkopf entworfen
sind, ist es auch möglich,
den unteren Meßkopf
so zu entwerfen, daß er
für die
Verwendung dieser Module geeignet ist.
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18 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines beispielhaften optischen
Moduls für einen
unteren Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1850 umfaßt drei Spiegel. Das Modul
empfängt
einen Anregungsstrahl von der Apertur 1856, und ein Spiegel 1853 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die
Apertur 1857. Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom
Spiegel 1851 reflektiert und somit zu einer Probe durch
die Apertur 1858 gelenkt.
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Die
Emissionen von der Probe werden in dem Modul durch die Apertur 1858 empfangen.
Die Emissionen gehen durch den dichroitischen Spiegel 1851 und
erreichen den weiteren dichroitischen Spiegel 1852. Der
Spiegel 1852 teilt den Emissionsstrahl in einen ersten
Strahl, der zum ersten Detektor durch die Apertur 1854 geleitet
wird, und einen zweiten Strahl, der zum zweiten Detektor durch die
Apertur 1855 geleitet wird.
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Das
in 18 dargestellte optische Modul ist für die Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, die in 5 beschrieben wurde. Dieses
optische Modul kann jedoch auch bei vielen anderen Arten von Messungen,
wie zum Beispiel denjenigen, die in den 6–9 beschrieben
sind, oder Einzelemissionsmessungen, verwendet werden, wenn keine
optimierte Leistung verlangt wird.
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19 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines weiteren beispielhaften
optischen Moduls für
einen unteren Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 1950 umfaßt einen dichroitischen Spiegel.
Dieses optische Modul ist für
Messungen entworfen, bei denen die Anregung unter Verwendung des oberen
Meßkopfes
durchgeführt
wird. Ein Beispiel für diese
Art von Messung ist in 6 dargestellt. Somit weist dieses
optische Modul keine Strahlengänge
für einen
Anregungsstrahl auf.
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Die
Emissionen von der Probe werden in dem Modul durch die Apertur 1958 empfangen.
Der Spiegel 1952 teilt den Emissionsstrahl in einen ersten Strahl,
der zum ersten Detektor durch die Apertur 1954 geleitet
wird, und einen zweiten Strahl, der zum zweiten Detektor durch die
Apertur 1955 geleitet wird.
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Obwohl
dieses in 19 dargestellte optische Modul
für die
Doppelemissionsmessung, die in 6 beschrieben
wurde, sehr geeignet ist, kann dieses optische Modul auch bei vielen
anderen Arten von Messungen, wie zum Beispiel Einzelemissionsmessungen,
verwendet werden, wenn keine optimierte Leistung verlangt wird.
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20 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines dritten beispielhaften
optischen Moduls für
einen unteren Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 2050 umfaßt einen ersten Strahlteilerspiegel 2053 und
einen weiteren Spiegel 2051. Das Modul empfängt einen
Anregungsstrahl von der Apertur 2056, und ein Spiegel 2053 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die Apertur 2057.
Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom Spiegel 2051 reflektiert
und somit zu einer Probe durch die Apertur 2058 gelenkt.
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Dieses
optische Modul ist für
Messungen entworfen, bei denen die Emissionsmessung unter Verwendung
des oberen Meßkopfes
durchgeführt wird.
Die in 7 dargestellte Messung stellt ein Beispiel für eine derartige
Messung dar. Somit weist dieses für den unteren Meßkopf entworfene
optische Modul keine Strahlengänge
für Emissionsstrahlen auf.
Ein Vorteil dieses optischen Moduls besteht darin, daß die Dämpfung des
Anregungsstrahls gering ist.
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21 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines vierten beispielhaften
optischen Moduls für
einen unteren Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 2150 umfaßt einen nichtdichroitischen
Spiegel. Dieses optische Modul ist für Messungen entworfen, bei
denen die Anregung unter Verwendung des oberen Meßkopfes
durchgeführt
wird. Ein Beispiel für diese
An von Messung ist in 8 dargestellt. Somit weist dieses
optische System keine Strahlengänge für einen
Anregungsstrahl auf.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 2158 empfangen.
Der Spiegel 2152 reflektiert den Emissionsstrahl, der weiter
zum zweiten Detektor durch die Apertur 2155 geleitet wird.
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Das
in 21 dargestellte optische Modul ist für eine Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, bei der die zweite Emission mit dem unteren Meßkopf gemessen
wird und die erste Emission mit dem oberen Meßkopf gemessen wird. Diese
An von Messung wurde in 8 beschrieben. Dieses optische
Modul kann jedoch auch bei anderen Arten von Messungen verwendet
werden, wenn keine optimierte Leistung verlangt wird.
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22 stellt
eine Querschnittsansicht von der Seite eines fünften beispielhaften optischen
Moduls für
einen unteren Meßkopf
dar. Dieses optische Modul 2250 umfaßt zwei dichroitische Spiegel.
Das Modul empfängt
einen Anregungsstrahl von der Apertur 2256, und ein Spiegel 2253 reflektiert
einen Teil des Anregungsstrahls in einen Referenzsensor durch die
Apertur 2257. Der Hauptteil des Anregungsstrahls wird vom
Spiegel 2251 reflektiert und somit zu einer Probe durch
die Apertur 2258 gelenkt.
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Die
Emission von der Probe wird in dem Modul durch die Apertur 2258 empfangen.
Die Emission geht durch den dichroitischen Spiegel 2251 und
wird zum ersten Detektor durch die Apertur 2254 geleitet.
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Das
in 22 dargestellte optische Modul ist für eine Doppelemissionsmessung
sehr geeignet, bei der die erste Emission mit dem unteren Meßkopf gemessen
wird und die zweite Emission mit dem oberen Meßkopf gemessen wird. Diese
Art von Messung wurde in 9 beschrieben. Dieses optische
Modul kann jedoch auch bei vielen anderen Arten von Messungen, wie
zum Beispiel Einzelemissionsmessungen, verwendet werden.
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Obwohl
die in 18 – 22 dargestellten optischen
Module für
den unteren Meßkopf
entworfen sind, ist es auch möglich,
sowohl den oberen Meßkopf
als auch den unteren Meßkopf
so zu entwerfen, daß sie
für die
Verwendung dieser Module geeignet sind.
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23 stellt
ein Flußdiagramm
eines beispielhaften Prozesses zur Verwendung eines optischen Instruments
für eine
Photolumineszenzmessung dar. In Phase 11 wird der Meßtyp ausgewählt. Die
Anregungsquelle und das Interferenzfilter werden danach gemäß dem Meßtyp in
Phase 12 ausgewählt.
Entweder der obere Meßkopf
oder der untere Meßkopf
wird in Phase 13 zum Liefern des Anregungsstrahls in der
Probe ausgewählt.
Dies wird z.B. mit einem optischen Schalter vorgenommen.
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In
Phase 14 wird das Emissionsfilter für den Detektor A ausgewählt. Entweder
der obere Meßkopf oder
der untere Meßkopf
wird danach in Schritt 15 zum Empfangen der Emission A
und zum Leiten des Emissionsstrahls A in dem Detektor A ausgewählt. Der
Strahlengang wird mit dem ausgewählten
Meßkopf
z.B. durch Ansteuerung eines optischen Schalters verbunden. Wenn
zwei Emissionen gemessen werden, wird das Emissionsfilter auch für den Detektor
B ausgewählt,
Schritte 16 und 17, und wird entweder der obere
Meßkopf
oder der untere Meßkopf
in Schritt 18 zum Empfangen der Emission B und zum Leiten
des Emissionsstrahls in den Detektor B ausgewählt. Der Strahlengang kann
mit dem ausgewählten Meßkopf auch
durch Ansteuerung eines optischen Schalters verbunden werden.
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Wenn
Anregung oder Emission der Messung von oberhalb der Probe durchgeführt wird,
d. h., der obere Meßkopf
verwendet wird, dann wird das optische Modul des oberen Meßkopfes
ausgewählt
und in dem Meßort
plaziert, Phasen 19 und 20. Wenn Anregung oder
Emission der Messung von unterhalb der Probe durchgeführt wird,
d. h., der untere Meßkopf
verwendet wird, dann wird das optische Modul des unteren Meßkopfes
ausgewählt
und an dem Meßort
plaziert, Phasen 21 und 22. Wenn zwei Emissionen
simultan gemessen werden, wird gemäß der Erfindung ein optisches
Modul, das einen Emissionsstrahl für den zweiten Detektor B liefert,
für entweder den
oberen oder den unteren Meßkopf
ausgewählt. Insbesondere,
wenn derselbe Meßkopf
für den
Empfang von beiden Emissionen verwendet wird, wird ein optisches
Modul mit einem Ausgang für
beide Detektoren in dem Meßkopf
ausgewählt.
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Nachdem
die Strahlengänge
ausgewählt worden
sind, wird die zu messende erste Probe ausgewählt, Phase 23. Die
ausgewählte
Probe wird danach gemessen, 24, und die von dem bzw. den
Detektoren) empfangenen Signale werden verarbeitet, um ein Meßergebnis
bzw. Meßergebnisse
für die
gemessene Probe zu erzeugen, Phase 25. Durch Wiederholung
der Phasen 23–26 werden
aufeinanderfolgend Proben gemessen, bis alle Proben gemessen worden
sind.
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Man
sollte bemerken, daß mehrere
Varianten des Meßprozesses
verwendet werden können. Zum
Beispiel kann sich die Reihenfolge der Prozeßphasen von den oben beschriebenen
unterscheiden. Wenn ein Instrument ohne einen unteren Meßkopf verwendet
wird, ist außerdem
die Auswahl zwischen oberen/unteren Meßkopf oder Auswahl des optischen
Moduls für
den unteren Meßkopf
nicht erforderlich. Wenn nur eine Anregungsquelle zur Verfügung steht,
ist außerdem
eine Wahl zwischen Anregungsquelle nicht erforderlich.
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24 stellt
ein Flußdiagramm
eines beispielhaften Verfahren zur optischen Messung einer Probe
dar. In Phase 41 wird ein Anregungsstrahl in einer Beleuchtungsquelle
gebildet, und der Anregungsstrahl wird mit einem Interferenzfilter
in Phase 42 gefiltert, um die Wellenlänge/Wellenlängen für die Anregung von beiden Substanzen
in der Probe zu enthalten. Der gefilterte Anregungsstrahl wird zu
einem optischen Modul geleitet, worin der Strahl reflektiert wird,
Phase 43. Der Anregungsstrahl wird danach in der Probe
in einem Volumen fokussiert, das gemessen werden soll, 44.
Der Anregungsstrahl kann in Abhängigkeit
von der Art der Messung ein Anregungsimpuls, eine Abfolge von Impulsen
oder ein Dauerstrichstrahl sein.
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Nachdem
die (fluoreszierenden) Markierungssubstanzen in der Probe angeregt
worden sind, geben sie Emissionen frei, die in dem optischen Modul
empfangen werden, Phase 45. Die Emissionen können in
der Form von Bursts oder kontinuierlichen Emissionen in Abhängigkeit
von der Anregung vorliegen. In dem optischen Modul kann der Emissionsstrahl
als erstes durch einen Anregungsspiegel gehen, und die Emissionsstrahlen
können
danach mit einem dichroitischen Spiegel in zwei Emissionsstrahlen,
z.B. gemäß deren
Wellenlänge,
in Phase 46 aufgeteilt werden. Die Aufteilung kann gemäß der Erfindung
in demselben optischen Modul durchgeführt werden.
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Der
von der ersten Substanz der Probe empfangene erste Emissionsstrahl
wird als erstes in Phase 47 durch Durchlassen des ersten
Emissionsstrahls und Blockieren von anderem Licht, z.B. Licht mit
anderer Wellenlänge,
gefiltert. Der erste Emissionsstrahl wird danach zu einem ersten
Detektor in Phase 48 geleitet. Simultan mit Empfangen der
ersten Emission wird der zweite Emissionsstrahl in Phase 49 von
der zweiten Substanz der Probe empfangen, durch das optische Modul
geführt
und gefiltert, indem der zweite Emissionsstrahl durchgelassen und anderes
Licht, z.B. Licht mit anderer Wellenlänge, blockiert wird. Die gefilterte
zweite Emission wird danach zu einem zweiten Detektor in Phase 50 geleitet. Die
Emissionen werden danach in elektrische Signale in den Detektoren
umgewandelt, Phase 51, und die Signale werden verarbeitet,
um Meßergebnisse
zu liefern, die die Menge der ersten und zweiten Substanzen in der
Probe zeigen, Phase 52.
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Man
sollte bemerken, daß das
Verfahren nicht auf die Messung von zwei Emissionen von zwei Substanzen
beschränkt
ist, sondern weitere Mittel zum Teilen der Emission in mehrere Emissionsstrahlen
und weitere Detektoren zur Messung der Emissionsstrahlen vorgesehen
sein können.
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Oben
wurden Beispiele für
einen allgemeinen Meßprozeß und ein
Verfahren beschrieben. Als nächstes
werden einige typische Messungen detaillierter beschrieben. In dieser
Beschreibung wird auf die Verwendung eines optischen Instruments
gemäß 3 Bezug
genommen.
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FI- und TRF-Messungen
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In
einer prompten Photolumineszenz, d. h. FI-Messung, wird ein Anregungsimpuls
für jede
zu messende Probe abgegeben. In einer FI-Messung werden ein Anregungsfilter
und ein Emissionsfilter so ausgewählt, wie es oben beschrieben
wurde. Es wird auch ein geeignetes optisches Modul ausgewählt; das
optische Modul kann ein universelles Modul sein oder es kann ein
Modul sein, das speziell für
eine bestimmte Markierungssubstanz entworfen ist.
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Nachdem
eine Probe für
die Messung ausgewählt
worden ist, wird ein Anregungsimpuls durchgelassen und wird Referenz-R1 gelesen, wobei Ri die Lichtmenge
ist, die bei der Anregung der Markierung verwendet worden ist. Die
Beleuchtungsreferenz wird von einem Referenzdetektor 319 empfangen. Von
den Detektoren werden dann Emissionssignale S1A und
S1B gelesen. Ein Korrekturfaktor für die Signale
wird auf der Grundlage des Beleuchtungsreferenzwertes berechnet.
Die Langzeitstabilität
des Geräts
wird auf diese Lichtmenge bei Verwendung eines bestimmten Anregungsfilters
und Spiegelblocks festgelegt.
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Wenn
mehrere Anregungsimpulse für
eine Probe verwendet werden, wird die Abfolge wiederholt und werden
die Ergebnisse summiert oder gemittelt. Dies führt zu besseren Signal-Rausch-Verhältnissen für die Messung.
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Eine
zeitlich aufgelöste
Photolumineszenzmessung, d. h. TRF-Messung, gleicht der FI-Messung, außer daß mehrere
Anregungsimpulse für
jede Probe gebildet und entsprechende Emissionen gemessen werden.
Die Meßsignale
und Referenzsignale werden nach jedem Anregungsimpuls gelesen und Signalkorrekturen
werden berechnet. Grundlegende Referenzen werden mit Standardlösungsmitteln
ermittelt, nachdem der Analysator zusammengebaut worden ist. Nach
Empfangen aller Emissionssignale von einer Probe werden die Ergebnisse
vorzugsweise digital integriert. Schließlich kann eine lineare Korrektur
des digitalen Signals unter Verwendung einer Referenz durchgeführt werden.
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Chemilumineszenzmessung
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In
einer Chemilumineszenzmessung wird kein Anregungsimpuls abgegeben.
Ein separater Detektor kann für
die Chemilumineszenzmessung verwendet werden, wenn erwünscht ist,
daß Chemilumineszenzmessungen
simultan mit einer Photolumineszenzmessung durchgeführt werden.
In diesem Fall werden die simultanen Chemilumineszenz- und Photolumineszenzmessungen
an verschiedenen Proben durchgeführt.
Wenn jedoch keine simultane Messung erforderlich ist, kann derselbe
Detektor, wie er für
die Photolumineszenzmessungen verwendet wird, für die Chemilumineszenzmessung
verwendet werden.
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In
einer Chemilumineszenzmessung ist kein Emissionsfilter notwendig,
so daß der
Filterschieber außerhalb
des Meßstrahls
bewegt werden kann. Ein optisches Modul wird gemäß der Markierung ausgewählt; es
kann ein TR-Modul verwendet werden, aber eine bessere Meßqualität kann mit
einem Block erzielt werden, der für die Chemilumineszenzmessung entworfen
ist. Es werden die analogen Gatter oder ein digitales Fenster für die Meßperiode
festgelegt. Nachdem eine Probe ausgewählt worden ist, wird eine erste
Dauer zur Messung der Beleuchtung getriggert. Die Länge der
Meßperiode
beträgt
z.B. 1 ms. Die detektierten Signale werden gelesen, es werden weitere
Meßperioden
getriggert und die entsprechenden Signale werden gelesen. Die Meßperioden
werden z.B. 1000-mal wiederholt, was 1 Sekunde für die Gesamtmeßzeit ergibt.
Schließlich
werden die gemessenen Signale summiert, um das Ergebnis der Gesamtmessung
zu erhalten.
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Der
Prozeß der
photometrischen Messung wurde bereits in Verbindung mit 3 beschrieben.
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In
dieser Patentschrift ist die Struktur der Komponenten in einem optischen
Meßinstrument nicht
detailliert beschrieben, da sie unter Verwendung der obigen Beschreibung
und des allgemeinen Wissens eines Fachmanns implementiert werden können.
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Ein
optisches Instrument enthält
ein Steuermittel zur Durchführung
des optischen Meßprozesses.
Die Steuerung des Meßprozesses
in einem optischen Meßinstrument
findet allgemein in einer Anordnung mit Verarbeitungsvermögen in Form
von Mikroprozessoren) und Speicher in Form von Speicherschaltungen
statt. Derartige Anordnungen sind anhand der Technologie von Analysatoren
und verwandten Geräten
bekannt. Zur Umwandlung eines bekannten optischen Instruments in
ein Gerät
gemäß der Erfindung
ist es notwendig, zusätzlich
zu den Hardwaremodifikationen eine Gruppe von maschinenlesbaren
Befehlen in dem Speichermittel zu speichern, die den bzw. die Mikroprozessoren)
anweisen, die oben beschriebenen Operationen durchzuführen. Die
Zusammensetzung und Speicherung in dem Speicher von derartigen Anweisungen
ist mit bekannter Technologie verbunden, die, in Kombination mit
den Lehren dieser Patentanmeldung, innerhalb der Fähigkeiten
eines Fachmanns liegen.
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Die
Prinzipien gemäß der Erfindung
können natürlich innerhalb
des durch die Ansprüche
definierten Schutzbereiche, zum Beispiel durch Modifikation der
Details der Implementierung und Verwendungsbereiche, modifiziert
werden.
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Es
ist besonders zu beachten, daß die
Erfindung auf keine Weise auf die Anwendungen bei der Photolumineszenzmessung
beschränkt
ist. Ein erfahrener Benutzer kann die vorliegende Erfindung auch
bei anderen Meßtechnologien
verwenden, die in biochemischen Laboratorien allgemein eingesetzt werden.
Zum Beispiel kann eine Reflexionsgrad-, Trübungs- und nephelometrische
Messung unter Verwendung einer Fluoreszenzmeßtechnologie vorgenommen werden,
außer
daß das
Emissionsfilter ein Graufilter sein muß.
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Auf
dem Gebiet von photometrischen Probenmessungen ist die vorliegende
Erfindung in keiner Weise auf die Anwendungen beschränkt, bei
denen eine Probenanregung verwendet wird, sondern kann die Erfindung
auch bei Messungen verwendet werden, die zum Beispiel auf Chemilumineszenz
basieren.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf die verschiedenen Mikrotitrationträger beschrieben worden
ist, ist sie gleichermaßen
auf jede Form von Probenmatrix wie Gele und Filter, anwendbar.
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Obwohl
die Erfindung mit der Anordnung beschrieben worden ist, bei der
die Beleuchtungsquellen und Detektoren an dem oberen Meßkopf angeordnet
sind, besteht kein Grund, weshalb deren Anordnung an dem unteren
Meßkopf
nicht funktionieren sollte.