DE1498960B2

DE1498960B2 -

Info

Publication number: DE1498960B2
Application number: DE1498960A
Authority: DE
Inventors: Erik W. Kensington Anthon; Hans Berkeley Baruch
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1962-07-02
Filing date: 1963-07-02
Publication date: 1973-10-11
Also published as: USRE26055E; GB1029989A; US3192969A; DE1498960A1; GB1051716A; DE1498959A1; DE1498960C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abmessen, Verdünnen und Überführen einer Probenflüssigkeit von einer Probenentnahmestelle zu einer Auslieferstelle mit einer bewegbaren Pipette, einem Vorratsbehälter für die Verdünnungsflüssigkeit, einer Pumpeneinrichtung, einer Ventileinrichtung und Verbindungsleitungen.

Bei gewissen chemischen Analysen muß eine große Anzahl von Bestimmungen durchgeführt werden, und zwar insbesondere bei Untersuchungen in biochemischen, physiologischen und medizinischen Laboratorien, wo Stoffe wie Blutserum, Gewebeserum, Urin analysiert werden. Derartige Untersuchungen

ίο sind besonders deshalb für eine Automatisierung geeignet, weil die Analysen sehr häufig wiederholt werden müssen. Jedoch sind dabei gewisse Verfahrensschritte nur schwierig mit einer einfachen und billigen Einrichtung zu automatisieren, welche durchgehend die benötigte Genauigkeit gewährleistet.

Aus der USA.-Patentschrift 2 946 488 ist eine Meß- und Ausgabeeinrichtung mit je einem Behälter für Harz und einen Katalysator bekannt, welche über je eine Pumpeneinrichtung an eine Mischkammer angeschlossen sind, welcher das Harz und der Katalysator zugeführt und in welcher diese Bestandteile gemischt werden. Anschließend werden die Bestandteile aus dieser Mischkammer ausgegeben. Die Reinigung erfolgt bei dieser bekannten Einrichtung in einem getrennten Reinigungsschritt.

Weiterhin ist aus der USA-Patentschrift 2 737 978 eine Vorrichtung bekannt, in der Flüssigkeiten für eine chemische Reaktion anteilmäßig miteinander gemischt werden können. Bei dieser bekannten Anordnung sind zwei Pumpen vorgesehen, von denen die eine den einen Bestandteil aus einem Vorratsbehälter ansaugt und nach Schließung eines Ventils in eine gemeinsame Leitung zu einer weiteren Pumpeneinrichtung führt, die aus einem weiteren Vorratsbehälter anteilmäßig einen anderen Bestandteil der zu mischenden Flüssigkeit ansaugt.

Weiterhin ist aus der USA-Patentschrift 2 624 656 eine ferngesteuerte Pipetteneinheit bekannt, an welche eine separate Wascheinheit angeschlossen ist.

Den bekannten Vorrichtungen ist gemeinsam der Nachteil eigen, daß zwischen einzelnen Analysen für das Reinigen der Apparatur ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abmessen, Verdünnen und Überführen einer Probenflüssigkeit von einer Probenentnahmestelle zu einer Auslieferstelle der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche bei teilweise oder vollständig automatisierter Analysenfolge der zwischen den einzelnen Analysen erforderliche Reinigungsvorgang der Vorrichtung besonders schnell und einfach durchführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Pumpeneinrichtung an eine die Pipette mit dem Verdünnungsflüssigkeits-Vorratsbehälter verbindende Leitung angeschlossen ist und die Ventileinrichtung in der Verbindungsleitung zwischen Pumpeneinrichtung und Vorratsbehälter liegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird somit der Vorteil erreicht, daß eine separate Wascheinrichtung entfallen kann.

Nach einem weiteren Vorteil kann gemäß der Erfindung ein Lösungsmittel oder ein Reagenz nicht nur dazu benutzt werden, während der Analyse an einem chemischen Vorgang teilzunehmen, sondern kann vielmehr zugleich auch zum Reinigen der Vorrichtung verwandt werden.

Somit wird gemäß der Erfindung der wesentliche

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Vorteil erreicht, daß nach Beendigung einer be- genau vorbestimmtes Volumen der Probe abgemes-

stimmten Analyse die Vorrichtung unverzüglich wie- sen wird.

der zur Untersuchung einer weiteren Probe bereit ist, Wenn die Vorrichtung gemäß F i g. 1 in Betrieb

ohne daß ein zusätzlicher Reinigungsvorgang erfor- genommen wird, wird zunächst der Heber 14 in seine

derlichwäre. 5 richtige Lage an der Probenentnahmestelle 12 ge-

In der Zeichnung sind vorzugsweise anzuwen- bracht, und das Ventil 18 wird geöffnet, während

dende Ausführungsformen dargestellt, an Hand de- sich der Kolben 26 in seiner oberen Stellung befin-

ren die Erfindung im folgenden erläutert wird. det. Dann wird der Kolben nach unten gezogen und

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausfüh- saugt das Reagenz an, während sich die Probe lang-

rungsform, die die allgemeinste Anwendung der Er- io sam in den Heber hineinbewegt und durch den ver-

findung erkennen läßt; engten Bereich bis zur Leitung 27 gelangt. Jedoch

F i g. 2 zeigt schematisch im einzelnen eine vor- wird die Bewegung der Probenflüssigkeit angehalten,

zugsweise Ausführungsform. bevor die Probe die Verbindungsstelle 29 zwischen

In ihrer allgemeinsten Form vereinigt die Vorrich- der Pumpe und der Leitung 27 erreicht hat. Das tung einen Heber oder ein Pipette, mit der eine abge- 15 Ventil 18 wird dann geschlossen und der Heber in messene Menge einer Flüssigkeitsprobe entnommen seine Lage über dem Abfluß 22 gebracht. Anschliewerden kann, mit einer Pumpeinrichtung, mit der der ßend wird der Kolben 26 so weit nach oben ge-Flüssigkeitseintritt in den Heber geregelt wird, und drückt, daß die Probe in den Abfluß austritt, wähmit einem Flüssigkeitsvorrat, der ein Lösungsmittel, rend noch eine abgemessene Menge des Reagenzes in ein Reagenz od. ä. bereitstellt, mit dem der Heber 20 der Vorrichtung verbleibt. Der Heber wird dann wieausgespült wird, um ihn für den nächsten Arbeits- der zur Probenentnahmestelle zurückbewegt, und es gang zu reinigen. wird durch eine kontrollierte Bewegung des Pumpen-

In F i g. 1 ist eine Vorrichtung 11 dargestellt, die kolbens eine abgemessene Probenmenge eingesaugt, eine Probenentnahmestelle 12, an der die Probe in Auf diese Weise befindet sich in der Vorrichtung soeinem Behälter oder Gefäß aufbewahrt wird, einen 25 wohl eine abgemessene Menge des Reagenzes wie Heber oder eine Pipette 14, welche an der Proben- auch eine abgemessene Probenmenge. Der Heber entnahmestelle 12 angeordnet ist, eine Pumpe 16, wird jetzt in seine Arbeitsstellung über der Ausliefermit der das Medium in den Heber eingesaugt und stelle gebracht und die Pumpe so betätigt, daß die aus diesem wieder ausgestoßen wird, sowie einen gesamte Probe und die gesamte Reagenzmenge aus-Flüssigkeitsvorrat 17 und ein Ventil 18 aufweist, mit 30 gestoßen wird. Es ist hier festzustellen, daß das Readern der durch die Pumpe erzeugte Flüssigkeitsstrom genz zuletzt ausgestoßen wird und dabei als Vorbegeregelt werden kann. reitung für den nächsten Arbeitsgang den Heber

In F i g. 1 ist die Probenentnahmestelle 12 in durchspült

einem Behälter 13 gelegen, von denen eine Mehrzahl Es sind selbstverständlich auch andere Betriebsarauf einem Drehtisch 19 vorgesehen ist, mit dem die 35 ten möglich. Beispielsweise kann der Vorgang daeinzelnen Behälter in die Entnahmestellung gebracht durch vereinfacht werden, daß, wie oben, zwar zu- und aus dieser herausbewegt werden können. An- nächst das Ventil geöffnet wird, daß aber die Pumpe dererseits können nach Wunsch auch andere Vor- dann angehalten wird, wenn die gewünschte Probenrichtungen zum Weiterbewegen der Proben verwen- menge eingesaugt worden ist. Das Ventil wird dann det werden. Wie in der Zeichnung zu erkennen ist, 40 geschlossen, und der Heber wird in seine richtige kann auch der Heber 14 längs seiner Achse eine Lage über der Auslieferstelle bewegt. Darauf wird Hin- und Herbewegung ausführen, die durch den dann die Pumpe wieder so betätigt, daß die Probe Pfeil 21 angedeutet ist. Durch diese Bewegung kann und anschließend das Reagenz oder das Verdünder Heber in eine Arbeitsstellung über einem Abfluß nungsmittel ausgestoßen werden. Das Verhältnis von 22 oder in eine weitere Stellung über einer Ausliefer- 45 Reagenz und Probe ist durch die Strömungseigenstelle 23 gebracht werden. Diese Bewegungen kön- schäften des Systems und durch die Abmessung der nen durch nicht dargestellte, hin- und hergehende Verengung 28 festgelegt. Bei dieser Art des Betriebs mechanische Teile gekuppelt werden, so daß die Ar- wird der Abfluß 22 nicht benötigt,
beitsweise der Vorrichtung automatisiert werden Der Vorgang kann auch so begonnen werden, daß kann. 50 das Ventil offen ist und eine übermäßige Menge del

Die Pumpe 16 ist ähnlich wie eine Pumpe für eine Probe eingesaugt wird. Das Ventil wird dann ge-

Injektionskanüle ausgebildet und weist einen Zylin- schlossen und der Heber zum Abfluß bewegt. In die-

der 24 auf, in dem ein Kolben 26 gleitet. Wenn dem- ser Lage wird nun der Kolben 26 so weit nach oben

nach das Ventil 18 geschlossen ist, kann durch eine gedrückt, daß gerade so viel von der Probe ausgesto-

Bewegung des Kolbens 26 das Medium in den Kanal 55 ßen wird, daß die Berührungsfläche zwischen Probe

innerhalb des Hebers 14 eingesaugt oder aus dem und Reagenz sich gerade in dem verengten Bereich

Kanal herausgedrückt werden, wobei es über den befindet. Dann wird der Heber in seine Arbeitsstel-

Kanal mit dem Zylinder 24 und einer dazwischenlie- lung über der Auslieferstelle gebracht und der KoI-

genden Leitung 27 in Verbindung steht. ben 26 so weit nach oben geschoben, daß die ge-

Wie am besten in F i g. 1 zu erkennen ist, ist die 60 samte Probenmenge und eine gewünschte Menge des Leitung 27 mit einem verengten Bereich 28 versehen, Reagenz oder des Verdünnungsmittels ausgestoßen der einen Durchfluß der Probe in die Leitung 27 werden, die von der Pumpe ausgesaugt worden waren, drosseln soll, so daß, wenn beim Betrieb der Vor- Obwohl nur die in Fig. 1 dargestellte Ausführichtung das Ventil 18 geöffnet ist, der Zylinder 24 rungsform für den beabsichtigten Zweck ausreicht, der Pumpe sich mit der Flüssigkeit aus dem Flüssig- 65 wird häufig eine Vorrichtung gewünscht, bei der das keitsvorratsbehälter 17 füllt, während die Probe in Abmessen der Probe und des Verdünnungsmittels den Heber eingesaugt wird. Der verengte Bereich 28 oder einer anderen Flüssigkeit noch wesentlich gekann auch als Meßeinrichtung dienen, mit der ein nauer vorgenommen werden kann. Eine derartige

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Einrichtung ist in F i g. 2 dargestellt, wo für diesen Pipette 32 in einem Aufnahmebehälter ausgeliefert Zweck ein in besonderer Weise ausgebildetes Ventil werden soll. Dieses Ausstoßen der Flüssigkeit wird sowie eine Mehrzahl von Pumpen benutzt werden. dadurch bewirkt, daß Druckluft von einem Druck-Weiterhin läßt F i g. 2 noch erkennen, wie zusätzlich lufterzeuger 54 aus der Leitung 38 in das Ventil einzur Einrichtung, mit der die Proben ausgeliefert wer- 5 tritt, im Ventil durch die Leitung 56 und dann durch den, noch eine Zapfeinrichtung für ein Reagenz vor- die Leitung 57 in die Kammer 44 der Pumpe 33 eingesehen werden kann, die über das gleiche Ventil wie tritt, die durch Leitungen 58 mit den Kammern 44 die Einrichtung für die Proben betrieben wird und der Pumpen 34 und 41 in Verbindung steht. Wenn mit dieser so abgestimmt ist, daß sie gleichzeitig da- die Kammern 44 unter Druck stehen, werden die mit arbeitet. io Kolben 50 und die damit verbundenen Stößel 47

Die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform ist mit nach unten bewegt, so daß das Volumen der Kameiner Vorrichtung 31 versehen, welche eine abgemes- mern 46 verkleinert wird. Dadurch wird aus den einsene Menge der Probe von einer Stelle zu einer ande- zelnen Kammern die Flüssigkeit verdrängt. Auf diese ren Stelle überführen kann, während gleichzeitig eine Weise wird die im Heber befindliche Probe zuerst genau abgemessene Menge eines Verdünnungsmittels 15 ausgestoßen, und es folgt dann das Verdünnungsmitsowie eine genau abgemessene Menge eines Reagen- tel, das den Heber ausspült, wie im folgenden im einzes bereitgestellt wird. Die Vorrichtung weist, wie dar- zelnen erläutert werden soll. Das Verdünnungsmittel gestellt, einen Heber oder eine Pipette 32, Pumpen wird aus der Kammer 46 der Pumpe 34 durch die 33 und 34, einen Behälter für ein Verdünnungsmittel Leitung 59, den Kanal 61, die Leitung 62, die Kam-36 sowie ein Ventil 37 auf, das eine Verbindung zwi- 20 mer 46 der Pumpe 33 und dann durch die Leitung 63 sehen den Pumpen und einer Druckleitung 38 oder und den Heber 32 ausgestoßen,
einer Unterdruckleitung 39 herstellen kann. Weiter- Während das Verdünnungsmittel und die Probe hin kann noch eine Pumpe 41 vorgesehen werden, ausgeliefert werden, wird ebenfalls das Reagenz welche aus einem Reagenzbehälter 42 ein Reagenz durch die Pumpe 41 dadurch ausgestoßen, daß die abzieht, das der Probe entweder an der Ausliefer- 25 Druckluft den Stößel 47 dieser Pumpe nach unten stelle hinzugefügt wird oder an einer beliebigen an- bewegt und somit das Volumen der Kammer 46 verderen Stelle. kleinert. Wenn das Volumen kleiner wird, fließt das

Sämtliche Pumpen 33, 34 und 41 sind in gleicher Reagenz durch die Leitung 64, den Kanal 66, die Weise ausgebildet und können durch Druckluft oder Leitung 67 und durch den Reagenzheber 68 aus. Unterdruck betätigt werden, wobei die Druckluft 30 Dieser Reagenzheber kann entweder an der Auseine Bewegung der Pumpen in der einen Richtung lieferstelle für die Probe vorgesehen werden oder an und der Unterdruck eine Bewegung in der anderen jeder anderen beliebigen Stelle, je nachdem, welches Richtung bewirkt. Jede Pumpe ist mit einem Ge- Verfahren angewendet werden soll,
häuse 43 versehen, das Kammern 44 und 46 um- Nachdem nun Probe, Verdünnungsmittel und Reaschließt, von denen die Kammer 44 auf der einen 35 genz, wie oben erläutert, ausgeliefert worden sind, Seite eines Kolbens 50 mit Druckluft oder Unter- wird das Ventilglied 52 durch irgendeine geeignete druck versorgt werden kann, während die andere Einrichtung in die gestrichelt dargestellte Stellung geSeite entlüftet ist. Durch die Bewegung des Kolbens bracht. In F i g. 2 ist dargestellt, daß der Ventilblock

50 wird ein Stößel 47 betätigt, welcher in der Kam- durch ein hin- und herbewegbares Teil 69 verschomer 46 hin- und hergehen kann und im Gehäuse ab- 40 ben wird, welches durch einen Exzenter 71 über gedichtet ist, so daß zwischen den Kammern keine einen Motor betätigt wird, der durch ein geeignetes, Verbindung besteht. Der Stößel 47 verändert also nicht dargestelltes Relais in Betrieb gesetzt wird, um das Volumen der Kammer 46 und verursacht je nach zeitmäßig die Ventilbetätigung in richtige Übereinder Stellung des Ventils eine Bewegung der Flüssig- Stimmung mit irgendwelchen anderen Teilen zu brinkeiten in die Kammern hinein oder aus den Kam- 45 gen, die zur Durchführung weiterer Verfahrensmern heraus. ' schritte bei der Analyse erforderlich sein können.

Um das Volumen der in die Kammern 46 einge- Wenn sich das Ventilglied in der anderen äußersaugten Flüssigkeit genau festlegen zu können, sind sten Lage befindet, sind die Kanäle 56, 61, 66 und Anschläge 48 vorgesehen, die die Bewegung der Stö- 72 im Ventilglied nach oben verschoben, wie es in ßel 47 begrenzen können. Zum Einstellen der An- 50 F i g. 2 gestrichelt angedeutet ist, und die Kammern schlage 48 werden die geriffelten Handgriffe 49 ge- 44 der Pumpen 33, 34 und 41 stehen durch den bodreht, die die Anschläge 48 durch das abgedichtete genförmigen Kanal 72 im Ventilglied und die Lei-Gewinde in den Gehäusen 43 schrauben. Die Ver- tung 39 mit der Saugseite der Pumpe in Verbindung, stellung kann genau auf einem geeigneten Maßstab In diesem Falle werden die Stößel 47 nach oben be-

51 vorgenommen werden, der mit einem nicht darge- 55 wegt, und das Volumen der Kammern 46 wird verstellten Nonius versehen sein kann. Es können selbst- größert, so daß die Flüssigkeit in die Kammern einverständlich auch andere geeignete Skalen für das ge- gesaugt wird. Die Kammer 46 der Pumpe 33 ist mit naue Abmessen vorgesehen werden. dem Heber verbunden, während der andere An-

Für das Ventil 37 kann irgendeine geeignete Ein- schluß abgesperrt ist. Auf diese Weise wird erreicht,

richtung verwendet werden, die die in der Zeichnung 60 daß die Flüssigkeitsmenge, die in den Heber einge-

in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung sowie saugt wird, genau der an der Skala 51 eingestellten

die gestrichelt angedeutete Lage herstellen kann. Es Volumenänderung der Kammer 46 entspricht. In

kann beispielsweise eine Ventileinrichtung verwendet gleicher Weise kommt die Pumpe 34 in Verbindung

werden, bei der die Ventilglieder 52 und 53 gegen- mit dem Behälter für das Reagenz oder das Lö-

einander aus der einen in die andere Stellung ver- 65 sungsmittel, wobei die Flüssigkeitsmenge, die in

schiebbar sind. die Kammer 46 dieser Pumpe eintritt, wieder durch

Im Betrieb nimmt das Ventil die dargestellte Stel- die Meßvorrichtung geregelt wird,

lung ein, wenn Flüssigkeit aus dem Heber oder der Beim Betrieb dieser Einrichtung ist es wichtig, daß

die Kammern 46 und die zugehörigen Leitungen stets mit dem Lösungsmittel gefüllt sind, so daß die Pumpen immer mit inkompressibler Flüssigkeit betrieben werden. In gleicher Weise sind auch die Kammer 46 und die zugehörigen Leitungen der Pumpe 41 stets mit dem Reagenz gefüllt. Die Menge des Reagenzes, die beim Unterdruckhub in die entsprechende Kammer eintritt, wird wieder genau mittels der Meßvorrichtung 51 abgemessen. Die zeitliche Abstimmung

ist so getroffen, daß eine genügende Zeit vorhanden ist, in der die Flüssigkeiten in die Kammern eingesaugt und die Stößel so weit verschoben werden, daß sie an den Anschlägen 48 zur Anlage kommen. Auf diese Weise werden stets die richtigen Volumina der Flüssigkeiten angesaugt und ausgeliefert.

Der Heber 32 kann von der Probenentnahmestelle zu einer Auslieferstelle mittels eines beliebigen, geeigneten Mechanismus bewegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 541/135

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abmessen, Verdünnen und überführen einer Probenflüssigkeit von einer Probenentnahmestelle zu einer Auslieferstelle mit einer bewegbaren Pipette, einem Vorratsbehälter für die Verdünnungsflüssigkeit, einer Pumpeneinrichtung, einer Ventileinrichtung und Verbindungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinrichtung (16) an eine die Pipette (14) mit dem Verdünnungsflüssigkeits-Vorratsbehälter (17) verbindende Leitung (27) angeschlossen ist und die Ventileinrichtung (18) in der Verbindungsleitung (27) zwischen Pumpeneinrichtung (16) und Vorratsbehälter (17) liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung von der Pipette (14) zur Pumpeneinrichtung (16) eine Drosselstelle (28) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Pumpeneinrichtung zwei Pumpen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Pumpe (33) an der einen Seite (46) direkt mit der Pipette (32) und über ein Ventil (37) mit der zweiten Pumpe (34) und an der anderen Seite (44) direkt mit der zweiten Pumpe (34) verbunden ist und daß die zweite Pumpe (34) über ein Ventil (37) an den Vorratsbehälter (36) für die Verdünnungsflüssigkeit anschließbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Pumpe (41) vorgesehen ist, deren eine Seite (44) direkt mit der zweiten Pumpe (34) verbunden ist und deren andere Seite (46) über ein Ventil (37) an einen Vorratsbehälter (42) für ein Reagenz sowie an eine zusätzliche Pipette (68) für das Reagenz anschließbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pumpen (33, 34, 41) eine Kammer (46) sowie einen darin bewegbaren Stößel (47) aufweist, wobei das Volumen der Kammer (46) durch die Bewegung des Stößels (47) veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pumpen (33, 34, 41) einen einstellbaren Anschlag (48) zur genauen Einstellung des Hubes des Stößels (47) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftverdichter (54) vorgesehen ist, dessen Druck- bzw. Unterdruckseite jeweils zur Betätigung des Stößels (47) der Pumpen (33, 34, 41) an diese über ein Ventil (37) anschließbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinrichtung (16, 33, 34, 41) so ausgelegt ist, daß die Pumpenkammern stets mit der Verdünnungsflüssigkeit gefüllt sind und daß beim Betrieb die in dem Heber befindliche Probe vor der Verdünnungsflüssigkeit ausgestoßen wird.