DE2638333B2

DE2638333B2 - Photometer

Info

Publication number: DE2638333B2
Application number: DE2638333A
Authority: DE
Inventors: Robert H. El Toro Johnson; Mark D. Irvine Mcneil; Yasuhiro Laguna Niguel Yamazaki
Original assignee: Boehringer Mannheim GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 1976-08-25
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1979-09-20
Also published as: JPS5327471A; DE2638333A1; US4128339A; SE7708718L; GB1586565A; FI772459A; CH621869A5; DE2638333C3; NL7707138A

Description

Die Erfindung betrifft ein Photometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Photometer werden insbesodere zur Konzentrationsbestimmung absorbierender Substanzen, beispielsweise von Lösungen, benutzt. Die Probe wird hierbei in den Strahlengang einer monochromatischen Lichtquelle eingebracht, und die aus der Probe austretende Strahlung wird mittels des Photodetektors in ein Meßsignal umgesetzt, das in einer Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Der Grad der Strahlungsschwächung durch die Probe wird als Transmissionsgrad T bezeichnet, der, auf die Probe bezogen, Werte zwischen und 1 annehmen kann. T=Q entspricht vollständiger Abdunkelung des Lichtstrahls durch die Probe; T = 1 bezeichnet den ungehinderten, d. h. ungeschwächten Durchtritt des Lichtstrahls. Das Meßsignal ist dem Transmissionsgrad proportional, wenn der Photodetektor ein der zu messenden Lichtintensität proportionales Meßsignal erzeugt Nach dem Gesetz von Lambert-Beer ist die Konzentration der absorbierenden Substanz proportional der Extinktion E Die Extinktion fläBt sich gemäß der Gleichung

£= log Ι/Γ (!)

bestimmen. Um die Konzentrationsmessung zu erleichtern, weisen die Anzeigeeinrichtungen herkömmlicher Photometer Doppelskalen auf, die zum einen mit linearer Teilung den Transmissionsgrad und zum anderen mit logarithmischer Unterteilung die Extinktion entsprechend der obenstehenden Gleichung zeigen.

Dies hat den Nachteil, daß die Ablesegenauigkeit der Extinktion stark vom Meßwert abhängt

Aus der DE-AS 19 46 211 ist ein Photometer bekannt, bei welchem mit Hilfe einer rotierenden Blende die von einem Photodetektor gemessene Lichtintensität zu Abgleichzwecken um einen vorbestimmten Faktor geschwächt werden kann. In der DE-OS 19 46 211 wird darüber hinaus darauf hingewiesen, daß die definierte Schwächung zu Eichzwecken auch auf der elektrischen Ebene des Photometers vorgenommen werden könnte.

Der Abgleich des Photometers erfolgt jedoch von Hand mit Hilfe von Potentiometern. Das dem Anzeigeinstrument des bekennten Photometers zugeführte Signal ist dem Transmissionsgrad proportional. Maßnahmen, die die Anzeige der Extinktion in einem linearen Maßstab

jo ermöglichen, werden in den DE-AS 19 46211 nicht beschrieben.

Es ist bekannt, das dem Transmissionsgrad proportionale Meßsignal mit Hilfe einer logarithmischen Rechenschaltung in ein der Extinktion proportionales Signal umzurechnen und dieses Signal ebenfalls auf einer linear unterteilten, mit gleichmäßiger Ablesegenauigkeit ablesbaren Skala anzuzeigen. Bei derartigen Photometern ist jedoch der Abgleich umständlich. Die Extinktion E kann, entsprechend der obenstehenden Gleichung, für einen Transmissionsgrad T zwischen 0 und 1 Werte zwischen Unendlich (T= 0) und 0 (T= 1) annehmen. Das Photometer kann zwar mit hinreichender Genauigkeit auf den Wert E=O, d. h. auf denjenigen Endwert abgeglichen werden, der bei ungehindertem Lichtdurchtritt auftritt, doch läßt sich der Extinktionswert unendlich, der dem abgedunkelten Lichtstrahl entspricht, bei linear anzeigenden Anzeigeeinrichtungen nur mit unzureichender Genauigkeit nachbilden. Bei herkömmlichen Photometern muß deshalb für den Abgleich die Anzeigeeinrichtung auf die Messung des Transmissionsgrades umgeschaltet werden.

Ein Weg, wie eine definierte Schwächung zu Eichzwecken auf der elektrischen Ebene eines Photometers vorgenommen werden kann, ist aus der DE-OS 24 48 458 bekannt. Bei dieser Schaltung wird der Photostrom des Photodetektors der Serienschaltung von 2 Widerständen eingeprägt, von denen ein Widerstand mittels eines Schalters kurzschließbar ist

bo Der Spannungsabfall an der Serienschaltung der Widerstände wird um einen vorbestimmten Faktor verringert, wenn der Kurzschlußschalter geschlossen ist. In welcher Weise der Abgleich des Photometers erfolgt, wird in der DE-OS 24 48 458 nicht beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Photometer anzugeben, das eine lineare Anzeige der Extinktion der untersuchten Probe sowie eine selbsttätige Kalibrierung des gemessenen Extinktionssignals ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst

Zum Abgleich des Photometers reicht es aus, am photoelektrischen Wandler dem Transmissionsgrad = 1 entsprechende Lichtbedingungen, etwa durch Herausnehmen der die Probe enthaltenden Küvette, zu schaffen und das Einlesen der vorstehend erläuterten Meßwerte in den Digitalspeicher zu veranlassen. Die Rechenschalfc'ng normiert im Meßbetrieb den Extink- iu tionswert des Ausgangssignals des Wandlers auf die beiden im Digitalspeicher gespeicherten Werte. Dem gespeicherten Wert des beim Transmissionsgrad = 1 auftretenden Ausgangssignals ist hierbei der Extinktionswert 0 zugeordnet Der gespeicherte Wert des definiert geschwächten Ausgangssignals weicht um einen vorbestimmten Faktor von dem bei Abdunkelung (Traiismissionsgrad — 0) auftretenden Wert des Ausgangssignals ab. Der Abgleich erfolgt jomit bei beiden Werten mit guter Genauigkeit Vorzugsweise ist der Faktor so gewählt, daß der Wert des definiert geschwächten Ausgangssignals des Wandlers 10% des beim Transmissionsgrad = 1 auftretenden Ausgangssignals beträgt Entsprechend der obenstehend angegebenen Gleichung (1) ist diesem Wert die Extinktion E = \ zugeordnet

Der Digitalspeicher speichert Extinktionswerte womit die Rechenschaltung den anzuzeigenden Wert E entsprechend der Gleichung

E =

V - V₀

V_I - ν,,

(2)

aus dem logarithmierten Wert V des Ausgangssignals des Wandlers errechnet, wobei Vo der logarithmierte Wert des beim Transmissionsgrad = 1 auftretenden Ausgangssignals und Vi der logarithmierte Wert des definiert geschwächten, d. h. um den vorbestimmten Faktor verringerten Ausgangssignals ist Die Rechenschaltung rechnet hierbei ein bereits in einem linearen Maßstab vorliegendes Signal so um, daß den Werten V₀ und Vi an der Anzeigeeinrichtung ablesbare Extinktionswerte gemäß der obenstehenden Gleichung (1) zugeordnet sind.

Falls das Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlers ein Stromsignal ist, kann das Widerstandsnetzwerk zwei in Serie geschaltete, von dem Strom durchflossene Widerstände aufweisen, von denen einer mittels des Schalters im Meßbetrieb kurzschließbar ist. Die Widerstandswerte sind so aufeinander abgestimmt, daß der beim Abgleich in Serie hinzugeschaltete Widerstand das Stromsignal um den vorbestimmten Faktor verringert. Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn das Ausgangssignal des Wandlers ein Spannungssignal ist, wenn das Widerstandsnetzwerk eine das Spannungssignal beaufschlagende Spannungsteilerschaltung aus zwei Widerständen aufweist, von denen einer mittels des Schalters im Meßbetrieb kurzschließbar ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Widerstandwerte so aufeinander abgestimmt, daß der im Meßbetrieb kurzgeschlossene Widerstand beim Abgleich die am anderen Widerstand auftretende Spannung um den vorbestimmten Faktor verringert.

Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert werden, die ein schematisches Blockschaltbild eines Photometers zeigt.

Der optische Teil des Photometers umfaßt eine

herkömmliche monochromatische Strahlungsquelle 1 mit einer Lampe 3, deren Lichtstrahl über ein Linsensystem 5 sowie ein monochromatisches Filter 7 durch einen den Lichtstrahl aufteilenden, halbdurchlässigen Spiegel 9 tritt Der Spiegel 9 teilt das licht auf einen Meßkanal und einen Bezugskanal auf. In den Meßkanal ist eine Küvette 11 einsetzbar, die die Probe, deren Extinktion bestimmt werden solL enthält Das licht des Meßkanals wird von einem Photodetektor 13 empfangen, während das vom Spiegel 9 zum Bezugskanal hin umgelenkte licht von einem Spiegel 15 zu einem Photodetektor 17 hin umgelenkt wird. Die Photodetektoren 13, 17 geben der Intensität des auftreffenden Lichtes proportionale Ausgangssignale ab. Das Ausgangssignal des Photodetektors 13 wird über einen Verstärker 19 als Stromsignal über zwei in Serie geschaltete Widerstände 21, 23 einem Eingang eines verhältnisbildenden logarithmischen Verstärkers 25 zugeführt, der an seinem anderen Eingang das Ausgangssignal des Photodetektors 17 über einen Verstärker 27 sowie einen Widerstand 29 aufnimmt Die Widerstände 23 und 29 sind gleich groß und die Verstärkungsfaktoren der Verstärker 19, 27 sind so aufeinander abgestimmt daß Intensitätsschwankungen der Lampe 3 in dem Verstärker 25 eliminiert werden können.

Während der Photodetektor 13 ein dem Transmissionsgrad T proportionales Signal abgibt gibt der Verstärker 25 ein der Extinktion linear proportionales Signal ab. Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 wird ülier einen Verstärker 31 und einen Analog-Digital-Wandler 33, einem Mikroprozessor 35 herkömmlicher Art zugeführt, der den Abgleich des Photometers selbsttätig bei Betätigung einer Bedienungstaste 37 durchführt und im Meßbetrieb die mittels des Vertärkers 25 in Extinktionswerte umgerechneten Ausgangssignale des Photodetektors 13 entsprechend den beim Abgleich ermittelten Extinktionswerten normiert. An den Mikroprozessor 35 ist eine vorzugsweise digitalanzeigende Anzeigeeinrichtung 39 angeschlossen.

Der Mikroprozessor 35 rechnet das aus dem Analog-Digital-Wandler 33 zugeführte Signal V entsprechend der Gleichung

5(1 E =

V - V₁₁

V_I - V₀

um, wobei £der Wert des in der Anzeigeeinrichtung 39 anzuzeigenden normierten Signals ist und Vo der Wert eines beim Transmissionsgrad = 1 auftretenden Signals und Vi der Wert eines bei dem Transmissionsgrad = 1 auftretenden, jedoch um einen vorbestimmten Faktor verringerten Signals ist. Um im Meßbetrieb den Wert des anzuzeigenden Signals E aus dem Signal V berechnen zu können, weist der Mikroprozessor 35 einen nicht dargestellten Speicher auf, in den die Werte Vo und Vi beim Abgleich auf die Betätigung des Schalters 37 hin eingelesen werden.

Der Widerstand 21 ist im Meßbetrieb durch einen beispielsweise elektronischen Schalter 41 kurzgeschlossen. Beim Abgleichen wird der Wert V₀ bei geschlossenem Schalter 41 ermittelt, indem im Meßkanal dem Transmissionsgrad T= 1 entsprechende optische Verhältnisse geschaffen werden. Auf Betätigung des Schalters 37 hin liest der Mikroprozessor 35 den sich hierbei ergebenden Wert Vo in den Speicher ein. Der

Mikroprozessor 35 öffnet daraufhin den Schalter 41 und verringert so den Wert Vo um einen vorbestimmten Faktor. Der Wert Vo wird vorzugsweise auf 10% verringert; dem entspricht eine Erhöhung des Extinktionswertes von 0 auf 1. Um dies zu erreichen, muß der Wert des Widerstandes 21 das 0,9fache der Summe der Widerstände 21 und 23 betragen. Der Wert Vi wird bei geöffnetem Schalter 41 ebenfalls in den Speicher eingelesen, worauf der Mikroprozessor 35 den Schalter 41 schließt und das Photometer abgeglichen ist.

Hierzu I BIaIl ZimcIuhiiiulmi

Claims

Patentansprüche:

1. Photometer zur Bestimmung der Extinktion einer Probe mit

a) einer Lichtquelle,

b) einem fotoelektrischen Wandler zum Empfang des durch die Probe getretenen Lichtes der Lichtquelle,

c) einer Speicherschaltung zur Speicherung eines in Abwesenheit der Probe erhaltenen, einem Transmissionsgrad von »1« entsprechenden ersten Signalwertes sowie eines gegenüber dem ersten Signalwert um einen definierten Faktor geschwächten zweiten Signalwertes sowie

d) einer Rechenschaltung zur Kalibrierung eines bei Anwesenheit der Probe im Strahlengang vom Wandler gelieferten Ausgangssignals mit Hilfe des gespeicherten ersten und zweiten Signalwertes,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) an den Ausgang des Wandlers (13, 19) ein Widerstandsnetzwerk (21,23) angeschlossen ist, das zur definierten Schwächung des Ausgangssignals des Wandlers einen durch einen Schalter (41) kurzschließbaren Widerstand (21) aufweist,

f) zwischen dem Widerstandsnetzwerk (21, 23) und der Speicherschaltung eine Logarithmierstufe (25) und ein Analog-Digital-Wandler (33) angeordnet sind,

g) die Speicherschaltung als Digitalspeicher ausgebildet ist,

h) eine Steuerschaltung zur Betätigung des Schalters (41) und zur Aktivierung des Speichers zwecks Übernahme des in Abhängigkeit von der Stellung des Schalters und bei Abwesenheit der Probe (11) erzeugten ersten oder zweiten Signalwertes vorgesehen ist

2. Photometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des definiert geschwächten Ausgangssignals des Wandlers (13,19) 10% des beim Transmissionsgrad gleich 1 auftretenden Ausgangssignals beträgt.