CS50390A2 - Scanner - Google Patents

Description

Vynález se týká nového čidla prostanovení absorpce elektromagnetického záření analytickýmvzorkem a způsobu stanovení s použitím tohoto čidla.

Absorpce elektromagnetického záře-ní, typicky viditelného světla, je obvykle užíváno k de-tekci a/nebo kvantitativnímu stanovení chemických láteknebo k jiným informacím o těchto látkách. Dříve se obvykleužívalo fotometrických postupů, založených na měření trans-mise dopadajícího záření ve srovnání se standardní hodno-tou. Tyto postupy jsou však velice citlivé na rozptyl zá-ření a pro určité vzorky jsou nevhodné. Tf poslední dobějsou často navrhovány postupy, jimiž se měří přímo absorp-ce stanovením vzestupu teploty ve vzorku v důsledku tétoabsorpce dopadajícího světla, čímž odpadají problémy, sou-visející s rozptylem. V publikaci Tanato a další, J. App.Phýs, 63(6), str. 185, 1988 se popisuje systém pro foto-termální spektroskopii s použitím tenkých pevných filmů,postupuje se tak, že se tenký vzorek upevní na průhlednéčidlo pro teplotu a pak se uvádí přerušovaným světlem,načež se měří stoupnutí teploty vzorku v důsledku absorpce.Avšak vzhledem k neúplné průhlednosti čidla dochází takék jeho zahřátí. Tento zdroj chyby se dále zhoršuje v pří-padě, že vzorek rozptyluje dopadající světlo, takže jaktento rozptyl, tak absorpce budou zvyšovat signál, čímž se získá chybný výsledek. Průhledné čidlo je tvořeno mate-riálem, citlivým na teplo mezi dvěma filmy, které tvoříelektrody. Je nutné, aby filmy byly velmi tenké pro sní-žení absorpce, v důsledku toho jsou však mechanicky po-škoditelné i chemicky podléhají snadno degradaci. Mimotoje vzorek ve styku s jednou z elektrod, při.čemž je zapotřebí izolovat vzorek od elektronického okruhu. V některýchpřípadech může vzorek působit jako anténa a snímat šum. V US patentovém spisu č. 3 948 345se popisuje fotoakustický spektroskopický postup, při němžse ozařuje přerušovaným světlem plyn, obsažený v resonanč-ním prostoru a obklopující vzorek. Absorpce světla vzorkema v důsledku toho zvýšení teploty způsobí elastickou expanzi plynu, kterou je možno snímat běžnými akustickými detektory, například mikrofonem. V US patentovém spisu č. 4 303 343 se užívá téhož principu, avšak upravují se naoptimální hodnoty vztahy mezi frekvencí pulsů, vlnovoudélkou dopadajícího světla a další parametry. V evropském patentovém spisu č. 49 918 se navrhuje postup, při němž absorpce přerušovanéhosvětla vzorkem dává vznik přerušované expanzi a kontrakcipevného prvku, tyto hodnoty se pak přivádějí na elektrickýsignál piezoelektrickým převaděčem, který je spojen s pev-ným prvkem.

Tyto fotoakustické metody jsou všakvelmi citlivé na místní vibrace a v některých případech jejejich použití obtížné.

Nyní bylo zjištěno, že při ozářenívzorku přes pevný prvek, který je průhledný pro dopadají-cí světlo a není proto tímto světlem zahříván, je však vy-soce tepelně vodivý a při použití detektoru teploty pevnéhoprvku v bezprostřední blízkosti vzorku je možno přímo sní-mat vzestup teploty vzorku, způsobený ozářením. Předmětem vynálezu je tedy čidlopro detekci nebo kvantitativnách stanovení absorpce elek-tromagnetického záření vzorkem, při němž vzestup teploty,indukovaný ve vzorku ozářením produkuje signál, který jeúměrný teplotnímu vzestupu, čidlo sestává z pevného prvku,tepelně vodivého a prostupného pro elektromagnetické záře-ní s prvním povrchem, který je ve styku se vzorkem, s po-vrchem pro vstup záření a s dráhou záření mezi těmito po-vrchy, z termooptického nebo termoelektrického snímačeteploty v tepelném styku s pevným prvkem v blízkosti prv-ního povrchu pro snímání převedeného tepla bez přerušenísvětelné dráhy.

Je zřejmé, že uložením detektoruteploty v podstatě vně dráhy dopadajícího světla se sni-žuje na minimum rozptyl záření vzorkem.

Obecně bude Čidlo používáno spolus prostředkem pro ozáření vzorku přes pevný povrch. Jezvláště výhodné použít k ozařování záření, které je mo-dulováno v amplitudě a/nebo vlnové délce, protože tímtozpůsobem je možno odstranit chyby pozadí, například cel-kové změny teploty. Záření může být ultrafialové, viditel-né nebo infračervené.

Modulace amplitudy nebo přerušová-ní dopadajícího světla je možno snadno dosáhnout běžnýmpřerušovačem světla, který je uložen do kolimované světěl-né dráhy. Změny vlnové délky dopadajícího světla napříkladtak, aby se pohybovaly mezi určitým maximem a minimem jemožno uskutečnit například laserovou diodou. Obvykle mábýt modulovaná frekvence nízká, například 50 Hz. frekvence signálu nebo jiné prostředky pro periodické snímání hodnot mohou být synchronizoványnebo je možno je synchronizovat s modulační frekvencí dopa-dajícího světla tak, Že zevní změny teploty, k nimž dochá-zí mezi pulsy nejsou amplifikovány. Přístroj pro uskutečně-ní těchto modulací a snímání hodnot byl popsán v US paten-tovém spisu č. 3 943 345.

Mimoto je možno frekvenci pulsůstáhnout k rychlosti vedení tepla ze vzorku k čidlu. Am-**plituda signálů, vyvolaných změnami teploty tedy částečně závisí na přenosu tepla z ozářených úseků vzorků a na da-né vzdálenosti od povrchu průhledného pevného prvku. Teplo,které vznikne v hlubších místech vzorku se na čidlo nepře-náší v době mezi dopadem světla a snímáním signálu z de-tektoru. Maximální hloubka vzorku, z níž se teplo přenášíza vzniku signálů, se nazývá ”délka tepelné difuse" a de-finuje možný objem analyzovaného vzorku. Tato definice ob-jemu umožňuje kvantitativní stanovení absorbujících látek.

Dopadající světlo je obvykle přivá-děno k čidlům optickými vlákny. Zdrojem světla může býtlaser nebo silná žárovka. Obvykle by mělo být možné získatdopadající záření s vlnovou délkou v rozmezí 250 až 2500 nm.

Detektor tepla může být napříkladtermoelektrický prvek, jako thermistor, thermočlánek nebotaké thermooptický přístroj, například laser, citlivý nazměny teploty.

Pevný tepelně vodivý prvek může býtvyroben z diamantu, jehož tepelná vodivost je šestkrátvyšší než tepelná vodivost mědi, dále ze safíru nebo zkřemene, všechny tyto materiály jsou v podstatě úplně prů-hledné pro ultrafialové, viditelné i infračervené světlo.Pevný prvek má obvykle tvar bloku se dvěma opačnými konci,alespoň na jedné jeho straně je možno upevnit detektortepla. Vzorek je pak možno upevnit nebo uvést do tepelného styku s jedním koncem bloku, kdežto dopadající zářenívchízí do bloku opačným koncem, přičemž dráha záření me-zi jeho zdrojem a vzorkem je volná. Může být výhodné zaoblit konecbloku, který se dostává do styku se vzorkem, protožetímto způsobem je možno zjistit plochu, která se dostanedo styku s daným objemem vzorku.

Konec bloku, který se dostává dostyku se vzorkem, může být popřípadě opatřen tenkýmochranným povlakem, například z plastické hmoty jakoepoxidové pryskyřice. Tloušťka tohoto povlaku by měla býttaková, aby nedošlo k nežádoucímu snížení tepelného stykumezi vzorkem a blokem, právě použití zaobleného konce blo-ku může pomocí aaížit tuto nevýhodu.Zvláště výhodné je po-užití ochranných filmů z plastických materiálů, jako jsoupolykarbonáty, polyakryláty, polyamidy, polyestery, poly-alkyleny a polyjialogenalkyleny, zejména překrývající takédetektor tepla v případě, že je zapotřebí vyšetřit nebez-pečné vzorky, například infekční nebo toxické nebo v pří-padě chemicky vysoce reaktivních vzorků. Filmy mohou býturčeny pro jedno použití zvláště tam, kde se počítá s in-fekčními nebo toxickými vzorky.

Pevný, tepelně vodivý prvek můžebýt tvořen v případě potřeby více než jednou složkou. K jedné straně bloku může být například připojen tenkýkotouč z podobného materiálu, vytvářející konec tepelněvodivého prvku, spojený se vzorkem. Detektor tepla je vtomto případě spojen s blokem pod tímto kotoučem a budetak chráněn proti znečištění materiálem vzorku.

Pro většinu použití je detektorupevněn na povrchu tepelně vodivého prvku, uloženého rov-noběžně s dráhou záření. V podstatě úplný odraz dopada-jícího světla od rovnoběžných povrchů brání záření oddopadnutí na detektor. Tohoto vnitřního odrazu je možnodosáhnout zejména tak, že se detektor spojí s pevným prv-kem lepidlem, které má nižší refrakční index než materiálpevného prvku. Vzhledem k tomu, že materiály jako safíra diamant mají vysoký refrakční index, bude tuto podmínkusplňovat široká škála lepidel včetně epóxjtdových prysky-řic, kyanoakrylátových lepidel a polyesterových lepidel.Lepidlo může být mimo to použité k pokrytí zbývajícíchstran pevného prvku, aby docházelo k co nejmenšímu výstu-pu světla z tohoto prvku. Zvláště výhodným lepidlem je vtomto případě elektricky vodivé lepidlo, například epoxi-dové lepidlo s obsahem stříbra jako Epo-tek H 20 E (EpoxyTechnology lne., Mass., USA), protože tato lepidla zajiš-tují maximální retenci světla a současně mají dobrou tepel-nou a elektrickou vodivost. Povrch průhledného pevného prv-ku může být opatřen také odrazovou vrstvou, například tenkou vrstvou-hliníku nebo stříbra před upevněním detektoru,toto opatření je zvláště vhodné při použití ultrafialo-vého a infračerveného záření. V případě, že se jako detektoruužije termistoru, může tento detektor v případě, Že torozměr přístroje dovoluje, být proveden tak zvanou tech-nologií silného filmu, tj. natisknutím pasty termistoro-vého materiálu na pevný prvek po jeho předchozím zpraco-vání k zajištění maximálního vnitřního odrazu, načež sepasta sjfcntruje při vysoké teplotě.

Vzdálenost mezi vzorkem a detekto-rem je s výhodou co nejmenší tak, aby bylo možno co nejví-ce snížit dobu vedení tepla od vzorku k detektoru a tímdosáhnout maximální citlivosti. Specifická vodivost pev-ného prvku by měla mnohonásobně převyšovat tepelnou vodi-vost vzorku. Vzdálenost detektoru od konce prvku, který jeve styku se vzorkem, by měla být řádově stejná jako rozměrtohoto konce. Například může být tepelný detektor upevněnpřibližně 1 mm od konce, který má průměr 1 mm. Povrch to-hoto konce může zasahovat dále podél osy, procházející de-tektorem k dosažení větší, obvykle podlouhlé plochy, kteráje ve styku se vzorkem. V případě, že vzorek silně absorbujedopadající světlo, bude toto světlo absorbováno v průběhu 10 - délky tepelné difúze a bude produkován silný signál. Vpřípadě nízké absorpce bude absorbována ve stejné drázepouze část dopadajícího světla. Je zřejmé, že obvykle bytlouštka vzorku měla být vyšší než délka tepelné difúze,s výhodou by tloušíka vzorku měla být alespoň dvojnásobná. čidlo podle vynálezu může být v pří-padě potřeby velmi malé. Detektor může být stejně velkýnebo menší než tepelně vodivý prvek. Je zvláště výhodnéupevnit tepelně vodivý prvek na konec optického vlákna.Signál z detektoru je možno vést elektrickými dráty nebooptickým vláknem, rovnoběžným s optickým vláknem pro do-padající světlo.

Takto uspořádaná čidla je možnosnadno užít k detekci nebo kvantitativnímu stanovení vzor-ků v různých situacích, například nejen při pokusech invitro, nýbrž také in vivo. čidlo je například možno zavéstdo cévy pro kontinuální měření množství hemoglobinu. Zvláš-tě výhodná je skutečnost, že čidlo může být možné ponořitdo kapalného vzorku k jeho analýze v různé hloubce, zejmé-na v oblastech, vzdálených od povrchu. Například červenékrvinky budou v blízkosti povrchu kapalného vzorku vstře-bávat kyslík ze vzduchu, čímž se může měnit jejich absorpč-ní spektrum.

Pro některá použití může být zapotřebí odstínit čidlo od tepelných vlivů nebo zabránit jeho 11 chemické korozi. K tomuto účelu je například možno celéčidlo opatřit jednou nebo větSíra počtem ochranných vrstev,například z jakéhokoliv vhodného polymerního materiálu svýjimkou povrchu, který se dostává do styku se vzorkem.

Stínění proti elektrickým vlivůmnebo proti ruSení může být v některých případech také žá-doucí a je například možno opatřit čidlo kovovým stíněním,opět s výjimkou části, která se dostává do styku se vzor-kem. čidb může být například uloženo do uzeměného kovovéhokrytu, jako trubice, například z oceli, odolné proti kyse-linám a/nebo je možno čidlo povléknout elektricky vodivýmmateriálem, například epoxidovým lepidlem s obsahem kovu. Předmětem vynálezu je rovněž způ-sob detekce nebo kvantitativního stanovení elektromagne-tického záření ve vzorku tak, že se čidlo ozáří za vznikumodulovaného záření, procházejícího dráhou záření k první-mu povrchu a tímto povrchem do vzorku, teplo, vytvořenéabsorpcí záření ve vzorku se přivádí k detektoru tohotočidla za vzniku signálů, jejichž amplituda je úměrná množ-ství tepla, produkovaného touto absorpcí.

Způsob podle vynálezu je zvláštěvhodný pro detekci nebo kvantitativní stanovení suspenzečástic, například buněk nebo shluků, které je obtížné ana-lyzovat známými postupy vzhledem k rozptylu světla. - 12 - čidlo a svrchu uvedený způsob de-tekce je také možno využít k měření barevné intenzita'vzorků, které jsou upevněny na pevnou podložku. Signálnení rušen mechanickým stykem čidla a podložky, jak tomuje v případě fotoakustických postupů. Princip je podobnýjako v případě použití v roztoku. Vlnová délka světla sevolí tak, aby byla vhodná pro absorpci materiálem. Vzestupteploty je úměrný intenzitě zabarvení a může být měřenstejně jako svrchu. Protože postup je založen na absorpcia nikoliv na odrazu, je citlivější než reflektometricképostupy. Mimoto stačí velmi malá barevná plocha k získání dobrého signálu, obvykle stačí i barevná plocha menší než . 2 1 mm . Některé analytické postupy jsouzaloženy na vzniku barvy na povrchu, a to v důsledku che-mické reakce, která vede k tvorbě nerozpustného nebo im-mobilizovaného barevného materiálu, nebo v důsledku filtra-ce barevných aglutinátů, vytvořených vzájemnou vazbou re-ceptorů a druhé vazné látky, nebo v důsledku selektivnífiltrace v případě, že jeden z členů svrchu uvedeného párulátek je vázán na porézní materiál, čidlo podle vynálezuje zvláště vhodné pro toto použití. čidlo podle vynálezu a způsob de-tekce je možno zvláště použít k detekci nebo kvantitativ-nímu stanovení látek ve vzorku na základě změn v rychlosti - 13 - sedimentace částic v důsledku chemických nebo fyzikálníchinterakcí, což je možno zjistit například stanovením ab-sorpce záření vzorkem v různých časových intervalech.

Dalším možným použitím je analýza krve stanovením hemoglo-binů v červených krvinkách.

Vzhledem k malým rozměrům, kteréčidlo může mít, je možno je použít také v průtokovýchsystémech, například tam, kde povrch čidla, dostávajícíse do styku se vzorkem je uložen ve vnitřním prostoru prů-tokové komory. Je překvapující, že optometrický signál jev podstatě neovlivněn proudící kapalinou.

Vynález bude dále popsán v souvis-losti s přiloženými výkresy.

Na obr. 1 je znázorněno v celkovémpohledu čidlo podle vynálezu.

Na obr. 2 je znázorněno zařízení,v němž je užito čidlo podle obr. 1.

Na obr. 3 je znázorněn úplný optickýsystém, v němž je čidlo, znázorněné na obr. 1 uloženo najednom konci optického vlákna.

Na obr. 4 je znázorněno grafické vyjádření signálů, získaných ze zařízení z obr. 3 pro různé koncentrace barevné látky, rozpuštěné ve vodě. - 14

Na obr. 5 je znázorněno čidlo, kte-ré je tvořeno řadou tepelně vodivých prvků, znázorněnýchna obr. 1, prvky jsou uloženy velmi blízko sebe,: avšaknikoliv v tepelném styku.

Na obr. 6 je znázorněna průtokovákomora, v níž je uloženo čidlo podle vynálezu.

Na obr. 7 je znázorněno jiné prove-dení tepelného čidla, uloženého v optickém vláknu. Znázor-něn je také způsob sestavení celého zařízení.

Na obr. 8 je znázorněno tepelnéčidlo, opatřené ochranným pláštěm z plastické hmoty.

Na obr. 9 je znázorněno čidlo podlevynálezu se zaobleným koncem, který je ve styku se vzorkem,čidlo je chráněno plastickou hmotou.

Na obr. 10 je znázorněno čidlo podlevynálezu, v němž je tepelně vodivý prvek tvořen tenkým ko-toučem, upevněným na blok.

Na obr. 11 je graficky znázorněnvýsledek, dosažený optothermální spektrometrií a reflekto-metricky pro koloidní zlato, immobilizované na poréznímembráně.

Na obr. 12 jsou znázorněny grafickyvýsledky měření hemoglobinu ve srovnání se standardním po-stupem (Coulter S-880). - 15 -

Na obr. 1 je znázorněn tepelně vo-divý prvek 1 jako krychle z transparentního materiálu svysokou tepelnou vodivostí. Tímto tepelně vodivým prvkem1 jsou vysílány světelné pulsy 4 do vzorku 3. Podíl tepla,který vznikne ve vzorku, je veden k hraničnímu povrchu me-zi vzorkem 3 a tepelně vodivým prvkem 1. Vzestup teplotyna tomto rozhraní závisí na schopnosti vzorku absorbovatsvětlo. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti tepelně vodi-vého prvku 1 se vzniklé teplo převádí z povrchu vzorku 3na termoelektrický detektor 2«r Tepelně vodivý prvek 1 mározměr, který dovoluje, aby vzorek a termoelektrický de-tektor byly umístěny v takové vzájemné vzdálenosti, kteráje nižší nebo rovná délce tepelné difúze materiálu, z ně-hož je vyroben tepelně vodivý prvek 1. Vzhledem k tomu,že délka tepelné difúze závisí na frekvenci světelnýchpulsd 4 dopadajícího světla, je zapotřebí volit tepelněvodivý prvek 1 s ohledem na nejvyšší teoreticky užívanoufrekvenci. Při zvýšení frekvence je zapotřebí snížit vzdá-lenost mezi vzorkem a termoelektrickým detektorem. V případě, který je znázorněn na obr. 1, je termoelektrickým de-tektorem 2 termistor. Na tento termistor se kabelovými vo-diči 5 vloží stálé napětí. Při změnách teploty se bude mě-nit také proud, procházející termistorem vzhledem ke změ-nám odporu. Při použití vhodného elektronického zařízeníje možno tyto změny proudu zesílit a zaznamenávat. - 16 - V uspořádání, znázorněném na obr. 2se světlo ze žárovky 2 vede čočkami 7, 7A. Světelné pulsyjsou vytvářeny přerušovačem 8, kterým je rotující kotouč,světlo prochází filtrem 9 k volbě požadované vlnové délkypřed vstupem do vzorku 3 tepelně vodivým prvkem 1, opatře-ným termistorem 2, spojeným s kabelovými vodiči 5. Vlnovádélka a frekvence světelných pulsů se volí s ohledem naanalyzovaný vzorek. Elektronické zařízení se synchronizu-je s frekvencí modulovaného světelného zdroje a signály sepak zesílí. Tímto způsobem se sníží šum a je možno zajistit,že čidlo nebude zaznamenávat změny teploty okolního prostředí V uspořádání, které je znázorněno ;na obr. 3, je tepelně vodivý prvek 1 uložen na konec optic-kého vlákna 11. Světelným zdrojem je laserová dioda 10 sestálou intenzitou a měnitelnou vlnovou délkou. Světlo sevede z laserové diody 10 do vzorku 3 optickým vláknem 11.Zaznamenávané změny teploty závisí na změnách absorbované-ho světla/s různou vlnovou délkou. Je například možno měnitvlnovou délku od maximální k minimální absorpci. Jako termo-optický detektor je užita laserová dioda 2, jejíž výstup afrekvence se mění se změnami teploty. Záření z laserovédiody 12 se vede jiným optickým vláknem 13 do optáelektric-kého měniče 14, kde dochází ke změně optického signálu nasignál elektrický, který je pak možno zaznamenat. Celé čid-lo s výjimkou části, která má být ve styku se vzorkem, je - 17 - opatřeno povlakem ochranného materiálu. Čidlo je v podstatěnecitlivé na elektrický šum, protože produkuje optický sig-nál z laserové diody 12.

Graf, který je znázorněn na obr. 4a shrnuje výsledky, získané zařízením z obr. 3 uvádí v pod-statě lineární korelaci mezi optotermálním signálem a kon-centrací rázných vzorků inkoustové černi ve vodě. V uspořádání, které je znázorněnona obr. 5 je vyjádřena možnost spojit několik čidel. Te-pelně vodivé prvky 1 nesou termoelektrické detektory 2,spojené s neznázorněnými zesilovači pomocí kabelových vo-dičů 5. Tyto tepelně vodivé prvky 1 jsou navzájem tepelněizolovány. Světlo s různou vlnovou délkou se přivádí optic-kými vlákny 11, takže tepelně vodivé prvky 1 pak mohou mě-řit absorpci záření s různou vlnovou délkou ve vzorku, čímžje možno získat informaci o absorpčních vlastnostech růz-ných složek vzorku. Pak je možno vypočítat na základě sig-nálů, získaných při různých vlnových délkách také koncen-traci každé ze složek.

Další možnost je užít různě modulo-vanou frekvenci pro různá čidla. Při použití nízké frekven-ce je možno aná^zovat poměrně silnou vrstvu vzorku ve srov-nání s tenkou vrstvou, analyzovanou při vyšší frekvenci. Při správném matematickém zpracování naměřeného signálu 18 - je pak možno analyzovat také koncentrační profil látek,uložených v určité vzdálenosti ve vzorku.

Další možnost je analyzovat vzorek,který se v různých částech mění. V tomto případě se vevšech čidlech užije téže frekvence a vlnové délky. Naměře-né signály je možno užít pro vyhodnocení změn mezi různý-mi místy nebo je možno získat průměr pro větší plochu vzor-ku.

Na obr. 6 je znázorněno měření vprůtokové komoře 16. Znázorněn je blok 15, v němž je ulo-žena průtoková komora 16 se vstupem 17 a výstupem 18. Blok15 obsahuje prostor 19 pro tepelné čidlo 20, které je ulo-ženo na prstenci 21 s kruhovým průřezem, spočívajícím napřírubě 22. Tepelné Čidlo 20 je tlačeno do styku s prsten-cem 21 pružinami 23, které jsou udržovány ve své polozevíkem 24. Tepelné čidlo 20 je tvořeno tělem s příčným ře-zem tvaru kříže a je opatřeno středovým, vertikálním, vál-covým otvorem, v nichž se nachází světelná dráha 25 k sa-fírovému okénku 26. Termistor 27 je uložen laterálně vzhle-dem k safírovému okénku 26 a spojen elektrickým vodičem 28s neznázorněným zařízením pro příjem signálu. V provedení, které je znázorněnona obr. 7 může být tepelně vodivým prvkem'1 například sa-fírová tyčinka, která je vysoce leštěná na celém svém po-vrchu. Tepelným detektorem 2 je termistor, s výhodou - 19 - povlečený na své větší postranní ploše tenkým filmem stří-bra nebo zlata k zajištění dobré elektrické vodivosti.

Jedna z postranních stěn termistoru 2 je připojena k ver-tikální ploše tepelně vodivého prvku 1 epoxidovým lepidlems obsahem stříbra. Zbytek vertikální plochy tepelně vodi-vého prvku 1 a druhá postranní stěna termistoru 2 jsou pře-kryty epoxidovým lepidlem 29 s obsahem stříbra, kterým mo-hou být připojeny také kabelové vodiče 5, jeden z nich ktepelnému prvku 1 a druhý k termistoru 2. Zbývající třivertikální stěny tepelně vodivého prku 1 jsou s výhodoutaké opatřeny povlakem epoxidového lepidla s obsahem stříbra.Tepelně vodivý prvek 1 může být spojen s optickým vláknem11 kapkou 30 lepidla, tvrditelného ultrafialovým světlems následným působením ultrafialového světla 31.

Typické rozměry pro čidlo jsou protepelně vodivý prvek 1 obvykle 1x1x6 mm, pro termistor2 obvykle 0,5 x 0,5 x 0,35 mm. V případě, že na termistor2 s přivádí kabelovými vodiči 5 stálé napětí, je napříkladmožno pozorovat změny odporu řádu 4 % na 1 °C. V uspořádání, které je znázorněnona obr. 8, jsou tepelně vodivý prvek 1, termistor 2 a ka-belové vodiče 5 chráněny vsunutím do truhice 33 z epoxido-vé pryskyřice, pouze snímací konec 32 tepelně vodivéhoprvku 1 zůstává volný. Tímto způsobem se snižuje interfe-rence a šum , k němuž může dojít v případě, že se vzorekdostane do elektrického kontaktu s termistorem 2. 20 -

Alternativní způsob ochrany čidlaje znázorněn na obr. 9, v tomto případě má tepelně vodi-vý prvek 1 zaoblený snímací konec 32, který je spolu stermistorem 2 a kabelovými vodiči 5 chráněn plastickýmfilmem 34, který je ohebný a tenký a je v tepelném stykuse snímacím koncem 32, určený pro ponoření do vzorku. V provedení, které je znázorněnona obr. 10 je elektrická' vodivý prvek proveden jako systém,tvořený dvěma složkami, a to tyčí 35 a kotoučem 36. Tytočásti mohou být provedeny ze safíru s rozměry například1 x 1 x 6 mm pro tyč 35, průměr 3 až 5 mm a tlouštka 0,1až 0,3 mm pro kotouč 36. Tyč 35 a kotouč 36 jsou slepenytransparentním lepidlem, termistor 2 jsou přilepeny ke ko-touči 36 epoxidovým lepidlem s obsahem stříbra. Spodnístrana kotouče 36 a termistoru 2 a stěny tyče 35 jsouopatřeny povlakem epoxidového lepidla 37 s obsahem stříbra,přičemž malý kruhový pás v bezprostřední blízkosti okrajekotouče 35 zůstává nepovlečen. Kabelové vodiče 5 se připo-jí obvyklým způsobem* Kotouč 36 je spojen epoxidovým le-pidlem 37 k trubici 38 z kovu, například z nerezové oceli,odolné proti působení kyseliny, trubice 38 elektricky stí-ní čidlo a je opatřena ochranným povlakem 39.

Vzorek 3 je ozářen světelnými pulsy4, procházejícími tyčí 35. Vzhledem k povaze konstrukcečidla je styk mezi vzorkem 3 a termistory 2 minimální, 21 - zejména v případě, že se užije pro kotouč 36 vysoce nepro-pustného materiálu, například safír.

Vynález bude osvětlen následujícími příklady. Příklad 1

Optotermický spektrofotometr, znázor něný na obr. 2 byl opatřen transparentním tepelně vodivým2 prvkem 1 ze safíru s plochou 1 x 1 mm . Safír byl spojen stepelným čidlem a optickým vláknem byly přiváděny s frek-vencí 2 Hz světelné pulsy. Zdrojem světla byla halogenoválampa',: světlo bylo filtrováno na vlnovou délku 540 + 40 nm. K aktivované porézní membráně bylpřidán 1/Ug monoklonální protilátky (anti-C), získané zbuněk myšího hybridomu k immobilizaci protilátek (Hybon Nnylon membrane, Amersham, UK).

Povrchová plocha membrány byla v 2 každém měření 10 mm · Roztoky C-reaktivních bílkovin mělykoncentraci 0,5 až 15/Ug/ml a byly nasávány membránou zanegativního tlaku. Pak byl přidán roztok, který obsahuje1/Ug jiné protilátky proti téže bílkovině ke koloidnímubloku se středním průměrem 4,5 nm a tento roztok byl rovněž - 22 - nasát membránou. Zvyšující se množství koloidního zlatabylo zadržováno membránou při vzrůstajícím množství C-re-aktivních bílkovin.

Intenzita zbarvení povrchu byla mě-řena jak reflektometrií (Macbeth 1500 Plus, Reflecrometer)a optotermicky svrchu uvedeným způsobem. Každé optotermickéměření bylo prováděno 10 sekund. Výsledky, získané oběmapostupy jsou znázorněny na obr. 11 a je zřejmé, že jsou vdobrém1souladu. Příklad 2

Tento příklad uvádí možnost použitíoptotermického čidla pro měření množství hemoglobinu v krvi. 100/ul krve bylo přidáno do zku-mavky konického tvaru s obsahem 10/ul 20% Sterox SE. Ihneddošlo k hemolýze působením smáčedla.

Hemolyzované vzorky krve byly mě-řeny přístrojem, popsaným v příkladu 1, avšak při použitífrekvence 16 Hz, Výsledky, získané ze 75 vzorků krvebyly srovnávány s výsledky, které byly získány standardnímpostupem (Coul-ter S-880), korelační koeficient byl 0,99, 23 - jak je znázorněno na obr. 12. Při opakované analýze týchžvzorků bylo možno prokázat variační koeficient v rozmezí0,5 až 1,7 %. Příklad 3

Zařízení z příkladu 2 bylo užitopři frekvenci 16 Hz. čidlo bylo opatřeno plastickým uzá-věrem, který umožňoval, aby ktev zůstávala ve styku sčidlem, uloženým horizontálně. V případě, že vzorky krvebyly měřeny přímo bez hemolýzy, byly výsledky v přibližněstejném dobrém souladu s výsledky standardního postupujako v příkladu 2. Je tedy zřejmé, že uvedené čidlo umož-ňuje také přímé měření hemoglobinu v krevním vzorku. Příklad 4

Tento příklad uvádí možnost použi-tí Čidla pro měření hemoglobinu v průtokovém systému. V tomto případě bylo užito zařízení,znázorněného na obr. 6. Užité tepelné čidlo 20 mělo citlivýpovrch 1 mm a zevní průměr 3 mm. Krev protékala průtokovoukomorou 16 s tepelným čidlem 20 rychlostí 2 ml za minutu. - 24 -

Mezi jednotlivými vzorky byla průtoková komora 16 propláchnu-ta roztokem chlornanu. Přístroj byl spojen světelnou drahou25 s halogenovou lampou o výkonu 20 W při frekvenci 16,7 Hz.Každý vzorek byl měřen dvakrát až čtyřikrát vždy 20 sekund.

Popsaným způsobem bylo testováno 26krevních vzorků, výsledky byly srovnány s výsledkem stan-dardního postupu pro měření hemoglobinu (Coulter). Hískanýkorelační koeficient byl 0,990, čára lineární regresey = l,04x -4,4, kde y je hodnota při optotermickém měřenía x je hodnota, získaná standardním způsobem.

Signál na výstupu zesilovače, spoje-ného s čidlem byl rovněž pozorován na osciloskopu. Nebylomožno pozorovat žádné změny, které by mohly být způsobenyprouděním krve.

Claims (9)

1. tivní stanovení absorpce elektromagnetického záření vzorkemměřením signálu, vznikajícího vzestupem teploty, vyvolanýmve vzorku záření, proporcionálním k teplotnímu vzestupu,vyznačující se tím, že čidlo sestává z pevného prvku, tepel-ně vodivého a prostupného pro elektromagnetické záření sprvním povrchem, který je ve styku se vzorkem, s povrchempro vstup záření a s dráhou záření mezi těmito povrchy, ztermooptického nebo termoelektrického snímače teploty v te-pelném styku s pevným prvkem v blízkosti prvního povrchupro snímání převedeného tepla bez přerušení světelné dráhy.
2. 2. Čidlo podle bodu 1, vyznačujícíse tím, že je opatřeno prostředky pro ozáření vzorku přespevný prvek. 3. čidlo podle bodu 2, vyznačujícíse tím, že uvedené prostředky jsou upraveny pro ozářenívzorku dopadajícího světla, jehož amplituda a/nebo vlnovádélka je modulována. 4. čidlo podle bodu 3, vyznačující se tím, že signály z termooptického nebo termoelektrického 26 - detektoru se snímají s frekvencí, která je synchronizovánas frekvencí modulace dopadajícího záření. 5. čidlo podle bodů 1 až 4, vyzna-čující se tím, že jako tepelný detektor se užije termistor,termočlánek nebo laser, citlivý na změnu teploty. 6. čidlo podle bodů 1 až 5, vyzna-čující se tím, že pevný tepelně vodivý prvek je provedenz diamantu, safíru nebo křemene. 7. čidlo podle bodů 1 až 6, vyzna-čující se tím, že pevný tepelně vodivý prvek má tvar blokuse dvěma opačnými konci, z nichž jeden je určen pro vstupzáření a druhý pro styk se vzorkem, blok má alespoň jednustranu, na níž je upevněn detektor. 3. čidlo podle bodu 7, vyznačujícíse tím, že postranní stěny bloku jsou opatřeny reflektivnímpovlakem.
3. 9. Čidlo podle bodů 1 až 8, vyzna-čující se tím, že povrch, dostávající se do styku se vzor-kem je uložen ve vnitřním prostoru průtokové komory.
4. 10. Způsob detekce a kvantitativní-ho stanovení absorpce elektromagnetického záření vzorkem^ - 27 - vyznačující se tím, že se čidlo podle bodu 1 ozáří zavzniku modulovaného záření, procházejícího dráhou zářeník prvnímu povrchu a tímto povrchem do vzorku, teplo, vy-tvořené absorpčním zářením ve vzorku se přivádí k detekto-ru tohoto čidla za vzniku signálů, jejichž amplituda jeúměrná množství tepla, produkovaného touto absorpcí.
5. 11. Způsob podle bodu 10, vyznaču-jící se tím, že vzorkem je suspenze částic.
6. 12. Způsob podle bodu 11, vyznaču-jící se tím, že se měří sedimentace částic stanovením ab-sorpce záření v časových intervalech.
7. 13. Způsob podle bodu 11, vyznaču-jící se tím, že vzorkem je krev a stanoví se hemoglobin v krvinkách.
8. 14. Způsob podle bodů 11 až 13, vy-značující ® íím, že vzorkem je tekoucí kapalina.
9. 15. Způsob podle bodu 10, vyznaču-jící se tím, že vzorek je immobilizován na pevném nosiči. Zastupuje: 58 903/Ko 28 Seznam vztahových značek 1 tepelně vodivý prvek 2 termoelektrický detektor 3 vzorek 4 světelné pulsy 5 kabelový vodič 6 žárovka 7 čočka7A čočka 8 přerušovač 9 filtr 10 laserová dioda 11 optické vlákno 12 laserová dioda 13 optické vlákno 14 optoelektrický měnič 15 blok 16 průtoková komora 17 vstup 18 výstup 19 prostor 20 tepelné čidlo 21 prstenec 22 příruba 23 pružina 24 víko 25 světelná dráha 26 safírové okénko 27 termistor 28 elektrický vodič 29 epoxidové lepidlo 30 kapka 31 ultrafialové světlo 32 snímací konec 33 trubice 34 plastický film 35 tyč 36 kotouč 37 epoxidové lepidlo 38 trubice 39 ochranný povlak