DE2740952C2

DE2740952C2 - Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Proben

Info

Publication number: DE2740952C2
Application number: DE2740952A
Authority: DE
Inventors: Elo Harald Lyngby Hansen; Jaromir Naerum Ruzicka
Original assignee: BIFOK AB
Current assignee: BIFOK AB
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1984-02-02
Also published as: SE414228B; FR2364445B1; JPS5336289A; GB1591467A; DE2740952A1; SE7610110L; US4177677A; FR2364445A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Proben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die automatischen Analysatoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich in Chargenanalvsatoren und Daueranalysatoren. Bei Chargenanalysatoren wird jede Probe in einen individuellen Behälter gegeben und verbleibt darin während der ganzen Analyse. Der Behälter wird durch den Apparat auf einem bewegbaren Band oder dergleichen transportiert, die Reagentien werden zu bestimmten Zeitpunkten zugefügt und schließlich wird, wenn die Probe die Mcßdatenempfangsstelle erreicht, beispielsweise ein Spektrofotometer, Flammenfotomcier oder dergleichen, die Probe in eine Küvette gegeben, in der die Messung durchgeführt wird. Da die individuellen Proben während des ganzen Prozesses vollständig voneinander getrennt sind, kann eine hohe Analysegeschwindigkeit von mehl als 150 Proben pro Stunde ohne Risiko für eine Durchmischung oder eine gegenseitige Verunreinigung der Proben durchgeführt werden. Die Nachteile derartiger Chargenanalysatoren sind in ihren zusammengesetzten, bewegbaren Teilen zu sehen, die während der Benutzung verschlissen werden, und darin, daß Probleme mil dem Auswaschen oder der Beseitigung der Behälter nach der Benutzung entstehen können. Schließlich ist die Anpassungsfähigkeit schlechter als ^r> bei Daueranalysatoren.

Bei den Daueranalysatoren werden die Proben fortlaufend aus den individuellen Behältern in einen Schlauch oder in ein Rohr abgezogen, indem die Proben bewegt werden, bis die Analyse beendet ist. Auf diese Weise werden die Proben einer ununterbrochenen Flüssigkeitsströmung ausgesetzt, der dauernd mit bestimmten Strömungsgeschwindigkeiten an vorbestimmten Stellen Reagentien hinzugefügt werden. Die zubereitete Flüssigkeitsströmung erreicht dann schließlieh die Meßzelle, beispielsweise einen Spektrometer, in dem die quantitative Messung durchgeführt und das Ergebnis ständig aufgezeichnet wird. Der Transport der gesamten Flüssigkeiten in derartigen Daueranalysatoren wird durch eine Pumpe gesteuert, die ebenfalls für den Transport der Proben aus dem Analysator Sorge trägt.

Derartige Daueranalysatoren sind aus der US-PS 39 61 534 und der DE-AS 21 43 229 bekannt. Der größte Vorteil derartiger Daueranalysatoren besteht in ihrer Einfachheit und ihrer Anpassungsfähigkeit, die eine einfache Datensteuerung der Flüssigkeitsströmung zuläßt, die beispielsweise für bestimmte verschiedene Analysen aufgeteilt werden kann. Die Nachteile sind hauptsächlich die potentielle Möglichkeit des Durchmischens und das dadurch bedingte Einbringen von Luftblasen in dun Flüssigkeitsstrom.

In der LJS-PS 39 61 534 ist bereits ein Injektionsventil in Verbindung mit einer festen Probenentnahmeschlau-Ie erwähnt, wobei allerdings als Nachteil herausgestellt wird, dall eine beträchtliche Probenmenge verbraucht wird, um sicherzustellen, daß die Probcnentnahmeschlaufe vollständig gefüllt wird. Auch ist dort schon erwähnt, daß diese feste Probcncntnahmcschlaufc ausgewechselt werden kann. Insbesondere wird in dieser Druckschrift eine Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Proben beschrieben, bei der in einem Mittelabschnitt der Probencntnahnieleitung mittels einer Spritze die Probe eingefüllt wird, wobei in erster Linie daran gedacht ist. diese Probenentnahmeleitung nicht vollständig zu füllen. Nachdem die Probe eingespritzt worden ist. wird die Spritze herausgezogen und dann die entsprechende Anzapföffnung durch einen Stopfen verschlossen. Sodann erfolgt ein Anschließen der Probcnentnahineleitung an die die Trägerlösung führende Hauptleitung. Dabei ist jedoch nicht gewährleistet, daß Luft mit eingeschlossen und mit transportiert wird, was zu einer Durchmischung und somit zu einem Einbringen von Luftblasen in den Flüssigkeitsstrom führt. Dies führt zu einer ungenauen Analyse und insbesondere zum Transport einer stets sich ändernden Probenmenge. Außerdem ist dieses System für einen schnellen Ablauf nicht geeignet.

Bei der in der DE-AS 21 43 229 beschriebenen Vorrichtung besteht die Probenentnahmeleitung aus einer Stichlcitung, die in die Hauptleitung mündet. In dieser Stichleitung ist ein Abschnitt festen Volumens vorgesehen, welcher durch Absperrventile begrenzt ist. Zwischen diesem Abschnitt konstanten Volumens und der Hauptleitung befindet sich ein weiterer Abschnitt, in dem sich in der Regel Luft befindet. Wenn zum Hinströmen der Probcnflüssigkcil in den konstanten Abschnitt das hintere Ventil geschlossen ist. kann die in diesem Abschniti verdränge Luft nicht entweichen, so

daß es zu einer Vermischung /wischen Probcnflussigkeit und Luft und somit /.um !Einbringen von Luftblasen kommt. Außerdem ist dadurch nicht gewährleistet, daß stets die gleiche Probenmenge gespeichert und in die Hauptleitung eingegeben werden kann. ^r>

Bei Untersuchungen der Dauer:>}steine und der kinetischen Parameter derartiger Systeme wurde herausgefunden, daß alle fallenden und ansteigenden Kurvenäste bei einem vorgegebenen System eine übereinstimmende Gestalt aufweisen. Somit ist es nicht ι» erforderlich, den Stetigkeitszusiand zu erzielen, solange wie die Probe dem ununterbrochenen Bewegungsfluß während einer genau festgelegten Zeitdauer hinzugegeben wird. Diese Genauigkeit der Probenzufuhr hat es jedoch unmöglich gemacht, wirtschaftliche Systeme zu r> schaffen, bei denen eine Probenentnahme durch eine peristaltischc Pumpe (Schlauchpumpe) erzielt wird, wrlchc die Proben aus ihren individuellen Behältern abzieht und danach schließlich durch das System pumpt, wo den Proben, nach ihrer Aufteilung in Abschnitte durch die Lufteinschlüsse an vorbestimmten Stellen, für die speziellen Analysen Rcagenzlösungen zugeführt werden. Die Gründe für die mangelhafte Genauigkeit sind darin zu finden, daß a) Schwierigkeiten bei der genauen Zciteinstellung für die Bewegung des Proben- i^r-> rohres aus der Probenentnahme-Position in die Wasch-Position auftreten, und der Pegel der flüssigen in allen Probenbehältern übereinstimmen muß. da sonst unterschiedliche Lufimcngcn und somit unterschiedliche Proben dem Probenentnahmerohr zugeführt Ji> werden, daß b) Unregelmäßigkeiten bei der Pumpenwirkung der peristaltischen Pumpe auftreten, die von dem Abstand zwischen den Rollen abhängen, welche die Rohre gegeneinander drücken, wobei diese Unregelmäßigkeiten wie periodische Schwingungen in Erscheinung Γι treten, und daß c) Lufteinschlüsse vorhanden sind, die neben der Aufteilung der Strömung in Abschnitte, ebenfalls aufgrund der Kompressibilität der Luft. Schwingungen verursachen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ■"' Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Proben zu schaffen, mit der genau bemessene Probcnmcngcn wiederholbar in schneller Folge bei einfacher Konstruktion und einfacher Verfahrensweise zugeführt werden können. >">

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.

Erfindungsgemäß befindet sich die Pumpe für die ""' Probenentnahme außerhalb der Probcnentnahmeleitung, so daß sicher ohne Lufteinschluß die gewünschte Probcnmenge in der Probencntnahmeleitung gespeichert werden kann, und zwar dies durch die freie Strömung mittels der Pumpe in einer Überschußleitung. "'"' Durch die direkte Verbindung der Probenentnahmeleitung und der Hauptleitung durch die genannten Ventile ist sichergestellt, daß ohne Lufteinschluß die gewünschte Probenmenge in den Hauptstrom eingeleitet werden kann. Dadurch kommt es zu keinen Verunreinigungen ^bfl der Probe. Eine Vielzahl von konstanten Probenmengen können wiederholbar in schneller Folge durch die Hauptleitung zum Analysator gebracht werden. Das System eignet sich außerdem insbesondere für Probeneingaben von weniger als 200 μΙ. was mit den be- ¹^ kannten Einwegspritzen nicht möglich wäre.

Vorteilhafte Ausgestallungen ergeben sich uns den I Interansprüchen. Die Probenmenge kanu voneilhaftcrweise leicht dadurch geändert werden, daß die Probcnentnahmeleilung durch eine solche mit einem anderen Volumen ersetzt wird. Eine besonders einfache konstruktive Lösung ergibt sich dadurch, daß für die Probe und die Trägerlösung ein und dieselbe Pumpe verwendet wird, natürlich mit getrennten Pumpkreisen.

Ein automatischer Analysator muß in einem klinischen Laboratorium in der Lage sein, mit Probenvolu- <nina zwischen 200 μ! und 20 μΙ zu arbeiten, während dieselbe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit wie bei größeren Proben beibehalten werden. Die Analysegeschwindigkeit gegenüber dem Stand der Technik muß vergrößert sein. Die Erfindung schafft eine derartige verbesserte Probezufuhr. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei kommerziellen automatischen Analysatofen verwendbar, die eine in Abschnitte aufgeteilte Strömung aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung näher beschrieben, die eine schematisch dargestellte, automatisierte Probenzuführcinrichtung zeigt.

Die flüssige Probe 1 wird aus dem Probenbehälter 2 durch eine Pumpe 5 über ein Rohr 3 in eine Probencntnahmeleitung 4 abgezogen, die in Form einer Leitungsschleife ausgebildet ist. Der Überschuß der Probe wird durch eine Leitung 6 ausgespült. Während der Probenentnahme sind die Strömungswege 7a —8a und 8b-7b geöffnet und die Strömungswege und 8b —9b geschlossen, wodurch eine Trägerströmung 10, die durch die Pumpe 5 über ein Rohr 11 zugeführt wird, durch eine Nebenschlußleitung 12 in eine Leitung 13 zu dem Analysator (hier nicht gezeigt) gedruckt. Ist die Probcnentnahmeleitung 4 gefüllt, werden die Strömungswege 8.7 — 9,7 und 86—96 geöffnet, wohingegen die Strömungswege 7a —8,7 und 7b—8b geschlossen werden. Da die Nebenschlußleitung 12 so ausgelegt ist. daß sie einen viel größeren Strömungswiderstand aufweist als die Leitungsschleife 4, wird die Probe in die Leitung 13 für die Trägcrsirömung zu dem Analysator 14 wie ein entsprechend vorgesehener Pfropfen gedrückt. Eine Veränderung der Länge und des inneren Durchmessers der Leitungsschleife 4. die aus einem Polyäthylenrohr besteht, und der Nebenschlußleitung 12 ist sehr einfach, da diese Einzelteile als auswechselbare Teile vorgesehen sind. Die Anpassungsfähigkeit der Leitungsschleife 4 und ihrer Verwendung in Verbindung mit einer vollständig automatischen Probenentnahme wurde auch durch die Kombination mit einem Probenkarussel erreicht. Die Anschlüsse zwischen der Leitungsschleife 4 und den verschiedenen Leitungen laufen über Magnetventile Ta und 7b, 8a und 8b sowie 9a und 9b, Das System selbst wird durch synchronisierte Impulse an das Probenkarussell und an die Magnetventile gesteuert. Die Ventile 7a. 7b, 8a, 8b. 9a, 9b können aus 6 einwegigen Ventilen bestehen, die sowohl manuell als auch automatisch betätigbar sind, beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder dergleichen. Es hat sich aber herausgestellt, daß es am vorteilhaftesten ist, entweder zwei Dreiwegeventile oder ein einzelnes Vierwege-Ventil zu verwenden, das in einer seiner Positionen die Lcitungsschleife 4 zwischen den Probenbehälter und die Pumpe schaltet, und das in seiner anderen Stellung die Lcitungsschleife 4 an den Trägerströmungskreis anschließt.

Durch den Dämpfungseffekt der NcbenschluUlcitting 12 werden sprunghafte Änderungen in der Trägcrströmung vermieden, die für eine manuelle Einspritzung charakteristisch sind. Dadurch können der Trägerströ-

iiiung in dichter Folge verschiedene Proben zugeführt werden, ohne daß nachteilige Störgrößen bei den Strömungspuramelern in Kauf genommen werden müssen, wenn eine langsame chemische Reaktion eine lange Leitung erfordert. Die wiederholbare Einspritzung von Mikrovolumina ist außerdem nicht nur wichtig, was eine sparsame Verwendung von Probematerial anbetrifft, sondern sie läßt auch eine des öfteren erforderliche, automatische Verdünnung des Probematerials zu.

Die Probenzuführung wird beim Ermitteln von anorganischen Phosphat und Chlorid in der Blutflüssigkeit angewendet, da diese Verbindungen, was ihre Konzentralion im Blut anbetrifft, zwei Extremwerte darstellen, nämlich ungefähr 100 Milliäquivalente Cl/l für Chlor und 3,5 Milligramm P/100 Milliliter für Phosphor in einem üblichen Serum. Beide Messungen werden üblicherweise bei Serumproben vorgenommen, die der Dialyse unterworfen werden.

Es ist wichtig, daß die Dialyse nicht die Geometrie des Probenpfropfens ändert, der während der Einspritzung gebildet wird, was bedeutet, daß das dialysierbare Material einen identischen aber verdünnten und proteinfreien Probenpfroplen auf der anderen Seite der Dialysemembran bilden wird, welche mit der Rezipientslröiming nach vorne bewegt wird. Die automatische Probenverdünnung muß bis auf einen Wert von I : 100 bei einer Reproduzierbarkeil mehrmaliger Einspritzungen von l"/(i oder mehr ansteigen.

Vergleichsversuche zwischen einer manuellen und einer automatischen Einspritzung wurden bei fünf Serumproben durchgeführt, nämlich Auto-ref. Moniirol I. Moni-trol II.Technicon SMA 2 und Serum Pool. Die gemessenen Werte sind auf Moni-trol I als eine innere Norm bezogen, die den Wert 102 Milliäquivalente Cl/l aufweist.

Tabelle I gibi das Meßergebnis von Chlor bei manueller und automatischer Piobenzuliihr sowohl mil als auch ohne Dialyse wieder. Rir die manuelle Einspritzung wurden Proben von 200ul verwendet, wohingegen die automatische Einspritzung mit b0 μΙ und JO μΙ Proben durchgeführt wurde.

Tabelle I

Serumprobe

ermittelte Werte
(±2 Meßstreuung)
Milliäquivalente
Cl/l

Mit Dialyse	automatische
manuelle	Einspritzung
Einspritzung	60ul Milli
200 al Milli	äquivalente
äquivalente	Cl/l
Cl/l	_
101	102
102	113
116	105
-	101
102

Ohne Dialyse
automatische
Einspritzung
30 _μΙ Milliäquivalente
Cl/l

Auto-ref	1	102	±3
Moni-trol	II	102	±3
Moni-trol	SMA2	116	±4
Technicon		103
Pool	101

102

105
99

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist die Chlormessung wenigstens ebenso fehlerfrei bei der automatischen Probenzufuhr wir bei der manuellen Einspritzung trotz der Tatsache, daß die Probenmenge nahezu auf ein Zehntel reduziert werden kann.

Entsprechende Messungen wurden ebenfalls mit Phosphor durchgeführt. Diese Meßergebnisse sind in Tabelle 2 festgehalten.

Tabelle 2

Serumprobe

ermittelte Werte

Milligramm P/100 ml veränderliche
Verdünnung
manuelle Einspritzung
al Milligramm
P/1Ö0 ml

mit Dialyse automatische Einspritzung
100μ1 Milligramm
P/100 ml

Auto-ref	4,5 ±0,3
Moni-trol I	3,4+0,2
Mbni-trol II	4,6 ±0,3
Technicon SMA2	5,4
Pool	5,4

3,4 5,0 4,8 3,4

Die Analyse-Genauigkeit ist hier ebenso völlig gleich der Genauigkeit bei einer manuellen Einspritzung trotz der Tatsache, daß nur die Hälfte der Probemenge verwendet wurde. ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung zum automalischen Analysieren von Proben, mit einer eine Nebenschlußleitung beinhaltenden Hauptleitung, die eine Pumpe für das kontinuierliche Hindurchleiten einer Trägerlösung enthält, mit einer von der Hauptleitung abtrennbaren und an diese anschließbare Probenentnahnieleitung begrenzten Volumens, wobei das kontinuierliche Hindurchleiten der Trägerlösung über eine in der Nebenschlußleitung befindliche Drosselstelle erfolgt, wenn die Probenentnahnieleitung von der Hauptleitung abgetrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Probcnentnahmeleitung (4) über ein Ventil (7a, 8a) an einen Probenbehälter (2) und das andere Ende der Probenentnahnieleitung (4) üb:r ein Ventil {7b. Sb) an eine Pumpe (5) und eine der Pumpe (5) nachgeschalieie Überschußleitung(6) angeschlossen ist. und daß die Probenentnahnieleitung (4) über an ihren Enden vorgesehene Ventile (8a. 9;/: Sb. 9b) an die Hauptleitung(Il, I3)anschlicllbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, dall die Probeneninahmeleitung (4) austauschbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5) für die Probe und die Trägcrlösung dieselbe ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a, 7b; Sa, Sb; 9.-/, 9b) Magnetventile sind, und dall eine Einrichtung zur gemeinsamen Steuerung der Ventile (7.7, 7b; Sb: 9a, 9b) durch elektrische Impulse vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a. 8a, 9:i und 7b. Sb. 9b) als Drciwcge-Ventile ausgelegt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a, 7b; 8a. Sb; 9a. 9b) zu einem einzigen Vierwege-Ventil zusammengefaßt sind.