DE2249173A1

DE2249173A1 - Autoanalytische arbeitsvorrichtung

Info

Publication number: DE2249173A1
Application number: DE2249173A
Authority: DE
Inventors: Clifford Riley
Original assignee: Wellcome Foundation Ltd
Current assignee: Wellcome Foundation Ltd
Priority date: 1971-10-07
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1973-04-12
Also published as: FR2156154B1; US3865549A; SE388942B; JPS5422116B2; IT975198B; CA976067A; NL7213638A; JPS4853791A; BE789765A; CH579271A5; GB1407981A; FR2156154A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

Zeichen: Sp 8 München 86, den

Gase· X 112 postfach 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

The Wellcome Foundation Limited 183 Buston Road, London, N.W.1 England

Autoanalytische Arbeitsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine autoanalytische Arbeitsvorrichtung zur Ausführung chemischer Analysen von Proben, insbesondere von dem Körper entnommenen ötromungsmittelproben„

Es gibt zwei Grundsituationen, in denen die chemische Analyse von Strömungsmittelproben, die dem Körper entnommen sind, erforderlich ist. Die erste ist der Fall, in dem es erwünscht ist, eine ziemlich unmittelbare bzw. unverzügliche Indikation bzw. Anzeige der chemischen Beschaffenheit der Probe zu erreichen, die von einem einzelnen unter Behandlung stehendem Patienten entnommen worden ist ( wie beispielsweise die Bestimmung des Kalziums im Serum), so daß die weitere Behandlung des Patienten festgelegt werden kann. Dieses kann beispiels-, weise in einem Teströhrchen geschehen und zwar von einer Person, die für die Handhabung von Laborausrüstungen, wie Spritzen, Pipetten und Titratxonsaufbauten vorgesehen ist, es besteht ,jedoch der Nächteil, daß dazu einige Zeit erforderlich ist, daß der Labortechniker abwesend oder mit Arbeit überlastet sein kann und, was am wichtigsten ist, daß die Genauigkeit der Ergebnisse nicht notwendigerweise zuverlässig sein kann und daß der prozentuale Fehler hoch sein kann, wo nur eine

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kleine Probe zur Verfügung steht.

Die andere Grundsituation betrifft die Analyse einer Serie von Proben ähnlichen bzw. gleichartigen Charakters, diese wird im allgemeinen auf kontinuierlicher Basis unter Anwendung einer automatischen Apparatur ausgeführt. Ein derartiger Apparat, der allgemein im Gebrauch ist, wendet ein kontinuierliches Flußsystem an, in welchem die Reagentien längs einer kontinuierlichen Rohrleitung gepumpt und Analysenproben intermittierend in den Strom injiziert werden, wobei die Integrität der aus Reagens und Probe bestehenden Mischungen durch Luftblasen im Strom aufrecht erhalten wird. Es können zwanzig oder mehr Proben vorhanden sein, die der Analyse unterworfen werden, und eine hinter der anderen im Strom zu jeder beliebigen Zeit wandern- Die aus Probe und Reagens bestehenden Mischungen werden von einer peristaltischen Pumpe bewegt und abgemessen, so daß sie durch einen Dialysierapparat, einen Brutofen, ein Colorimeter (oder eine andere Analysiervorrichtung), sowie irgendwelche andere erwünschte Ausrüstungen laufen.

Ein weiterer Apparat zur Behandlung von Probenserien, der allgemein verwendet wird, ist ein Apparat mit einem diskreten System, in dem die Proben in geeigneten Bechern o.dgl. angeordnet werden, mit denen ein Drehtisch beladen wird, der sich schrittweise dreht bzw. rundum geschaltet wird. Von ,jeder Probe werden gleiche Mengen entnommen und in Teströhrchen auf einen anderen Drehtisch übertragen, der synchron mit dem ersten Drehtisch schrittweise umläuft bzw. geschaltet wird. Reagentien werden an verschiedenen Haltestellen bzw. Abschnitten zugefügt, und die Ergebnisse der Reaktionen werden analysiert, und zwar automatisch, wie beispielsweise mittels eines Colorimeters. Die Proben und Reagentien werden mittels Spritzen in vorbestimmten Mengen ausgegeben.

Beide (unser Arten automatischer Ausrüstungen sind in Wirklich-

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keit nur für die Behandlung von Probenreihen anwendbar, und die Proben verbleiben 10 Minuten oder mehr in der Maschine, wobei die Reaktionen im allgemeinen mehr oder weniger bis zur Vollendung verlaufen. Daher ist es nicht nur unökonomisch, die Maschine für die Analyse von nur einer Probe laufen zu lassen, sondern auch die Arbeitszeit ist derart, daß die Analyse einer einzelnen Probe wahrscheinlich viel schneller von Hand ausgeführt werden könnte. Die vorstehend erörterte automatische Ausrüstung hat weiterhin den Nachteil, daß sie einen beträchtlichen Kostenaufwand erfordert, und sie ist daher nur für die Verwendung in großen analytischen Laboratorien geeignet, wo sie im wesentlichen fortlaufend in Gebrauch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine autoanalytische Arbeitsvorrichtung bzw. Maschine zu schaffen, die einen verhältnismäßig niedrigen Preis besitzt und für die Analyse einzelner Proben in einer relativ kurzen Zeit durch relativ ungeübte bzw. fachlich nicht ausgebildete Personen verwendet werden kann. Ein derartiger Apparat könnte daher von einer Schwester in einem Krankenhaus benutzt werden, um eine schnelle Indikation des Zustands eines Patienten zu ermitteln, die aus der Analyse einer dem Körper entnommenen Strömungsmittelprobe bestimmt wird.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine autoanalytische Vorrichtung für die Analyse von, insbesondere flüssigen, Proben geschaffen, die in Kombination folgendes umfaßt: eine Reaktionskammer, einen Probenbehälter zum Halter der zu analysierenden Probe, eine Verbindungsrohrleitung, die ein Ende aufweist, welches in die Reaktionskammer gerichtet ist, während das andere Ende der Verbindungsrohrleitung so angeordnet ist, daß es in die Probe in dem Probenbehälter tauchen kann, eine druckgesteuerte Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung, die eine vorbestimmte Probenmenge in die Verbindungsrohrleitung eingeben bzw. verlagern kann, und einen Drucksteuermechanismus, der so ausgebildet bzw. angeordnet ist, daß er diese vor-

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bestimmte Probenmenge in die Reaktionskammer bringen kann, wobei die Abmessungs- bzw. Meßeinrichtung und der vorerwähnte Steuermechanismus geeignet sind, die Probe durch eine Veränderung des Strömungsmitteldrucks in der Verbindungsrohrleitung zu bewegen.

Obgleich ein Reagens mittels irgendeiner geeigneten Einrichtung der Reaktionskammer zugeführt werden kann, um eine analytische chemische Reaktion mit der vorbestimmten Probenmenge einzugehen, ist es wünschenswert, daß dieses Reagens der Reaktionskammer tatsächlich in einer abgemessenen Dosis automatisch infolge Betätigung des Drucksteuermechanismus zugeführt wird. Das wird mittels einer Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit erreicht, die eine Kammer aufweist, welche so angeordnet ist, daß sie eine abgemessene Menge des von einem Behälter zugeführten Reagens hält, und die durch eine zusätzliche Verbindungsrohrleitung mit der Reaktionskammer verbunden ist.

Eine Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit, die zur Zuführung von Reagens zum Zwecke der Verwendung in der erfindungsgemäßen autoanalytischen Arbeitsvorrichtung geeignet ist, umfaßt ein Standrohr, das innerhalb eines Flüssigkeitsvorrats angeordnet ist und sich an seinem anderen Ende in eine Kammer öffnet, ein Kammerauslaßrohr, das sich in einen Aufnahmebehälter für überschüssige Flüssigkeit öffnet, der so angeordnet ist, daß er die überschüssige Flüssigkeit zurück in den Vorrat leitet, einen Einlaß, der in den Vorratsbehälter führt und durch den Druck zur Anwendung gelangen kann, um Flüssigkeit durch das Standrohr und in die Kammer zu drücken; und eine Verbindungsrohrleitung, die vom Boden der Kammer ausgeht, wodurch die abgemessene, in der Kammer befindliche Flüssigkeitsmenge abgezogen werden kann. Wenn das Auslaßrohr die Kammer unterhalb des Niveaus verläßt, an welchem sich das Standrohr in die Kammer öffnet, und sich nicht über dieses Niveau erhebt, dann wird das Volumen der abgemessenen Flüssig-

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keitsmenge durch die höchste Stelle des' Auslaßrohres bestimmt. Es ist jedoch zu bevorzugen, daß sich das Auslaßrohr über das Niveau der Öffnung des Standrohres erhebt, so daß das Volumen der abgemessenen Flüssigkeitsmenge durch dieses Niveau bestimmt wird. In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, im Standrohr ein in Rückflußrichtung sperrendes Ventil, beispielsweise ein Rückschlagventil, vorzusehen.

Eine derartige Iflüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit kann auch dazu benutzt werden, Verdünnungsmittel zu einer vorbestimmten Probenmenge für die Analyse zuzuführen. In diesem Falle ist der Vorratsbehälter ein solcher für Verdünnungsmittel, und das Ende der Verbindungsrohrleitung der autoanalytischen Arbeitsvorrichtung, in welche die Probe durch die Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung gezogen bzw. gebracht worden ist, ist die Verbindungsrohrleitung, durch welche das Verdünnungsmittel durch Betätigung des Drucksteuermechanismus in die Reaktionskammer (zusammen mit der Probe) abgezogen wird. Im Idealfalle kann die Kammer der Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit und/oder die Verbindungsrohrleitung auf einem Parallelogramm von Hebeln ode'r einem ähnlichen Apparat angebracht werden, wodurch das Ende der Verbindungsrohrleitung an den Probenbehälter angelegt werden kann und dann genau wieder in ihre Lage in der Kammer der Verdünnungsmittelabmessungs- bzw. -meßeinheit zurückgebracht werden kann,,

Wenn die Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit für die Zuführung von Reagens in die Reaktionskammer dient, dann können Ereignisse auftreten, bei denen es wünschenswert ist_s ein bestimmtes Reagens eine kurze Zeit nach Beginn einer Anfangsreaktion innerhalb der Reaktionskammer zuzuführen» In diesem Falle kann das Reagens innerhalb der Kammer der Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit erhalten werden„ und zwar durch Einschließung der Teile der Einheit, entfernt vom Vorratsbehälter und der Verbindungsrohrleitung₉ innerhalb einer Umhüllung, an die ein Unter- bzw. Überdruck angelegt werden kann,

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um das Reagens innerhalb der Kammer zu halten und das Reagens später durch die Verbindungsrohrleitung in die Reaktionskammer einzuführen.

Eine druckgesteuerte Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung, die für die Verwendung in der autoanalytischen Arbeitsvorrichtung geeignet ist, umfaßt idealerweise ein U-Rohr, das an einem Ende eine gesinterte Scheibe aufweist und von diesem Ende aus bis zu einem vorbestimmten Niveau auf der anderen Seite des U-Rohres mit Quecksilber gefüllt ist; sowie eine zweite gesinterte Scheibe am anderen Ende des U-Rohres; eine Einrichtung für die Steuerung des Druckes auf der dem U-Rohr abgewandten Seite der zweiten gesinterten Scheibe; und eine Kolonne, Säule o.dgl. auf der Seite der ersten gesinterten Scheibe, die dem U-Rohr abgewandt ist, gefüllt mit einer Flüssigkeit, die mit Wasser unmischbar ist und eine größere Dichte als Wasser besitzt.

Wenn die Kolonne bzw. Säule mit unvermischbarer Flüssigkeit mit der Verbindungsrohrleitung verbunden ist, die zwischen dem Probenbehälter und der Reaktionskammer der autoanalytischen Arbeitsvorrichtung der Erfindung liegt, und der Druck am anderen Ende des U-Rohres durch die Drucksteuereinrichtung herabgesetzt wird, dann steigt das Quecksilber, um den leeren Raum (von bekanntem Volumen) innerhalb des U-Rohres zu füllen, bis es die zweite gesinterte Scheibe erreicht, so daß es unvermischbare Flüssigkeit durch die erste gesinterte Scheibe in das U-Rohr zieht, wobei das bekannte Volumen der Probe in die Verbindungsrohrleitung gezogen wird. Wenn die Probe nachfolgend in die Reaktionskammer gezogen wird, dann kann der Druck im U-Rohr gleichzeitig auf Normaldruck zurückgebracht werden.

Die gesinterten Scheiben, die in der Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung verwendet werden, sind vorzugsweise No. 4—Glas-Sinterscheiben von ungefähr 1,5 mm Dicke, wobei jede dieser Scheiben in einen Ring aus festem (Mas eingeschmolzen ist.

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Als unvermischbare Flüssigkeit wird bevorzugt eine organische Flüssigkeit verwendet, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff,

Vorzugsweise wird das andere Ende des U-Rohres einstellbar gemacht, so daß das Volumen der Probe gewünschtenfalls geändert werden kann. Das geschieht am besten dadurch, daß man das andere Ende des U-Rohres mit einer Dichtungsstopfbuchse ver- . sieht ,durch die ein Kapillarrohr beweg- bzw. verschiebbar hindurchverläuft, wobei sich die zweite gesinterte Scheibe an dem anderen Ende des "Kapillarrohres befindet. Die Position des Kapillarrohres relativ zur Dichtungsstopfbuchse bestimmt dann die Größe des Raumes, den das Quecksilber füllen kann, und infolgedessen das Volumen der Probe, die ein- bzw. angesogen wird. Das Kapillarrohr kann kalibriert werden, damit das Probenvolumen, das an- bzw. eingesogen wird, abgelesen werden kann. Das Füllen des U-Rohres kann, wo ein Kapillarrohr vorhanden ist, zu Schwierigkeiten beim Ausschluß aller unerwünschten Luft führen. Es ist in diesem Falle zu bevorzugen, ein Füllrohr vorzusehen, das zu der Position direkt unterhalb der Dichtungsstopfbuchse führt und mit einem Sperrhahn versehen ist, wodurch Quecksilber in das U-Rohr eingeführt und unerwünschte Luft abgeblasen werden kann.

Die Reaktionskammer selbst besitzt Öffnungen, in denen die Verbindungsrohrleitungen für die Probe und das Reagens oder die Reagentien befestigt werden können* Idealerweise sind in den Verbindungsrohrleitungen Ventile vorgesehen, beispielsweise "Entenschnabel"-Ventile an den Enden der Rohrleitungen, weichein die Reaktionskammer eindringen. Es wird bevorzugt,, eine Ausbildung einer Rühranordnung für die Flüssigkeiten in der Reaktionskammer vorzusehen, um eine gleichmäßige Reaktion sicherzustellen. Das kann am besten mittels eines Seitenarmes erreicht werden, der in der Nähe der Basis der Reaktionskammer eintritt , wodurch ein oszillierender Druck auf die Flüssigkeit im unteren Bereich der Reaktionskammer ausgeübt werden kann. Vorzugsweise endet der Seitenarm in einer Tülle, die mit einem

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Diaphragma bedeckt ist, und der oszillierende Druck kann an eine weitere Tülle in Kontakt mit dem Diaphragma angelegt werden. Bevorzugt wird dort, wo der Seitenarm die Reaktionskammer trifft, ein Ansatz vorgesehen, derart, daß zwei Kanäle gebildet werden, um eine positivere Rührwirkung hervorzurufen. Am Boden der Reaktionskammer ist wünschenswerterweise ein nach aufwärts schließendes Ventil angebracht, durch das die Reaktionskammer geleert werden kann. Wenn das Ventil in eine untere Entleerungskammer führt, die ein abwärtssinließendes unteres Auslaßventil besitzt, dann kann das aufwärts schließende Ventil durch einen Überdruck in der Entleerungskammer geschlossen gehalten werden. Das abwärts schließende Ventil ist idealerweise weniger dicht als Wasser, so daß es einen Durchfluß gestattet, während die Entleerungskammer entleert wird.

Es können ein oder mehrere die Reaktion bestimmende Wandler in der Reaktionskammer oder außerhalb derselben angeordnet sein. Der Wandler kann als Elektrode zur Messung des pH, spezifischer Ionen o.dgl. ausgebildet oder eine colorimetrische Meßeinrichtung sein, die beispielsweise bestimmt, ob die Reaktion bis zu einem Endpunkt verlaufen ist, der eine Farbänderung hervorruft. Andere Wandler, die zum Zwecke der automatischen Messung anwendbar sind, können ebenfalls angewandt werden, wenn es erforderlich ist.

Es kann wünschenswert sein, einen Titriervorgang innerhalb der Reaktionskammer auszuführen, und für diesen Zweck kann ein Titrierapparat angewandt werden, der ein Ausgangsrohr besitzt, welches in die Reaktionskammer führt. Eine für diesen Zweck geeignete Titriervorrichtung kann eine schraubengetriebene Spritze sein, bei der die Lage des Kolbens in der Spritze durch einen geeigneten linearen Wandler angezeigt wird, damit man die Menge des Reagens feststellen kann, das hinzugefügt worden ist, bis ein geeigneter Endpunkt erreicht ist, was von den Zuständen in der Reaktionskammer bestimmt wird. Wenn eine Titriervorrichtung benutzt wird, dann sollte ein auslösbares Ventil (wie zum

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Beispiel ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil) in dem in die Reaktionskammer führenden Rohr vorhanden sein, so daß das Titrationsreagens daran gehindert wird, in die Reaktionskammer einzutreten, während in dieser ein Unterdruck erzeugt wird, um die Probe und einen oder mehrere andere Reagentien hineinzusaugen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die autoanalytische Arbeitsvorrichtung bzw. -maschine und deren verschiedene Teile, wie sie oben definiert sind, hauptsächlich durch Anwendung eines Überoder Unterdruckes oder durch Anwendung atmosphärischen Druckes bei vorbestimmten Stadien, während des Betriebes der Vorrichtung bzw. Maschine betätigt wird«, Diese Drücke können mittels irgendeines geeigneten Apperats angewandt werden, beispielsweise magnetspulenbetriebene Luftventile, die mit Druck- und Vakuumpumpen verbunden sind. Die Zeitgebung für die Ventile kann mittels eines Nocken-Zeitgebers·oder mit elektronischen Schaltungen erreicht werden.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Analyse einzelner Proben geeignet ist und nur ein kleines Ausmaß an Ausrüstung im Vergleich mit den Apparaten zur Behandlung von Probenserien erfordert, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung unter viel geringerem Kostenaufwand hergestellt werden kann. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung tatsächlich vollständig automatisch ausgebildet werden, indem sie beispielsweise durch eine Zeitgeberanordnung gesteuert wird, so daß jede unerfahrene bzw. nicht speziell ausgebildete Person eine Probe in die Vorrichtung eingeben und mit den analytischen Ergebnissen der in der Reaktionskammer auftretenden Reaktionen versorgt werden kann, wobei letztere in Schriftform ausgedruckt werden können₂ und zwar aufgrund dor Ergebnisse, die von den Wandlern zur Verfügung gestellt werden, welche die Reaktionen überwachen, Darüberhinaus ist es möglich, die Vorrichtung bzw_o Maschine so auszubilden, daß der Betriebszyklus in etwa 30 bis 60

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Sekunden ausgeführt werden kann, ohne daß vorher eine Herrichtung erforderlich ist, wenn die Vorrichtung bzw. der Apparat einmal aufgestellt worden ist. Auf diese Weise ergeben sich sehr vorteilhafte Vergleiche mit den Maschinen zur Behandlung von Probenserien, die eine beträchtliche Zeit benötigen, bevor sie überhaupt gestartet werden können (etwa 30 Minuten), und bei denen die Zeit, die für die Ausführung des Tests erforderlich ist, 10 Minuten oder mehr betragen kann, nachdem der Betrieb der Maschine begonnen hat.

Obwohl die erfindungsgemäße autoanalytische Arbeitsvorrichtung in Verbindung mit der Analyse von dem Körper entnommenen Strömungsmittelproben erläutert worden ist, sei darauf hingev/iesen, daß der erfindungsgemäße Apparat auch für die verschiedensten anderen automatischen Tätigkeiten Verwendung finden kann, wie beispielsweise Dosierungen oder Analysen in der mineralischen bzw. anorganischen oder der organischen Chemie, der Biochemie, der ttixliochemie ; oder für gleichartige oder ähnliche Vorgänge, wie beispielsweise in der pharmazeutischen Präparation, bei der Herstellung von rarfüm, bei der Verteilung bzw. Ausgabe von mikrobischen Suspensionen, bei der Verteilung bzw. Aufstellung serologischer Reaktionen, bei der Verteilung bzw. Ausgabe von roten Blutkörperchen, Serum und Reagentien zur Bestimmung der Blutgruppe, bei Verteilungen und Ausgaben von radioaktiven Lösungen, Herstellung radioisotopischer Verdünnungen, Bestimmungen physikalischer und physikalisch-chemischer Eigenschaften: Volumen, Gewicht, Leitfähigkeit, pH, Gefrierpunkt und spektrale Absorption.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 8 der Zeichnung anhand einiger besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Systems für die chemische An-alyse einer Probe;

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Pig. 2 und 3 Teile einer Zuführungsanordnung für Verdünnungsmittel für die Probe, und zwar in näheren Einzelheiten gegenüber Figur 1;

Fig. 4 die Probenansaugeinrichtung der Figur 1 in näheren Einzelheiten;

Fig. 4A eine Abwandlung eines Teils der in Figur 4 gezeigten Einrichtung;

Fig. 5 und 5a das Reaktionsgefäss der Figur 1 in näheren Einzelheiten;

Fig. 5B und 5C Abwandlungen der Ventilanordnungen für das Reaktionsgefäss der Figur 5;

Fig. 6A, 6B, 6G .und 6D verschiedene Rühreinrichtungen für das Reaktionsgefäss der Figur 5;

Fig. 7 und 7A den Reagensverteiler bzw. die Ausgabeeinrichtung für die Reagentien gemäß Figur 1, jedoch in näheren Einzelheiten;

Fig. 7B in schematischer Form eine abgewandelte Ausführungsform des in den Figuren 7 und 7A gezeigten Reagensverteilers bzw. -Zuteilers; und

Fig. 8 eine Steuereinrichtung für die Steuerung der Tätigkeit des in Figur 1" dargestellten Systems.

Das in Figur 1 dargestellte System ist so ausgebildet, daß es schnell einzelne chemische Analysen an dem Körper entnommenen Strömungsmitteln ausführen kann. Es ist vorzugsweise für die Verwendung in Notfallsituationen bzw. in kritischen Situationen gedacht, und es können eine Anzahl gleichartiger Systeme vorgesehen sein, von denen _tjedes so arrangiert ist, daß

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es einen spezifischen Test ausführt.

Grundsätzlich ist das System so ausgebildet, daß es ein sorgfältig abgemessenes Volumen von Serum oder einer anderen Flüssigkeit ansaugt, dieses mit einem abgemessenen Volumen eines Verdünnungsmittels in den Reaktionskessel bzw. -behälter wäscht, ein abgemessenes Volumen eines Reagens oder mehrerer Reagentien in den Reaktionsbehälter hinzufügt, die Mischung rührt bzw. bewegt, und die Reaktion mit einem aus einer Zahl von Wandlern beobachtet, beispielsweise Elektroden für die Bestimmung des pH, spezifischer Ionen oder für die Goulombzählung bzw. -bestimmung, oder mit colorimetrischen oder fluoriraetrischen Wandlern bzw. Umsetzungsgeräten. Die Signale von diesen Wandlern bzw. Umsetzungsgeräten werden vorzugsweise elektronisch weiterverarbeitet, so daß digitale Werte, Angaben o.dgl* angezeigt oder ausgedruckt werden.

Die Steuerung der Bewegung der Flüssigkeiten in diesem System erfolgt in einer Weise, die als ternäre Strömungsmittel-behandlung bzw. -steuerung bezeichnet werden könnte, das heißt, sie wird dadurch bewirkt, daß man Teile des Systeme gegenüber dem atmosphärischen Druck öffnet oder Drucken unterhalb oder oberhalb des atmosphärischen Drucks aussetzt.

Figur 1 zeigt die allgemeine Anordnung des Systems. In dieser Zeichnung ist eine Sonde A, der die Probe dargeboten werden soll, innerhalb eines beweglichen Behälters B gezeigt, wobei letzterer auf bzw. an einem Parallelogramm von Hebeln befestigt ist, so daß er entfernt und in genau die gleiche Lage zurückgebracht werden kann. Der Behälter B kann mit einem Verdünnungsmittel bis zum Niveau I 'gefüllt werden, indem man den Behälter G zeitweise unter Druck setzt. Wenn der Behälter G, wieder zur Atmosphäre hin geöffnet wird, dann strömt überschüssiges Verdünnungsmittel zurück in den Behälter G, wobei es den Behälter B bis zum Niveau I gefüllt läßt. Der Trichter T, der ein Rückschlagventil aufweist, erhält alles überströmende Mittel.

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Der Behälter B und der Trichter T sind in näheren Einzelheiten in den Figuren 2 und 3 der Zeichnung dargestellt. Der Behälter B besitzt eine Kammer 10 von 8 mm innerem Durchmesser und 20 mm Tiefe mit einem Hals 11 von 5 mm innerem Durchmesser. Das Einlaßrohr 12 weist eine Bohrung von 1,5 mm auf und öffnet sich am Niveau I, 2S mm oberhalb des Bodens der Kammer 10. Der Trichter T besitzt ein Auslaßrohr 13 mit 5 mm Bohrung, das etwa 2,5 cm lang ist. Das Rückschlagventil 14 schließt nach aufwärts.

Eine Einrichtung C für das Ansaugen des abgemessenen Volumens der Probe vom Behälter B ist in näheren- Einzelheiten in Figur 4 der Zeichnung dargestellt. Es besteht aus einem U-Rohr K mit einer Bohrung von ungefähr 5 ^is 6 mm, dessen rechter Schenkel in einer gesinterten Glasscheibe L2 endet. Der linke Schenkel endet in einer Stopfbuchse N, durch die ein Kapillarrohr M hindurchläuft, das an seinem oberen Ende auch in einer gesinterten Glasscheibe L1 endet. Dieses Kapillarrohr M ist durch die Stopfbuchse N in seiner Höhe einstellbar. Das U-Rohr K ist bis zum Niveau der Scheibe L2 und außerdem bis zum unteren Ende des Kapillarrohres M vollständig mit Quecksilber gefüllt. Die Länge der Verbindungsrohrleitung 15 oberhalb der Scheibe L2 ist mit einer organischen Flüssigkeit, die unvermischbar mit Wasser ist und eine größere Dichte als V/asser besitzt, gefüllt, beispielsweise mit Tetrachlorkohlenstoff. Die gesinterten Scheiben L1 und L2 (die beide gesinterte Scheiben der No. 4 von einer Dicke von ungefähr 1,5 mm sind und einen flachgeschliffenen massiven Rand besitzen) sind beide in einen massiven Glasring eingeschmolzen und haben einen solchen Forositätsgrad, daß sie den freien Durchgang des organischen Lösungsmittels, wie beispielsweise des Tetrachlorkohlenstoffs gestatten, jedoch Quecksilber bei den im System verwendeten Drucken nicht durchlassen.

Die Verbindungsrohrleitung 15 besitzt eine Bohrung von 3 mm und ist mit dem U-Rohr K mittels einer Nylon-Anschlußmutter 16

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verbunden, wobei die Scheibe L2 dazwischenliegt. Das U-Rohr K hat an der Stelle, an der es mit der Scheibe 12 zusammentrifft, eine Bohrung von nichb mehr als 3 mm. Auch am anderen Ende des U-Rohres K ist eine Nylon-Anschlußmutter 17 vorgesehen, wobei der mit Gewinde versehene Körper 10 des U-Rohres abgeschrägt
bzw.ausgekehlt ist, um den O-Ring 19 teilweise aufzunehmen,
der das Kapillarrohr M greift und die Stopfbuchse Ii bildet.
Das Kapillarrohr M, das eine Bohrung von 1,5 mm (vorzugsweise eine Präzisionsbohrung) über seine Länge aufweist, besitzt an seinem unteren Ende eine konkave Spitze 20 und ist an seinem
oberen Ende mit einem Verbindungsrohr 21 mittels einer Nylon-Anschlußmutter 22 verbunden, wobei die Scheibe L1 dazwischenliegt. Das Kapillarrohr M befindet sich in einem leichten
Gleitsitz in dem Schenkel des U-Rohres K und hat eine Länge
von 12,0 cm von der Spitze 20 bis zur Scheibe L1.

Die Figur 4A zeigt im Querschnitt eine Abwandlung des U-Rohrs K und der Stopfbuchse IJ, die es gestattet, das Quecksilber
relativ leicht in das U-Rohr hineinzubringen. Die Dichtung der Stopfbuchse N ist beiläufig durch die Gegenwart eines ausgekehlten Abdichtungsringes 53 verbessert, der vorzugsweise aus Polytetrafluornthylen (im folgenden PTFE genannt) besteht. Es sei darauf hingewiesen, daß das U-Rohr K im Bereich 54-» der
zur Stopfbuchse IT führt, erweitert ist, derart, daß ein freier Raum von wenigstens 1 mm um das Kapillarrohr M herum bleibt,
und zwar bis zu der Tiefe, bis zu welcher es abgesenkt v/erden kann; und daß ein Rohr 55 vom oberen Ende des Bereichs 5^
(um nur ein Minimum toten Raumes zu lassen) zu einem Füllrohr 56 führt, und zwar über einen Abschlußhahn 57 (im Querschnitt dargestellt), der eine Bohrung 58 besitzt und mit einem Fangvorsprung 59 sowie mit einem Federhaltebügel 60 versehen ist. Ohne die Anordnung des Füllrohrs 56 und des Abschlußhahnes 57 ist es sehr schwierig, alle Luft aus dem U-Rohr K zu entfernen. Jedoch kann bei der dargestellten Anordnung die im oberen Ende des erweiterten Boreichs 5^- vorhandene Luft durch das sorgfältig positionierte Füllrohr 55 entweichen. Wenn man sieht,

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daß das U-Rohr K und das Füllrohr 55 frei von Luft ist, dann kann der Abschlußhahn 57 für den normalen Betrieb des gesamten Apparats geschlossen werden.

wenn der Druck im Verbindungsrohr 21 oberhalb der Scheibe L1 herabgesetzt wird, dann wird Quecksilber in das Kapillarrohr H gesogen, bis es die Scheibe L1 erreicht; Tetrachlorkohlenstoff wird durch die Scheibe L2 angesaugt, und das Volumen in der Rohrleitung wird infolgedessen erhöht; ,jede Probe, die der .Sonde A durch den Behälter B dargeboten wird, wird infolgedessen bis zu einem abgemessenen Volumen in das System eingesogen.

Das Reaktionsgefäß D der Figur 1 ist in näheren Einzelheiten in den Figuren 5 und ^A dargestellt. Der Kopf 23 des Behälters D besitzt drei Öffnungen 24, 25 und 26, die um etwa 120° gegeneinander versetzt sind; durch diese Öffnungen können Rohre 27, 28 und 29 von kleinem Durchmesser in das Gefäß D (das eine Bohrung von 10 mm besitzt sowie eine Länge von 8 cm -vom Kopf 25 aus) von verschiedenen Einheiten des Systems her eintreten. Die Rohre 27 und 29 enden in Rückschlagventilen J, bei denen es sich um "Entenschnabel"-ventile handeln kann, die aus einem geeigneten chemisch widerstandsfähigen Elastomer ausgebildet sind. Die Rohre 27, 28 und 29 bestehen vorzugsweise aus PTFE oder Polyäthylen mit einer guten Oberflächenbearbeitung zum Zwecke guter Strömungseigenschaften. In den Rohrleitungen kann ein nichtionisches oberflächenaktives Mittel angewandt werden," um die Leichtigkeit der Strömung der darin verwendeten Flüssigkeiten zu erhöhen. Der Seitenarm 0 des Reaktionsgefäßes D besitzt eine Diaphragmen- bzw. Membrananordnung 30 ^an seinem oberen Ende, die ein System zum Rühren durch Oszillation des Strömungsmittels (das ein ausreichendes Volumen besitzt, um die Öffnung des Seitenarms 0 in das Gefäß D zu bedecken) darstellt.

Alternative Anordnungen hierfür sind in den Figuren 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt und werden später näher erläutert. Wenn der

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Druck bei Q herabgesetzt wird, dann kann Flüssigkeit von den verschiedenen Einheiten des Systems in das Reaktionegefäß gesaugt werden.

Die untere Kammer P von 7 cm Länge ist so vorgesehen! daß der Behälter D über das Ventil 31 (das aus Polytetrafluorethylen, Polypropylen oder Polyäthylen ausgebildet ist}* geleert werden kann, ohne daß das abströmende Mittel das Vakuumateuersystem verunreinigt. Das untere Ventil 32 dieser Kammer ist als Kugel ausgebildet, und zwar aus Polypropylen oder Polyäthylen, so daß sie eine geringere Dichte als Wasser besitzt (sie kann hohl sein) und schwimmt, bis die Kammer D leer ist. Eine bevorzugte Ventilanordnung ist in Figur 5B gezeigt· Bas Ventilteil 31 besitzt einen konischen Kopf und findet sich in einem zylindrischen Bereich 61. Eine Bewegung des mit einem konischen Kopf versehenen Teils 31 wird durch die öffnung 62 in der Basis des Behälters D begrenzt, welche zu einer Kante augeschliffen ist, die so scharf wie möglich ist, so daß sie in das Teil 31 hineinsticht bzw. sich in dieses hineinfrißt und einen dichten Sitz sicherstellt; weiterhin ist ein Vorsprung 63 vorgesehen, der auf einer Scheibe 66 sitzt, die einstückig mit einer Hülse 65 (aus PVC gebildet) ist und vier Entwässerungs- bzw. Ableitungslöcher 66 besitzt. Die Hülse 65 verbindet das die Kammer P bildende Teil mit der Basis des Behälters D. Das untere Ventil ist mit einem hohlen, geschlossenen, zylindrischen Ventilteil 67 versehen, das geeignet ist, innerhalb des Auslasses der Kammer P zu sitzen, und das mit drei Lokalisierungsrippen 68 versehen ist. Das Ventilteil 67 ist aus Glas gebildet und hohl, so daß es ein spezifisches Gewicht von weniger als 1,0 hat. Der in Figur 5C gezeigte abgewandelte Ventilsitz ermöglicht es, das Ventilteil 67 anzuheben und oben zu halten, indem man bei Z einen reduzierten Druck anwendet, während sich die Kammer P leert.

Die Figuren 6A bis 6D zeigen verschiedene alternative experimentelle Rühranordnungen für den Seitenarm 0 des Behälters D.

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Die Diaphragma- bzw. Membrananordnung 30, die in Figur Λ gezeigt ist, ist in Figur 6A in näheren Einzelheiten dargestellt und wird ebenfalls in den Anordnungen nach den Figuren 6B und 60 verwendet. Die Anordnung 30 umfaßt eine Tülle 33 auf dem Arm 0, über deren Mund eine Gummimenbran 34· gespannt ist. Eine andere Tülle 35 steht mit der Membran 34- mit einer Gummiabdichtung in Eingriff. Die Ränder der Tüllen 33 und 35 können flach sein, es ist jedoch nicht nötig, daß sie geschliffen sind.

In der Anordnung nach Fig. 6B besitzt der Arm 0 eine enge Bohrung, die sich leicht vom Trichter 33 nach dem Behälter D hin erweitert. In Figur 60 (welche die gegenwärtig bevorzugte Anordnung zeigt) ist eine ähnliche Anordnung wie in Figur 6B dargestellt, wobei die Bohrung des Arms 0 in der Nähe des Trichters 33 etwa 2 mm beträgt und sich aus etwa 3 mm an der Übergangsstelle in das Gefäß D erweitert, an der eine Stauung bzw. ein Hindernis 36 angeordnet ist, wodurch ein oberer und ein unterer Durchlaß 37 und 38 gebildet werden. In Figur 6D werden keine Trichter oder Membran benutzt, und ein Arm O mit einer Bohrung von 1 mm führt zu einem Hemmnis bzw. einem Hindernis 36, durch das Kanäle 37 und 38 mit einer Bohrung von 3 mm gebildet werden, die etwa 20 mmvoneinander entfernt in den Behälter D übergehen. Den Rühranordnungen wird komprimiertes Gas zum Hervorrufen des Rühr- bzw. BewegungsVorganges zugeführt.

Die Einheit, die auf der äußersten linken Seite der Figur 1 dargestellt und mit E bezeichnet ist, ist der Verteiler für das Reagens; dieser ist in näheren Einzelheiten in den Figuren 7 und 7A dargestellt. Wenn der Behälter H unter Druck gesetzt wird, dann wird Flüssigkeit über das Rohr 39 (das etwa 15 ei lang ist und eine Bohrung von 5 mm besitzt) aufwärts in die obere Kammer U gedrückt, bis sie aus dem Kapillarrohr 40 in einen Trichter T (Figur 1), der gleich bzw. ähnlich wie der Trichter nach Figur 3 ausgebildet ist, überströmt. Ein Rück-

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schlagventil 41 mit abwärtigem Sitz im Standrohr 39 hindert die Flüssigkeit, zurück in den Behälter H zu fließen. Die Kammer U ist etwa 25 mm lang mit einer Bohrung von 10 mm in ihrem weitesten Teil, und sie hat ein Volumen von ungefähr 2ml. Das Rohr 29, das zum Behälter D führt, öffnet sich am Boden der Kammer U in letztere, und zwar als dünnwandiges Kapillarrohr mit einer Bohrung von etwa^O mm. Die drei Leitungen 29, 39 und 40 des Kessels U sind um etwa 120° gegeneinander versetzt, wie aus Figur 7 A ersichtlich ist. Es können unterschiedliche Reagensverteiler mit einer Kammer U von etwa 1 ml oder 3 ml (oder mehr) erforderlich sein, was von den Reaktionserfordernissen abhängt, und es sei darauf hingewiesen, daß das Volumen der Kammer U nicht genau bekannt sein muß, da es nur nötig ist, daß die Menge des zugeführten Reagens für die Testreaktion bzw. die Testreaktionen dieselbe sein soll, wie es für die Standardreaktionen der Fall ist.

Der in Figur 7B gezeigte Reagensverteiler besitzt einige geringere konstruktive Unterschiede gegenüber denjenigen nach Figur 7» er hat jedoch außerdem eine einschließende, abgedichtete Umhüllung 69, an die über das Rohr 70 ein veränderlicher Druck angelegt werden kann. Mit einer derartigen Anordnung kann das Reagens zu einer vorbestimmten Zeit, nach welcher die Reaktion innerhalb des Behälters D begonnen hat, zugeführt werden. Das wird durch Anwendung eines herabgesetzten Drucks über das Rohr 70 erreicht, und zwar zur gleichen Zeit, in der er bei Q zur Einwirkung gebracht wird, so daß das Reagens daran gehindert wird, die Kammer U zu verlassen. Danach kann zum geforderten Zeitpunkt Überdruck über das Rohr 70 angewandt werden, um das Reagens in den Behälter D einzuspritzen. Wenn einer oder mehrere derartiger Verteiler benutzt werden, dann werden sie zusätzlich zu dem für die Zufuhr eines anfänglichen Reagens vorgesehenen Verteiler vorgesehen, und infolgedessen kann der Kopf 23 des Behälters D so ausgebildet werden, daß er zusätzliche Einlaßrohre aufnimmt.

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Die Einheit F, die wahlweise in das System eingefügt werden kann, ist eine Einrichtung zum Zuführen eines veränderlichen und meßbaren Elüssigkeitsvolumens, beispielsweise für die Titration; diese Einheit besitzt die Form einer schraubenangetriebenen Spritze 71 - Die Lage ihres Kolbens 72 (angetrieben von der Einheit 73) wird durch einen geeigneten linearen Wandler angezeigt. Das Rückschlagventil 74- dient dazu, die Spritze 71 automatisch wieder aufzufüllen, wenn der Kolben 72 zurückkehrt. Ein Elektromagnet 75 gestattet es, das obere Ventil geschlossen zu halten, wenn der Druck im Gefäß D herabesetzt wird, so daß das System der Spritze abgeschlossen ist.

Nachstehend wird der Betrieb des Systems näher erläutert, wobei davon ausgegangen wird, daß das System vorbereitet ist, so daß die Rohrleitung 27 auf der rechten Seite des Reaktionsgefäßes D mit Verdünnungsmittel (normalerweise,destilliertes ' Wasser zusammen mit einem nichtionischen oberflächenaktiven Mittel) gefüllt ist:

1. Überdruck wird bei V zur Einwirkung gebracht, der beide Ventile 31» 32 in der Kammer P schließt»

2. Der Behälter B wird niedergelassen, um die Sonde A freizugeben.

5. Die Probe wird der Sonde A dargeboten, und bei W wird herabgesetzter Druck zur Einwirkung gebracht. Ein abgemessenes Volumen der Probe wird daher in die Sonde eingesogen.

4. J)ev Behälter G wird während einer kurzen Zeit unter Druck gesetzt, um zu erreichen, daß der Behälter B bis zum Niveau I gefüllt w,ird, und dann wird der Behälter B wieder an seinen Ort zurückgebracht, um die Sonde A zu umschließen.

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5. Der Behälter H wird während einer kurzen Zeit unter Druck gesetzt, so daß die Kammer U mit Reagens gefüllt wird.

6. Herabgesetzter Druck wird bei Q zur Einwirkung gebracht, so daß der Inhalt der Kammer U, die Probe in der Sonde A und der Inhalt des Behälters B in die Reaktionskammer D gesogen werden, bis die gesamte Rohrleitung 27₁ 29 geleert ist. Während dieser Periode wird W zur Atmosphäre hin geöffnet, so daß das Quecksilber im U-Rohr K zurück in seine normale "Ruhestellung" fällt, dies Abfallen nimmt ungefähr 3 Sekunden in Anspruch, obwohl eine Verzögerung von einer Sekunde erforderlichenfalls vorgesehen sein kann.

7· Q wird zur Atmosphäre hin geöffnet.

8. Ein pulsierender Druck wird bei X zur Einwirkung gebracht, wodurch das Strömungsmittel in Schwingung versetzt wird. Geeignete optische oder andere physikalische Beobachtungen werden bezüglich der Flüssigkeit gemacht.

9. Nach einer angemessenen Beobachtungsdauer wird der Überdruck bei V umgekehrt und die Reaktionsmischung in die Kammer P abgesaugt. Ein kurzer positiver Stoß dient dazu, P in den Abflußbehälter zu entleeren.

10. Um die Reinigung des Systems einzuleiten, wird als erster Schritt ein fortlaufender Druck auf das Gefäß G zur Anwendung gebracht, so daß das Gefäß B mit destilliertem Wasser gefüllt bleibt.

11. Vakuum wird während einer kurzen Zeit bei Q zur Einwirkung gebracht, so daß destilliertes Wasser in das Reaktionsgefäß D gesaugt wird.

12. Vakuum wird bei V angewandt, um den Behälter D zu leeren.

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13. Die Schritte 11 und 12 werden zweimal wiederholt.

14. 'Schließlich wird der Behälter G auf atmosphärischen Druck

gebracht, wobei die rechte Seite des Systems noch mit destilliertem Wasser gefüllt bleibt.

Die Steuerung der Verbindung jeder der verschiedenen Einheiten mit Druckluft, Atmosphäre oder Vakuum kann mittels eines Paares von Dreiwegventilen 42, 43 in der in Figur 8 gezeigten Anordnung erreicht werden. Die Hauptverbindung 44 des Ventils 42 ist mit einem der Instrumente verbunden, wählend seine Sekundärverbindungen 45 bzw. 46 mit Vakuum bzw. der Hauptverbindung 47 des anderen Ventils 43 verbunden sind. Die Sekundärverbindungen 48, 49 des anderen Ventils 43 sind jeweils mit Atmosphäre und einer Druckluftquelle verbunden. Jedes Ventil 42, 43 wird durch einen spulengesteuerten, federvorgespannten Kolben 50 betätigt, dessen Kopf 51 wahlweise die eine oder die andere der Sekundärverbindungen schließen kann. Auf diese Weise kann das Instrument mit Vakuum, Atmosphäre oder der Druckluftquelle durch geeignete Auswahl der Zustände der Ventile 42, 43 verbunden werden. Der Körper jedes Ventils besteht aus Glas oder geeignetem Kunststoff, die sich bewegenden Teile aus Nylon, und die Spulen 45 sind vom 'selbsthaltenden" Typ, um den Leistungsverbrauch auf ein geringstmögliches Maß herabzusetzen.

Die Steuerung der Aufeinanderfolge der Betätigungen kann durch einen Nocken-Zeitgeber oder einen oszillatorgesteuerten logischen Festkörperschaltkreis oder durch eine andere geeignete Einrichtung erfolgen. Um die für dieses System geforderte kurze Analysenzeit zu erreichen ist weitgehender Gebrauch von den Reaktionsgeschwindigkeitsmethoden zu machen. In vielen Fällen ergeben sich hierbei Hichtlinearitäten, und angemessene Korrekturen können elektronisch vorgenommen werden.

Nachstehend werden Beispiele der Verwendung des in den Figuren der Zeichnung gezeigten Apparats erläutert, um zu zeigen, wie

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verschiedene Titrationsreaktionen ausgeführt werden können, um den Betrag bestimmter, in den flüssigen Proben vorhandener Chemikalien zu messen.

Beispiel 1 - Kalziummessung;

Diese Messung basiert auf der komplexometrischen Titration des Kalziums mit /ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) unter Verwendung des Pluoreszenzindikators "Calcein" (Fluoreszeinkomplexon(e))für die Anzeige des Endpunkts.

Der Probenbehälter wird so vorbereitet, daß 0,1 ml der Probe in die Sonde A eingesaugt werden, und ein Reagens-Ausgabegerät E wird so ausgewählt, daß es 3»0 ml ausgibt. Das Gefäß H des Ausgabegeräts E wird mit 0,4 M Kalziumhydroxid beladen, das 4,0 mg/Liter Galcein enthält. Der Behälter der Titrierspritze F wird mit EDTA (Dinatriumsalz) von 0,93 g/Liter beaufschlagt.

Eine Standardlösung, die 100 mg/Liter Kalzium in Form des Chlorids enthält, wird zum Fertigmachen der Arbeitsvorrichtung bzw. Maschine verwendet.

Der Betriebszyklus verläuft wie folgt:

0,1 ml der Standardlösung werden in die Sonde A eingesogen, und der Behälter U wird mit 3,0 ml Kaliumhydroxid, das Calcein enthält, gefüllt. Beide werden in die Küvette D gezogen, und auf die Standardlösung folgen 0,1 ml destilliertes Wasser aus dem Gefäß B, um sicherzustellen, daß sie vollständig in die Küvette D gebracht worden ist. Die Küvette wird durch einen Lichtstrahl (max. 435 nm) beleuchtet, und die Fluoreszenz wird mittels einer Photozelle unter rechtem Winkel zum Licht festgestellt.

Die Spritze F wird in Betrieb gesetzt, so daß sie EDTA in die Küvette entlädt, und damit wird fortgefahren, bis die grüne

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Fluoreszenz verschwindet, woraufhin die Photozelle einen elektronischen Schalter triggert, der die Spritze F anhält* Der Hub des Kolbens wird mittels eines linearen Wandlers gemessen, und das Signal wird in einem digitalen Register gespeichert. Der Waschzyklus wird ausgeführt, und der Prozeß wird wiederholt, wobei 0,1 ml des zu messenden Serums verwendet werden. Das Signal welches den Hub des Kolbens bei dieser Messung repräsentiert, wird in einem zweiten Register gespeichert. Eine arithmetische Einheit teilt das zweite Ergebnis durch das erste und multipliziert es mit dem Faktor 10, um die gewünschte Angabe einer Einrichtung aufzugeben, aus der diese in mgm/100 ml abgelesen werden kann.

Beispiel 2 - Gesamtproteinmessung

Diese Messung wird unter Anwendung der Biuretreaktion ausgeführt, welche spezifisch für Peptide, Polypeptide und Proteine ist. Diese reagieren mit alkalischem Kupfertartrat, wobei sie eine violett gefärbte Lösung geben, die eine maximale Absorptionfähigkeit bei 560 nm hat. Die Absorptionsfähigkeit der gefärbten Verbindung ist der Konzentration direkt proportional» Die Reaktion ist innerhalb einer Minute bei Raumtemperatur' bis zu einem Vollständigkeitsgrad von 80 % abgelaufen.

Biuretreagens . - _t

1. Alkalisches Jodid·- 16,0 g Natriumhydroxid und 10,0 g Kaliumiodid in 1 Liter Wasser.

2. Auf Vorrat gehaltenes Biuretreagens - 16,0 g Natriumhydroxid, 90 g Natrium-Kalium-Tartrat, 30 g Kupfersulfat (5 H2O) und 10,0 g Kaliumiodid, mit destilliertem Wasser auf einen Liter aufgefüllt.

3. Arbeits-Biuretreagens - es werden 200 ml auf Vorrat gehaltenes Biuretreagens mit alkalischer Jodidlösung zu einem Liter verdünnt.

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Menschen- oder Rinder-Albuminlösungen mit einem Gehalt von 5,0 g/100 ml werden als Standard benutzt. Das Probengefäfi wird so vorbereitet, daß 0,1 ml in die Sonde A eingesogen werden, und der Behälter U eines 3_f0 ml Reagens-Ausgabegeräte E wird mit Arbeits-Biuretreagens gefüllt.

0,1 ml der Standardlösung werden in die Sonde A eingesogen und gelangen daher in die Küvette D, gefolgt von 1,0 ml destilliertem Wasser aus dem Behälter B. Zur gleichen Zeit werden 3,0 ml Arbeits-Biuretreagens aus dem Behälter ü in die Küvette D gesogen. Ein Lichtstrahl von560 nm wird durch die Küvette hindurchgeschickt, und das austretende Licht wird mit einer Photozelle gemessen. Der Logarithmus (zur Basis 10) des Signale von der Photozelle wird festgestellt, und die Differenz zwischen dem Anfangssignal und dem Signal nach 60 Sekunden wird in einem Register (wie vorher) gespeichert.

Der Vorgang wird wiederholt, wobei das unbekannte Serum benutzt wird, und das Ergebnis wird in einem zweitem Register gespeichert. Die arithmetische Einheit teilt das zweite Ergebnis durch das erste und multipliziert das so gewonnene Ergebnis mit 5i um den gesuchten Wert in g/100 ml zu geben.

Beispiel 3 - Messung des Dehydrase-Lactats (DHL)

Dieses Enzym wandelt Pyruvat in Lactat um. Der Wasserstoffdonator für die Reaktion ist reduziertes Nikotinamidadenindinukleotid (NADH). Beim Abgeben seines Wasserstoffs wird das letztere in die oxydierte Form (NAD) umgewandelt, die im Ultraviolett bei 340 nm absorbiert. Die Geschwindigkeit der Reaktion ist der Konzentration von LDH direkt proportional, und diese Konzentration wird durch Beobachtung der Änderungsgeschwindigkeit der Absorptionsfähigkeit bei 340 nm gemessen.

Reap;entien

1. Medium-Phosphatpuffer 50 mM, pH 7,5 mit einem Gehalt von 0,3 mM Natriumpyruvat.

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2. NADH -0,5 mM, NADH in Wasser.

Das Medium wird aus einem 3)0 ml Ausgabegerät E ausgegeben und das NADH von einem anderen 1,0 ml Ausgabegerät E.

0,1 ml des zu testenden Serums werden in die Küvette D gezogen und mit 0,1 ml destilliertem Wasser gespült. Zur gleichen Zeit werden 3_}0 ml des Phosphatpuffers und 1,0 ml des NADH aus den Ausgabegeräten E in die Küvette gezogen. Ein Ultraviolettstrahl mit 34-0 nm wird durch die Küvette gerichtet, und seine Intensität wird mit einer Photozelle gemessen. Der Logarithmus der Ausgangsspannung wird festgestellt, und die Verstärkung des Systems ist so eingestellt, daß die Einheit der Ausgangsspannung gleich 1,0 optischen Dichteeinheiten entspricht. Die Veränderung der Ausgangsspannung während 3° Sekunden wird aufgezeichnet bzw. festgehalten und im Register untergebracht. Die arithmetische Einheit multipliziert diesen Wert mit 10128, um das Ergebnis in milli-internationale Einheiten pro ml auszudrücken. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesem Test kein Standard erforderlich ist.

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Claims

— CD —

PATENTANSPRÜCHE

Autoanalytische Arbeitsvorrichtung bzw. Maschine für die Analyse flüssiger Proben, mit einer Reaktionskammer und einem Probenbehälter zum Halten der zu analysierenden Probe, gekennzeichnet durch eine Verbindungsrohrleitung (27), von der ein Ende in die Reaktionskammer (D) gerichtet ist, während das andere Ende (A) so angeordnet ist, daß es in die im Probenbehälter befindliche Probe eintauchen kann; eine druckgesteuerte Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung (C), mit der eine vorbestimmte Probenmenge in die Verbindungsrohrleitung eingebracht werden kann; •undeinen Drucksteuermechanismus (4-2, 4-3), der so ausgebildet ist, daß er die vorbestimmte Probenmenge in die Reaktionskammer überführen kann; wobei die Abmeaaungs- bzw. Meßeinrichtung und der Steuermechanismus die Probe durch eine Veränderung des Strömungsmitteldrucks in der Verbindungsrohrleitung bewegen bzw. in die Reaktionskammer überführen können.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit (B, E), die eine Reagenskammer (10, U) aufweist, welche eine aus einem Flüssigkeitsbehälter (G, H) zur Verfügung stehende Reagensmenge hält und durch die bzw. eine Verbindungsrohrleitung (12, 39) mit der Reaktionskammer verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit ein Standrohr (12, 39) aufweist, das innerhalb des Flüssigkeitsbehälters (G, H) angeordnet ist und an seinem anderen Ende in die Reagenskammer (10, U) übergeht; ein aus der Kammer führendes Auslaßrohr (4-0), das sich in eine, überschüssige Flüssigkeit aufnehmende Vorrichtung (T) öffnet, die so ausgebildet ist, daß sie die überschüssige Flüssigkeit zurück in den Behälter fließen läßt; einen Einlaß (S), der zum Behälter

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führt, und durch den Druck zur Anwendung gebracht werden kann, um Flüssigkeit durch das Standrohr und in die Reagenskamraer zu drücken; wobei die Verbindungsrohrleitung (27» 29) vom Boden der Reagenskammer wegführt, so daß durch diese eine abgemessene, in der Reagenskammer befindliche Flüssigkeitsmenge abgezogen werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein Verdünnungsmittelbehälter (G) ist und das Ende (A) der Verbindungsrohrleitung (27) der autoanalytischen Arbeitsvorrichtung, in welche die Probe durch die Probenahmessungs- bzw. -meßeinrichtung gezogen werden soll, ebenfalls am Boden der Reagenskammer (10) angeordnet werden kann, so daß Verdünnungsmittel in die Reaktionskammer (zusammen mit der Probe) gezogen werden kann, indem der Drucksteuermechanismus betätigt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenskammer (10) der Flü'ssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit und/oder die Verbindungsrohrleitung (27) auf einem Parallelogramm von Hebeln oder auf einer in der Wirkung ähnlichen Vorrichtung angebracht sind, so daß das Ende der Verbindungsrohrleitung auf den Probenbehälter zur Einwirkung gebracht und dann wieder genau in der Reagenskammer der Verdünnungsmittelabmessungs- bzw. -meßeinheit angeordnet werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4·, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Flüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit, abgesehen vom Behälter (H) und der Verbindungsrohrleitung (29)» innerhalb einer Umhüllung (69) eingeschlossen sind, wobei die Umhüllung mit einem Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden kann, um das Reagens innerhalb der Reagenskammer zu halten und es danach bzw. später durch die Verbindungsrohrleitung abzugeben bzw. auszuspritzen.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die druckgesteuerte Probenabmessungsbzw, -meßeinrichtung ein U-Rohr (K) umfaßt_v da« an einem Ende eine gesinterte Scheibe (L2) aufweist und von diesem Ende aus bis zu einem vorbestimmten Niveau auf der anderen Seite des U-Rohres mit Quecksilber gefüllt ist; wobei eine zweite gesinterte Scheibe (L1) am anderen Ende des U-Rohres vorgesehen ist; sowie eine Vorrichtung zur Steuerung des Druckes auf derjenigen Seite (21) der aweiten gesinterten Scheibe, welche vom U-Rohr abgewandt ist; und eine Säule bzw. Kolonne (15) auf derjenigen Seite der ersten gesinterten Scheibe, die vom U-Rohr abgewandt ist, gefüllt mit einer Flüssigkeit, die mit Wasser unvermischbar ist und eine größere Dichte als Wasser beeitet, wobei die Kolonne bzw. Säule, welche die mit Wasser unvermischbare Flüssigkeit enthält, mit der Verbindungerohrleitung verbunden ist, die zwischen dem Probenbehälter und der Reaktionskammer der autoanalytischen Arbeitevorrichtung angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des U-Rohres mit einer Dichtungsstopfbuchse (N) versehen ist, durch die ein Kapillarrohr (M) hindurchverläuft, wobei die zweite gesinterte Scheibe am anderen Ende des Kapillarrohres vorgesehen ist, so daß letzteres zur Veränderung des Probenvolumens willkürlich einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllrohr (55) zu einer Position direkt unterhalb der Absichtungsstopfbuchse geführt und mit einem Sperrhahn (57) versehen ist, wodurch Quecksilber in das U-Rohr eingebracht und unerwünschte Luft abgeblasen werden kann,
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9_f dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindunpsrohrleitung (27, 28, 29),

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welche in die Reaktionskammer eintritt, Rückschlagventile bzw. nur in einer Richtung· durchlässige Ventile umfaßt, beispielsweise "Entenschnabel"-Ventile (J), und zwar an den Enden der Verbindungsrohrleitung, wo diese in die Reaktionskammer eintreten bzw. an den in der Reaktionskammer endenden Zweigen der Verbindungsrohrleitung,
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Rühr- bzw. Bewegungsanordnung für in der Reaktionskammer befindliche Flüssigkeiten, die einen in der Nähe der Basis der Reaktionskammer in letztere übergehende Seitenarm (0) umfaßt, der mit einer Einrichtung versehen ist, durch die ein oszillierender Druck auf die im unteren Bereich der Reaktionskammer befindliche Flüssigkeit ausgeübt werden kann.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenarm (0) in einer Tülle (33) ausläuft, die mit einem Diaphragma, einer Membran o.dgl. (34-) bedeckt ist, derart, daß der oszillierende Druck an eine weitere Tülle

(35) angewandt werden kann, die sich in Kontakt mit dem Diaphragma, der Membran o.dgl. befindet.
13· Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hemmnis, eine Stauung, eine Störung o.dgl.

(36) an der Stelle angeordnet ist, wo der Seitenarm auf die Reaktionskammer trifft, derart, daß zwei Kanäle (37, 38) ausgebildet werden.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufwärts schließendes Ventil (31) am Boden der Reaktionskammer vorgesehen ist, und daß dieses Ventil in eine untere Entleerungskammer (P) führt, die ein abwärts schließenden unteres Auslaßventil (32, 67) aufweist, so daß das aufwärts schließende Ventil durch auf die Entleerungskammer zur Einwirkung gebrachten Überdruck geschlossen gehalten werden kann.

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15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere die Reaktion bestimmende bzw. deren Zustand messende V/andler inner- oder außerhalb der Reaktionskammer vorgesehen sind, wie beispielsweise eine Elektrode zur Messung des pH, eines spezifischen Ions o.dgl., oder eine colorimetrische Meßeinrichtung.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15t gekennzeichnet durch eine Titriervorrichtung (F), deren Auslaßrohr (28) in die Reaktionskammer führt und die eine schraubengetriebene Spritze umfaßt, wobei die Lage des Kolbens in der Spritze (71) durch einen geeigneten Linearwandler (73) angezeigt bzw. gemessen wird, um die Menge des Reagens festzustellen, das bis zur Erreichung eines geeigneten, von den Zuständen bzw. Bedingungen in der Reaktionskammer bestimmten, Endpunkts zugefügt worden ist.
17· Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch ein auslösbares Ventil (75» 76), beispielsweise ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil, das sich in dem von der Spritze wegführenden Auslaßrohr befindet, so daß das Titrierreagens am Eintritt in die Reaktionskammer gehindert werden kann.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17» gekennzeichnet durch spulen- bzw. solenoidbetätigte Luftventile (4-2, 4-3)» die mit Druck- und Vakuumpumpen zum Zwecke des Einwirkonlassens von Über- oder Unterdruck oder atmosphärischem Druck in vorbestimmten Stadien des Betriebs bzw. des Betriebszyklus der Arbeitsvorrichtung bzw. Maschine verbunden sind. _|
19· Plüssigkeitsabmessungs- bzw. -meßeinheit, gekennzeichnet; durch die in Anspruch 3 oder 6 definierte Ausbildung.

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20. Druckgesteuerte Probenabmessungs- bzw. -meßeinrichtung, gekennzeichnet durch die in einem der Ansprüche 7» 8 oder 9 definierte Ausbildung.
21. Reaktionslcammer, gekennzeichnet durch eine Rühranordnung (0, 5O₅ 36) der in einem der Ansprüche 11, 12 oder 13 definierten Ausbildung.
22. Titrierapparat, gekennzeichnet durch die in den Ansprüchen 16 oder 17 definierte Ausbildung.

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