DE3005923A1

DE3005923A1 - Photometrisches verfahren und photometrische vorrichtung zur bestimmung von reaktionsablaeufen

Info

Publication number: DE3005923A1
Application number: DE19803005923
Authority: DE
Inventors: Jürgen Barry; Klaus Dipl.-Phys. Dr. Hartmann; Franz Mühlböck; Wilhelm 8000 München Pross
Original assignee: Compur Electronic 8000 Muenchen GmbH; Compur Electronic GmbH
Current assignee: Bayer Diagnostic and Electronic GmbH
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-09-03
Also published as: GB2069692A; US4492462A; GB2069692B; FR2476312B1; FR2476312A1; JPS56129843A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein photometrisches Verfahren zur Bestimmung von Reaktionsabläufen in einer Probe, bei dem die Intensitäten des Transmissionslxchts und des Streulichts gemessen werden.

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine photometrische Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsabläufen in einer Probe, mit einer Lichtquelle, einem Probenbehälter, einem ersten photoelektrischen Wandler, der auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Probenbehälters angeordnet ist und auf den das Transmissionslicht auffällt, sowie einem zweiten photoelektrischen Wandler, auf den das in der Probe gestreute Licht auffällt.

Photometrische Verfahren und photometrische Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise zur Bestimmung und Untersuchung der Gerinnungszeit bzw. des Gerinnungsvorgangs des Bluts beispielsweise aus den US-PSen 4 116 564, 3 593 568 und der GB-PS 908 050 bekannt. Bei diesen bekannten Bestimmungen wird das durch die Probe hindurchgehende Transmissionslicht gemessen und zur Ermittlung der Gerinnungszeit ausgewertet. Insbesondere bei geringen Transmissionslichtwerten ist der gemessene Lichtpegel relativ gering, so dass sich die Messwerte im Rauschpegel oder in der Nähe desselben befinden und die Messwerte daher eine geringe Aussagekraft besitzen. Darüberhinaus können Störeinflüsse, wie Intensität sschwankungen der Lichtquelle, Umgebungslichteinstrahlungen oder Mischungsschlieren in der Probe die

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Grössenordnung der Messeffekte beeinflussen und damit zur Verfälschung der Messwerte führen. Zudem sind häufig bei pathologischen Plasmen die Änderungen der Lichtdurchlüssigkeit infolge der Fibrinbildung nur gering ausgeprägt, so dass Schwierigkeiten bei der optischen Bestimmung des Gerinnungseintritts auftreten.

Aus der DE-OS 28 48 552 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung ebenfalls im Zusammenhang mit der Bestimmung der Koagulationszeit von Blut bekannt, bei dem das Streulicht gemessen wird. Im Gegensatz zur Methode mit Transmissionslicht ist der Streulichtpegel bei starker Trübung zwar grosser und damit ist die Messung der Trübung bzw. der Teilchenkonzentration in diesem Falle mit Streulicht sicherer. Im umgekehrten Falle aber, wenn die Teilchenkonzentration und damit die Streuung in der Probe gering ist, liegt der Streulichtpegel nicht oder nur wenig über dem Rauschpegel, so dass eine sichere Messung in diesem Fall .nicht möglich ist. Darüberhinaus wirken sich bei alleiniger Streulichtmessung wiederum die bereits für das Transmissionssignal genannten Störeinflüsse aus.

Aus der DE-OS 28 36 607 ist ein Messystem zur Ermittlung von ölverunreinigungen in Wasser bekannt, bei dem eine Streulichtmessung bei einer relativ geringen Ölkonzentration durchgeführt wird, da bei einer geringen ölkonzentration das Streulicht signal wesentlich weniger durch andere Verunreinigungen, wie Sand und Rost, beeinflusst wird als das Transmissionslicht. Wenn dagegen die Konzentration der Öltröpfchen im Wasser grosser ist, wird die Dämpfung des Lichts grosser als der Streueffekt, und die Messung mit Streulicht wird in diesem System ungenau. Deshalb ist bei dem bekannten Messystem eine automatische Umschaltung von der Streulichtmessung zur Transmissionslichtmessung vorgesehen, wenn die ölkonzentration einen bestimmten Wert erreicht. Bei dem bekannten Messystem handelt es

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sich jedoch wiederum um jeweils voneinander unabhängige Messungen mit Streulicht und mit Transmissionslicht, so dass diese Messungen die bereits genannten Nachteile aufweisen.

Aus der DE-OS 27 57 197 ist ein photometrisches Verfahren und eine photometrische Vorrichtung zur Absorptionsmessung bekannt, bei der die Absorptionsmessung mit Transmissionslicht durchgeführt wird. Um zu vermeiden, dass die Absorptionsmessung mit Transmissionslicht durch eventuell vorhandene Trübungen beeinflusst v/ird, v/ird gleichzeitig zur eigentlichen Absorptionsmessung unter einem bestimmten Winkel das an einer gegebenenfalls und nicht gewollten Trübung gestreute Licht aufgefangen und in Abhängigkeit davon ein Warnsignal oder eine Unterbrechung der Absorptionsmessung abgegeben bzw. bewirkt. Hierbei findet jedoch keine Messung des gestreuten Lichts statt, sondern es wird lediglich festgestellt, ob Streulicht auftritt. Das Streulicht wird dabei nicht zur Verbesserung des Messverfahrens selbst herangezogen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein photoraetrisches Verfahren sowie eine ρhotometrische Vorrichtung anzugeben bzw. zu schaffen, das bzw. die es erlaubt, auch bei geringen Transmissionslicht- oder Streulichtpegeln noch eine sichere Messung durchzuführen ^und bei der Messung auftretende Störeinflüsse zu verhindern bzw. zu kompensieren.

Ausgehend von den eingangs genannten, bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass beide Intensitäten gleichzeitig gemessen und die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale zu einem Signal zusammengefasst werden.

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Bei einer photometrischen Messung überwiegt je nach der Trübung bzw. der Teilchenkonzentration, -grösse und/oder -form in der Probe üblicherweise entweder der Transmissions- oder der Streulichtpegel. Ohne Kenntnis des Verhaltens der Probe sind deshalb mit dem bekannten Verfahren zuverlässige Ergebnisse nur teilweise - im jeweils günstigen Fall - zu erhalten. Mit der erfindungsgemässen Massnahme, sowohl die Transmissions- als auch die Streulichtpegel zu messen, und die entsprechenden elektrischen Signale dann in ein Signal zusammenzufassen, ist es möglich, in beiden Fällen eine sicherere Messung durchzuführen. Bei eingehenden Untersuchungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ergab sich, dass dadurch das Signal-Rausch-Verhältnis um mindestens das Doppelte vergrössert werden konnte.

Bei zahlreichen photometrischen Messungen hat sich herausgestellt, dass Rauschpegel, Störpegel oder -spitzen je nach den Voraussetzungen bei der Messung auf einem der beiden Signale verstärkt auftreten, und das andere Signal wesentlich störungsfreier ist. Dies betrifft insbesondere das Transmissionslicht bei Mischungsschlieren und das Streulicht bei Umgebungslichteinflüssen. Indem eines der Signale invertiert und dann mit dem anderen Signal zu einem Signal addiert wird, was einer Subtraktion gleichkommt, ergibt sich ein Nutzsignal mit relativ grosser Amplitude, indem dann die Störpegel bzw. -spitzen relativ gesehen klein sind. Ersichtlich wird dadurch die Messsicherheit erhöht.

Bei Störeinflüssen, die sowohl den Transmissions- als auch den Streulichtpegel beeinflussen, beispielsweise bei sich ändernder oder schwankender Intensität der Lichtquelle, lassen sich derartige Störungen durch Zusamnenfassung der einander entgegengesetzt verlaufenden Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler kompensieren.

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Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die dem Transmissions- und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale subtrahiert.

Insbesondere dann, wenn Änderungen der Trübung bzw. der Teilchenkonzentration oder Teilchenform in einer Probe bestimmt werden sollen, werden die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden Signale vor dem Subtrahiervorgang differenziert. Dies ist insbesondere dann angezeigt, wenn bestimmte Punkte bei einer Bestimmung der Gerinnungszeit von Blut im Verlauf der Trübungskurve, beispielsweise der sogenannte Pipettiersprung oder der Gerinnungsknick ermittelt werden sollen.

Geraäss einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung werden die Ausgangssignale der beiden photoelektrischen Wandler vor dem Differenzier- bzw. vor dem Subtrahiervorgang verstärkt. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhange eine Normierverstärkung, mit der das Signal-Rausch-Verhältnis des kombinierten Signals noch weiter, und zwar mindestens um nochmal das Doppelte erhöht werden kann.

Gemäss einer wichtigen alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemassen Verfahrens werden die beiden, dem Transmissions- und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Werte multipliziert. Dadurch lässt sich der schaltungstechnische Aufwand für die Verarbeitung der beiden Ausgangssignale des ersten und zweiten photoelektrischen Wandlers weiter verringern und es ergeben sich hinsichtlich der optimalen Gestaltung des zusammengefassten Signals für die Auswertung Vorteile.

Bei der letztgenannten erfindungsgemassen Ausführungsform ist vorteilhafterweise ein I/U-Wandler vorgesehen, an dessen einem Eingang das Ausgangssignal eines der beiden photo-

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elektrischen Wandler, in Form eines Photoelements, anliegt, und wobei der andere photoelektrische Wandler, beispielsweise ein Photowiderstand, im Rückkoppelkreis des I/U-Wandlers liegt. Dadurch ist eine sofortige einkanalige Weiterverarbeitung des Signals mit der dadurch möglichen schaltungstechnischen Vereinfachung erreicht. Vom I/U-Wandler wird dann ein Signal bereitgestellt, das durch Multiplikation des Ausgangssignals des einen photoelektrischen Wandlers mit dem invertierten Wert des anderen photoelektrischen Wandlers, also durch Multiplikation des Transmission sucht signals mit dem invertierten Streulichtsignal gebildet wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Streulicht in einem Winkel von 90 bis 180° (Rückstreuung) und vorzugsweise in einem Winkel von 100° gegenüber dem Transmissionslicht gemessen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, durch eine Blende Streulicht in Vorwärtsrichtung in der Nähe des Transmissionsstrahls abzublenden, damit der Transmissxonsstrahl nicht vom Streulicht überlagert und damit das Signal im Transmissionskanal nicht durch Streulicht nachteilig beeinflusst wird.

Darüberhinaus ist es vorteilhaft, die Streulichtausblendung bevorzugt in der Nähe des Lichteintritts am Probenbehälter in den Anfangsteil des Absorptionsweges zu legen, um den den Streulichtpegel verkleinernden Effekt der Lichtabsorption in der Probe klein zu halten und dadurch den Messeffekt im Streulichtkanal zu verstärken.

Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung, sowie die genannten vorteilhaften Ausgestaltungen des- bzw. derselben sind besonders zur Bestimmung der Blut-.Gerinnungszeiten geeignet.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen im Zusammenhang mit der Bestimmung der Blutgerinnungszeit beschrieben, obgleich das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung auch bei anderen photometrischen Messungen, wie etwa der Ermittlung von ölverschmutzung in Wasser, zur Störungserkennung in der Absorptionsphotometrie oder bei der Überwachung von Gelatinisierungsprozessen, vorteilhaft eingesetzt werden kann, Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen photometrischen Vorrichtung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig.2a und 2b den Transmissions-Signalverlauf bzw. den differenzierten Transmissions-Signalverlauf bei der Bestimmung der Gerinnungszeit, Fig.3a und 3b den Streulicht-Signalverlauf bzw. den differenzierten Streulicht-Signalverlauf bei der Bestimmung der Gerinnungszeit,

Fig. M einen Schwellwertverlauf, um zu verhindern, dass Einschwingvorgänge den Messablauf stören, Fig. 5 eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines

Teils der Signalverarbeitungsschaltung, Fig. 6 eine schematische Darstellung der photometrischen Vorrichtung gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, und Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Geräts für optische Gerinnungsanalysen gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig„ 1 zeigt die schematische Darstellung einer photometrisehen Anordnung mit einer Lichtquelle 1, einem Kondensor 2, der das von der Lichtquelle kommende Licht parallel richtet, einer Eingangsblende 3? einen Probenbehälter M-, einen ersten photoelektrischen V/an dl er 6, einer Transraissioasausgangsblende 5, die zwischen dem Probenbehälter M-

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und dem ersten photoelektrischen Wandler 6 angeordnet ist, einem zweiten photoelektrischen Wandler 8 und einer Streulicht-Ausgangsblende 7i die zwischen dem Probenbehaälter 4· und dem zweiten photoelektrischen Wandler 8 angeordnet ist. Der erste photoelektrische Wandler 6 gibt ein dem Transmissionslichtpegel entsprechendes elektrisches Signal E^ und der zweite photoelektrische Wandler gibt ein dem Streulichtpegel entsprechendes Streulichtsignal E_g als Ausgangssignal ab.

Um die vorliegende Erfindung anhand eines konkreten Messvorgangs erläutern zu können, wird die Bestimmung der Blutgerinnungszeit als Beispiel herangezogen. Die Bestimmung der Blutgerinnungszeit ist eine besonders wichtige photometrische Messung, bei der spezielle Vorgänge zu beachten sind, und für die das erfindungsgemässe photoraetrische Verfahren und die erfindungsgemässe photometrische Vorrichtung besonders geeignet ist.

In Fig. 2a ist die Amplitude des Transmissionssignals über der Zeit t aufgetragen.

-A-¹S Ausgangsprobe wird z. B. Citrat-Plasma verwendet, das durch Zentrifugieren aus Vollblut gewonnen wurde. Die Plasma-Probe wird bei 37° C inkubiert. Zum Zeitpunkt A (vgl. die Fig. 2a, 2b, 3a, 3b) wird ein bestimmtes Eeagens zugegeben, das die Gerinnung auslöst. Dabei tritt im Transmissions- als auch im Streulichtsignalverlauf (vgl. Fig. 2a und 3a) ein sogenannter Pipettierungssprung auf, der ausschwingt und in einem kontinuierlichen Signalverlauf übergeht. Zum Zeitpunkt B tritt ein Knick im

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Signalverlauf, der sogenannte Gerinnungsknick, auf, der durch das erste Auftreten von Fibringerinnseln verursacht wird.

Bei der Bestimmung der Gerinnungszeit wird der Zeitpunkt A bei Zugabe des die Gerinnung auslösenden Reagens als Startpunkt und der Zeitpunkt B, zu dem die Gerinnung beginnt, bei dem also der Gerinnungsknick auftritt, als Endpunkt ermittelt. Diese Zeitpunkte A und B lassen sich aus der Änderung des Transmissions- bzw. des Streulichtsignals ermitteln. Der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt A und dem Zeitpunkt B, also zwischen der Reagenszugabe und dem Gerinnungsknick ist die Gerinnungszeit T'q- Ib Fig- 2a bedeutet T_Q den Transmissionspegel bei Inkubationsende vor Reagenzzugabe, T^ den Transmissionspegel am Gerinnungsknick, wobei T = 100 % als Transmissionspegel bei einem mit Wasser gefüllten Probenbehälter definiert ist.

In Fig. 3a bedeutet S_Q der Streulichtpegel bei Inkubationsende, S_& der Streulichtpegel am Gerinnungsknick und "y ~ die Gerinnungszeit. Mit S = 0 % wird Dunkelheit, also der Streulichtpegel 0, mit S = 5 % wird der Streulichtpegel bei einem mit Wasser gefüllten Probenbehälter und mit S = 70 % wird der Streulichtpegel von einem bestimmten Reagens definiert.

In vielen Fällen, insbesondere dann, wenn das photometrisch zu untersuchende Plasma bzw. Blut wesentlich von gesundem Plasma bzw. Blut abweicht (z. B. lipämisches oder hämophiles Plasma), würde der Transmissionslichtpegel oder der Streulichtpegel allein zu keinen auswertbaren Signalen führen, so dass dafür die herkömmlichen photometrischen Verfahren nicht verwendet werden können. Erst durch die Kombination des Transmissions- und des Streulichtsignals ist die Messung der Gerinnungszeit in kritischen Fällen und bei stark von der Norm abweichenden Proben möglich. Auch durch die Zugabe des Reagens ergeben sich Änderungen der Trans-

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missions- bzw. Streulichtpegel der Probe. Bei der vorliegenden Gestaltung der Vorrichtung werden diese Einflüsse kompensiert, so dass bei der Auswahl des Reagens nicht optisch - messtechnische Gesichtspunkte zu berücksichtigen sind, sondern ganz nach medizinisch-diagnostischen Erfordernissen ausgewählt werden kann.

Wie Fig. 2a und 3a zeigen, kann während der Reaktionszeit, also zwischen der Reagenszugabe und dem Gerinnungsknick, eine stetige Transmissions- bzw. Streulichtpegeländerung auftreten. Um über den Gerinnungszeitpunkt eine Aussage machen zu können, müssen daher Steigungsänderungen zur Ermittlung der Zeitpunkte A und B herangezogen werden.

In den Fig.2b und 3b ist der differenzierte Transmissionssignal

dT
verlauf -rr bzw. der differenzierte Streulichtsignalverlauf ^r dargestellt. In Fig. 2b bedeutet dT_R/dt die Steigung vor dem Gerinnungsknick, dT^./dt die Maximal Steigung nach dem Gerinnungsknick und g die Steigungsanstiegszeit. In Fig. 3b bedeutet dS_R/dt die Steigung vor dem Gerinnungsknick, dSj,/dt die Maximal Steigung nach dem Gerinnungsknick und _g die Steigungsanstiegszeit. Die Steigungen liegen im differenzierten Signal als Absolutwerte in %/sec vor.

Das Differenzieren des Transmissions- bzw. Streulicht signals erfolgt im Differenzierglied 11 bzw. 12 (vgl. Fig. 1). Zuvor wurden die Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler 6 und 8 im Verstärker 9 bzw. 10 verstärkt.

Die Plasmaproben und die verschiedenen, die Gerinnung auslösenden Reagenzien zeigen sehr starke Unterschiede in den Transmissions- bzw. Streulichtpegelbereich und für niedrige Pegel ergeben sich kleine Steigungswerte beim differenzierten Signal. Daher ist es vorteilhaft, statt üblicher Verstärker 9 und 10 normierbare Verstärker zu ver-

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wenden, um eine Normierungsverstärkung der Ausgangssignale der photoelektrischen Wandler 6 und 8 kurz nach der Reagenszugabe, etwa nach 3 Sekunden, auf einen einheitlichen Pegel zu erhalten. Damit erhält man für die weitere Auswertung von der Wahl des Reagens und den Eigenschaften der Probe unabhängige Bezugspegel.

Bei Untersuchungen im Zusammenhang mit der photometrischen Messung der Blutgerinnungszeit hat sich herausgestellt, dass es insbesondere beim Transmissionslichtsignal im Unterschied zum Streulichtsignal nach der Pipettierzugabe zu schwachen Steigungsänderungen kommt, die nichts mit dem Beginn der Gerinnung zu tun haben. Im Streulicht signal sind diese vom Gerinnungsbeginn unabhängigen Steigungsänderungen geringer.

Mit der erfindungsgemässen Massnahme, das Streulicht- und das Transmissionslichtsignal zu einem Signal zu kombinieren, lassen sich die Störeinflüsse und Faktoren, die dem Transmissionslichtpegel und dem Streulichtpegel in unterschiedlicher Stärke anhaften, in eleganter Weise ausschalten bzw. wesentlich mindern, was nicht möglich wäre, wenn nur der Transmissionslichtpegel oder nur der Streulichtpegel bei der photometrischen Bestimmung der Gerinnungszeit ausgewertet werden würde.

Die Ausgangssignale der J)if ferenzierglieder 11 und 12 werden einem Subtrahierer 13 zugeleitet, indem die differenzierten Transmissions- bzw. Streulicht signale subtrahiert werden. Dadurch treten die bereits im einzelnen beschriebenen Vorteile gemäss der vorliegenden Erfindung ein, nämlich dass - kurz zusammengefasst - auch in kritischen Fällen noch auswertbare Signale erzeugt werden können und die Sicherheit der Messwerterfassung erhöht werden kann, da - wie gesagt - Störeinflüsse häufig nur in einem der beiden Signale vorhanden sind bzw. in einem der beiden

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Signale wesentlich stärker auftreten als im anderen Signal, und darüberhinaus auch die Messeffekte je nach dem vorliegenden speziellen Fall entweder stärker im Transmissionslicht- oder im Streulicht signal liegen.

Wie bereits erwähnt, und wie in den Fig. 2a, 2b und 3a und 3b erkennbar ist, kommt es nach der Reagenszugabe zu starken Schwankungen sowohl im Transmissions- als auch im Streulichtsignal, die mit der Zeit abklingen. Damit diese "Einschwingvorgänge" die Messwerte und das Me ssverfahren nicht nachteilig beeinflussen, ist in einer besonderen Ausführungsform eine Auswertesperre,bezogen auf einen Schwellwertverlauf, vorgesehen, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist. Die nachfolgend noch im einzelnen beschriebene Schwellwertbildung ist in Fig. 1 durch den Schaltungsteil 14 dargestellt. Mit einer beispielsweise 4 Sekunden langen Auswertesperre (vgl. Fig. 4) werden üie starken Anfangsschwingungen in den beiden Signalen unwirksam gemacht. Um zu verhindern, dass Ausläufe dieser Schwingungen sowie die bereits erwähnten Steigungsänderungen im Transmissionslichtsignal nach dem Zeitpunkt A die Messung beeinflussen, ist eine zeitlich abnehmende Festschwelle vorgesehen. Zusätzlich zu dieser Festschwelle kann noch eine verzögerte Signalschwelle vorgesehen sein, die vom differenzierten Primärsignal abgeleitet ist. Daher ist die in Fig. 1 schematisch dargestellte Schaltung 14 mit dem Subtrahierer 13 verbunden. In der Schwellenvergleichsstufe 15 wird das Ausgangssignal des Subtrahierers 13 mit dem von der Schwellwertbildungsstufe 14 bereitgestellten Schwellwertverlaufs verglichen, um die Messung störende und nicht die eigentliche Messung betreffenden Signalteile auszuschalten. In einer der Schwellenwertvergleichsstufe 15 nachgeschalteten Zeitbewertungsstufe 16 werden die Ausgangssignale gebildet und einer Anzeigeneinheit 17 zugeführt.

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— Io —

Der photoelektrische Wandler 8 für die Streulichtmessung und/oder die Streulicht-Ausgangsblende 7 ist vorzugsweise so angeordnet, dass das Licht in einem Winkel von 90 bis 180° bezüglich des ersten photoelektrischen Wandlers 6 auf den zweiten photoelektrischen Wandler 8 für die Streulichtmessung fällt. Ein besonders vorteilhafter Winkel zwischen erstem und zweiten photoelektrischen Wandler 6 bzw. 8 beträgt 100°.

Mittels der Transmissionslicht-Ausgangsblende 5 wird die Vorwärtsstreuung, d. h. Streulicht in der Umgebung des Transmissionslichtstrahls, ausgeblendet und dadurch ein unbeeinflussterer Transmissionssignalpegel erreicht.

Durch eine Streulichtausblendung, die vorteilhafterweise in der Nähe des Lichteintritts an der Küvette angeordnet ist, wird die dem Streulichtpegel entgegengesetzte Wirkung des Absorptionsweges gering gehalten, so dass der Streulichtpegel davon im wesentlichen unbeeinflusst bleibt.

Fig. 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines wesentlichen Teils der erfindungsgemässen Vorrichtung, der die Verstärker 9, 10, die Differenzierglieder 11, 12 und den Subtrahierer 13 in Fig. 1 ersetzt. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform gelangt das vom ersten photoelektrischen Wandler 6 kommende Transmissionslichtsignal Εφ an einen normierbaren Verstärker 9¹ und das vom zweiten photoelektrischen Wandler 8 kommende Streulichtsignal E_g an einen normierbaren Verstärker 10'. Die Massnahme, die Verstärker 9 und 10 durch normierbare Verstärker 9' und 10' zu ersetzen, wurde bereits früher erläutert und begründet. Statt des Subtrahierers 13 in Fig. 1 ist bei der vorliegenden Ausführungsform gemäss Fig. 5 als Subtrahierer ein Differenzverstärker 20 vorgesehen, der den Subtrahiervorgang durchführt. Dem Differenzverstärker 20 ist eine Differenzierstufe 21 nachge-

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schaltet, die je nach den Erfordernissen die Differenzierung analog oder digital vornimmt. Die übrigen Schaltungsteile und Elemente entsprechen denen von Fig. 1 und wurden daher in Fig. 5 weggelassen. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung ist einfacher und mit weniger Schaltungselementen realisierbar. Durch die Anhebung des Transmissions- und des Streulichtsignals durch die normierbaren Verstärker 9' und 10'auf gleiche Pegel (beispielsweise auf 75 %) kann der Ausgangshub des Differenzverstärkers auf ca. 2 χ 25 % des Eingangshubs angepasst werden, was einer Vervierfachung in der Auflösung entspricht. An die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung werden hohe Anforderungen bezüglich der Stabilität gestellt, da die in diesen Schaltungselementen erzeugten Signale nicht von beispielsweise Alterungs- oder Temperatureinflüssen beeinflusst werden dürfen. Eine solche hohe Stabilität ist bei analoger Ausführung der Schaltungsanordnung nur mit hohem Aufwand zu verwirklichen. Um die mit einer möglichen Drift zusammenhängenden Probleme sowie die komplizierten Analog-Schaltungsteile für die verzögerte Signalschwelle und die Festschwelle zu umgehen, können die Signale nach der Differenzierstufe 21 auch digital weiter verarbeitet werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, für die Digital-Verarbeitung einen Mikroprozessor einzusetzen.

Fig. 6 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Photometer-Vorrichtung. In Fig. 6 entsprechen die Elemente 1 bis 5 und 7 den mit denselben Bezugszeichen versehenen Elementen in Fig. 1. Als erster photoelektrischer Wandler 6 ist in Fig. 6 ein Photoelement 6¹ und als zweiter photoelektrischer Wandler ist in Fig. 6 ein Photowiderstand 8¹ vorgesehen. Auf das Photoelement 6' fällt das Transmissionslicht und auf den Photowiderstand 8' fällt das Streulicht. Der eine Anschluss des Photoelements 6' ist mit dem einen Eingang 31 eines

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I/U-Wandlers verbunden, dessen anderer Eingang 32 ebenso wie der andere Anschluss des Photoelements an Masse liegt.

Mit dem einen Eingang 31 ist der eine Anschluss des Photo-Widerstands 8¹ verbunden, dessen anderer Anschluss am Ausgang 33 des I/U-Wandlers liegt. Der Photowiderstand 8' stellt also einen Rückkopplungswiderstand im Rückkoppelkreis des I/U-Wandlers dar. Der Widerstandswert des Photowiderstands 8', der als Streulichtdetektor dient, ist vom Streulichtpegel abhängig. Daher tritt am Ausgang des I/U-Wandlers 30 ein Signal auf, das dem Transmissionslichtsignal, multipliziert mit dem invertierten Streulichtsignal, entspricht.

Durch die in Fig. 6 dargestellte Anordnung lässt sich eine wesentlich einfachere Schaltung zur kombinierten Messwerterfassung des Transmissionslicht- und des Streulichtsignals mit dem Vorteil der einkanaligen Weiterverarbeitung schaffen.

Vorzugsweise sollte die Wellenlänge des Lichts, das für die photometrische Messung verwendet wird, in Abhängigkeit vom Streüquerschnitt der Teilchen gewählt werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann dies durch ein Filter 2' bereits im einfallenden Licht geschehen. Bei einer anderen nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform kacya die Befilterung empfangsseitig vor den photoelektrischen Wandlern erfolgen, was insbesondere die Möglichkeit der getrennten Befilterung im Transmissions- und im Streulichtkanal im bevorzugten Wellenlängenbereich von 350 bis 550 nm eröffnet. Dadurch erhält man eine Verstärkung des Transmissions- und des Streulicht signals. Die geeignete Wellenlänge erhält man durch entsprechende Befilterung.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer geräte-

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technischen Ausführungsform eines Blutgerinnungszeitmessers 40 gemäss der vorliegenden Erfindung. Dieses Gerät ist für zwei Messplätze 41, 41' zur Aufnahme der Probengefässe ausgelegt. Beiden Messplätzen 41, 41' ist jeweils eine Anzeigeeinrichtung 42, 42' zugeordnet.

Vor der eigentlichen Messung wird die Inkubationszeit über einen Vorwahlschalter 43, 43' eingestellt. Signalgeber 44, 44' zeigen das Ende der Inkubationszeit an. Der Messvorgang läuft nach Zugabe des Reagens automatisch ab, wobei die optischen Signale in der beschriebenen Weise in der Auswerteeinheit verarbeitet werden. Die Ergebnisse des Messvorgangs bzw. die Blutgerinnungszeit wird in der Anzeigeeinheit 42,bzw. 42' optisch sichtbar gemacht. Über eine Rückstelltaste 45, 45' ist ein Eingriff während des Messablaufs oder auch nach dem Messablauf möglich.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Messung der Gerinnungszeit von Blut erläutert. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Ausgestaltungen und Abwandlungen dieser Ausführungsbeispiele möglich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Insbesondere lassen sich das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung auch auf photometrische Messungen für andere Zwecke, beispielsweise zur Ermittlung von ölverschrautzungen in Wasser, zur Störungserkennung in der Absorptionsphotometrie, bei der Überwachung von Gelatinisierprozessen usw., übertragen.

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Claims

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Compur-Electronic GmbH München, den 14.02.1980

München 70 770 Dr.G/Ne 767

j nachgereicht}

Photometrisches Verfahren und photometrische Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsabläufen

Patentansprüche

Λ . Photometrisches Verfahren zur Bestimmung von Reaktionsabläufen in einer Probe, bei dem die Intensitäten des Transmissionslichts und des Streulichts gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, dass beide Intensitäten gleichzeitig geoBssen. und die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale zu einem Signal zusammengefasst werden.
2. Photometrisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale subtrahiert werden.

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3. Photometrisches Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale bei einer Bestimmung der Trübung- bzw. Teilchenkonzentrationsänderung vor dem Subtrahieren differenziert werden.
4. Photometrisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Transmissionslicht und dem Streulicht entsprechenden elektrischen Signale multipliziert werden.
5- Photometrisches Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Streulicht in einem Winkel von 90° bis 180° (Rückstreuung) zum Transmissionslicht gemessen wird.
6. Photo metrisches Verfahren nach Anspruch 5_? dadurch gekennzeichnet, dass das Streulicht in einem Winkel van 100 zum Transmissionslicht gemessen wird.
7· Photometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsstreuung in der Nähe des Transmissionsstrahles abgeblendet wird.
8. Photometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streulichtausblendung bevorzugt in der Nähe der Eintrittsstelle des Lichts zu Beginn des Absorptionsweges in der Probe erfolgt.
9· Photometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Lichts in Abhängigkeit vom Absorptions- und/oder

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Streuverhalten der die Trübung verursachenden Teilchen gewählt wird.
10. Photometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Transmissionsund Streulicht in Abhängigkeit vom Absorptions- bzw. Streuverhalten der Probe getrennt und spektral unterschiedlich ausgelegt werden.
11. Photometrisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Bestimmung der Gerinnungszeiten des Bluts.
12. Photometrisches Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum der Wellenlänge des Empfangslichts in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 550 nm liegt.
13· Photometrische Vorrichtung zur Bestimmung von Reaktionsabläufen in einer Probe, mit einer Lichtquelle, einem Probenbehälter, einem ersten photoelektrischen Wandler, der auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Probenbehälters angeordnet ist und auf den das Transmissionslicht auffällt, sowie einem zweiten photoelektrischen Wandler, auf dem das in der Probe gestreute Licht auffällt, gekennzeichnet durch einen Schaltungsteil (13; 20; 30), der mit dem ersten und zweiten photoelektrischen Wandler (6, 8; 6', 8¹) verbunden ist und das vom ersten photoelektrischen Wandler (6; 6') erzeugte Transmissionslichtsignal (E™) und das vom zweiten photoelektrischen Wandler (8; 8') erzeugte Streulicht signal (Eg) zu einem Signal zusammenfasst.
14. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (13; 20; 30)

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ein Subtrahierer (13) ist (Fig. 1).
15. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, dass der Bchaltungsteil 20, 30) ein Differenzverstärker (20) ist (Fig. 5).
16. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch I3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Trübungs- bzw. Teilchenkonzentrationsänderung zwischen dem ersten elektrischen Wandler (6) und dem Subtrahierer (13) sowie zwischen dem zweiten elektrischen Wandler

(8) und dem Subtrahierer (13) jeweils ein Differenzierglied (11, 12) liegt (Fig. 1).
17. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Differenzverstärker (20) ein Differenzierglied (21) nachgeschaltet ist (Fig. 5).
18. Photometrische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und zweiten photoelektrischen Wandler (6, 8) jeweils ein Verstärker (9» 10) nachgeschaltet ist (Fig.1 ).
19· Photometrische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten photoelektrischen Wandler (6) und dem zweiten photoelektrischen Wandler (8) nachgeschaltete Verstärker (9, 10) ein normierbarer Verstärker (9¹, 10') ist (Fig. 5).
20. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsteil (13, 20 , 30) ein I/U-Wandler (30) ist (Fig. 6).
21. Photometrische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang einer (6*)

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der beiden photoelektrischen Wandler (6¹, 8¹) mit einem Eingang des I/U-Wandlers (30) verbunden ist, und der andere photoelektrische Wandler (8¹) als Photowiderstand im Rückkoppelkreis des I/U-Wandlers liegt (Fig. 6).
22. Photometrische Vorrichtung, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Bestimmung der Gerinnungszeiten des Bluts.

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