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DE3006421C2 - Analysegerät zum Bestimmen eines besonderen Bestandteils in einer Probe - Google Patents

Analysegerät zum Bestimmen eines besonderen Bestandteils in einer Probe

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DE3006421C2
DE3006421C2 DE3006421A DE3006421A DE3006421C2 DE 3006421 C2 DE3006421 C2 DE 3006421C2 DE 3006421 A DE3006421 A DE 3006421A DE 3006421 A DE3006421 A DE 3006421A DE 3006421 C2 DE3006421 C2 DE 3006421C2
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Germany
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signal
light
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John F X Judge
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SPX Flow Technology Germany GmbH
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Alfa Laval AB
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Analysegerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Infrarot-Analysegeräte arbeiten im allgemeinen derart, daß eine Lebensmittelprobe oder eine organische Probe mit Licht im Nah-Infrarotbereich des Spektrums bestrahlt wird. Der Arbeitsweise eines derartigen Analysegeräts liegt das Prinzip zugrunde, die spektralen Veränderungen im reflektierten Licht fotometrisch zu messen. Diese Veränderungen beruhen auf der spektralen selektiven Absorption von Licht durch die organischen Bestandteile in der Probe. Lichtmessungen, die bei einigen unterschiedlichen Wellenlängen im Nah-Infrarotbereich ausgeführt werden, liefern Informationen, die die relativen Konzentrationen der Probenbestandteile bestimmen, und zwar aufgrund der Selektivität der Probenbestandteile bei den verschiedenen Lichtwellenlängen. Eine Anordnung dieser grundsätzlichen Art ist aus der US-PS 3 776 642 bekannt.
Die Probe wird gewöhnlich gleichzeitig mit der Bezugs- oder Referenzprobe gemessen, um einen geeigneten Meßpegel zu erstellen und systemeigene Störungen zu beseitigen. Probe- und Referenzmessungen werden oft gleichzeitig mit Hilfe einer Doppelstrahlanordnung ausgeführt, d. h., ein Strahl wird auf die Probe gerichtet und der andere Strahl wird auf die Referenzprobe gerichtet. Die gleichzeitige Messung der Probe und der Referenzprobe ist deshalb erforderlich, um Fehler zu vermeiden oder klein zu halten, die durch im Meßsystem auftretende Drift hervorgerufen werden.
Angesichts der extrem hohen Genauigkeit, die man von einem Analysegerät der erläuterten Art erwartet, kann man zwischen den Probe- und Referenzmessungen keine Drift tolerieren. Es muß daher eine große Sorgfalt aufgewendet werden, um die Drift zu beherrschen.
Manche Geräte verwenden zum Messen der Probe und der Referenzprobe einen einzigen Strahl. Ein gattungsgemäßes Analysegerät ist aus der Zeitschrift "automatik", Februar 1959, Seiten 39 bis 42 bekannt. Dort wird durch einen oszillierenden Spiegel, der mit einer Frequenz von 500 Schwingungen pro Sekunde schwingt, Licht abwechselnd auf die Probe und die Referenzprobe gerichtet. Das von der Probe und der Referenzprobe reflektierte Licht wird auf eine Fotozelle geworfen. Solange das von der Probe und der Referenzprobe reflektierte Licht unterschiedlich stark ist, liefert die Fotozelle ein "moduliertes" Signal. Die Messung der Probe erfolgt nach der Nullmethode, wobei die Referenz mittels einer Regulierblende so lange verstellt wird, bis die Modulation im Ausgangssignal der Fotozelle verschwindet.
Aus DE-OS 26 32 160 ist ein gattungsgemäßes Analysegerät bekannt, bei dem monochromatisches Licht durch einen ersten drehbaren Sektorspiegel in zwei Lichtstrahlen geteilt wird. Einer der Lichtstrahlen wird durch eine Meßzelle mit dem Probenmaterial geführt. Der andere Lichtstrahl wird durch eine Meßzelle mit der Referenzprobe geleitet und trifft anschließend auf einen zweiten drehbaren Sektorspiegel, der im Gleichlauf mit dem ersten Sektorspiegel gedreht wird, so daß die beiden Lichtstrahlen abwechselnd einer Fotovervielfacherröhre zugeführt werden.
Aus DE-OS 26 06 675 ist eine photometrische Kugel zur spektralen Untersuchung streuender Objekte bekannt, bei der monochromatische Strahlung einer Lichtquelle durch einen Strahlenteiler in zwei Anteile aufgespalten wird, die in zwei flexible Lichtleiter gerichtet werden. Durch Verwendung einer Drehblende wird entweder die Probe oder die Referenzprobe bestrahlt, wobei die Bestrahlung der Probe und der Referenzprobe mit jeweils einer anderen Frequenz erfolgt.
DE-OS 14 98 985 offenbart eine Einrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der Qualität eines Trockenteilchenguts. Dort wird ein Lichtstrahl durch einen rotierenden Spiegel mit einer Frequenz von 10 bis 20 Hz abwechselnd auf die Probe und die Referenzprobe geleitet.
Bezüglich der Auswertung der erhaltenen Signale ist aus DE-OS 29 14 261 bekannt, zur Erhöhung der Stabilität eines fotometrischen Systems gegenüber Störkomponenten mit einer gesteigerten Datenabtastanzahl zu arbeiten. Zu diesem Zweck werden zum arithmetischen Bestimmen einer Extinktionsänderung aus den beispielsweise mit der Abtastfrequenz von 100 Hz gewonnenen aufeinanderfolgend anfallenden Abtastdaten mehrere zweitlich gestaffelte Gruppen von Abtastdaten gebildet, und die einzelnen Abtastdatengruppen werden jeweils zu einem einzigen Wert zusammengefaßt, wobei dann diese einzelnen Werte untereinander weiter verarbeitet werden, um die gewünschte Extinktionsänderung zu gewinnen.
Aus der DE-OS 24 03 368 ist ein Spektrometer bekannt, das dazu dient, eine Probe mit wenigstens zwei Wellenlängen zu analysieren. Dazu wird periodisch und alternativ jeweils ein den beiden Wellenlängen zugeordneter Filter in den Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der Detektoreinrichtung gebracht. Hinter der Detektoreinrichtung werden die den beiden Meßwellenlängen zugeordneten Meßsignale voneinander getrennt und jeweils einer aus einem Transistor und einem Kondensator bestehenden Abtast- und Haltschaltung zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Abtast- und Halteschaltungen werden dann miteinander in einem Differenzverstärker verglichen.
Die Drift zwischen den Probe- und Referenzmessungen wird dadurch vermieden, daß der Lichtstrahl sehr schnell zwischen der Probe und der Referenzprobe hin- und hergeschaltet wird. Solche Systeme oder Anordnungen bedingen jedoch angesichts der raschen Lichtstrahlumschaltung eine sehr komplexe und damit kostspielige Optik. Die bekannten Geräte mit niedriger Umschaltfrequenz erreichen nur eine geringe Meßgenauigkeit, da sie nicht über eine die Meßgenauigkeit steigernde Signalverarbeitung verfügen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Einzelstrahlsystem in der Richtung zu verbessern, daß es empfindlicher arbeitet, weniger komplex aufgebaut ist und damit im Vergleich zu üblichen Analysegeräten kostengünstiger hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Analysegerät soll ein einziger Strahl abwechselnd die Probe und die Referenzprobe bestrahlen, jedoch mit einer relativ geringen Umschaltgeschwindigkeit, um eine komplexe und kostenaufwendige Optik zu vermeiden. Selbstverständlich kann eine derartige Anordnung Probe- und Referenzmessungen nicht gleichzeitig vornehmen. Daher ist es Zweck der Erfindung, die nicht gleichzeitig ausgeführten Messungen zu verarbeiten, um Probe- und Referenzwerte bereitzustellen, die effektiv in Übereinstimmung oder in Einklang miteinander stehen. Dies wird nach der Erfindung grundsätzlich mit Hilfe einer Speicher- und Mittlungseinrichtung durch synchrone Mittelung des Probesignals um das Referenzsignal oder umgekehrt erreicht.
Die Verarbeitung der Signale vermindert oder beseitigt die Driftwirkungen und verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis bzw. den Rauschabstand.
Da der Fehler im Signal elektronisch herabgesetzt wird, zeichnet sich das erfindungsgemäße Analysegerät durch einen weiteren Vorteil aus. Die sonst zur Vermeidung von Drift benötigten Lichtdetektoren mit engen Toleranzen und entsprechenden Temperaturregeleinrichtungen können nämlich entallen. Dadurch wird das Analysegerät einfacher und billiger.
Das erfindungsgemäße Analysegerät macht zur Bestimmung der Bestandteile in einer Probe von einer Reflexionstechnik Gebrauch. Das Gerät enthält einen Träger für die Probe sowie für die Referenzprobe, die zum Vergleich mit der Probe dient. Das Licht wird abwechselnd und periodisch mit Hilfe eines schwenkbaren Spiegels auf die Probe und die Referenz gerichtet, wobei die Zeitpunkte des abwechselnden Richtens des Lichts auf die Probe und die Referenzprobe in gleichen Zeitabständen liegen und die Lichtwege vom Spiegel zur Probe sowie vom Spiegel zur Referenzprobe im wesentlichen gleichlang sind. Das von der Probe und der Referenzprobe reflektierte Licht wird herangezogen, um eine Gruppe aufeinanderfolgender Probe- und Referenzsignale zu erzeugen. Die Signalgruppe umfaßt wenigstens drei Signale, und zwar eine Dreiergruppe aus Probe-Referenzprobe-Probe-Signalen oder eine Dreiergruppe aus Referenzprobe-Probe-Referenzprobe-Signalen. Wenigstens eine Art von Signal in der Signalgruppe wird synchron gemittelt, um ein im Gleichklang stehendes Ausgangssignal zu erhalten. Die synchrone Mittelung der Mittelwertbildung von der einen Signalart oder von beiden Signalarten liefert Probe- und Referenzprobenmessungen, die effektiv als gleichzeitig betrachtet werden können. Dies bedeutet, daß die auf Drift zurückzuführenden Unterschiede in den Signalen durch die elektronische synchrone Mittelung der Signale effektiv vermindert oder beseitig sind.
Grundsätzlich besteht somit die Erfindung darin, daß aufgrund des Lichts, das von der Probe und der Referenzprobe reflektiert wird, eine Gruppe aufeinanderfolgender Signale erzeugt wird und daß wenigstens eine Signalart der Signalgruppe syn­ chron gemittelt wird, d. h. die Signale der Probe und bzw. oder der Referenzprobe. Das gewonnene, synchron gemittelte Aus­ gangssignal wird dann mit der anderen Signalart in der Signalgruppe in Beziehung gesetzt, um in der zu analysie­ renden Probe die Bestandteile zu charakterisieren oder zu kennzeichnen.
Nach der Erfindung wird somit ein Infrarot-Analyse­ gerät zum Bestimmen der Bestandteile einer Probe geschaf­ fen, das sehr empfindlich arbeitet, genaue Ergebnisse lie­ fert und kostengünstig herzustellen ist. Die erzeugten Aus­ gangssignale sind im wesentlichen driftfrei und haben einen hohen Rauschabstand.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Analysegerätes nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Ansicht des in der Fig. 1 dargestellten Gerätes,
Fig. 3a und 3b grafische Darstellungen der optischen Dichte in Abhängigkeit von der Zeit für die Proben- und Referenzsignale, die das Gerät nach der Fig. 1 erzeugt,
Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild der elektronischen Baugruppe zum Verarbeiten der im Gerät nach der Fig. 1 er­ zeugten Signale und
Fig. 4a Zeitverläufe von Signalen, die an verschie­ denen Punkten der in der Fig. 4 gezeigten Schaltungsanord­ nung auftreten.
In den Figuren sind der Einfachheit halber gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen. Die zunächst folgenden Erläuterungen betreffen die Fig. 1 und 2 gemeinsam.
In der Fig. 1 ist ein Infrarot-Analysegerät 10 gezeigt, bei dem eine zu analysierende Probe 11 in einem Becher 12 enthalten ist. Der Becher 12 wird von einem verschiebbaren Einsatz 13 getragen. Der nach Art eines Schlittens ausgebil­ dete Einsatz 13 ist mit einem Griff ausgerüstet, mit dessen Hilfe der Einsatz 13 in der Richtung eines eingezeichneten Pfeils 15 eingeschoben werden kann. Dabei wird der Proben­ becher 12 unter eine lichtintegrierende Kammer 16 gebracht, die teilweise geschnitten dargestellt ist.
Der Zweck der Kammer 16 besteht darin, von der Probe 11 reflektiertes Licht 29 (Fig. 2) zu integrieren oder zu sam­ meln, um die Bestandteile der Probe 11 zu bestimmen. Das für diese Messung erforderliche Licht stammt von einer Infrarotlicht abstrahlenden Glüh­ birne 20. Das Licht von der Glühbirne 20 wird mit Hilfe einer Linse 21 fokussiert und passiert dann eine Zerhackerscheibe 22. Der Zweck der Zerhackerscheibe 22 besteht darin, der Probe 11 bzw. der Kammer 16 einen gepulsten oder periodischen Lichtstrahl zuzuführen. Der gepulste Lichtstrahl durchsetzt dann eine Filterscheibe 23, die in gesteuerter Weise weiter­ geschaltet wird, so daß ein Strahl mit aufeinanderfolgenden monochromatischen Wellenlängen entsteht. Die Filterscheibe 23 richtet somit verschiedene Wellenlängen auf die Probe 11. Dies geschieht deswegen, weil die verschiedenen Bestandteile in der Probe das Licht bei verschiedenen Wellenlängen selektiv absor­ bieren. Es ist diese selektive Absorption oder das Fehlen der Reflexion von Licht durch die Probe 11 bei diesen verschiede­ nen Wellenlängen, die die besonderen Arten oder Typen von Be­ standteilen in der Probe charakterisiert. Die Intensität des bei den verschiedenen Wellenlängen re­ flektierten Lichts kennzeichnet die Menge jedes analysierten Bestandteils. Hinter der Filterscheibe 23 geht das Licht durch einen Kollimator 24 und fällt dann auf einen Spiegel 25. Der Spiegel 25 ist zwischen zwei Stellungen 1 und 2 be­ wegbar angeordnet, wie es in der Fig. 2 durch einen einge­ zeichneten Pfeil 26 angedeutet ist.
In der Stellung 1 wird der Lichtstrahl vom Kollimator 24 mittels des Spiegels 25 längs eines Strahlengangs 19 auf die Probe 11 gerichtet. Befindet sich der Spiegel 25 in der Stel­ lung 2, wird der Lichtstrahl vom Kollimator 24 längs eines Strahlengangs 18 auf die innere Oberfläche 17 der Kammer 16 gerichtet. Die innere Oberfläche 17 der Kammer 16 ist in einer solchen Weise beschichtet, daß das einzufangende Licht zer­ streut oder anderweitig integriert wird. Die lichtstreuende innere Oberfläche 17 wirkt auch als ein interner Bezug oder eine interne Referenzprobe gegenüber der die Probe in Vergleich gesetzt wird. Wenn das Licht mit Hilfe des Spiegels 25 auf die Probe 11 gerichtet wird, wie es durch den Strahlengang 19 angedeutet ist, tritt von der Probe 11 reflektiertes Licht 29 in die Kammer 16 und wird dort mittels der streuenden Ober­ fläche 17 integriert. Wird das Licht längs des Strahlengangs 18 vom Spiegel 19 auf die als Referenzprobe dienende Oberfläche 17 gerichtet, wird von der Referenzprobe reflektiertes Licht 28 inte­ griert. Die Referenzlichtenergie erstellt einen Referenzpegel für die gemessene Lichtenergie der Probe.
Zwei elektrisch miteinander verbundene Detektoren 30 (in der Fig. 1 ist nur einer der beiden Detektoren zu sehen), sind in der Kammer 16 symmetrisch angeordnet, um die Licht­ energie zu erfassen und diese Lichtenergie in ein der Probe zugeordnetes Probensignal und ein der Referenzprobe zugeordnetes Referenzsignal umzusetzen. Die Schaltung 31 wird noch im einzelnen an Hand der Fig. 4 und 4a erläutert.
Der Spiegel 25 ist so gehaltert, daß der optische Ab­ stand zwischen dem Spiegel 25 und der Referenzprobe längs des Strahlengangs 18 und der optische Abstand zwischen dem Spiegel 25 und der Probe längs des Strahlengangs 19 einan­ der gleich sind. Diese beiden optischen Strecken oder Ab­ stände sind in der Fig. 2 mit dem Bezugszeichen d gekenn­ zeichnet. Die gleichen optischen Abstände d beseitigen Strahlungsfehler bei der Lichtmessung. Um die genannte Be­ dingung gleicher optischer Abstände zu erreichen, muß der Spiegel beim Übergang zwischen den Stellungen 1 und 2 so­ wohl eine Translations- als auch Rotationsbewegung ausführen. Zum Bewegen des Spiegels wird eine motorgetriebene Nocken­ steuerung (nicht gezeigt) verwendet. Die oben erläuterte op­ tische Anordnung wurde aus Gründen der Einfachheit ausgewählt. Für die erfindungsgemäßen Zwecke kann man auch andere opti­ sche Einrichtungen heranziehen, beispielsweise Lichtstrahlen­ teiler.
Die Wechselgeschwindigkeit des lichtablenkenden Spie­ gels wird aus Zweckmäßigkeitsgründen gering gewählt, um die optische Konstruktion einfach zu halten. Wegen dieser Kon­ struktion wurde allerdings die Verwendung einer internen Referenzprobe ausgewählt, um eine schnellere Umschaltung zwischen Probe und Referenzprobe zu gestatten. Trotzdem tritt zwischen benachbarten Proben- und Referenzsignalen eine Drift auf. Theoretisch ist es erwünscht, das durch die Probe und die Referenzprobe reflektierte Licht gleichzeitig zu messen, um eine Drift zu vermeiden. Dies kann man aber im allgemeinen nur mit Zweistrahlanordnungen oder noch komplizierteren Systemen erreichen.
Nach der Erfindung wird eine mehrmalige Umschaltung des Lichtstrahls zwischen der Probe und der Referenzprobe in Betracht gezogen, und zwar um im allgemeinen von den Detektoren 30 eine ungerade Anzahl aufeinanderfolgender Proben- und Refe­ renzsignale zu erhalten. Grundsätzlich mißt man somit wenig­ stens drei Signale, entweder eine Probe-Referenz-Probe-Dreier­ gruppe oder eine Referenz-Probe-Referenz-Dreiergruppe. Die einklammernden Signale werden elektronisch gemittelt, um einen Wert zu gewinnen, der mit dem eingeklammerten Signal in Einklang oder in Übereinstimmung steht.
Zur genaueren Erläuterung der Erfindung wird im fol­ genden auf die Fig. 3a und 3b Bezug genommen. Unter der An­ nahme, daß die Drift zwischen aufeinanderfolgenden Signalen linear ist, sind entsprechend der Darstellung nach der Fig. 3a die Probe-Referenz-Probe-Signale in Form von Werten für die optische Dichte mit linearer Versetzung gezeigt. Ein erstes Probesignal S1 tritt zu einer Zeit t1 auf. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall Δt erscheint zu einer Zeit t2 ein Referenzsignal R. Nach einem weiteren gleich großen Zeit­ intervall Δt tritt zu einer Zeit t3 ein zweites Probesignal S2 auf.
Wenn man nun die beiden Signale S1 und S2 synchron mit­ telt, stellt der resultierende Wert SA der synchron gemittel­ ten Probesignale denjenigen Probenwert dar, der gleichzeitig mit dem Referenzsignal R gemessen worden wäre. Die synchrone Mittelung der einklammernden Signale ergibt somit ein Signal, das zur Zeit des eingeklammerten Signals aufgetreten wäre. Wenn mehr als drei Signale, beispielsweise fünf Signale S1, R1, S2, R2 und S3, als Arbeits- oder Betriebsgruppe in Be­ tracht gezogen werden, ist es erforderlich, die Probesignale S1, S2 und S3 sowie die Referenzsignale R1 und R2 jeweils für sich synchron zu mitteln, um zwei miteinander in Übereinstim­ mung stehende oder zeitlich zusammenfallende Werte zu gewin­ nen.
Wenn in einer Dreiergruppe aus R-S-R-Signalen die Refe­ renzsignale R die einklammernden Signale sind, werden die das eingeklammerte Probesignal S einklammernden Referenzsignale synchron gemittelt.
In der Fig. 3b zeigt eine Kurve a eine nicht lineare Drift zwischen Signalen S1, R1 und S2, und zwar im Vergleich zu einer linearen Drift gemäß einer Kurve b. Die synchron gemittelten Signale S1 und S2 liefern im Falle der nicht linearen Drift einen Wert SA, der fast in zeitlichem Ein­ klang mit dem Referenzsignal R steht.
In fast allen Fällen liefert die synchrone Mittelung der einklammernden Signale in einer Dreiergruppe eine Ver­ besserung des verarbeiteten Signals in Richtung einer Be­ seitigung oder Verminderung der Drift. Weiterhin zeigt das verarbeitete Signal ein verbessertes Signal-Rausch-Verhält­ nis, also einen verbesserten Rauschabstand.
Die elektrische Verarbeitung der Signale geschieht durch die in der Fig. 4 durch Blockdarstellung gezeigte Schaltung 31. Zur Erläuterung dieser Schaltung wird auch die Fig. 4a herangezogen. Die von den Detektoren 30 gelie­ ferten Signale gelangen zu einem Verstärker 35, dessen Aus­ gangssignal in der Fig. 4a durch einen Impulszug A dargestellt ist. Die gezeigten Probe-Referenz-Probe-Signale umfassen zwölf (33 ms) Abtastungen von jeder der Probe- und Referenz­ messungen. Dieses Ausgangssignal tritt an Leitungen 36 und 37 auf. Die an der Leitung 37 anliegenden Signale gelangen zu einem Taktgeber 38, der zum Synchronisieren der Verarbeitung der Signale mit einer Spiegelsteuerung 39 dient. Das am Aus­ gang des Taktgebers 38 auftretende Taktsignal ist in der Fig. 4a als Impulszug B dargestellt. Der Impulszug 3 wird in Teilerschaltungen 40 und 41 weiter verarbeitet, um zu Beginn jedes Probe- oder Referenz-Zyklus einen Impuls vorzu­ sehen, wie es in der Fig. 4a durch einen Impulszug E darge­ stellt ist. Diese periodischen Impulse sind eine Rückführ­ steuerung, um sicherzustellen, daß der Spiegel zum geeigne­ ten Zeitpunkt zwischen den Stellungen 1 und 2 (Fig. 2) um­ schaltet. Die Impulse des Impulszuges E werden noch einem UND-Glied 42 eines Zählers 43 zugeführt, der in einem Analog- Digital-Umsetzer 44 enthalten ist. Dieser dient zur Syn­ chronisation der elektrischen Signale an der Leitung 36.
Der am Ausgang des Verstärkers 35 auftretende Impuls­ zug A wird einem Synchrondemodulator 45 zugeführt, um das in der Fig. 4a mit C bezeichnete Signal zu erzeugen. Das demodulierte Signal gelangt dann zu einer Siebschaltung oder einem Brummfilter 46 und danach zu einem spannungsge­ steuerten Oszillator 47. Der spannungsgesteuerte Oszillator 47 ist ein Bauteil des Analog-Digital-Umsetzers 44 und lie­ fert an seinem Ausgang einen Impulszug, der in der Fig. 4a mit D bezeichnet ist. Der Impulszug D gelangt zum Zähler 43, wenn das UND-Glied 42 durch den Impulszug E freigegeben ist.
Der Zweck des Analog-Digital-Umsetzers 44 besteht darin, die Schwingungsimpulse in ein Einzelenergiepegelsignal für die Probe- und Referenzmessungen umzusetzen.
Ein UND-Glied 48, das von einem externen Taktgeber 49 angesteuert wird, wird von den Impulsen des Impulszuges E freigegeben. Das UND-Glied 48 steuert einen Zähler 50 an. Sowohl der Zähler 43 als auch der Zähler 50 sind an die beiden Eingänge eines Teilers 51 angeschlossen. Der ein Einzelenergiepegelsignal für jede Probe- und Referenzmes­ sung liefert.
Die Mittelung der Probesignale S1 und S2, wie es in der Fig. 3a grafisch dargestellt ist, wird dadurch vorgenom­ men, daß die Einzelenergiepegelsignale sequentiell drei UND-Gliedern 52, 53 und 54 zugeführt werden. Die Decodier- und Spiegelsteuerschaltung 39, die vom Impulszug E ange­ steuert wird, gibt der Reihe nach in Übereinstimmung mit der Dauer der Probe- und Referenzsignale jedes betreffende UND-Glied 52, 53 bzw. 54 periodisch frei. Die betreffenden UND-Glieder 52, 53 und 54 leiten die Einzelpegelsignale S1, R1 und S2 an geeignete Plätze eines Speichers weiter, der durch Blöcke 55, 56 und 57 dargestellt ist.
Eine Summierschaltung 58 summiert die beiden Proben­ signale S1 und S2. Eine Dividierschaltuug 59 nimmt die synchrone Mittelung dieser Signale vor.
Eine Schaltung 60 liefert das Verhältnis R/SA, also das Verhältnis aus dem Referenzsignal R und dem synchron gemittelten Probesignal SA. Eine Schaltung 61 liefert dann den Zehnerlogarithmus (log10) des Verhältnisses R/SA.
Der Wert des log10 R/SA ist gleich der optischen Dichte der Probe bei einer gegebenen Wellenlänge.
Der Prozentsatz einer bestimmten chemischen oder biolo­ gischen Komponente der Probe 11 (Fig. 1 und 2) wird dadurch bestimmt oder gekennzeichnet, daß die optischen Dichten bei den verschiedenen Lichtwellenlängen summiert werden:
xc = F1·ODλ1+F2·ODλ2+F3·ODλ3+ . . . usw.
Dabei ist xc eine Konzentrationscharakteristik oder ein Konzentrationskennzeichen des Bestandteils der Probe, ODλ1, ODλ2, ODλ3, . . . usw. ist die jeweilige optische Dichte bei verschiedenen Wellenlängen des Lichts und F1, F2, F3 . . . usw. ist jeweils ein Eichwert, der aus standar­ disierten Bestandteildaten abgeleitet wurde.

Claims (8)

1. Analysegerät zum Bestimmen eines besonderen Bestandteils in einer Probe, enthaltend
einen Träger für die Probe,
eine zum Vergleich mit der Probe dienende Referenzprobe,
eine Einrichtung, die in seiner Helligkeit sich periodisch änderndes Licht abwechselnd auf die Probe und die Referenzprobe richtet, und
eine auf das von der Probe und der Referenzprobe reflektierte Licht ansprechende Einrichtung, die eine Meßsignalfolge liefert, in der in abwechselnder Reihenfolge je ein Probesignal und je ein Referenzsignal aufeinanderfolgen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (20 bis 25, 39), die das Licht abwechselnd auf die Probe (11) und die Referenzprobe (17) richtet, derart ausgebildet und angeordnet ist, daß die Zeitpunkte für das abwechselnde Richten des Lichts auf die Probe und die Referenzprobe in gleichen Zeitabständen (Δt) voneinander liegen und die Lichtwege von dieser Einrichtung (20 bis 25) zur Probe (11) sowie von dieser Einrichtung zur Referenzprobe (17) im wesentlichen gleich lang sind, und daß an die die Meßsignalfolge liefernde Einrichtung (30, 35, 44, 45, 46) eine Speicher- und Mittelungseinrichtung (52 bis 61) angeschlossen ist, die derart ausgebildet ist, daß sie aus einer ungeraden Anzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Signale der Meßsignalfolge eine Signalgruppe bildet, wobei diese Signalgruppe wenigstens drei Signale enthält, und daß sie im Falle von drei Signalen in der gebildeten Signalgruppe die beiden Signale der einen Signalart miteinander addiert und dann einen synchronen Mittelwert bildet, den gebildeten synchronen Mittelwert der einen Signalart mit dem Wert des Signals der anderen Signalart zueinander ins Verhältnis setzt, oder im Falle von mehr als drei Signalen in der gebildeten Signalgruppe die Signale der einen Signalart miteinander addiert und dann einen synchronen Mittelwert bildet, die Signale der anderen Signalart unter Bildung eines weiteren synchronen Mittelwerts miteinander addiert und die gebildeten synchronen Mittelwerte der beiden Signalarten zueinander ins Verhältnis setzt.
2. Analysegerät nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die auf das Licht ansprechende Einrichtung eine lichtintegrierende Kammer (16) enthält und daß die Referenzprobe (17) ein integrales Teil dieser Kammer bildet.
3. Analysegerät nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Innenwände der Kammer die Referenzprobe (17) bilden.
4. Analysegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß als Einrichtung, die das in seiner Helligkeit sich periodisch ändernde Licht abstrahlt und abwechselnd auf die Probe und die Referenzprobe richtet, eine Lichtquelle (20, 21) zur Abgabe eines Lichtstrahls, ein Zerhacker (22) zum Zerhacken des von der Lichtquelle kommenden Lichtstrahls, ein Filter (23) zum Filtern des zerhackten Lichtstrahls zwecks Bereitstellung eines monochromatischen Lichtstrahls und ein bewegbar gehalterter Spiegel (25) vorgesehen ist, der im Strahlengang des monochromatischen Lichtstrahls liegt und ihn abwechselnd auf die Probe und die Referenzprobe richtet.
5. Analysegerät nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der bewegbar gehalterte Spiegel (25) so angeordnet ist, daß der Abstand (d) zwischen Spiegel und Probe gleich dem Abstand (d) zwischen Spiegel und Referenzprobe ist.
6. Analysegerät nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Filter (23) eine aus mehreren Filtern bestehende Filterscheibe ist, die zum Bereitstellen von monochromatischem Licht unterschiedlicher Wellenlängen weiterschaltbar ist.
7. Analysegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die synchron mittelnde Einrichtung enthält:
  • - einen Analog-Digital-Umsetzer (44) zum Umsetzen der Signale der Signalgruppe in einzelne Energiepegelwerte,
  • - eine an den Analog-Digital-Umsetzer angeschlossene Speichereinrichtung (55, 56, 57) zum Speichern der einzelnen Energiepegelwerte und
  • - eine an die Speichereinrichtung angeschlossene Summier- und Dividierschaltung (58, 59) zum synchronen Mitteln von wenigstens zwei der Energiepegelwerte.
8. Analysegerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speicher- und Mittelungseinrichtung eine Einrichtung (61) aufweist, die den Logarithmus des Signalverhältnisses bildet, um einen Wert für die optische Dichte bereitzustellen, der für den betreffenden Bestandteil in der Probe kennzeichnend ist.
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