DE2022084A1

DE2022084A1 - Photometrischer Loesungsanalysator

Info

Publication number: DE2022084A1
Application number: DE19702022084
Authority: DE
Inventors: Anderson Norman Gulack
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1969-05-23
Filing date: 1970-05-06
Publication date: 1970-11-26
Also published as: IT954068B; FR2043636A1; AT303424B; JPS4920116B1; SE367061B; DE2022084C3; SU365081A3; CH519170A; BE750657A; ES378828A1; US3586484A; NL7007331A; DE2022084B2; GB1260804A

Description

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission Washington D· 0_o, USA

Photometrischer Lösungsanalysator

Die Erfindung betrifft Photometer, insbesondere einen photometrischen Lösungsanalysator zur gleichzeitigen Feststellung eines in einer Vielzahl getrennter Proben enthaltenen Stoffes, in dem die Feststoffe von den Proben abgetrennt und entfernt werden, bevor die Proben in die Messkuvetten geleitet werden·

Ein analytischer Photometer zur gleichzeitigen Feststellung eines einer Vielzahl getrennter Proben gemeinsamen Stoffes ist in der US Anmeldung 8er, Ko. 784,739 der gleichen Anmelderin beschrieben. In dieser Vorrichtung enthält· ein Zentrifugenrotor eine Vielzahl von Kammern oder Euvetten zur Aufnahme der Proben, so dass.ein rotierendes Euvetten-

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system entsteht. Eine zentral angeordnete Transfe-rscheibe erleichtert das Mischen und die Einleitimg der JProbeflüssigkeiten und Reagenzien unmittelbar in die Xuvetten.

Bei einigen .hier interessierenden Umsetzungen auf biochemischem Gebiet-bilden die Probeflüssigkeiten und Heagenzien beim Mischen Ausfällungen. Gelangen diese in das Kuvettensystem, so stör-en sie die photometrischen Messungen, In der A Vorrichtung der erwähnten Anmeldung bestellt aber keine Möglichkeit, eine solche Übertragung der Ausfiäilungen in die Messkuvetten zu vermeiden oder die Ausfällumsetzung in sonstiger Weise zu beherrschen«

Hinzu kommt, dass für zahlreiche Anwendungen proteinfreie .Filtrate benötigt werden. Das ist z. B.der JFaIl bei der Schätzung von säurelöslichen Nucleotiden, freien Aminosäuren und für verschiedene klinische Messungen, wie z« B. von Blutzucker. Bei diesen Versuchen und Messungen ist die jeweilige Ausfällung und das Verhältnis von !Probe und Reagenzien sehr unterschiedlich. Ein empfindlicher Test für die Vollständigkeit·der Ausfällung ist die Absorbanz der überstehenden Flüssigkeit im ultravioletten Bereich. Ein unvollständig niedergeschlagenes Protein trägt zur Absorption und Streuung bei und macht den Test ungenau.

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Die Erfindung hat einen photometrischen Lösungsanalysator zur Auf gate, in dem eine Ausfällung bildende Proben im Wesentlichen frei von der entstehenden Ausfällung gelassen bzw· analysiert werden können· ·

Die Aufgabe wird durch, den photometrischen Analysator der Erfindung gelöst, in dem eine erste Reihe von Kammerndie Proben im Ruhezustand der Scheibe und eine zweite Reihe von radial gesehen aussen um die erste Reihe angeordneten Kammern diese bei Fmdrehung der Scheibe aufnimmt, eine dritte Reihe von unterhalb der zweiten Reihe angeordneten und mit diesen für den Durchtritt von !flüssigkeit verbundenen Kammern nach Anhalten der Scheibe wenigstens einen Teil der durch das Schwerkraftgefälle in sie fliessenden flüssigen ; Probenbestandteile aufnimmt und bei erneuter Umdrehung der Scheibe zur Ecobenanalyse an die Kuvetten abgibt.

Der Verfahrenslösungsvorschlag sieht vor, dass getrennte Probemengen von beim Vermischen zu photometrisch, messbaren "'% Lösungen umsetzbaren Flüssigkeiten in eine Reihe von ersten Kammern in einem Rotor gegeben werden, während der Rotor stillsteht, der Rotor dann beschleunigt wird, bis die Zentrifugalkraft die Probemengen aus den ersten Kammern in eine Reihe von zweiten Kammern treibt, wo sie gemischt wer-

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den, der Rotor dann weiter soweit "beschleunigt wird, dass die Feststoffe niedergeschlagen werden und eine von Peststoffen freie, überstehende Flüssigkeit entsteht, hierauf die Eotorgeschwindigkeit soweit verlangsamt wird, dass die überstehende Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft aus den zweiten Kammern in eine Reihe von dritten Kammern fliesst.und der Rotor erneut beschleunigt wird, bis die Zentrifugalkraft die von Feststoffen freie Flüssigkeit aus der dritten Kammerreihe in eine Reihe von Kuvetten treibt, und die Lichtdurchlässigkeit der Kuvetten während des Rotorlaufs fortwährend gemessen wird.

Anhand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt schematisch und teilweise im Schnitt die Transferscheibe und den photometrischen Lösungsanalysator der Erfindung}

die Figuren 2-6 zeigen die Transferscheibe im Schnitt in verschiedenen, aufeinander folgenden Verfahrensstufen zum Mischen, Ausfällen und Übertragen flüssiger Lösungen»

Die Figur 1 zeigt die flache Rotoranordnung 1 mit dem mit Flanschbolzen versehenen Stahlrotorkörper 2, den Glasringen 3 und 4, einem geschlitzten Kuvettenring aus Polytetra-

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fluoräthylen 5, den aus dem gleichen Material gefertigten ■; Halteringen 6 und 7» und dem ebenfalls mit IPlanschbolzen versehenen Ring 8· Die Ringe 3» 4·, 5» 6 und 7 sind zwischen dem Rotorkörper 2 und dem Ilanschring 8 eingezwängt und "bilden in dem geschlitzten Kuvettenring 5 eine Vielzahl von radial verlaufenden Kuvetten 9· Die im Abstand voneinander und achsial mit den Kuvetten9 fluchtenden Löcher 10 in dem Rotorkörper 2, den Halteringen 6 und 7 und dem Planschring 8 bilden achsial verlaufende Durchlässe für ■"■■■■ -i den Durchgang eines XichtStrahls durch die Kuvetten· Eine zweistückige, zentral gelagerte, herausnehmbare iCransferseheibe 11 enthält mehrere Kammerrt 12 zur Aufnahme von flüs- · sigen Proben und Reagenzien im Ruhezustand des Rotors· Die Kammern 12 bilden eine Reihe von geneigt angeordneten, zylindrischen Hohlräumen (in der Zeichnung sind zur Vereinfachung nur zwei Hohlräume gezeigt), die an ihren oberen Enden miteinander verbunden und an ihren unteren Enden durchTrennwände13 voneinander abgetrennt sind« Die Trennwände 13 verhüten ein Vermischen der einzelnen Proben im Ruhezustand "des Rotors, während beim Rotieren der Scheibe die flüssigkeiten in die Niederschlagskainmern 14 fliessen können· Ein nach innen und unten gerichteter Durchlass 15 ■ führt vom Boden jeder einzelnen Niederschlagskammer 14· zum Kopfteil von einer unter' der Niederschlagskammer befind-

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lichen Haltekammer 16· Vom Boden der Haltekammern-führt ein nach oben und aussen gerichteter Durchlass 17 zu dem radial gesehen am weitesten innen liegenden Heil einer Küvette 9· Die abnehmbare Deckplatte 18 aus durchsichtigem Lucit hemmt die Verdunstung und vermeidet die Alblenkung der Flüssigkeit- durch die bei der Rotation entstehenden Luftströmungen» Der Antriebsmotor 19 für die Zentrifuge stützt die Rotoranordnung 1 gleichzeitig ab.

Der durch eine photometrische Lichtquelle und geeignete Projektionsmittel erzeugte Lichtstrahl konstanter Intensität schneidet die Rotoranordnung an einem den radialen Stellungen der Kuvetten 9 uncL der im Abstand angeordneten Löcher 10 entsprechenden Punkt, Dieser in der !"igur durch die unterbrochene Linie angedeutete Lichtstrahl ist so ausgerichtet, dass dieser durch das Loch IO und die Küvette fällt, sobald diese im Verlauf der Rotation der Scheibe durch den Strahlengang fahren· Die photometrisehe Lichtquelle besteht z. B· aus einer Glühlampe 20 und einem unter der Rotoranordnung vorgesehenen Spiegel 21, der das Lichtbündel nach oben, im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsebene reflektiert. Unter der Rotoranordnung 1 ist der elektronische Photodetektor 22 so ausgerichtet, dass das bei der Rotation durch die Kuvetten tretende Licht auf ihn

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fällt -und so ausgelegt, dass sein Ausgang ein derübertra- * genden Lichtintensität proportionales, elektronisches Signal liefert. Der Photodetektor enthält z. B. eine Photovervielfacherröhre, die direkt über dem Kuvettenring liegt, damit sie das gesamte nach oben durch die achsial fluchtenden öffnungen tretende Licht empfängt·

Die übrigen, in der Figur 1 im Blockschema gezeigten elektronischen Bauteile bestehen z. B. aus einem Proportional- <J tachometer 23, der ein der Botorgeschwindigkeit proportionales Spannungssignal auf einen Sägezahnsignalgenerator 24 gibt., der das Signal seinerseits in einen Impulsabtaster speist. Ein Umdrehungsdetektor 26 synchronisiert die Sägezahnsignalfrequenz mit der Rotorgeschwinaigkeit₀ Der durch ' die Sägezahnsignalgeneratorfreq;uenz synchronisierbare Impulsabtaster 25 spricht proportional auf die in dem Photodetektor 22 erzeugten Impulse an und sortiert sie nach ihrem Ursprung. Die Impulsspitzenabiesemittel 27 geben eine standige und gleichzeitige Anzeige der Photodurchlässigkeit des flüssigen Inhalts geder einzelnen Küvette. Aufbau und Arbeitsweise der elektrronischen Bauteile 23 - 27 sind in der US-Anmeldung Ko. 784,719 näher beschrieben.

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Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise dienen die Figuren 2-6, die aufeinanderfolgende Stufen eines normalen Verfahrensablaufs mit der gleichen, jeweils im Schnitt gezeigten Transferscheibe 11 darstellen. Wie die Figur 2 zeigt, werden eine Partikelsuspension oder beim Mischen eine Ausfällung bildende flüssige Lösungen während des Stillstands der Transferscheibe 11 in die Kammern 12 gegeben. Die Transferscheibe 11 wird langsam beschleunigt, damit die Flüssigkeiten in den Kammern 12 entsprechend der Figur 3 nach aussen in die Absetzkammern 14· fliessen. Dort werden sie gemischt und es findet eine Ausfällung statt. Die Scheibe wird nun weiter mit hoher Geschwindigkeit rotiert, bis die Feststoffpartikel 30 abgeschieden und im radial äussersten Teil der Absetzkammer 14· niedergeschlagen werden. Sodann lässt man die Transferscheibe zum Stillstand kommen. Die überstehende Flüssigkeit 31 fliesst nun durch die Kanäle

15 nach unten und innen in die entsprechenden Haltekammern

16 (s. die Figur 5)· Die beim Rotieren der Scheibe auftretende Zentrifugalkraft verhindert einen früheren Durchfluss der überstehenden Flüssigkeit durch die Durchlässe 15. Erst wenn die Scheibe zum Anhalten gebracht wird, kann die nun überwiegende Schwerkraft die überstehende Flüssigkeit nach unten durch die Durchlässe 15 f ordern,,. Wie die Figur 6 zeigt, fliesst die Flüssigkeit bei weiterer Rotation der

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Scheibe aus den Haltekammern 16 durch die Durchlässe 17 nach aus sen.

Die in den Figuren 1-6 gezeigten Absetzkammern 14 sind so ausgebildet, dass sie die beim Zentrifugieren anhaftende Klumpen bildende Ausfällung zurückhalten. Sie können aber auch durch entsprechende Ausgestaltung, z. B, eine weitere nach aussen verlaufende Vertiefung engen Durchmessers Ausfällungen zurückhalten, die nichtderartig anhaf- ä tende Klumpen bilden»

BEISPIEL

In jeder Eeihe von zehn der Kammer 12 der Figur 2 entsprechenden Kammern wurde eine Kammer mit 200 /*£ von teilweise hämolysiertem, menschlichem Blutplasma gefüllt. Das Blutplasma erhielt durch ausreichenden Hämoglobinanteil eine eine unzureichende Ausfällung anzeigende starke Färbung«, Die übrigen der zehn Kammern wurden mit je 2QQpI 0,4 M HOlO^ gefüllt. Die Transferscheibe wurde zur guten Durch- . mischung rasch beschleunigt und abgebremst und dann 15 Min. mit annähernd 6850 Umdrehungen pro Minute rotiert und anschliessend zum Abzug der überstehenden Flüssigkeit in die Halbekammern entsprechend der Erläuterung zur Figur 5 abgestoppt _o Aus jeder Haltekammer wurde eine Probe von 20Ou/, entnommen, mit 5 ml desto Wasser verdünnt und gegen 260 nm

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dest. Wasser in einer Zelle mit 1 cm Lichtweg abgelesen. Die gemessene Absorbanz von IO derart behandelten Proben betrug 0,186 mit einer Standardabweichung von 0,004 Absorbanzeinheiten. Da die Plasmakonzentration in fällbaren Mischungen meist viel niedriger ist, stellt dies eine Prüfung unter besonders erschwerten Bedingungen dar.

Durch eine weitere Versuchsreihe mit abwechselnden Proben von Farbstoff und dest. Wasser wurde die Vorrichtung auf eine etwaige gegenseitige Verunreinigung benachbarter Kammern geprüft. Hierbei wurden die Verfahrensstufen entsprechend der Erläuterung der Figuren 2-6 durchgeführt und abwechselnd Farbstofflösungen und dest. Wasser aus den Kammern 12 in die Kammern 16 geleitet. Die untersuchung der Kammern 16 zeigte keinerlei Verunreinigungen.

Die Erfindung, insbesondere der erläuterte Betrieb der Transferscheibe ist nicht nur für fällbare Lösungen einsetzbar, sondern z. B₀ auch dann, wenn zwei oder mehrere Lösungen gemischt, einer längeren Inkubation unterzogen und anschliessend zur Ablesung einem Kuvettenrohr zugeführt werden sollen.

Die Transferscheibe kann auch in der Anordnung entsprechend der gleichlaufenden Anmeldung Γ PO 00 097'·S verwendet werden.

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Es sind auch weitere, im Rahmen des Erfindungsgedankens "bleibende Abwandlungen möglich» So kann die Transferscheibe nicht nur zusammen mit dem gezeigten Kuvettensystem, sondern auch allein verwendet werden; sie bildet dann einen Rotor _: ohne Transferfunktion.

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Claims

Patentansprüche

( l./Photometrischer Lösungsanalysator zur Feststellung eines in mehreren getrennten Proben enthaltenen Stoffes, in dem eine zentrale Transferscheibe die von Feststoffen "befreiten Proben in eine Vielzahl von die Scheibe umgebenden Kuvetten gibt, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Reihe von Kammern (12) die Proben im Ruhezustand der Scheibe und eine zweite Reihe von radial gesehen aussen um die erste Reihe angeordneten Kammern (14) diese bei Umdrehung der Scheibe aufnimmt, eine dritte Reihe von unterhalb der zweiten Reihe angeordneten und mit diesen für den Durchtritt von Flüssigkeit verbundenen Kammern (16) nach Anhalten der Scheibe wenigstens einen Teil der durch das Schwerkraftgefälle in sie fliessenden flüssigen Probenbestandteile aufnimmt, und bei erneuter Umdrehung der Scheibe zur Probenanalyse an die Kuvetten abgibt.
2. Photometrischer Lösungsanalysator gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten und dritten Kammerreihen ringförmig um den Umdrehungsmittelpunkt der Scheibe gelagert sind.
3» Photometrischer Lösungsanalysator gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach innen und unten gerichteter Durchlass (15) jede der zweiten Kammern mit einer entsprechenden Kammer der dritten Reihe von Kammern verbindet₀

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BAD ORJ(AAL.
4-. Photometrischer Losungsanalysator gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach oben und aussen gerichteter Durchlass (17) von jeder der dritten Kammern zum Umfang der Scheibe führt,
5· Photometrischer Losungsanalysator gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Durchlässe (17) in eine der Kuvetten mündet.
6. Verfahren zur gleichzeitigen photometrischen Analyse "

einer Vielzahl getrennter Proben auf einen bestimmten Stoff, dadurch gekennzeichnet, dass getrennte Probemengen von beim Vermischen zu photometrisch messbaren Lösungen umsetzbaren Flüssigkeiten in eine Reihe von ersten Kammern in einem Rotor gegeben werden, während der. Rotor stillsteht, der Rotor dann beschleunigt wird, bis die Zentrifugalkraft die Probemengen aus den ersten Kammern in eine Reihe von zweiten Kammern treibt, wo sie gemischt werden, der Rotor dann weiter soweit beschleunigt wird, dass die Feststoffe niederge- | schlagen werden und eine von Feststoffen freie₉ überstehen» de Flüssigkeit entsteht, hierauf die Hotorgeschwindigkeit soweit verlangsamt wird, dass dia überstehende Flüssigkeit unter dem Einfluss der Schwerkraft au3 den zweiten Kammern in eine Heilxe von dritten ΚαίακΘϊη fliesst₉ und der So tor arnsut beecfcloisßrlgt wird₉ Ms flä© Sesrbsifngaifeaft die tosi

^BAD

Feststoffen freie Flüssigkeit aus der dritten Kammerreihe in eine Reihe von Kuvetten treibt, und die Lichtdurchlässigkeit der Kuvetten während des Rotorlaufs fortwährend gemessen wird.

BAD ORiGINAL

Leers e t te.