DE2049520A1

DE2049520A1 - Selbsttätige rotatonsche Vorrichtung zur Vornahme von Probenanalysen, insbeson dere zur photometrischen Analyse von Flus sigkeitsproben

Info

Publication number: DE2049520A1
Application number: DE19702049520
Authority: DE
Inventors: John Richard Trumbell Conn Montgomery (VStA)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-04-29
Also published as: IL35417A0; DE2049520B2; CH534874A; DE2049520C3; DE7037255U; JPS5017276B1; NL7014788A; FR2065221A5; CA929659A; IL35417A; SE356595B; BE757260A; GB1322811A

Description

Union Carbide Corporation, New York, V.St.A.

"Selbsttätige rotatorische Vorrichtung zur Vornahme von Probenanalysen, insbesondere zur photometrischen Analyse von Flüssigkeitsproben"

Priorität: 9.Oktober 1969 V.St.A·. Nr. 865 218

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Vorrichtung zur Vornahme von praktisch simultanen Probenanalysen, bei der mehrere Proben auf einem Probenträger konzentrisch um eine Welle angeordnet sind und durch Drehung um die Welle an einem Messfühler vorbeiführbar sind, an den ein digitaler Datenspeicher angeschlossen ist.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine selbsttätige rotatorische Vorrichtung der genannten Art zur photometrischen Analyse einer Vielzahl von Flüssig-

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keitsproben, die in Küvetten vertikal und konzentrisch in Bezug auf einen horizontal angeordneten scheibenförmigen Probenträger über dessen Umfang verteilt angeordnet sind und bei der Drehung'um die Welle nacheinander einen Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle und einem die Absorption messenden photometrischen Empfänger durchlaufen, der an den Datenspeicher angeschlossen ist.

In den letzten Jahren hat sich das Bedürfnis nach schnell arbeitenden automatischen analytischen Vorrichtungen merklich erhöht, da zahlreiche mikroanalytische Studien bei der biochemischen Forschung, bei routinemäßigen klinischen Untersuchungen für physikalische Anstalten und Krankenhäuser, Studien der Wirkungen und Eigenschaften von Enzymen und dergl. durchgeführt werden. Abgesehen von dem erhöhten Bedarf an Analysen ist es in verschiedenen Bereichen auch oft kritisch, daß eine ganze Reihe von Reaktionen zu genau derselben Zeit starten müssen, wenn man zuverlässige Resultate erhalten will. Das trifft besonders zu auf enzymatische Studien, bei denen oft merkliche Reaktionsänderungen bereits nach nur wenigen Sekunden oder auch Minuten fortgeschritten sind. Es gibt jedoch nur wenige Vorrichtungen, die extrem schnell und trotzdem genau die anwachsende Zahl und Varietät an Untersuchungen

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auszuführen gestatten, die in klinischen und Forschungsanstalten erwünscht sind.

Kürzlich wurden mit vielen Stationen versehene analytische Photometer erhältlich, die auf dem Prinzip eines Zentrifugalfeldes arbeiten und zur schnellen Mikroanalyse einer breiten Varietät von Flüssigkeiten,wie Körperflüssigkeit en, beispielsweJs.-* Blutserum, von Nahrungsmitteln und dergl. bestimmt sind. Mit diesen Photometern können zahlreiche Analysen sehr schnell und simultan durchgeführt werden, und sie sind deshalb von besonderem Interesse dort, wo eine große Anzahl von Proben einer Vielzahl von Tests bezüglich der jeweiligen einzelnen Probe unterzogen werden soll. Da ferner diese Vorrichtungen die_vVerwendung relativ kleiner Reagenzvolumina zulassen, d.h. Volumina im Mikroliter-Bereich, kann man auf diese Weise auch den Verbrauch an teuren Reagenzien klein halten.

Eine derartige, ein Zentrifugalfeld verwendende Vorrichtung für mikroanalytische Studien ist in einem Artikel in der Zeitschrift "Analytical Biochemistry 28, 545-562 (1969) beschrieben. Diese Vorrichtung wendet das Prinzip der Zweistrahlspektrophotometrie an, bei der die Absorptionseigenschaften einer flüssigen Probe

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und eimer Bezugslosuinig miteinander verglichen werden. Das System besteht In der Hauptsache anas einer Ftelhe von Kiävetten, die mund um den umfang eines Motors so angeordnet sind, daß bei einer !Rotation oder Krelselbewegnang des Motors die auftretende Zentrifugalkraft simultan die Reagenzien nand die Proben maischt mind wiaglelch xw. den Kßvetten weiter transportiert, wo die Konzentration speBdfcrophotonmetrlsch gemessen Twlr«3. Babel Ist eine Scteeioe Twr die ProbenanafnaSanie vorgesehen, die. eine Melhe von kon— zemtrlsch an/gsordneten Mellhen unit fflolhliuurniEen anaiHwelst.. Die Kea/genzlen werden Jeweils In die radial Innerste ffloMLianiS mund Seniainiproben In die ZentralÄnoSnliiMig der die Proben aaafneBmineinKiien Scheibe eingebracht; diese wird damn Indiziert nand so In dem Motor angeordnet, da® Jedes Meagjenz mimd Jede Semamprobe Ihre Jeweilige Küvette erhSlt. Bei Beschleuanlfsmurag des Motors bewegt die Zentrirengalirart das MeagemiE muraä die Pmobe %wr radial am Suatersten HeEenden HohlTumg, w© sie miltelmaaader vermischt nand dann dimrch einen schmalen Kanal mor JfesskiSvette transportiert werden. Die gefiffillteim Kilvetteim rotieren oder kreiseln anaierordentllch schnell dmurch dem ortsfesten Lichtstrahl, luurod die 85toertra{giuuniig des Lichtes wird

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*BAD ORIGiNAL

Wie in dem genannten Artikel ferner angegeben ist, kann das photoelektrisch erzeugte elektronische Signal auf einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht und photographisch gespeichert werden. Alternativ können Verfahren der digitalen Datenverarbeitung unter Ausdrucken der Resultate angewandt werden.

Bei einer photometrischen Analyse einer ganzen Anzahl von Proben, die simultan in dem Zentrifugalfeld rotieren bzw. kreisen oder kreiseln, ist es erforderlich, jede einzelne Probe zu messen, dann eine Entscheidung oder eine Berechnung vorzunehmen, die von der Vorgeschichte der Probe abhängt, und schließlich die Resultate zu speichern, während die Aufmerksamkeit auf die nächste Probe gerichtet wird. Außerdem ist es erforderlich, die Proben durch eine entsprechende Einrichtung zu identifizieren, z.B. durch ein Synchronisiersignal, welches von einem Punkt auf dem Rotor abgeleitet wird.

In einem typischen derartigen rotatorischen photometrischen Analysiergerät werden 3o Proben von einem Rotor mit einem Durchmesser von 15 cm (6 inch) aufgenommen und mit einer Drehzahl von bis zu l8oo UpM verarbeitet.

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Es ist dabei erforderlich, bezüglich jeder einzelnen Probe etwa 5o Informationsbits zu speichern. Grundsätzlich kann man dabei eine Kernspeicherung verwenden, was sich jedoch zweifellos als zu teuer für ein derart kleines Speichervolumen erweist. Ferner könnte man eine Verzögerungsleitung zweckmäßig einsetzen, falls es gelingt, den Rotor mit der Rückführungzeit der Verzögerungsleitung zu synchronisieren. Da können jedoch bereits leichte Variationen in der Drehzahl der Rbtorscheibe, welche die Küvetten enthält, Fehler in die Analyse einführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, selbsttätige analytische Vorrichtungen der oben genannten Art, und dabei insbesondere photometrische Vorrichtungen, so zu verbessern, daß die erhaltenen Daten integral bzw. vom Vorrichtungssystem her mit jeder einzelnen Probe synchronisiert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer selbsttätigen Vorrichtung der eingangs geschilderten Art vor, daß ein Magnetspeicher auf derselben Drehwelle wie der Probenträger angeordnet ist.

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Die Erfindung befasst sich somit ganz allgemein mit einer vorteilhaften Art der Datengewinnung, Datenverarbeitung und Datenspeicherung für selbsttätige rotator i sehe ¥orrichtnneen der genannten Art. Der besondere ¥orteil der Erfindung liegt darin, daß die von der Yearrichtung gevroimemeii Baten exakt im Takt mit der IdentiikUt der einzelnen Proben gewonnen, verarbeitet und ausgewei*tfceit werden können. Wie für jede einzelne Protze g*»W"r;-roeneia Daten, die anff einer magnetischen Scheibe oder einer ■magnetischem canmel gespeichert werden können, sind dabei inttegral malt Jeder einzelnen Probe sjnehronisieirifc.

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Als Magnetspeicher von Trommel- oder Scheibenform kommen solche Typen infrage, die man bereits in der Technik der Datengewinnung, Datenbearbeitung und Datenspeicherung allgemein kennt. Vorzugsweise wird dabei ein derartiger Magnetspeicher verwandt, der wenigstens eine Datenspur mit einem Aufnahme- und Wiedergabekopf aufweist. Zusätzlich kann man eine gesonderte Zeitgeberspur und einen "einmalherum" - Impuls auf der Magnettrommel als Zeitbasis für das gesamte System vorsehen. Der "einmal-herum"- Impuls, welcher einen vollen Umlauf des Probenträgers anzeigt, kann optisch etwa durch ein Loch in der Magnetspeichertrommel mittels eines zugeordneten photoelektrischen Detektors gewonnen werden.

Da die die Küvetten enthaltende Scheibe mit Drehzahlen von beispielsweise l8oo UpM rotiert, versteht es sich, daß die Daten schneller gewonnen werden, als sie ausgedruckt v/erden können. Da bekanntlich das Ausdrucken digitaler Daten nur relativ langsam vonstatten geht, müssen die bei einer ersten Abtastung der Küvetten gewonnenen Daten zunächst zeitweise auf der ersten Spur des Speichers gespeichert werden. Nach einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise dann, wenn die chemische Reaktion vollständig abgelaufen ist, wird die Absorption jeder einzelnen Probe individuell gemessen und

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die ursprüngliche Ablesung, die auf der ersten Spur gespeichert ist, durch eine Serienadditionseinrichtung subtrahiert; die neugewonnenen Daten werden dann zur zweiten Spur eingegeben und dort gespeichert. Eine weitere Spur kann dann noch als Zeitbasis für das ganze System dienen. Diese Zeitbasis kann dann zur Synchronisation einer optischen öder anderweitigen Anzeige der verarbeiteten Daten verwendet werden,

Zur weiteren Erläuterung der -Erfindung sei nachfolgend noch als Ausführungsbeispiel eine automatische photometrische Analysiervorrichtung gemäß der Erfindung kurz beschrieben. Es zeigen:

Pig.l eine Ansicht einer rotatorischen photometrischen Analysiervorrichtung gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 einen vertikalen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung.

Von einem Antriebsmotor 1, der als Sockel der Vorrichtung ausgebildet ist, erstreckt sich eine von dem Motor 1 angetriebene Welle 2 vertikal nach oben. Diese Welle trägt eine mit ihr starr verbundene Küvettenscheibe

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- Io -

mit einem Aufsatz 4, der mit Kammern 5 für Reagenzien und 6 für Proben sowie Küvetten 7 versehen ist, wobei konzentrische Reihen gebildet werden. Zwischen der Küvettenscheibe 3 und dem Antriebsmotor 1 ist außerdem noch der Magnetspeicher 8 an der Drehwelle 2 angeordnet. Radial aussen am Magnetspeicher 8 nehmen Aufnahme- und Wiedergabeköpfe 9 die gespeicherten Daten auf und leiten sie zu einer Datenverarbeitungs- und ausdruckseinrichtung Io. Zur photometrischen Analayse der in den Küvetten enthaltenen Flüssigkeit dient eine Lichtquelle 11, deren Detektorlichtstrahl 12 von einem Spiegel 13 so reflektiert wird, daß er jeweils durch eine Bohrung Ik im Aufsatz ¹J der Vorrichtung die jeweilige Küvette durchstrahlen kann und ein Lichtsignal an den Photodetektor abgibt, der seinerseits wieder über die Leitung 16 mit der Datenverarbeitungs- und ausdruckseinrichtung verbunden ist.

Ansprüche

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Claims

- li -

Patentansprüche

I*'' Selbsttätige Vorrichtung zur Vornahme von praktisch simultanen Probenanalysen, bei der mehrere Proben auf einem Probenträger konzentrisch um eine Welle angeordnet und durch Drehung um die Welle an einem Messfühler vorbeiführbar sind, an den ein digitaler Datenspeicher angeschlossen ist, insbesondere zur photometrischen Analyse einer Vielzahl von Flüssigkeitsproben, die in Küvetten vertikal und konzentrisch in Bezug auf einen horizontal angeordneten scheibenförmigen Probenträger über dessen Umfang verteilt angeordnet sind und bei der Drehung um die Welle nacheinander einen Lichtstrahl zwischen einer Lichtquelle und einem die Absorption messenden photometrischen Empfänger durchlaufen, der an den Datenspeicher angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Magnetspeicher (8) auf derselben Drehwelle (2) wie der Probenträger (3,*0 angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnetspeicher (8) zylindrisch oder scheibenförmig geformt ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß der Magnetspeicher (8) wenigstens mit einem Aufnahmekopf (9) und wenigstens einem Wiedergabekopf (9) versehen ist.
H. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch g e 1< e η η ζ e i c Ii η e t , daß der Magnetspeicher (8) eine von der Datenspur gesonderte raktspur aufweist. ν
5. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetspeicher (8) eine mit der Datenspur gemeinsame Taktspur aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5j dadurch gekennzeichnet , daß die Taktspur eine Synchronisiereinrichtung zur, vorzugsweise optischen, Datenwiedergabe der auf der Patenspur befindlichen bzw. aus dieser ableitbaren Daten steuert.

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