DE2018068C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsanalysegerät mit einer Zelle, welche eine Kammer zur Aufnahme einer Flüssigkeitsprobe sowie mit dieser Kammer in Verbindung stehende Eintritts- und Austrittskanäle aufweist, Eowie mit Vorrichtungen zur Zufuhr einer Flüssigkeit über den Eintrittskanal in die Zelle, die eine erste und eine zweite Pumpe aufweisen, von welchen die erste Pumpe Druck- und Saughübe ausführt und die zweite Pumpe bei Betätigung zumindest Saughübe ausführt und mit einem Vorratsbehälter für eine Hilfsflüssigkeit, der durch eine erste Leitung mit dem Eintrittskanal der Zelle und mit der ersten Pumpe verbunden ist, wobei die erste Pumpe wahlweise zur Entnahme einer vorgegebenen Menge der Hilfsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter während des Saughubs und zur Förderung dieser Hilfsflüssigkeitsmenge an die Zellkammer über die erste Leitung während ihres Druckhubs betätigbar ist und der Austrittskanal der Zellkammer über eine zweite Leitung mit der zweiten Pumpe verbunden ist und die zweite Pumpe wahlweise zur Entnahme von Flüssigkeit aus der Zellkammer über den Austrittskanal und die zweite Leitung betätigbar ist.

Ein Analysegerät mit solchem Aufbau ist aus der US-Patentschrift 3 223 486 bekannt. Dieses bekannte Gerät dient jedoch zur Analyse von Feststoffen, die zu diesem Zweck mit einer Trägerflüssigkeit vermischt werden.

Ein Flüssigkeitsanalysegerät der eingangs genannten Ari eignet sich insbesondere zur Anwendung bei der nach dem Prinzip der Messung der Änderungsgeschwindigkeit einer Reaktionsgröße arbeitenden absatzweisen Analyse von Lösungen. Dieses Analyseverfahren kann beispielsweise zur raschen Analyse der Glukosekonzentration im Blut verwendet werden, indem man eine Blutprobe mit gepufferter Glukoseoxydase mischt Das Gemisch wird umgerührt; hierbei läuft eine Reaktion in Gegenwart eines polarographischen Sauerstoffmeßfühlers ab, der eine in linearer Beziehung zur Sauerstoffkonzentration des Gemischs stehende elektrische Ausgangsgröße erzeugt Der polarographische Meßfühler kann von der in der US-Patentschrift 2 913386 beschriebenen Bauart sein. Die elektrische Ausgangsgröße des Meßfühlers wird durch direkte Differentiation in ein der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des Sauerstoffgehalts des Gemischs proportionales Signal umgewandelt; dieses Signal wird aufgezeichnet, und das registrierte Maximalsignal bestimmt die anfänglich in der Blutprobe enthaltene Glukosemenge. Dieses auf der Beobachtung der Änderungsgeschwindigkeit beruhende absatzweise Analyseverfahren kann beispielsweise bei der Enzym-Probe verwendet werden, bei welcher gleiche Probenmengen von zu untersuchenden Enzymen einen Überschuß an gepuffertem Substrat in Gegenwart eines Sauerstoffkonzentrations-Meßfühlers zugegeben werden. Die elektrische Ausgangsgröße wird wiederum direkt in ein der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit entsprechendes Signal umgewandelt und dieses Signal registriert. Die registrierte Maximalgeschwindigkeit ist der Enzym-Aktivität proportional.

Die zu lösende Aufgabe besteht nun darin, ein Flüssigkeitsanalysegerät zu schaffen, das sich insbesondere zur Durchführung von auf der Messung von Änderungsgeschwindigkeiten berührenden Analysen eignet und das die rasche Zufuhr von reproduzierbaren Volumina von Reagens zu einer Analysezelle erlaubt, während der Analyse einen Flüssigkeitsabzug aus der Kammer über die Entlüftungsleitung verhindert, sowie die vollständige Entleerung der Flüssigkeit aus der Zelle nach der Analyse der Flüssigkeit gestattet.

Zu diesem Zweck ist bei einem Flüssigkeitsanalysegerät der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Hilfsflüssigkeit eine Reagenzflüssigkeit ist, daß in der zweiten Leitung eine Drosselstelle im Anschluß an den Austrittskanal der Zelle vorgesehen ist und daß diese Drosselstelle genügend eng ist, um eine Flüssigkeitsströmung durch die Drosselstelle, außer bei Betätigung der zweiten Pumpe zu verhindern.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch dargelegt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine Flüssigkeitsanalyse-Apparatur,

F i g. 2 in schematischer Darstellung die Steuer- und Schaltanordnung zur Betätigung des Rührmotors und des Elektromagnetventils in der Apparatur aus F i g. 1,

F i g. 3 in vergrößerter Schnittansicht die Analysezelle in der Apparatur von F i g. 1, mit einem in der Zelle angeordneten polarographischen Sauerstoff-Meßfühler.

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Fig.4 eine horizontale Schnittansicht im Schnitt längs der Linie 4-4 aus F i g. 3,

Fig.5 eine Draufsicht auf das in der Zelle von F i g. 3 verwendete Rührorgan.

Das in F i g. 1 gezeigte Anal>s,egerät ist als Ganzes S mit 10 bezeichnet Das Gerät weist eine Analysezelle 12 in Form eines Blocks 14 auf, der vorzugsweise aus einem hydrophoben Isoliermaterial wie beispielsweise Polytei/afluoräthylen, Polychlortrifluoräthylen oder Polypropylen besteht; jedoch könnte der Block auch aus einem mit Polytetrafluorethylen oder anderen ähnlichen hydrophoben Kunststoffen überzogenem Metall hergestellt sein. In dem Block ist eine vertikal verlaufende zylindrische Kammer 16 vorgesehen. Am oberen Ende ist die Kammer mit einer Schraubkappe 18 verschlossen. In der Kappe ist eine vertikal verlaufende, sich verjüngende Bohrung 19 vorgesehen, als Führung für die Spitze einer Mikrodosiervorrichtung, wie beispielsweise einer (nicht dargestellten) Pipette oder Bürette, zum Einsetzen dieser Mikrodosiervorrichtung in so einer reproduzierbaren Stellung in die Kammer zum Zweck der Einbringung einer Probe in die Kammer. In einer horizontal durch die Wandung des Blocks 14 führenden Bohrung 21 ist ein Flüssigkeitsanalyse-Meßfühler 20, wie beispielsweise ein polarographischer Sauerstoff-Meßfühler angeordnet Der Boden 22 der Kammer 16 hat eine konische Form. Zwei in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegende Kanäh 23 und 24 schneiden sich im Scheitel 26 dieses konischen Bodens der Kammer. Die äußeren Enden der Kanäle münden an der Außenoberfläche 28 des Blocks. In der Kammer ist ein magnetisches Rührorgan 30 angeordnet Dieses Element ist zum Drehantrieb durch einen unterhalb des Blockes angeordneten Magneten 32 ausgebildet, der seinerseits von einem Rührmotor 34 angetrieben wird. Weitere Einzelheiten der Zelle 12, des Meßfühlers 20 und des Rührorgans 30 werden später noch beschrieben. Eine Leitung 36 verbindet den Kanal 23 in der Zelle 12 mit einem Behälter bzw. Reservoir 38, das ein geeignetes Reagens, wie beispielsweise GIukoseoxydase, aufnimmt Mittels einer als Ganzes mit 40 bezeichneten Pumpe kann Reagens aus dem Reservoir 38 entnommen und über den Kanal 23 in die Kammer 16 der Analysezelle gefördert werden. Diese Pumpe ist vorzugsweise in Form eines Hebers bzw. einer Injektionsspritze mit einem stationär montierten Kolben 42 und einem gegenüber dem Kolben verschieblichen Gehäuse bzw. Zylinder 44 ausgebildet Im einzelnen weist die Pumpe ein vertikales Zylindergehäuse 46 mit einem Flansch 48 auf, der an einer geeigneten Unterlagefläche 50 befestigt sein kann. In den unteren Teil des Gehäuses 46 ist ein Anschlagteil 52, wie beispielsweise eine Stellschraube, eingeschraubt An der Unterseite des Anschlagteils 52 ist zur leichteren Einstellung innerhalb des Gehäuses ein Schlitz 54 vorgesehen. Der Kolben 42 ist an seinem unteren Ende mit einem Flansch 56 versehen, der auf der Oberseite 58 des Anschlagteils 52 aufruht An seinem oberen Ende 60 ragt der Kolben gleitend in das untere Ende des Kolbenzylinders 44 hinein. Dieser Kolbenzylinder 44 ist an seinem unteren Ende mit einem auswärtsgerichteten Flansch 62 versehen, während das Gehäuse 46 einen einwärtsgerichteten Flansch 64 aufweist, der über dem Flansch 62 des Zylinders 44 liegt. Der Kolben 42 ist von einer Wickelfeder 66 umgeben. Die Feder liegt mit ihrem unteren Ende gegen die Oberseite des Flansches 56 an und drückt so den Kolben 42 in Anlage gegen die Oberseite 58 des Anschlagteils 52. Mit ihrer oberen Wicklung liegt die Feder 66 gegen die Unterseite 68 des Flansches 62 an dem Zylindergehäuse 44 an und drückt so dieses in Anlage gegen den Flansch 64. Der Flansch 64 wirkt somii als Anschlag zur Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Zylinders 44 gegenüber dem Kolben 42.

An seinem oberen Ende ist der Kolbenzylinder 44 mit einer Austrittsöffnung 70 versehen. Am oberer Ende des Kolbenzylinders 44 ist ein Betätigungsgriff 72 für den Zylinder 44 befestigt; der Betätigungsgriff 72 is1 an seinem unteren Ende mit einem Kanal 74 versehen der mit der Austrittsöffnung 70 des Kolbenzylinders 44 in Verbindung steht Dieser Kanal 74 ist über eine biegsame Leitung 75 mit der Leitung 36 verbunden. Die Leitung 75 ist genügend lang und biegsam, derart, daß sie zusammen mit dem Kolbenzylinder 44 beweglich ist, wenn dieser nach unten auf den Kolben 42 zu gestoßen bzw. gedrückt wird. Der Zylindergriff 72 erstreckt sich mit seinem oberen Ende 76 durch eine öffnung 78 in einer Wandung 80 des Analysegeräts und ist so bequem zur Handbedienung durch einen Benutzer zugänglich. In der Praxis ist es zweckmäßig, daß die Zelle 12 in der Wandung 80 des Gehäuses des Geräts angeordnet ist, derart daß die Probensubstanz von einer Stelle über der Wandung her in die Kammer 16 gefördert werden kann, während der Meßfühler 20 und der Rührmotor 34 zusammen mit dem Pumpaggregat 40 unter der Wandung und damit nicht sichtbar angeordnet sind. Eine derartige Anordnung und Ausbildung erleichtert auch die thermostatische Regelung der Zelle 12 und der Reagenspumpe 40.

Wie ohne weiteres ersichtlich, wird, wenn der Benutzer einen Druck auf das obere Ende 76 des Kolbengehäuses ausübt und dieses hierdurch abwärts in Richtung auf den stationär angeordneten Kolben 42 zu drückt in dem Kolbenzylinder befindliche Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung 70, den Kanal 74 und die biegsame Leitung 75 herausgedrückt wird. Beim Loslassen des Griffs 42 wird das Kolbengehäuse 44 durch die Feder 66 in seine obere Grenzlage zurückgestellt wodurch in dem Kolbcngehäuse 44 ein Teilvakuum erzeugt wird, welches Flüssigkeit durch die Leitung 75 in das Kolbengehäuse zieht. Der Hub des Kolbengehäuses 44 relativ gegenüber dem Kolben 42 und damit das von der Einspritzpumpe 40 geförderte Flüssigkeitsvolumen läßt sich durch entsprechende Verstellung des Anschlags 52 in dem Gehäuse 46 auf jeden beliebigen vorgegebenen Wert einstellen. Diese Einstellung muß selbstverständlich vor der Anbringung des Gehäuses 46 auf der Oberfläche 50 erfolgen. Wie ersichtlich, wird das Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Kolbengehäuses 44 gegenüber dem Kolben, und damit das von der Pumpe geförderte Flüssigkeitsvolumen, durch die Anlage des an dem Kolbengehäuse vorgesehenen Flansches 62 gegen den an dem Gehäuse 46 vorgesehenen Flansch 64 bestimmt Falls es erwünscht ist, das von der Pumpe 40 geförderte Flüssigkeitsvolumen noch nach der Anbringung des Gehäuses 46 an der Fläche 50 verringern zu können, so kann hierzu ein zweites Einstellorgan vorgesehen sein. Dieses Organ wird von einem Bund 81 gebildet, der an dem Betätigungsorgan 72 mittels einer Stellschraube 82 verstellbar angeordnet ist Wie ersichtlich, läßt sich durch Anheben des Bunds 81 gegenüber der in F i g. 1 gezeigten Lage das Kolbengehäuse 44 infolge der Anlage des Bunds 81 gegen die Gehäusewandung 80 abwärts verschieben, wodurch das Volumen im Inneren des Kolbengehäuses 44 verringert wird.

An der Unterseite der Gehäusewandung 80 ist ein als

Ganzes mit 84 bezeichneter Schalter vorgesehen. Dieser Schalter dient zur Steuerung des Rührmotors 34 und wird weiter unten in Verbindung mit F i g. 2 mit näheren Einzelheiten beschrieben. Der Schalter 84 wird durch einen von dem Betätigungsorgan 72 für das Kolbengehäuse 44 seitlich abstehenden Finger 85 betätigt.

Wie aus Fi g. 1 ersichtlich, ist die Leitung 75 mit der Leitung 36 zwischen zwei Absperr- bzw. Rückschlagventilen 86 und 88 verbunden. Das Sperrventil 86 gestattet die Entnahme von Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 38, verhindert jedoch eine Flüssigkeitszufuhr \zu diesem Behälter. Das Sperrventil 88 gestattet die Zufuhr von Flüssigkeit über die Leitung 36 in die Kam; mer 16, jedoch keine Entnahme von Flüssigkeit aus der Kammer über diese Leitung. Die beiden Rückschlagventile können gegebenenfalls zu einem einzigen Bauteil kombiniert werden.

Im Betrieb der Pumpe 40 wird, wenn der Benutzer das Betätigungsorgan 72 für das Kolbengehäuse niederdrückt, Flüssigkeit aus dem Kolbengehäuse 44 über die biegsame Leitung 75, die Leitung 36 und das Rückschlagventil 88 in die Zellenkammer 16 gedrückt. Nach dem Loslassen des Betätigungsorgans für das Kolbengehäuse wird dieses durch die Feder 66 in seine obere Grenzlage zurückgestellt, wodurch Reagens aus dem Vorratsbehälter 38 über das Rückschlagventil 86 und die Leitung 75 in das Kolbengehäuse 44 aufgesaugt wird. Bei darauffolgendem abermaligem Niederdrükken des Betätigungsorgans 72 wiederholt sich dieser Zyklus. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß das Analysegerät eine einfache und billige Vorrichtung zur Zufuhr von reproduzierbaren Flüssigkeitsvolumina aus dem Behälter 38 in die Kammer 16 an die Hand gibt wobei die betreffenden jeweiligen Fördervolumina durch Verstellung des Anschlagteils 52 oder des Bundes 81 auf jeden beliebigen vorgegebenen Wert einstellbar sind.

Des weiteren ist eine zweite Pumpvorrichtung und Schaltanordnung zum Abzug von Flüssigkeit aus der Kammer 16 sowie zur Steuerung des Rührmotors 34 und eines normalerweise geöffneten elektromagnetischen oder Solenoidventils 90 vorgesehen, das weiter unten noch beschrieben wird. Diese zweite Pump- und Schaltvorrichtung kann den gleichen Grundaufbau wie die Pumpe 40 und der Schalter 84 besitzen, und in der Zeichnung sind entsprechend die gleichen Bezugsziffern, mit Strich versehen, zur Bezeichnung gleicher oder entsprechender Teile verwendet Wie die Pumpe 40 weist die zweite Pumpe 40' ein Betätigungsorgan 72' für das Kolbengehäuse auf; das Betätigungsorgan 72' erstreckt sich aufwärts durch eine öffnung 78' in der Gehäusewandung 80. Von dem Betätigungsorgan 72' für das Kolbengehäuse steht seitlich ein Finger 85' zur Betätigung des Schalters 84' hervor, der seinerseits den Rührmotor 34 und das elektromagnetische Ventil 90 steuert

Eine Leitung 92 verbindet den Austrittskanal 24 der Probenzelle 12 mit einem Abfallbehälter 94. Ober eine Leitung 96 steht die Leitung 92 mit der Atmosphäre in Verbindung. Das normalerweise geöffnete SoIenoidventil 90 liegt in der Leitung 96 und schlieBt diese Leitung bei Betätigung des Elektromagneten. Die Austrittsöffnung 70' des Kolbengehäuses 44' der zweiten Pumpe ist über eine flexible Leitung 75' mit der Leitung 92 verbunden. In der Leitung 92 liegt zwischen der Abzweigung der Leitung 96 und der Abzweigung der Leitung 75' ein Rückschlagventil 98; ein weiteres Rückschlagventil 100 ist in der Leitung 92 zwischen der Ab zweigung der biegsiamen Leitung 75' und dem Abfallbehälter 94 vorgesehen. Das Ventil 98 gestattet eine Strömung durch die Leitung 92 aus der Kammer 16 in die Leitung 75' und verhindert eine Strömung in der entgegengesetzten Richtung durch die Leitung; das Ventil 100 gestattet die Strömung der Flüssigkeit in den Abfallbehälter und sperrt gegen den Rückfluß der Abfallflüssigkeit aus dem Behälter.
Die Pumpe 40' wirkt in der Weise, daß beim Drücken

ίο des Betätigungsorgans 72' für das Kolbengehäuse in dem Kolbengehäuse 44' vorhandene Flüssigkeit durch die biegsame Leitung 75' und über das Rückschlagventil 100 in den Behälter 94 für die Abfallfiüssigkeit gedrückt wird. Beim Loslassen des Betätigungsorgans 72' für das Kolbengehäuse wird das Kolbengehäuse 44' durch die in der Pumpe 40' vorgesehene (nicht dargestellte) Wickelfeder in seine obere Grenzlage rückgestellt wodurch Flüssigkeit aus der Kammer 16 über die Leitung 92, das Rückschlagventil 98 und die biegsame

ao Leitung 75' in das Kolbengehäuse 44' abgesaugt wird. Bei einem darauffolgenden abermaligen Niederdrücken des Betätigungsorgans 72' wiederholt sich dieser Zyklus, derart, daß der Benutzer die Kammer 16 nach Wunsch entleeren und die aus der Kammer geförderte

»5 Flüssigkeit in den Behälter 94 für die Abfallflüssigkeit zuführen kann.

Wesentlich bei dem Analysegerät ist nun, daß in der Leitung 92 nahe dem Austrittskansl 24 der Probenzelle eine Drosselstelle 102 vorgesehen ist Die Drosselstelle ist vorzugsweise in Form einer verengten Leitung oder Röhre aus einem hydrophoben Material wie beispielsweise Polytetraflouräthylen ausgeführt. Diese Drosselstelle hat zwei Funktionen. Zum einen ist sie hinreichend klein und lang, derart daß sie während des Ansaughubs der Pumpe 40' nur einen verhältnismäßig langsamen Abzug der Flüssigkeit aus der Kammer 16 gestattet. Diesem Merkmal liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß, falls der Flüssigkeitsabzug aus der Kammer sehr rasch vor sich geht dann einige Flüssigkeitströpfchen an den Wänden der Kammer und der Rührstange 30 zurückbleiben und daher nicht durch die Leitung 92 in den Behälter für die Abfallflüssigkeit abgeführt werden. Hingegen gewährleistet ein langsamer Abzug der Flüssigkeit aus der Kammer 16, in der Größenordnung von 5 bis 10 ml pro Minute im Fall eines Biut-Glukoseoxydase-Gemisches, eine vollständige Entleerung der Kammer, da die Oberflächenspannung der sich langsam bewegenden Flüssigkeitsmenge in der Kammer sämtliche Tröpfchen durch den Boden der Kammer mit abfährt Bei der auf der Messung einer Änderungsgeschwindigkeit beruhenden Analyse ist es wesentlich, daß keinerlei Tröpfchen in der Kammer IC zurückbleiben, da für eine derartige Analyse genau bekannte Konzentrationen der Probeflüssigkeitund des

Reagens erforderlich sind, und irgendwelche Änderungen bzw. Schwankungen dieser Konzentrationen, wie sie durch in der Kammer von einer vorhergehender Analyse zurückbleibenden Flüssigkeitströpfchen verursacht werden könnten, zu Fehlern in der Analyse füh- ren würde.

Zum zweiten ist die Drosselstelle J02 genügend kleir und lang ausgebildet derart daß sie als Ventil zur Ver hinderung eines Flüssigkeitsabzugs aus der Kammei über die Enttöftungsleitnng 96 während der Analyst der Probe wirkt Die Drosselstelle 102 ist zwar geöff net wirkt jedoch aus dem Grund als Ventil, da bei Be tätigung der Pumpe 40' zur Entleerung der Kammer U zusammen mit der Flüssigkeit aus der Kammer 16 Ga:

in die Drosselleitung 102 gelangt. Dieser Gasanteil liegt in Form von Blasen vor, welche kleine Flüssigkeitssäulchen in der Drosselstelle voneinander trennen; infolge der Oberflächenspannung der Blasen an den Wandungen der Drosselleitung wird eine Flüssigkeitsleitung durch die Drosselstelle als Folge nur der kleinen Flüssigkeitssäule in der Probenzelle verhindert, vielmehr kommt eine Flüssigkeitsströmung nur zustande, wenn in der Leitung 92 durch die Pumpe 40' ein Sog erzeugt wird. Die Drosselstelle 102 in der Leitung muß daher so bemessen werden, daß eine Flüssigkeitsströmung durch die Leitung außer bei Betätigung der Pumpe 40' verhindert wird; die Bemessung der Drosselstelle hängt natürlich von der Viskosität der zu analysierenden Flüssigkeit ab. Für ein Blut-Glukoseoxydase-Gemisch hat sich ergeben, daß eine Drosselstelle von 12,7 bis 38,1 cm Länge und mit einem Innendurchmesser von 0,0305 bis 0,0457 cm den vorstehend erläuterten Bedingungen hinsichtlich eines langsamen Flüssigkeitsabzugs und der erwähnten Ventilwirkung genügt.

Das Solenoidventil 90 ist normalerweise geöffnet, derart, daß die Leitung 92 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Hierdurch wird gewährleistet, daß in der Leitung 92 kein Unterdruck nach der Betätigung der Pumpe 40' zurückbleibt. Andernfalls könnte durch ein in der Leitung bestehender Unterdruck Flüssigkeit aus der Kammer 16 während der Analyse abgezogen verden, was offensichtlich zu Fehlern in der Analyse führen würde. Die normalerweise geöffnete Lüftungsleitung % gewährleistet ferner, daß der atmosphärische Luftdruck die Rückkehr des Kolbengehäuses 44' in seine oberste Stellung nach der Betätigung der Pumpe durch den Benutzer unterstützt. Wie ersichtlich, wird das Solenoidventil 90 durch den Schalter 84' bei Betätigung der Pumpe 40' geschlossen, derart, daß beim Abzug der Flüssigkeit aus der Kammer 16 keine Luft über die Leitung % in die Leitung 92 mit angesaugt wird.

Im folgenden wird nun an Hand von F i g. 2 die Steuer- und Schaltanordnung für das Solenoidventil 90 und den Rührmotor 34 erläutert. Wie bereits erwähnt, besitzt der Schalter 84' im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Schalter 84 und für die Teile der beiden Schalter sind daher gleiche Bezugsziffern, die im Fall des Schalters 84' mit Strich versehen sind, zur Bezeichnung gleicher bzw. entsprechender Teile verwendet. Der Schalter 84 weist ein Gehäuse 104 auf, an dem ein Hebel 106 schwenkbar gelagert ist, der mit seinem Ende 108 gegen die Oberseite des Fingers 85 anliegt. In dem Gehäuse 104 sind zwei feste Schaltkontakte 110 und 112 angeordnet Zwischen den beiden Festkontakten 110 und 112 ist ein schwenkbar gelagerter Schalterhebel 114 vorgesehen. Durch das Gehäuse 104 erstreckt sich ein Isolierknopf 116. der mittels einer Feder 118 zum Eingriff gegen die Oberseite des Hebels 106 gedruckt wird. Der Festkontakt 112 ist mit dem einen Anschluß des Rührmotors 34 über einen Leiter 120 verbunden. Der andere Anschluß des Rührmotors ist über einen Leiter 122 mit der einen Klemme einer Stromquelle, vorzugsweise einer llO-V-Wechselstromquelle verbunden. Der andere Festkontakt HO des Schalters 84 ist nicht verwendet Der bewegliche Schaltarm 114 ist über einen Leiter 126 mit dem Festkontakt U? des Schalters 84' verbunden. Der bewegliche Schaltarm 114' des Schalters 84' ist über einen Leiter 128 und einen Schalter 130 mit der zweiten Klemme 132 der Stromquelle verbunden. Der andere Festkontakt UO' des Schalters 84' ist über einen Leiter 134 mit dem einen Anschluß des Solenoidventils 90 verbunden, dessen anderer Anschluß mit der Leitung 122 verbunden ist.

Zur Inbetriebnahme des Analysegeräts 10 als Ganzes wird der Schalter 130 geschlossen. Zu dieser Zeit befindet sich das Kolbengehäuse 44 der Einspritzpumpe 40 in seiner oberen Grenzlage. Dies hat zur Folge, daß das Schalterbetätigungsorgan 85 den Arm 106 nach oben drückt, derart, daß der bewegliche Schaltarm 114 mit dem Festkontakt 112 schließt. Gleichzeitig befindet

ίο sich auch das Kolbengehäuse 44' des Schalters 84' in seiner oberen Grenzlage, derart, daß auch der Festkontakt 112' und der Schaltarm 114' des Schalters 84' Kontakt geben. In diesem Zustand ist der Rührmotor 34 erregt. Beim Niederdrücken des Betätigungsorgans 72

is für das Kolbengehäuse der Pumpe 40 wird der Schaltarm 140 durch die Feder 118 aus der Schließstellung mit dem Festkontakt 112 verschwenkt, wodurch die Stromerregung des Rührmotors 34 abgeschaltet wird, bis das Kolbengehäuse 44 unter der Wirkung der Wik-

ao kelfeder 66 wieder in seine obere Grenzlage zurückgestellt ist. Entsprechend ist, wenn sich der Schalter 84' in der in F i g. 2 gezeigten Stellung befindet, das Solenoid 90 nicht erregt. Beim Niederdrücken des Betätigungsorgans 72' für das Kolbengehäuse 44' wird der Schalt-

»5 arm 114' des Schalters 84' durch die Feder 118' aus der Schließstellung mit dem Festkontakt 112' in die Schließstellung mit dem Festkontakt HO' verstellt; hierdurch wird der Rührmotor entregt und das Solenoidventil erregt, bis das Kolbengehäuse 44' durch die Rückstellfeder in der Pumpe 40' wieder in seine obere Grenzlage zurückgestellt ist.

Im Normalbetrieb arbeitet das Analysegerät 10 wie folgt: Es sei zunächst angenommen, daß der Schalter 130 geschlossen ist, daß das Kolbengehäuse 44 eine bekannte Menge Reagens enthält, die Zufuhr aus dem Behälter 38 aufgesogen wurde, und daß das Kolbengehäuse 44' ein zuvor aus der Kammer 16 abgesaugtes Gemisch aus Reagens und Probensubstanz enthält. Da sich beide Kolbengehäuse 44 und 44' der beiden Pumpen in ihrer oberen Normalstellung wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt, befinden, ist der Rührmotor mit Strom beaufschlagt und das Solenoidventil stromlos. Die Kammer 16 ist zu dieser Zeit leer. Sodann wird das Betätigungsorgan 72 für die Pumpe 40 niedergedrückt um Reagens aus dem Kolbengehäuse 44 über den Zufuhrkanal 23 in die Kammer 16 zu fördern. Bei der Abwärtsbewegung des Betätigungsorgans 72 kommt der Schaltarm 114 außer Kontakt mit dem Festkontakt 112, wodurch der Rührmotor während der Zufuhr des Reagens in die Kammer 16 stromlos wird. Das Rührorgan 30 befindet sich daher während der Zufuhr des Reagens durch den Boden der Kammer in Ruhe. Hierdurch wird gewährleistet daß die Flüssigkeit in der Kammer glatt und ungestört an den Wänden der Kammer emporsteigen kann und hierbei die gesamte Luft in den unteren Teil der Kammer verdrängt wobei die Bildung von Blasen und ihr Einschluß am Boden der Kammer vermieden werden, die ansonsten später nach oben zu der Fühlspitze des Meßfühlers 20 wandern könnten. Die Vermeldung von Blasen in der Nähe des empfindlichen Endes des Meßfühlers ist deswegen bedeutsam, weil die Ausgangsgröße des Meßfühlers durch an seinem empfindlichen Ende vorbeiwandernde Blasen nachteilig beeinflußt wird. Sobald das Kolbengehäuse 44 nach dem Loslassen des Betätigungsorgans 72 durch den Benutzer in seine obere Grenzlage zurückkehrt drückt der Finger 85 den Schalterarm 114 wieder in Anlage gegen den Festkontakt 112, wodurch der Rührmotor 34 mil

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Strom beaufschlagt wird; das Reagens wird daher nunmehr umgerührt, um einen Gleichgewichtszustand an dem Meßfühler herbeizuführen und eine gute Mischung bei der nachfolgenden Zugabe der Probensubstanz in die Zelle für die Änderungsgeschwindigkeits-Analyse der Probe zu gewährleisten. Nach einer zur Herstellung eines Gleichgewichtszustandes des Reagens mit dem Meßfühler ausreichenden Zeit (etwa 10 bis 30 Sekunden) wird eine bekannte Menge der Probensubstanz, beispielsweise von Blutserum oder Urin durch die Öffnung 19 in der Schraubkappe 18 in die Kammer 16 eingeführt. Zu dieser Zeit ist das Rührorgan 30 in Tätigkeit, da der Motor 34 noch mit Strom beaufschlagt ist. Das Rührorgan 30 gewährleistet eine wirksame Durchmischung und Zufuhr des Reaktionsgemischs zu dem Meßfühler 20, der den fortschreitenden Reaktionsablauf mißt. Die Ausgangsgröße des Meßfühlers 20 wird elektronisch ausgewertet und liefert die gewünschte, auf der Änderungsgeschwindigkeit berührende Analyse der Probe.

Nach der Durchführung der Analyse der Probe wird das Proben-Reagens-Gemisch durch Drücken des Betätigungsorgans 72' aus der Kammer 16 abgeführt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbengehäuses 44' wird die Zufuhr in dem Kolbengehäuse befindliche frühere Flüssigkeit in den Behälter 94 für die Abfallflüssigkeit gefördert. Bei der Rückstellung des Kolbengehäuses 44' in seine obere Grenzlage durch die Rückstellfeder in der Pumpe 40' wird die in der Kammer 16 enthaltene Flüssigkeit durch die Leitung 92 in das Kolbengehäuse 44' gesaugt. Solange das Betätigungsorgan 72' gedrückt ist und während seiner Rückkehr in die Normalstellung ist der Kontakt zwischen dem Schalterarm 114' und dem Festkontakt 112' unterbrochen, wodurch der Rührmotor 34 stromlos wird. Während der Abfuhr der Flüssigkeit aus der Kammer 16 befindet sich daher das Rührorgan 30 in Ruhe. Hierdurch wird vermieden, daß ein Flüssigkeitsfilm infolge der Wirkung des Rührorgans während des Flüssigkeitabfuhrvorgangs an den Wandungen der Kammer zurückgehalten wird. Außerdem ist während dieser Zeit das Solenoidventil 90 infolge des Kontakts zwischen dem Festkontakt 110' und dem Schalterarm 114' mit Strom beaufschlagt Während des Ansaug- oder Vakuumhubs der Pumpe 40', d. h. bei der Rückkehr des Kolbengehäuses 44' in seine obere Grenzstellung, ist daher die Lüftungsleitung 96 geschlossen, um zu gewährleisten, daß nur aus der Kammer 16 und nicht durch die Entlüftungsleitung Substanz in das Kolbengehäuse 44' gefördert wird. Sobald das Kolbengehäuse 44' wieder vollständig in seine obere Normalstellung zurückgekehrt ist, wird der Rührmotor 30 wieder mit Strom beaufschlagt und der vorstehend beschriebene Vorgang kann sich zur Analyse wetterer Proben wiederholen.

In der vorstehenden Beschreibung wurde als Pumpe 40' eine Pumpe vom Injektionsspritzentyp mit einem Saug- bzw. Vakuum- und einem Druckhub angenommen; selbstverständlich können jedoch als Pumpe 40' an Stelle der erläuterten Injektionsspritzenpumpe andere Pumpenarten wie beispielsweise eine Sauggebläsepumpe, die nur eine Saugwirkung besitzt zum Abzug der Flüssigkeit aus der Kammer 16 verwendet werden.

Im folgenden sollen nun an Hand der F i g. 3 und 4 der Aufbau der Zelle 12, des Meßfühlers 20 und der Rührvorrichtung mit näheren Einzelheiten erläutert werdea Vorzugsweise verlaufen der Eintrittskanal 23 für die Zufuhr des Reagens und der Austrittskanal 24 der Zelle unter einem stumpfen Winkel zueinander.

vorzugsweise unter einem Winkel von etwa 135°, wie am besten aus F i g. 4 ersichtlich. Bei einer solchen Anordnung der Kanäle wird das durch den Kanal 23 zugeführte Reagens tatsächlich wirksam in die Kammer 16 eintreten, statt gleich wieder durch den Kanal 24 aus der Zelle austreten zu wollen. Da die Kammer 16 im Vergleich zu ihrer Höhe einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt besitzt und infolge der schräg geneigten Wandungsteile des konisch ausgestalteten Bodens 22

ίο wird eine rasche und im wesentlichen vollständige Entleerung der Kammer erreicht, derart, daß bei der Entleerung des Geräts nur sehr wenig Rückstand zurückbleibt. Wie bereits erwähnt, bleibt das Rührorgan 30 während der Leerung im Ruhe, derart, daß die Flüssigkeit nicht an den Wänden der Kammer 16 nach oben geschleudert wird und dort während der Leerung der Kammer durch die Pumpe 40' zurückbleiben könnte.

Bei dem hier beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Meßfühler ein polarogra- phischer Sauerstoff-Meßfühler. Selbstverständlich können jedoch an Stelle des polarographischen Sauerstoff-Meßfühlers, oder zusätzlich zu diesen, anderweitige Fühlorgane wie beispielsweise andere elektrochemische Meßfühler oder Elektroden für elektrolytische Leitfähigkeitsmessungen unmittelbar in der Seitenwandung der Probenzelle in inniger Berührung mit der darin befindlichen Flüssigkeit angeordnet werden, wobei die beschriebenen Vorteile der Zelle 20 und der Rührvorrichtung auch in diesem Falle wirksam bleiben.

Außerdem können die Wandungen oder Wandungsteile der Probenzelle optisch durchsichtig ausgeführt werden, um eine Meßüberwachung mit optischen Mitteln, beispielsweise hinsichtlich der Lichtabsorption, Lichtstreuung oder Fluoreszenz zu ermöglichen; die beschriebenen Vorteile des Gesamtgeräts 10 bleiben hierbei ebenfalls erhalten.

Die Bohrung 21 in der Seitenwandung der Zelle 12, welche den Sauerstoff-Meßfühler 20 aufnimmt, weist einen Abschnitt 140 mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser auf, der an der Außenseite 28 des Blocks 14 mündet, sowie einen Abschnitt 142 mit einem relativ kleineren Durchmesser auf, der in die Kammer 16 mündet; die beiden Abschnitte bilden zusammen eine ringförmige Schulter 144. Der Meßfühler 20 weist eine ir einem Glas- oder Kunststoffkörper eingeschlossene Kathode oder Meßelektrode 146 und eine den Körpei 148 umgebende ringförmige Anode 150 auf. Eine selektiv durchlässige Membran 152 aus einem Material wi< beispielsweise Polyäthylen, Polytctrafluoräthylen odei Silikonkautschuk, wird mittels eines O-Kautschukring; 154 strammsitzend über der Anode und Kathode gehal ten. Hinter der Membran 152 ist zur elektrolytischei Verbindung der Anode und der Kathode ein Elektroly wie beispielsweise Kaliumchlorid in einem geeignete!

Gel vorgesehen. Im typischen Fall besteht die Anodi aus Silber, während die Kathode entweder aus Gol< oder Rhodium hergestellt ist

Auf das vordere Ende des Körpers 158 des Meßfüh lers ist eine Kappe 156 aufgeschraubt Diese Kappe is komplementär zu der Bohrung 140 und liegt mit ihre vorderen Stirnseite 160 gegen die Schulter 144 in der Block an. Die Kappe ist an ihrer vorderen Stirnseit mit einer Mittelöffnung 160 versehen. Das empfindlich Ende 162 des Meßfühlers mit der von der Membra

6s bedeckten Kathode 146 erstreckt sich durch diese öri nung 160 in den zweiten Abschnitt 142 der Bohrung 2 Vorzugsweise haben die Öffnung 160 und der Abschni 142 der Bohrung im wesentlichen gleichen Durchmei

ser und das empfindliche Ende 162 des Meßfühlers weist eine dem Bohrungsabschnitt 142 komplementäre Konfiguration auf, derart, daß er diesen Bohrungsabschnitt 142 vollständig abschließt und so einen Teil der Wandung in der Kammer 16 bildet.

Durch die vorstehend beschriebene Anbringung und Halterung des Meßfühlers 20 wird erreicht, daß nur das empfindliche Ende 162 der Flüssigkeit in der Kammer 16 ausgesetzt ist, derart, daß nur eine minimale Flüssigkeitsmenge im Bereich des Meßfühlers nach der Abfuhr der Flüssigkeit aus der Zellenkammer Ib zurückgehalten wird.

Wie im einzelnen aus F i g. 4 ersichtlich, sind die Bohrung 21 und der Meßfühler 20 zwischen den Kanälen 23 und 24 angeordnet, derart, daß durch den Kanal 23 eintretende Flüssigkeit in einer von dem empfindlichen Ende 162 des Meßfühlers wegführenden Richtung in die Kammer 16 gelangt. Hierdurch wird die Möglichkeit, daß Gasblasen in der eintretenden Flüssigkeit über das empfindliche Ende des Meßfühlers wandern, wo- ao durch Fehler in das Ausgangssignal des Meßfühlers eingeführt wurden, weitestmöglich verringert. Da der Meßfühler 20 in der Seitenwandung des Blocks 14 angeordnet ist, ist die Kammer 16 — ersichtlich von der Oberseite der Zelle her — leicht zugänglich, ohne daß der Meßfühler entfernt zu werden brauchte.

Das Rührorgan ist am besten aus den F i g. 3 und 5 ersichtlich. Es besitzt eine insgesamt zylindrische Form und ist in der Kammer 16 vorzugsweise so gelagert, daß seine Längsachse oder Rotationsachse koaxial bezüglich der vertikalen Längsachse der Kammer liegt. Vorzugsweise besteht, das Rührorgan aus einem hydrophoben Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polypropylen. In dem Rührorgan 30 ist ein Permanentmagnet 164 mit Polen an seinen entgegengesetzten Enden — wie in den F i g. 3 und 5 angedeutet — in horizontaler Lage eingebettet. Die magnetische Achse des Rührorgans 30 ist somit insgesamt senkrecht zur Rotationsachse des Organs. Bei einer Verdrehung des Magneten 32 durch den Motor 34 rotiert daher das Rührorgan 30 um die Längsachse der Kammer 16.

Wie aus F i g. 5 ersichtlich, verläuft diametral über die obere Stirnseite des Elements 30 eine Nut 166. Infolge dieser Nut und der relativen Anordnung des Rührorgans 30 gegenüber dem Meßfühler 20 wird bei der Drehung des Rührorgans 30 eine verhältnismäßig hohe tangentiale Rührkraft auf die dem empfindlichen Ende 162 des Sauerstoff-Meßfühlers benachbarte Flüs sigkeit ausgeübt, ohne daß in der Flüssigkeit eine nennenswerte Hohlraumbildung auftritt. Mit dieser Anordnung wird ein hoher Signal-Rausch-Abstand erreicht, was für ein Analyseverfahren der eingangs erwähnten Art mit direkter Differentiation von großer Bedeutung ist.

Vorzugsweise nimmt das Rührorgan 30 einen wesentlichen Teil des Volumens der der Kammer 16 unterhalb der oberen Kante des empfindlichen Endes 162 des Meßfühlers 20 ein. Beispielsweise kann es sich empfehlen, daß der Durchmesser des Rührorgans 30 fast ebenso groß wie der Durchmesser der Kammer 16 ist. Infolge des von dem Rührorgan eingenommenen Volumens und seiner Anordnung und Ausrichtung in der Kammer 16 braucht nur eine verhältnismäßig kleine Menge Reagens in die Kammer zugeführt zu werden, um ein das empfindliche Ende 162 des Sauerstoff-Meßfühlers übersteigendes Niveau zu erreichen. Die geringe Menge des Reagens gestattet gleichzeitig die Verwendung kleiner Mengen der Probensubstanz in der erfindungsgemäßen Zelle 12, derart, daß auf der Messung der Änderungsgeschwindigkeit beruhende Analysen sehr rasch an kleinen Probemengen von nur 10 bis 20 Mikrolitern Blutserum oder Plasma durchgeführt werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Flüssigkeitsanalysegerät mit einer Zelle, welche eine Kammer zur Aufnahme einer Flüssigkeitsprobe sowie mit dieser Kammer in Verbindung stehende Eintritts- und Austrittskanäle aufweist, sowie mit Vorrichtungen zur Zufuhr einer Flüssigkeit über den Eintrittskanal in die Zelle, die eine erste und eine zweite Pumpe aufweisen, von welchen die er- jo ste Pumpe Druck- und Saughübe ausfünrt und die zweite Pumpe bei Betätigung zumindest Saughübe ausführt und mit einem Vorratsbehälter für eine Hilfsflüssigkeit, der durch eine erste Leitung mit dem Eintrittskanal der Zelle und mit de- ersten Pumpe verbunden ist, wobei die erste Pumpe wahlweise zur Entnahme einer vorgegebenen Menge der Hilfsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter während des Saughubs und zur Förderung dieser Hilfsflüssigkeitsmenge an die Zellkammer über die erste ao Leitung während ihres Druckhubs betätigbar ist, wobei der Austrittskanal der Zellkammer über eine zweite Leitung mit der zweiten Pumpe verbunden ist und wobei die zweite Pumpe wahlweise zur Entnahme von Flüssigkeit aus der Zellkammer über as den Austrittskanal und die zweite Leitung betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit eine Reagenzflüssigkeit ist, daß in der zweiten Leitung (92) eine Drosselstelle (102) im Anschluß an den Austrittskanal (24) der Zelle (12) vorgesehen ist und daß diese Drosselstelle (102) genügend eng ist, um eine Flüssigkeitsströmung durch die Drosselstelle, außer bei Betätigung der zweiten Pumpe (40'), zu verhindern.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (92) über ein Ventil (90) mit der Umgebungsatmosphäre verbunden ist und daß das Ventil (90) während der Betätigung der zweiten Pumpe (40') geschlossen ist.

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