DE19925658C2 - Vorrichtung zur automatischen Probenvorbereitung und deren Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Vorbereitung von Proben für eine analytische Untersuchung sowie die Verwendung der Vorrichtung zur Entwick­ lung von Probenvorbereitungs- und/oder Analyseverfahren für einzelne Analyte.

Die quantitative Bestimmung von Analyten spielt in vielen Bereichen der Technik eine wesentliche Rolle. Beispiele hier­ für sind die Untersuchung von Lebensmitteln zur Kontrolle auf Verunreinigungen und Schadstoffe sowie der Einhaltung der gesetzlichen Normen; die Untersuchung von Wasser, beispiels­ weise auf den Schwermetallgehalt; die Untersuchung von Arzneimitteln, beispielsweise auf die Veränderung des Wirk­ stoffgehalts bei Lagerung; sowie die Untersuchung von Körper­ flüssigkeiten für die ärztliche Diagnose. Die quantitative Bestimmung der Analyte erfolgt dabei durch verschiedene analytische Verfahren, beispielsweise durch chromatographische Verfahren wie Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie (HPLC) oder Gaschromatographie (GC), Massenspektroskopie (MS), Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektroskopie (GC-MS), Photometrie oder Atomemissionsspektroskopie.

Häufig muß vor der eigentlichen quantitativen Bestimmung die Probe, die den Analyten enthält, jedoch noch vorbereitet werden, um bei der Bestimmung störende Bestandteile zu entfer­ nen oder um den Analyten freizusetzen. Hierzu kann die Probe z. B. mit verschiedenen Waschlösungen in Kontakt gebracht werden, um dadurch in den Waschlösungen lösliche Produkte zu entfernen. Festphasenextraktion ist ein weiteres Beispiel für die Probenvorbereitung, wobei die zu untersuchende Probe auf einer festen Phase absorbiert wird, die bei der Gehaltsbe­ stimmung störenden Bestandteile der Probe ausgespült werden und dann die Probe von der festen Phase desorbiert wird. Diese verschiedenen Wasch- und Elutionsschritte können manuell durchgeführt werden, was natürlich sehr zeitaufwendig ist.

Zur einfacheren Durchführung der Probenvorbereitung ist auch eine automatische Probenvorbereitungsvorrichtung der Firma Gilson bekannt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Reinigung der Probe über ein Probenröhrchen. Dieses Probenröhrchen hat oben und unten eine Öffnung und besteht in der Regel aus Kunststoff. In Abhängigkeit von dem Analyten kann es leer sein, eine Fritte oder einen Filterstopfen oder vorzugsweise zwischen zwei Fritten angebracht ein Adsorbensmaterial (bei­ spielsweise Kieselgel oder Aluminiumoxid) enthalten. In einem Vorratsgefäß sind eine Vielzahl dieser Probenröhrchen in acht­ zehn Reihen mit je sechs Probenröhrchen nebeneinander angeord­ net. Über diesem Vorratsgefäß befindet sich eine automatische Zugabeeinrichtung mit sechs direkt über einer der Reihen der Probenröhrchen befindlichen Spritzen. Am Ende jeder Spritze befindet sich ein Ventil, von dem aus Leitungen zu Vorrats­ gefäßen gehen. Bei der Probenvorbereitung wird dann zunächst die Säule beispielsweise mit einem organischen Lösungsmittel und anschließend mit einem anorganischen Lösungsmittel kon­ ditioniert, wobei die Zugabe aus einem Vorratsbehälter über die dem jeweiligen Probenröhrchen zugeordnete Spritze erfolgt.

Anschließend wird in jedes der sechs Probenröhrchen über die zugeordnete Spritze die den Analyten enthaltende Probe, bei­ spielsweise eine menschliche Urin- oder Blutprobe, zugegeben. Üblicherweise ist im Falle von Urin- oder Blutproben ein Ad­ sorbens in dem Probenröhrchen, auf dem der Analyt absorbiert wird. Durch Zugabe von ein oder mehreren Waschlösungen, wie­ derum aus den verschiedenen Vorratbehältern über die den einzelnen Probenröhrchen zugeordneten Spritzen, können die nicht zu analysierenden Stoffe ausgespült werden. Da die Probenröhrchen unten offen sind, können die verschiedenen Waschlösungen entweder durch Anlegen eines leichten Drucks von oben und Spülen mit Luft (durch die jeweilige Spritze) oder durch Anlegen eines Vakuums von unten aus dem Röhrchen eluiert werden. Im letzten Schritt des Verfahrens wird wiederum über die automatische Zugabevorrichtung eine Elutionslösung zuge­ geben, mit der der Analyt von dem Adsorbens gespült wird, wobei die den Analyten enthaltende Elutionslösung am unteren Ende des Probenröhrchens aufgefangen wird. Alle zugegebenen Stoffe (Flüssigkeiten und Gase) sowie die Probe eines Proben­ röhrchens werden daher über eine einzige Spritze zugeführt. Nach vollständiger Bearbeitung der ersten Reihe der Proben­ röhrchen fährt die automatische Zugabevorrichtung mit den sechs Nadeln zur nächsten Reihe von Probenröhrchen und durchläuft wiederum die verschiedenen Verfahrensschritte. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis alle Reihen des Vorratsgefäßes abgearbeitet sind. Dann wird das Vorratsgefäß aus der Appara­ tur entnommen, die gebrauchten Probenröhrchen verworfen sowie die aufgefangenen Elutionslösungen mit den jeweiligen Analyten an eine Einrichtung zur Analyse, beispielsweise an einen Auto­ sampler einer HPLC-Apparatur, weiterbefördert und dort analy­ siert.

Eine ähnliche Vorrichtung ist auch von der Firma Hamilton bekannt. Bei einer speziellen Ausführungsform der Hamilton- Vorrichtung erfolgt die Zugabe der verschiedenen Lösungen und der Probe nicht über eine einzige Nadel, sondern über ein Nadelbündel, wobei jede einzelne Nadel des Bündels über eine Verbindungsleitung mit einem zugeordneten Vorratsbehälter verbunden ist. Sind die Probe und alle notwendigen Stoffe zugegeben, so fährt das Nadelbündel bzw. eine Gruppe mehrerer Nadelbündel zum nächsten Probenröhrchen bzw. zur nächsten Reihe von Probenröhrchen weiter, bis ähnlich wie bei der Gilson-Vorrichtung alle in dem Vorratsgefäß befindlichen Probenröhrchen abgearbeitet sind. Die aus den Probenröhrchen eluierten vorbereiteten Proben werden dann wiederum zur Analyse-Einrichtung weitergeleitet.

Diese bekannten Vorrichtungen der Firmen Gilson und Hamilton haben jedoch den Nachteil, daß die Genauigkeit der Analysen nicht optimal ist. Da die einzelnen Probenröhrchen nachein­ ander abgearbeitet werden, ist die Verweildauer der fertigbe­ handelten und für die Analyse vorbereiteten Proben bis zur tatsächlich stattfindenden Analyse für die einzelnen Proben der Vielzahl von Probenröhrchen in einem Vorratsgefäß unter­ schiedlich. Da die vorbereiteten Proben häufig flüchtige organische Lösungsmittel enthalten, verdampft ein Teil dieses Lösungsmittels, bis die einzelne Probe analysiert wird, mit der Folge, daß sich die Konzentration des Analyten in der vor­ bereiten Probe ändert. Da die Verweilzeiten bis zur Analyse für die einzelne Proben unterschiedlich sind, ist auch der Lösungsmittelverlust und die Konzentrationsänderung unter­ schiedlich. Um diesem Problem zu begegnen, wird ein interner Standard zugegeben, was jedoch zwangsläufig einen gewissen Unsicherheitsfaktor bei der quantitativen Bestimmung einführt und das Verfahren komplizierter macht. Der interne Standard soll in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften dem Analyten möglichst ähnlich sein. Es ist jedoch meist schwer, einen internen Standard mit ähnlichen Eigenschaften für einen gegebenen Analyten zu finden. Ein zweites Problem der bekann­ ten Verfahren, das auch durch einen internen Standard nicht zu beheben ist, liegt vor, wenn der Analyt selbst flüchtig ist. Dann muß das Probenröhrchen entweder verschlossen oder abge­ kühlt werden, wodurch das Gesamtverfahren jedoch deutlich komplizierter wird.

Daneben existiert auch druckschriftlicher Stand der Technik.

Beispielsweise offenbart die DE 34 02 304 A1 ein Analysegerät, für einen Immunoassay. Dazu werden auf einem Drehteller Reaktionsgefäße vorgelegt, in die an verschiedenen Zugabe­ stellen die verschiedenen Reagenzien für die Analyse zugegeben werden. Nicht offenbart wird in der DE 34 02 304 A1 die Ver­ wendung von Chromatographie-Probenröhrchen sowie die vertikale Bewegung verschiedener Ebenen des Analysegeräts gegeneinander.

Die DE 35 30 245 A1 offenbart eine Probenvorbereitungs-Vor­ richtung, insbesondere zur Untersuchung von Gewebeproben. Die Verwendung einen Chromatographie-Verfahrens wird dort jedoch nicht beschrieben.

Die DE 692 24 380 T2 betrifft einen Autosampler. Hierbei wird über einen Drehteller eine Probe der Analyseeinrichtung, bei der es sich vorzugsweise um eine elektrophoretische, alterna­ tiv jedoch auch eine flüssigkeitschromatographische Trenn­ einrichtung handeln kann, zugeführt, ohne daß es während der Probenvorbereitung bereits zu einer Chromatographie kommt.

Aus der GB 2 108 659 A ist eine Vorrichtung bekannt, bei der an verschiedenen Abgabestellen die zu analysierende Probe und die verschiedenen für die Analyse notwendigen Reagenzien in Probenröhrchen abgegeben werden. Die Probenröhrchen werden nach der beendigten Analyse nicht durch neue Probenröhrchen ersetzt, sondern wiederverwendet, wodurch es selbstverständ­ lich zu Verunreinigungen und Meßfehlern kommen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor­ richtung zur automatischen Probenvorbereitung bereitzustellen, die eine genauere Analyse erlaubt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur automatischen Vorbereitung von Proben für eine analytische Untersuchung mit mindestens zwei Abgabeeinrichtun­ gen, durch die eine zu untersuchende Probe und ein oder mehrere für die Vorbereitung notwendige Stoffe in einer Vorgegebener Reihenfolge abgegeben werden können, und mit einer Einrichtung zur Aufnahme von Probenröhrchen, wobei die Probenröhrchen oben und unten eine Öffnung aufweisen und ein Adsorbensmaterial enthalten, wobei die mindestens zwei Abgabe­ einrichtungen einen solchen Abstand voneinander haben, daß die Zugabe der Probe und aller Stoffe in ein Probenröhrchen an Zugabestationen durch eine Verschiebung des Probenröhrchens und der Abgabeeinrichtungen gegeneinander erfolgt, wobei die Einrichtung zur Aufnahme von Probenröhrchen Aussparungen für die Probenröhrchen auf einer unteren Ebene der Vorrichtung aufweist und die mindestens zwei Abgabeeinrichtungen auf einer oberen Ebene der Vorrichtung und jeweils direkt über einer Aussparung in der unteren Ebene angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei Abgabeeinrichtungen dem Abstand zwischen zwei Aussparungen oder einem Vielfachen davon entspricht, und wobei die untere und die obere Ebene gegeneinander verschieb­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschieben der unteren und der oberen Ebene gegeneinander durch eine Ver­ tikalbewegung einer der beiden Ebenen, einer anschließenden Drehbewegung einer der beiden Ebenen und einer anschließenden entgegengesetzten Vertikalbewegung einer der beiden Ebenen erfolgt und daß eine Einrichtung zur automatischen Entnahme gebrauchter Probenröhrchen und eine Einrichtung zur Zufuhr frischer Probenröhrchen vorhanden ist.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung werden daher nicht wie bei den bisher bekannten Verfahren der Firmen Gilson und Hamilton die einzelnen Probenvorbereitungsschritte nacheinander für jedes einzelne Probenröhrchen mit einer Nadel oder einem Nadelbündel durchgeführt, bevor das nächste Probenröhrchen behandelt wird, sondern die einzelnen Probenvorbereitungsschritte werden für jedes Probenröhrchen nacheinander an verschiedenen Abgabeein­ richtungen durchgeführt, d. h. Probenröhrchen und Abgabeein­ richtungen werden vor der vollständigen Zugabe von Proben und allen für die Vorbereitung notwendigen Stoffen mindestens einmal gegeneinander verschoben.

Beispielsweise erhält ein erstes Probenröhrchen bei einer ersten Abgabeeinrichtung eine Konditionierlösung. Als Proben­ röhrchen werden die oben beschriebenen Probenröhrchen mit je einer Öffnung am oberen und unteren Ende ein­ gesetzt. Analyt oder Stoff(e) zur Probenvorbereitung werden von oben zugegeben und an der unteren Öffnung durch Anlegen von Überdruck von oben oder Unterdruck von unter oder Nachspü­ len mit einer Elutionslösung entnommen.

Das erste Probenröhrchen wird dann zu einer zweiten Abgabeein­ richtung weiterbefördert (oder umgekehrt), wo beispielsweise die zu analysierende Probe eingebracht wird. Vorzugsweise wird gleichzeitig ein zweites Probenröhrchen zu der ersten Abgabe­ einrichtung transportiert und erhält dort seinerseits die Kon­ ditionierlösung. Anschließend wird das erste Probenröhrchen an eine dritte Abgabeeinrichtung weitergeleitet und dort mit einer Waschlösung versetzt, während das zweite Probenröhrchen an der zweiten Abgabeeinrichtung seinerseits eine Probe erhält und ein drittes Probenröhrchen bei der ersten Abgabeeinrich­ tung konditioniert wird. Daran anschließend werden die Proben­ röhrchen wiederum an die nächste Abgabeeinrichtung weiterge­ leitet, wobei beispielsweise der zu analysierende Analyt von dem ersten Probenröhrchen durch Zugabe einer Elutionslösung an der vierten Abgabeeinrichtung von dem Probenröhrchen desor­ biert wird und die desorbierte Probe einer Analyse-Einrichtung zugeführt wird, während das zweite Probenröhrchen sich bei der dritten Abgabeeinrichtung, das dritte Probenröhrchen bei der zweiten Abgabeeinrichtung und ein neueingeführtes viertes Probenröhrchen bei der ersten Abgabeeinrichtung befindet. Im nächsten Schritt werden die Probenröhrchen wieder eine Stufe weiterverschoben, so daß das erste Probenröhrchen beispiels­ weise entfernt werden kann, während der Analyt von dem zweiten Probenröhrchen desorbiert wird und am Anfang der Kette ein fünftes Probenröhrchen eingeführt wird. Vorzugsweise werden dabei Probenröhrchen und Abgabeeinrichtungen jeweils um eine vorgegeben Distanz gegeneinander verschoben, wobei der Abstand zwischen den Probenröhrchen und der Abstand zwischen den Abgabeeinrichtungen jeweils das ein- oder mehrfache dieser Dis­ tanz ist. Nach jedem Zugabeschritt wird vorzugsweise die am unteren Ende der Probenröhrchen austretende Lösung aufgefangen und gesammelt (gegebenenfalls zur Wiederverwertung) oder ver­ worfen, während die den Analyten enthaltende Lösung möglichst automatisch zur Analyse weitergeleitet wird.

Bei den einzelnen Zugabestationen können Proben und/oder ein oder mehrere Lösungen und/oder Gase zugegeben werden. Bei­ spielsweise ist es ratsam, bei der Zugabe der Probe anschlie­ ßend mit einer Spüllösung die Abgabeeinrichtung durchzuspülen, um zu vermeiden, daß es bei der Probenzugabe für das nächste Probenröhrchen aufgrund der unterlassenen Spülung zu einer Verunreinigung der Probe kommt. Daneben ist es häufig vorteil­ haft, nach der Zugabe z. B. einer Waschlösung oder der Proben­ lösung durch die Abgabeeinrichtung ein Gas (beispielsweise Luft) in das Probenröhrchen zu leiten, um durch den ausgeübten Druck sicherzustellen, daß die Lösung durch das Probenröhr­ chen, das am unteren Ende eine Öffnung aufweist, hindurchgeht und dort aufgefangen werden kann. Dies ist ins­ besondere dann empfehlenswert, wenn geringe Lösungsmittel­ mengen zugegeben werden und/oder ein Adsorbens sich in dem Probenröhrchen befindet. Anstelle des Spülens mit Gas kann am unteren Ende des Probenröhrchens auch ein Vakuum angelegt werden.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung bestimmt der langsamste Zugabeschritt die Dauer der einzelnen Zugabeschritte. Die Dauer der einzelnen Zugaben, die Anzahl der einzelnen Zugaben und daher auch die Gesamtverweilzeit sind daher für jede ein­ zelne Probe gleich, so daß jede vorbereitete Probenlösung nach der identischen Verweilzeit bei der Analyse-Einrichtung ein­ trifft. Die im Stand der Technik anzutreffenden unterschiedl­ ichen Lösungsmittelverluste aufgrund unterschiedlicher Ver­ weilzeiten treten daher nicht auf, so daß auf die Zugabe eines internen Standards verzichtet, das Gesamtverfahren vereinfacht und die Meßgenauigkeit erhöht werden kann.

Neben diesem Vorteil weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch weitere Vorteile auf. Beispielsweise werden bei den bekannten Vorrichtungen der Firmen Gilson und Hamilton sämtliche Spüllö­ sungen mit Ausnahme der den Analyten enthaltenden Elutions­ lösung in einem unter dem Probenröhrchen befindlichen Sammel­ becken aufgefangen. Da einige der Lösungen organische Lösungs­ mittel oder auch menschliche Körperflüssigkeiten wie z. B. Blut oder Urin enthalten, muß die Gesamtlösung als Sondermüll ent­ sorgt werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden dagegen die einzelnen Spüllösungen getrennt jeweils an den einzelnen Zugabestationen unter den einzelnen Probenröhrchen aufgefa­ ngen, so daß eine Trennung der organischen Lösungsmittel, der menschlichen Körperflüssigkeiten und anderer Lösungen erfolgt. Die Menge an Sondermüll reduziert sich daher beträchtlich, und einige der Lösungen können nach Reinigungsschritten gegebenen­ falls auch wiederverwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein unbeaufsichtigtes Arbeiten der Vorrichtung nicht mehr notwendig ist. So ist es bei den bekannten Vorrichtungen der Firmen Gilson und Hamilton üblich, daß die Probenvorbereitung automatisch über Nacht durchgeführt wird, so daß die vorbereiteten Proben dann tags­ über analysiert werden können. Ein Problem dabei ist jedoch, daß bei irgendwelchen Störungen die automatische Probenvor­ bereitung unterbrochen wird, mit der Folge, daß nur ein Teil der Proben tatsächlich für die Analyse vorbereitet ist, was mit einem beträchtlichen Zeitverlust verbunden ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dieses unbeaufsichtige Arbeiten nicht mehr notwendig, da durch die stufenweise Abarbeitung der einzelnen Probenröhrchen ständig fertige Analysenlösungen produziert werden, die dann direkt analysiert werden können. Schließlich erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine tatsächliche On-Line-Analyse, da die den Analyten enthaltende Lösung direkt an eine Analyse-Einrichtung weitergeleitet und dort sofort analysiert werden kann, während bei den bekannten Vorrichtungen der Firmen Gilson und Hamilton die Proben zu­ nächst aus der Probenvorbereitungsvorrichtung entfernt und manuell zum Analysengerät gebracht werden müssen.

Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wei­ terhin, daß es sich auch zur Entwicklung von Probenvorberei­ tungs- bzw. Analyseverfahren für einzelne Analyte eignet. Es ist ein häufiges Problem, daß für einen bestimmten Analyten möglichst schnelle und zuverlässige Analyseverfahren ein­ schließlich der Probenvorbereitung gesucht werden. Diese müssen durch langwierige Versuche ermittelt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung läßt sich diese Entwicklung vereinfachen, da für einen gegebenen Analyten das Probenvorbereitungsverfahren wiederholt durchgeführt werden kann und die zugegebenen Lösungen und deren Mengen über ein Computerprogramm geändert werden können. Durch eine angeschlossene Analyse-Einrichtung kann dann direkt das Ergebnis abgelesen und die beste Kom­ bination ermittelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält mindestens zwei Angabeeinrichtungen, durch die eine zu untersuchende Probe und ein oder mehrere für die Vor­ bereitung notwendige Stoffe in einer vorgegebenen Reihenfolge abgegeben werden können, und eine Einrichtung zur Aufnahme von Probenröhrchen, wobei die mindestens zwei Abgabeeinrichtungen räumlich getrennt voneinander in der Vor­ richtung angeordnet sind, d. h. einen solchen Abstand vonein­ ander haben, daß die Zugabe der Probe und aller Stoffe in ein gegebenenfalls in einer Einrichtung zur Aufnahme von Proben­ röhrchen befindliches Probenröhrchen nur durch eine Verschie­ bung des Probenröhrchens (bzw. der das Probenröhrchen enthal­ tenden Einrichtung zur Aufnahme von Probenröhrchen) und der Abgabeeinrichtungen gegeneinander möglich ist.

Die Vorrichtung enthält vorzugsweise automatische Zugabeein­ richtungen mit u. a. Vorratsbehältern und Verbindungsleitungen. Die automatischen Zugabeeinrichtungen weisen in allgemeinen auch eine übliche Pumpe auf, die einerseits über eine übliche Verbindungsleitung (z. B. aus Kunststoff) mit einer Abgabe­ einrichtung und andererseits wiederum über eine Verbindungsleitung mit einem Vorratsgefäß verbunden ist, in dem sich eine für die Probenvorbereitung notwendige Lösung befindet. Die eingesetzte Pumpe kann auch mit einer Einrichtung verbunden sein, die auf bekannte Art und Weise nacheinander verschiedene vorgelegte Proben entnimmt. Darüber hinaus wird die Pumpe eben­ falls auf bekannte Weise über ein Computersystem gesteuert, so daß Zeitpunkt der Zugaben und Volumen der zugegebenen Lösun­ gen, Gase bzw. Proben vorgegeben sind.

Bei den Abgabeeinrichtungen handelt es sich beispielsweise um Spritzen oder Kanülen aus Metall oder Plastik, die in der er­ findungsgemäßen Vorrichtung angebracht und über die Verbin­ dungsleitungen an Pumpen und Vorratsbehältern angeschlossen sind. Daher kann eine einzelne Abgabeeinrichtung auch aus mehreren beispielsweise drei einzelnen Nadeln oder Schläuchen bestehen, die jeweils separat über Verbindungsleitungen und eine Pumpe mit einem jeweils zugeordneten Vorratsbehälter ver­ bunden sind. Bevorzugt enden die einzelnen Abgabeeinrichtungen jedoch in einer einzigen Nadel und weisen vorzugsweise zwei oder drei separate Zugänge auf. Dies ermöglicht es, daß aus verschiedenen Vorratsbehältern über eigene Pumpen und Leitun­ gen verschiedene Stoffe über den einzelnen Einlaß einer ein­ zelnen Abgabeeinrichtung zugeführt und in die Nadel eingelei­ tet werden können. Dies ist beispielsweise bei der Zugabe der einzelnen Probenlösungen von Vorteil, da zunächst über den ersten Einlaß die Probenlösung zugeführt wird, und aus einem zweiten Vorratsgefäß mit separater Pumpe und separater Ver­ bindungsleitung kann dann eine Waschlösung über den zweiten Einlaß in die Nadel eingebracht werden. Abschließend kann über den dritten Einlaß mit Luft nachgespült werden. Falls notwen­ dig können die einzelnen Abgabeeinrichtungen auch über mehr als drei Einlässe fügen. Die Abgabeeinrichtung verfügt weiter­ hin vorzugsweise über eine mit einer Feder versehene Dich­ tung, die genau auf die obere Öffnung der Probenröhrchen paßt. Werden die Probenröhrchen zu den einzelnen Abgabeeinrichtungen verschoben oder umgekehrt, so können die Abgabeeinrichtungen auf die Probenröhrchen aufgesetzt werden und schließen dicht ab. (Oder die Probenröhrchen können gegen die Abgabeeinrich­ tungen gedrückt werden.) Dies hat einmal den Vorteil, daß die Röhrchen während der Zugabe verschlossen sind, so daß von außen keine Verunreinigungen eingetragen werden können und der Lösungsmittelverlust möglichst gering gehalten wird. Darüber hinaus ist dieser Abschluß von Vorteil bei dem Durchspülen mit Luft (oder Stickstoff oder einem anderen Gas), da dann das Gas nur durch die untere Öffnung des Probenröhrchens entweichen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine untere und eine obere Ebene auf, und auf der oberen Ebene der Vorrichtung befinden sich die mindestens zwei, vorzugsweise drei bis acht Abgabeeinrichtungen, während sich auf der un­ teren Ebene mehrere Einrichtungen zur Aufnahme von Probenröhr­ chen in der Form von Aussparungen bzw. in die Aussparungen eingesetzte Probenröhrchen befinden. Die Abgabeeinrichtungen und die Aussparungen/Probenröhrchen sind so angeordnet, daß die Abgabeeinrichtungen jeweils direkt über einer Aussparung/einem Probenröhrchen sind, daß der Abstand zwischen zwei Abgabeeinrichtungen dem Abstand zwischen zwei Aussparun­ gen/Probenröhrchen oder einem Vielfachen davon entspricht und daß die untere und die obere Ebene gegeneinander verschiebbar sind. Dabei ist die untere Ebene vorzugsweise ein Drehteller und die obere Ebene vorzugsweise eine Kreisscheibe, jedoch sind auch andere, beispielsweise bandförmige (lineare) Aus­ führungsformen möglich. Die obere und die untere Ebene sind üblicherweise über eine Stange miteinander verbunden.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung wird zunächst aus den ver­ schiedenen Abgabeeinrichtungen das jeweilige Lösungsmittel oder das jeweilige Gas in zugeordnete Probenröhrchen geför­ dert. Nach beendeter Abgabe wird beispielsweise die obere Ebene über die Stange, die sie mit der unteren Ebene ver­ bindet, und durch einen bekannten Motorantrieb (elektrisch oder pneumatisch betrieben), der über ein Computerprogramm abgestimmt auf die Zugabe der verschiedenen Lösungen und. Gase gesteuert ist, angehoben. Dabei muß das Anheben der oberen Ebene so weit erfolgen, daß die Abgabeeinrichtungen nicht mehr in die Probenröhrchen reichen. Anschließend wird die untere Ebene gedreht, während die obere Ebene unverändert bleibt, so daß jedes Probenröhrchen zu der benachbarten Abgabeeinrichtung (soweit vorhanden) weitertransportiert wird. Die Drehung der unteren Ebene erfolgt vorzugsweise über einen Schrittmotor (elektrisch oder pneumatisch betrieben), der ebenso wie der Motor für das Anheben der oberen Ebene über ein Computerpro­ gramm entsprechend der Zugabe der Lösungen und Gase gesteuert wird. Nach vollendeter Drehung wird die obere Ebene wieder abgesenkt, so daß die Abgabeeinrichtungen vorzugsweise ca. 2 mm in die Probenröhrchen hineinragen und vorzugsweise über die an ihren unteren Enden sich befindenden Dichtungen das Proben­ röhrchen abschließen. Nunmehr erfolgt die weitere Zugabe und der Drehvorgang wird anschließend wiederholt, bis die Proben­ vorbereitung abgeschlossen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die untere Ebene abgesenkt, die obere Ebene ge­ dreht und dann die untere wieder angehoben wird. Bei der linearen Ausgestaltung der Erfindung kann die vertikale Be­ wegung pneumatisch erfolgen.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung an einem vorderen Ende eine bekannte Einrichtung auf, mit der frische Probenröhrchen in die untere Ebene vor der ersten Zugabestation eingesetzt werden, sowie weiterhin eine ebenfalls bekannte Vorrichtung am hinteren Ende der unteren Ebene, mit der die verbrauchten Probenröhrchen automatisch nach der letzten Zugabestation aus der unteren Ebene entnommen und verworfen werden. Zur Durch­ führung des Einsetzens und der Entnahme der Probenröhrchen ist es vorteilhaft, wenn die obere Ebene eine Aussparung hat.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Vielzahl ver­ schiedener Probenvorbereitungen eingesetzt werden kann, wobei die Anzahl der Zugabeschritte variiert, sind bei den einzelnen Anwendungen manchmal einige der Abgabeeinrichtungen nicht ak­ tiviert, d. h. diese Abgabeeinrichtungen sind dann nicht mit Pumpen usw. verbunden oder demontiert, so daß dann auch keine Zugaben an diesen Stationen erfolgen.

Weiterhin bevorzugt ist es, daß bei dem Schritt, bei dem der Analyt von dem Probenröhrchen eluiert wird, eine Einrichtung vorgesehen ist, um die fertig vorbereitete Probe direkt an eine Analyse-Einrichtung weiterzuleiten. Beispielsweise kann hierfür unter dem Probenröhrchen ein Pfännchen oder Trichter (z. B. aus Messing) vorgesehen sein, das/der in einen Schlauch oder eine feste Leitung übergeht, der/die direkt mit der Analyse-Einrichtung verbunden ist. Auf diese Weise kann in dem letzten Vorbereitungsschritt mit einem gegebenen Elutions­ volumen, das auf das Probenröhrchen aufgebracht wird, und Nachspülen mit Luft das gesamte vorgegebene Elutionsvolumen über das Pfännchen oder den Trichter und die Leitung dem Injektor der Analyseneinheit zugeführt werden. Dauert das Analyseverfahren länger als die gesamte Probenvorbereitung, so können die vorbereiteten Proben auch an zwei oder mehrere Analyse-Einrichtungen überführt werden. Beispielsweise wird eine erste fertige Probe von einer ersten Analyse-Einrichtung analysiert, eine zweite fertige Probe von einer zweiten Analyse-Einrichtung, eine dritte fertige Probe wieder von der ersten Analyse-Einrichtung, eine vierte fertige Probe wieder von der zweiten Analyse-Einrichtung, usw.

In Abhängigkeit vom zu analysierenden Stoff wird die Analyse­ einheit gewählt. In Frage kommen beispielsweise HPLC, MS, GC- MS, IR oder NMR, wobei die eigentliche Analyse in der Analy­ seneinheit auf bekannte Weise erfolgt. Ist die Analyseneinheit z. B. ein HPLC-Gerät, so wird die Elutionslösung in die In­ jektionsschleife des HPLC-Injektors eingebracht. Ist dabei das Elutionsvolumen größer gewählt als das Volumen der Injektions­ schleife, so ist sichergestellt, daß die Injektionsschleife immer gefüllt ist und daß das Analyse-Gerät immer das gleiche zu analysierende Volumen erhält.

Die erfindungsgemäße Vor­ richtung kann zur Probenvorberitung beliebiger Analyte ein­ gesetzt werden, z. B. zur Analyse von Vitaminen, Medikamenten oder Drogen oder zur Umweltanalytik. In Abhängigkeit vom Ana­ lyten variiert auch die Art und Menge der zugesetzten Stoffe (= Lösungen, Suspensionen, Dispersionen, Gase usw.).

Ein Beispiel zur Bestimmung von Vanillinmandelsäure aus Urin ist im folgenden gegeben:
Reagenz 1: Konditionierungsreagenz (Eisessig/Wasser/Ethanol (1/1/2 v/v/v))
Reagenz 2: Waschreagenz 1 (Natriumacetat 2 M)
Reagenz 3: Waschreagenz 2 (Essigsäure 2 N/Wasser/Ethanol (1/1/2 v/v/v)
Reagenz 4: Elutionsreagenz (0,5 M Phosphorsäure)

Der Probenvorbereitungsautomat besitzt zur Probenvorbereitung der Vanillinmandelsäure aus Urin 5 Arbeitsstationen, die Ana­ lyse erfolgt durch HPLC.
Station 1: Dosierung von Reagenz 1
Station 2: Dosierung der Patientenprobe
Station 3: Dosierung von Reagenz 2
Station 4: Dosierung von Reagenz 3
Station 5: Dosierung von Reagenz 4

Im ersten Arbeitstakt wird die erste Probenvorbereitungssäule unter Station 1 positioniert. Der obere Teller fährt herunter und 3 ml Reagenz 1 wird über die Säule gefördert. Der Teller fährt wieder hoch.

Im zweiten Arbeitstakt dreht der untere Teller eine Position weiter. Das erste Säulchen steht nun unter Station 2, das zweite unter Station 1. Der obere Teller fährt herunter. Über das erste Säulchen werden nun 0,5 ml Patientenurin gefördert. Gleichzeitig werden 3 ml Reagenz 1 über Säulchen 2 gefördert.

Im dritten Arbeitstakt dreht der Teller eine Position weiter. Das erste Säulchen steht nun unter Station 3, das zweite unter Station 2 und das dritte unter Station 1. Der obere Teller fährt herunter. Über das erste Säulchen werden nun 3 ml Rea­ genz 2 gefördert. Über das zweite Röhrchen 0,5 ml Patienten­ urin und über das dritte 3 ml Reagenz 1.

Im vierten Arbeitstakt dreht der Teller eine Position weiter. Das erste Säulchen steht nun unter Station 4, das zweite unter Station 3 usw. Über das erste Säulchen werden 3 ml Reagenz 3 gefördert, über das zweite Röhrchen 3 ml Reagenz 2, über das dritte 0,5 ml Patientenurin und über das vierte 3 ml Reagenz 1.

Im fünften Arbeitstakt dreht der Teller eine Position weiter. Das erste Säulchen steht nun unter Station 5, das zweite unter Station 4 usw. Über das erste Säulchen werden nun 5 ml Reagenz 4 (= Elutionslösung) gefördert und in das HPLC-Injektions­ system geleitet. Über das zweite Säulchen 3 ml Reagenz 3, über das dritte 3 ml Reagenz 2 usw. (Auch wenn es bei den einzelnen Arbeitstakten nicht ausdrücklich erwähnt ist, so ist es doch selbstverständlich, daß der Teller nach der Einnahme einer neuen Position abgesenkt wird und am Ende jedes Arbeitstaktes wieder hoch fährt.)

Damit ist die erste Probe fertig bearbeitet und in das HPLC- System injiziert. Mit jedem weiteren Arbeitstakt hat dann eine weitere Probe die komplette Prozedur der Vorbereitung durch­ laufen.

Bei den verschiedenen Analysenarten können die Anzahl und Art der Reagenzien variieren. Daher kann auch die Zahl der akti­ vierten Stationen in der Maschine variieren. Mit den verschie­ denen Reagenzien können sich natürlich auch die dosierten Mengen unterscheiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine einzelne Abgabeein­ richtung mit zugeordnetem Probenröhrchen.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur automatischen Probenvorbereitung weist eine Kreisscheibe 10 und einen konzentrisch darunter angeordneten Drehteller 12 auf, die beide waagrecht angeordnet sind. Die Kreisscheibe 10 wird von einer vertikalen Stange 30 getragen und ist mittels eines im einzelnen nicht dargestellten Mechanismus anhebbar und absenkbar. Der Drehteller 12 ist mittels eines im einzelnen ebenfalls nicht dargestellten Mechanismus um die Stange 30 schrittweise drehbar.

In der Kreisscheibe 10 sind im gleichen radialen Abstand vom Mittelpunkt und jeweils gleichen Winkelabstand N Abgabeein­ richtungen 14/1 bis 14/N vorgesehen, an die jeweils über drei Einlässe 15 drei Verbindungsleitungen 20 (in Fig. 2 nur für die Abgabeeinrichtung 14/1 gezeigt) angeschlossen sind.

In dem Drehteller 12 sind im gleichen radialen Abstand und im gleichen Winkelabstand wie bei den Abgabeeinrichtungen 14 Bohrungen 18 vorgesehen, in denen Probenröhrchen 26 stecken, die oben offen sind und unten ein Adsorbens 28 aufweisen. Die Probenröhrchen 26 fluchten mit den Abgabeeinrichtungen 14, und die Schrittweite der Drehung des Drehtellers 12 entspricht dem Abstand zwischen zwei Abgabeeinrichtungen 14.

An einer Einsetzstation 16 und einer Abnahmestation 17 werden die Probenröhrchen 26 in die Aufnahmebohrungen 18 eingesetzt bzw. herausgenommen. Um genügend Platz für das Einsetzen und Herausnehmen der Probenröhrchen 26 in die Aufnahmebohrungen 18 zu haben, ist die Kreisscheibe 10 an einer Stelle 34 ausge­ schnitten.

Fig. 3 zeigt im Detail eine Abgabeeinrichtung 14 und ein (nur teilweise gezeigtes) darunter befindliches Probenröhrchen 26. Die Abgabeeinrichtung 14 weist ein nadelförmiges Element 42 auf, das in einer Bohrung 34 der (nur teilweise gezeigten) Kreisscheibe 10 vertikal verschiebbar ist, wobei die beiden Endpositionen durch eine obere und eine untere ringförmige Verdickung 36, 38 auf der Außenseite des Nadelelements 42 begrenzt werden. Durch eine Schraubendruckfeder 22 auf dem Nadelelement 42 zwischen der Unterseite der Kreisscheibe 10 und der unteren Verdickung 38 wird das Nadelelement 42 in seine untere Endlage gedrückt. Unterhalb der unteren Ver­ dickung 38 sitzt noch ein scheibenförmiges Dichtungselement 24 das beim Absenken der Kreisscheibe 10 auf dem Öffnungsrand des Probenröhrchens 26 dicht aufliegt.

Im Betrieb wird ein Probenröhrchen 26 an der Einsetzstation 16 in die Aufnahme 18 (Fig. 1) eingesetzt. Der Drehteller 12 (in Fig. 3 nur teilweise gezeigt) wird schrittweise im Ar­ beitstakt im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wobei jedes Proben­ röhrchen 26 durch den ersten Arbeitstakt nach seinem Einsetzen in die Aufnahmebohrung 18 unter die erste Abgabeeinrichtung 14/1 gelangt, und dann durch jeden Arbeitstakt unter die je­ weils nächste Abgabeeinrichtung 14 gelangt, bis zur letzten Abgabeeinrichtung 14/N. Mit dem letzten Arbeitstakt wird das Probenröhrchen 26 dann wieder in die Aussparung 34 der Kreis­ scheibe 10 bewegt, wo es entnommen wird.

Nach jedem Drehschritt des Drehtellers 12 wird die Kreis­ scheibe 10 mit den Abgabeeinrichtungen 14 abgesenkt, so daß die Dichtungen 24 jeweils auf den Öffnungsrändern der Proben­ röhrchen 26 aufsitzen. Durch die ersten und zweiten Abgabe­ einrichtungen 14/1 und 14/2 werden jeweils 500 µl Reagenzien in die Probenröhrchen abgegeben. Mittels der dritten Abgabe­ einrichtung 14/3 wird die zu untersuchende Blut- oder Harnprobe in das Probenröhrchen 26 gegeben. Die weiteren Abgabe­ einrichtungen 14/4 bis 14/N - 1 führen verschiedene Spüllösungen zu. An der letzten Abgabeeinrichtung 14/N wird ein Elutions­ mittel zugeführt, durch das die Probe eluiert wird. An dieser Stelle befindet sich unter dem unten offenen Ende des Proben­ röhrchens 26 ein Trichter 32 (Fig. 2), der die eluierte Probe auffängt. Die Probe wird über eine Leitung zu einem Analyse­ gerät weitergeleitet. Nach der Abgabe der Reagentien, der Probe oder der Spül- und Elutionslösungen wird die Kreisplatte 10 dann jeweils wieder angehoben und der Drehteller 12 wird einen Schritt weitergedreht, so daß jedes Probenröhrchen 26 unter die nächste Abgabeeinrichtung 14 gelangt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur automatischen Vorbereitung von Proben für eine analytische Untersuchung mit mindestens zwei Abgabeein­ richtungen (14), durch die eine zu untersuchende Probe und ein oder mehrere für die Vorbereitung notwendige Stoffe in einer vorgegebenen Reihenfolge abgegeben werden können, und mit einer Einrichtung (12) zur Aufnahme von Probenröhrchen (26), wobei die Probenröhrchen (26) oben und unten eine Öffnung aufweisen und ein Adsorbensmaterial enthalten, wobei die min­ destens zwei Abgabeeinrichtungen (14) einen solchen Abstand voneinander haben, daß die Zugabe der Probe und aller Stoffe in ein Probenröhrchen (26) an Zugabestationen durch eine Ver­ schiebung des Probenröhrchens (26) und der Abgabeeinrichtungen (14) gegeneinander erfolgt, wobei die Einrichtung (12) zur Aufnahme von Probenröhrchen (26) Aussparungen (18) für die Probenröhrchen (26) auf einer unteren Ebene der Vorrichtung aufweist und die mindestens zwei Abgabeeinrichtungen (14) auf einer oberen Ebene der Vorrichtung und jeweils direkt über einer Aussparung (18) in der unteren Ebene angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen zwei Abgabeeinrichtungen (14) dem Abstand zwischen zwei Aussparungen (18) oder einem Vielfachen davon entspricht, und wobei die untere und die obere Ebene ge­ geneinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verschieben der unteren und der oberen Ebene gegeneinander durch eine Vertikalbewegung einer der beiden Ebenen, einer an­ schließenden Drehbewegung einer der beiden Ebenen und einer an­ schließenden entgegengesetzten Vertikalbewegung einer der bei­ den Ebenen erfolgt,
und daß eine Einrichtung (17) zur automatischen Entnahme ge­ brauchter Probenröhrchen und eine Einrichtung (16) zur Zufuhr frischer Probenröhrchen vorhanden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Ebene ein Drehteller (12) und die obere Ebene eine Kreisscheibe (10) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zugabestationen Zugabeeinrichtungen mit Vorrats­ behältern und Verbindungsleitungen (20) aufweisen, wobei durch die Zugabeeinrichtungen die zu untersuchende Probe und/oder die zur Vorbereitung notwendigen Stoffe zu den Abgabeeinrich­ tungen (14) gefördert werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung aufweist, durch die die vorbereitete Probe automatisch an eine Analyse- Einrichtung weitergeleitet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Analyseeinrichtung enthält, die ein Hoch­ druckflüssigkeits-Chromatograph, ein Gaschromatograph, ein Massenspektrometer, ein Gaschromatograph gekoppelt mit einem Massenspektrometer, ein Photometer, ein Atomemissionsspekto­ graph, ein IR-Spektrograph oder ein NMR-Gerät ist.

6. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Entwicklung von Probenvorbereitungs- und/oder Analyse­ verfahren für einzelne Analyte.