DE2411210A1

DE2411210A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die analyse von reaktionsgeschwindigkeiten bei kontinuierlich und diskontinuierlich stroemenden proben

Info

Publication number: DE2411210A1
Application number: DE2411210A
Authority: DE
Inventors: Willem Walraven
Original assignee: CENCO INSTR MIJ BV
Current assignee: CENCO INSTR MIJ BV
Priority date: 1973-03-27
Filing date: 1974-03-08
Publication date: 1974-10-10
Also published as: US3915644A; NL7304229A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.^eickhann,

D1PL.-ING. H.¥eickuann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke DiPL.-lNG. F. A.Weickmann, Dipl-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

Case 73 04229 Postfach S6o 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/Ξ2>

CEHCO INSTRUIiENi¹EMMIJ. B.V., Konijnenberg 40, Breda/Holland

Verfahren und Vorrichtung für die Analyse von Reaktionsgeschwindigkeiten bei kontinuierlich und diskontinuierlich

strömenden Proben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um die Konzentration einer Verbindung in einem fluiden Medium zu bestimmen, welches, nachdem es mit einer oder mehreren anderen Komponenten in einer Leitung vermischt wurde, eine Reaktionsmischung bildet, bei der sich mindestens eine physikalische oder chemische Eigenschaft während, eines bestimmten Zeitintervalls nach diesem Vermischen ändert, wobei die Änderung von der Konzentration der Verbindung abhängt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, um dieses Verfahren durchzuführen.

In der Chemie und insbesondere in der klinischen Chemie werden Konzentrationen bestimmter Substanzen, beispielsweise von Enzymen, bestimmt, indem man die Geschwindigkeit mißt, mit der sich die Konzentration von einem der Bestandteile bei einer spezifischen Reaktion ändert. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem man die Farbänderung einer Reaktionsmischung als Funktion der Reaktionszeit graphisch darstellt. Bei dieser graphischen Darstellung, beispielsweise mit einem Aufzeichnungsgerät, mit dem der gemessene Wert auf der Y-Achse und die Zeit auf der X- Achse dargestellt werden, erhält man eine graphische Darstellung, in der bei konstanter Reaktionsgeschwindigkeit die Kurve eine gerade Linie ist, die mit der Y-Achse einen Winkel bildet, wobei der Winkel für

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241''21O - ζ -

die Aktivität bestimmend ist und somit für die Konzentration der Verbindung, die gemessen wird. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist der, daß man aus dem Teil der graphischen Darstellung, der nicht parallel zur Y-Achse verläuft, bestimmen muß, wann diese Kurve gerade wurde, d.h. wann die Reaktionsgeschwindigkeit konstant wurde. Man muß dann den Winkel bestimmen und durch eine Umwandlung des Winkelwerts und einem Multiplikationsfaktor, der selbst eine Funktion des Winkelwerts ist_$ muß man diesen Winkel in den Konzentrationswert umwandeln. Dies bewirkt, daß dieses Verfahren visuell und elektronisch kompliziert ist, und außerdem erfordert eine Prüfung über die visuelle Messung und die Berechnung der elektronischen Werte Zeit.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Proben, die analysiert werden sollen, und die Reagentien mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch eine Leitung geleitet, wonach in mindestens zwei Teilen dieser Leitung gleichzeitig Messungen an einer variablen Eigenschaft, einem variablen Parameter oder einem variablen Merkmal durchgeführt werden, die für die Umsetzung bestimmend sind,wobei die Beziehung zwischen den beiden gemessenen Werten, die die Differenz oder der Quotient für die e±igefüllte Probe sein können, als Ausgangssignal in dem registrierenden Anzeiger erhalten werden. Werden Differenzwerte angezeigt, dann erhält man, wenn in den beiden gemessenen Teilen der Leitung sich die gemessenen Werte nich ändern, ein konstantes Signal, welches graphisch parallel zu der Zeitachse verläuft. Die Verstärkung des Signals durch elektronische Einrichtungen kann leicht erfolgen und kann im Hinblick auf eine direkte Darstellung der Konzentrationseinheiten eingestellt werden, die sich als Entfernung zwischen den horizontalen Linien und einer Null-Linie darstellt, die man von dem Kurvenblattpapier ablesen kann. Durch die konstante Strömungsgeschwindigkeit im System, zu dem man bei gegebenen Zeiten Proben, die analysiert werden sollen, zufügt, wobei diese Proben durch Blindproben oder

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SpUIflUssigkeiten getrennt oder nicht getrennt sein können, weiß man genau, zu welchem Zeitpunkt, nachdem die Probe zu dem Strom gegeben wurde, eine Umsetzung beginnt und wann die Reaktionsmischung in dem Meßteil in einem geeigneten Reaktionszustand vorhanden ist.

Es ist möglich, bei bestimmten Zeiten, nachdem die Probe zugegeben wurde, Meßwerte auszudrucken, beispielsweise mit einem Digitaldruck-Voltmeter oder mit anderen Druckvorrichtungen. Ein Drucken von mehr als einem Meßwert pro Probe innerhalb kurzer Zeitintervalle, wobei jeder mit der gleichen Identifikationsnummer der Probe versehen ist, ermöglicht eine schnell visuelle Prüfung der Linearität der Umsetzung, ohne daß der registrierende Anzeiger periodisch geprüft werden muß, ob die Konstanz der gemessenen Werte die Linearität bestätigt.

Ändert man die Strömungsgeschwindigkeit, so ist es möglich, den Zeitabstand zwischen den Meßteilen zu ändern und versus der Mischstelle und dabei kann man die erhaltenen Meßwerte ändern, wobei andererseits die elektronische Resultante dieser Signale weniger oder nicht elektronisch aufbereitet werden muß. Beendigt man den Strom des fluiden Materials, nachdem er einige Zeit mit konstanter Strömungsgeschwindigkeit durch den Meßteil geflossen ist, so ist es möglich, die Meßfehler, die durch Strömungsphänomene eingeführt werden, zu vermindern, wobei man den Unterschied in der Reaktionszeit aufrechterhält, und man kann die Meßzeit, bezogen auf die Mischstelle, verschieben. Indem man bei diesem Verfahren die Abflußleitung oder -leitungen stromabwärts von der Mischstelle hat und sie nicht frei ablaufen läßt, sondern sie zuerst zu der Saugstelle der Pumpe zurückführt, wird eine Bewegung des fluiden Materials durch den freien Abfluß, nachdem die Pumpe angehalten wurde, verhindert.

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In der folgenden Zeichnung ist eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der erhaltenen Meßsignale ;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung,mit der man das erfindungsgemäße Verfahren durchführt.

Von einer Probenvorratsvorrichtung 5 entnimmt eine Probenentnahmevorrichtung T mit einer Schlauch- oder Röhrenpumpe U während einer vorbestimmten Zeit eine Probe, die an der stationären Stelle H mit dem Reagens und möglicherweise mit anderen fluiden Materialien, die ebenfalls über die Pumpe U über getrennte Leitungen V1 und V2 zugeführt werden, vermischt wird. Diese Mischung strömt dann durch zwei Strömungszellen eines Colorimeters, wobei das Licht einer Lichtquelle L längs des optischen Wegs in diesen Zellen J-K bzw. N-M auf zwei Photozellen X1 bzw. X2 fällt, die, wie in Fig. 2 dargestellt ist, durch Widerstandsvorrichtungen Z1 und Z2 reguliert werden können, so daß, wenn die gleiche Lichtmenge auf beide Zellen fällt, die Elektrodenenden R1 und R2 bzw. die Endeinrichtungen R1 und R2 immer ein elektrisches Signal der gleichen Größe zu einem Aufzeichnungsgerät für die Meßwerte geben. In der graphischen Darstellung von Fig. 1 ist die aufeinanderfolgende Darstellung der Ausgangsspannung der Photozellen X1 und X2 und einer Resultierenden gegeben, die der Spannungsunterschied zwischen den Endelektroden R1 und R2 ist, wenn eine Reaktionsprobe durch das System gepumpt wird, vor der eine neutrale Flüssigkeit bzw. ein neutrales fluides Material strömt und nach der eine neutrale Flüssigkeit bzw. ein neutrales fluides Material strömt.

Die Ausgangsspannung der ersten Photozelle X1 ist als Signal 1 dargestellt. Die Ausgangsspannung der zweiten Photozelle X2

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24¹^ 2 1 O

ist als Signal 3 dargestellt. Das resultierende Signal, der Spannungsunterschied» der zwischen den Stellen R1 und R2 gemessen wird, ist als Signal 2 dargestellt. Der Null-Punkt auf der Zeitachse zeigt den Moment an, bei dem die Probe am Mischpunkt H ankommt, wenn im restlichen Teil der Leitung eine neutrale Mischung vorhanden ist.

Durch die Zeit A wird angegeben, wann die Reaktionsmischung zuerst die Strömungszelle bei der Stelle J betritt. Die Zeit B zeigt an, wann die erste Strömungszelle vollständig mit der Reaktionsmischung bis zur Stelle K gefüllt ist, wonach die Reaktionsmischung zum Zeitpunkt C die zweite Strömungszelle M-N an der Stelle M betritt. Die Zeit D zeigt an, wenn die zweite Zelle M-N vollständig mit der Reaktionsmischung gefüllt ist, die dann beginnt, die Stelle N zu durchfließen. Die Zeit E1 zeigt an, wenn die Spülflüssigkeit, die auf die Probe folgt, an der Stelle J vorbeizufließen beginnt und allmählich in der ersten Strömungszelle J-K die Probe zu ersetzen beginnt. Die Zeit E2 zeigt an, wenn die erste Strömungszelle J-K vollständig mit der Spülflüssigkeit gefüllt ist. Die Zeit F zeigt an, wenn die Spülflüssigkeit an der Stelle M vorbeizuströmen beginnt,und die Zeit G, wenn die Spülflüssigkeit an der Stelle N vorbeizufließen beginnt.

Es ist klar, daß während der Zeitintervalle A/B, C/D, E1/E2 und P/G eine Mischung durch eine der Strömungszellen fließt, deren mittlere optische Dichte während eines solchen Zeitintervalls variiert. Dies bewirkt, daß das Signal 2 nur während der Zeitintervalle D/C, D/E1, E2/F horizontal verläuft. Gewünschtenfalls kann man eine kleinere Entfernung zwischen den Stellen K und M wählen und damit ein kleineres Leitungsvolumen zwischen den Stellen K und M als das der Strömungszellen J-K und M-N, wodurch die horizontalen Teile des Signals 2 in den Zeitintervallen B/C und E2/P eliminiert werden können, wobei man durch Analyse zwischen der Zeit A und G nur ein Zeitintervall, d.h. D/E1, erhält, wo die Resul-

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tierende einen horizontalen Verlauf hat, so daß eine schnellere visuelle Untersuchung möglich v/ird.

Wenn das Volumen zwischen den Stellen K und M nicht ausreichend vermindert werden kann, so können die Zellen J-K und M-N in parallele Zweige des Mischungsstrorns gestellt werden. Auf diese Weise kann die Differenz in der Entfernung zwischen H und J und zwischen. H und M so klein wie möglich gemacht v/erden, und dies ist im Gegensatz zu K und M, wie in Fig. 2 dargestellt, wobei die Druchströmungsgeschwindigkeiten in diesen Zweigen reguliert werden kann, indem man die abströmenden Mischungsströme über die Saugseite der Pumpe beseitigt. Das Zeitintervall D/E1 wird durch die Zeit und die Dauer der Probenentnahme, der Pumpengeschwindigkeit und das Volumen der Leitungen bestimmt. Der Unterschied in der Amplitude zwischen dem Signal während des Intervalls D/E1 und dem Zeitintervall G/A ist ein direktes Anzeichen für den quantitativen Unterschied in der Konzentration des Reaktionsproduktes während zweier aufeinanderfolgender Reaktionszeiten B/E1 und D/F und somit ein Maß für die Reaktivität der Proben,die analysiert werden sollen.

In der Probenentnahmevorrichtung T kann ein Zeitgeber so eingestellt sein, daß er zu Beginn der Ansaugung der Probe zu laufen beginnt und eine Verbindung während des Zeitintervalls D/E2 dieser Probe " zwischen den Meßausgangsgrößen R1 und R2 und einem einstellbaren Verstärker der Meßwerte, der mit einem Druckdigital-Voltmeter gekuppelt ist, herstellt. Die Größe der gedruckten Werte, die man auf diese Weise erhält, können direkt als die geforderten Standard-Konzentrationseinheiten ausgedrückt werden.

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Claims

— 7 — Patentansprüche

1.) Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Verbindung in einem fluiden Material bzw. in einer Flüssigkeit, die nach dem Vermischen in einer Leitung mit einer oder mehreren anderen Komponenten eine Reaktionsmischung bildet, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit strömt, wobei sich mindestens eine'physikalische oder chemische Eigenschaft während eines vorbestimmten Zeitintervalls nach diesem Mischen meßbar ändert, wobei die Änderung von der Konzentration der Substanz abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß Vergleichsmessungen der Eigenschaft oder der Eigenschaften der Reaktionsmischung gleichzeitig in Leitungsteilen erfolgen, "wo die-Mischung in verschiedenen Reaktionszuständen vorliegt, wobei diese Teile so gewählt werden, daß während der bedeutungsvollen Meßzeit die gemessenen Werte an den zu messenden Stellen konstant bleiben.

2. " Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteile in Zweigen des Mischungsstroms angebracht sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit eines Teils oder der Gesamtheit des Mischungsstroms bei bestimmten Zeiten beendigt bzw. unterbrochen oder geändert wird, um die Richtung oder Größe zu ändern.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Röhrenpumpe zum Mischen, durch die gleichzeitig zwei oder mehrere Vorratsleitungen an einer Mischstelle betätigt werden.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß der Leitung oder der verzweigten Leitungen des Mischungsstroms durch die Saugseite der Röhrenpumpe oder Schlauchpumpe bewirkt wird.

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