DE2755349A1 - Inkubator fuer geraet zur chemischen analyse - Google Patents

Description

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York Vereinigte Staaten von Amerika

Inkubator für Gerät zur chemischen Analyse

Die Erfindung betrifft einen Inkubator zur Verwendung in einem Gerät zur chemischen Analyse, bei der eine flüssige Probe auf einen Probenträger aufgetragen und nach einer vorgegebenen Inkubationszeit analysiert wird, mit einer im Inkubatorgehäuse vorgesehenen Kammer, in welche an einer ersten Stelle Probenträger in die Kammer einführbar und an einer zweiten Stelle daraus entnehmbar sind, mit einer Steuereinrichtung zum Konstanthalten der Temperatur innerhalb der Kammer, mit einer Transportvorrichtung für die Probenträger, welche diese während ihres Transports vorübergehend hält und in der Kammer bewegt, und mit einer Antriebseinrichtung für die Transportvorrichtung.

Inkubatoren der obengenannten Art sind bekannt. Ein derartiger Inkubator ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3,574,064 beschrieben. Das darin gezeigte automatisierte Gerät für biologische Reaktionen weist zwei teiltorusförmige Inkubationskammern auf, von denen jede einen Teil des Umfangs eines drehbar angeordneten Transporttisches umfaßt. Dieser Transporttisch besitzt über seinen Umfang verteilt mehrere Aufnahmen für die Probenträger. Auf einen auf dem Transporttisch befindlichen Probenträger wird zunächst Serum aufgetragen und der Transporttisch bewegt diesen Probenträger in die erste Inkubationskammer. Nach dem Austritt aus der ersten Inkubationskammer wird der Probenträger verschiedenen Behandlungen unterzogen,

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ehe ihn der Transporttisch in die zweite Inkübationskammer bewegt. Nach dem Austritt aus dieser zweiten Inkubationskammer wird der Probenträger weiteren Behandlungen unterzogen und danach vom Transporttisch für eine Untersuchung unter einem Mikroskop entfernt.

Der zuvor beschriebene Inkubator des bekannten Geräts zur Analyse biologischer Flüssigkeiten hat den Nachteil, daß die Inkubation unter sehr genauer Einhaltung der Temperatur und unter präziser Einhaltung der Zeit nicht durchführbar ist, da der Probenträger in die erste Inkubationskammer mit vorher nicht bestimmbarer Temperatur eingeführt wird. Ein Teil der Schwierigkeiten des vorbekannten Geräts bei der genauen Einhaltung der Temperatur für eine vorgegebene Zeit ist darin begründet, daß sich der Transporttisch aus einer Inkubationskammer heraus und danach wiederum in eine Inkübationskammer hinein bewegen muß. Demzufolge müssen außer den Probenträgern selbst auch der Transport tisch und die Aufnahmen für die Probenträger in ihrer Temperatur angehoben werden, was zu einem Absinken der Umgebungstemperatur im Inkubator unter den erwünschten Wert führt. Hieraus folgt auch, daß die Zeitspanne, innerhalb welcher der Probenträger sich auf der erwünschten Inkubationstemperatur befindet, unbestimmt ist. Dieselben nachteiligen Auswirkungen ergeben sich auch in bezug auf die zweite Inkubationskammer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Inkubator zur Verwendung in einem Gerät zur chemischen Analyse der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sich die Inkubationstemperatur für einen Probenträger in der Inkubationskammer genau vorausbestimmen und über eine vorgegebene Zeitspanne ohne wesentliche Schwankungen genauestens einhalten läßt.

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Inkubator der eingangs genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die

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Transportvorrichtung innerhalb der Kammer, von dieser völlig umschlossen, angeordnet ist und daß die Antriebseinrichtung Schaltmittel aufweist, welche zur Eingabe in oder Entnahme eines Probenträgers aus der Kammer die Transportvorrichtung stillsetzen. Durch die vollständige Anordnung der Transportvorrichtung in der Kammer des Inkubators wird sichergestellt, daß die Transportvorrichtung mit ihren sämtlichen Bauelementen während des Betriebs auf der erforderlichen Inkubationstemperatur gehalten werden kann. Hierdurch ist auch die Zeitspanne, in welcher ein Probenträger bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, wesentlich genauer bestimmbar und steuerbar. Die Schaltmittel, welche ein Stillsetzen der Transportvorrichtung für eine Eingabe der Probenträger in die Kammer bzw. deren Entnahme aus der Kammer bewirken, ermöglichen darüber hinaus die Verwendung einfacher Zuführ- bzw. Entnahmeeinrichtungen, welche die Probenträger beispielsweise durch einen Schlitz in der Wand der Inkubationskammer einschieben bzw. entnehmen.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht eines Geräts zur chemischen Analyse mit einem Inkubator gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise geschnitten und aufgebrochen dargestellte Seitenansicht des Inkubators, wobei der Rotor des Inkubators sowie ein Reflektometer sichtbar werden;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 2 dargestellten Inkubator;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß der Linie 4-4 in Fig. 3 und

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Fig. 5 eine vergrößert dargestellte Seitenansicht eines

Schneckenzahnrads einer Antriebseinrichtung für den erfindungsgemäßen Inkubator.

Fig. 1 zeigt ein Gerät 20 zur chemischen Analyse biologischer Flüssigkeiten, wie beispielsweise Blutserum. Dieses Gerät 20 besitzt einen Probenhalter 22, einen Vorratstisch 24 für Reagenzien, eine Dosiervorrichtung 26, einen Inkubator 30 und eine Analyseeinrichtung 32. Eine Fördervorrichtung 40 für die Probenträger weist eine Ausstoßvorrichtung 42 auf, welche zur Bewegung eines Testelements, hier eines plattenförmigen Probenträgers 44, in eine Dosier- oder Zumeßstation dient, in der ein Tropfen einer biologischen Flüssigkeit auf den Probenträger aufgebracht wird. Darüber hinaus besitzt die Fördervorrichtung 40 eine Vorschubeinrichtung 50 mit einer ersten hakenförmigen Greifereinrichtung 51, welche einen Probenträger 44 von der Dosier- oder Zumeßstation einer Einrichtung 46 zur Vorheizung zuführt, sowie eine zweite hakenförmige Greifereinrichtung 52, welche einen Probenträger von der Einrichtung 46 dem Inkubator 30 zuführt. Schließlich weist die Fördervorrichtung 40 eine Entnahmeeinrichtung 53 auf, welche ebenfalls hakenförmige Greifereinrichtungen 54 und 55 besitzt, die zur Bewegung eines Probenträgers vom Inkubator 30 zur Analyseeinrichtung 32 bzw. von dieser Analyseeinrichtung 32 zu einer Ausgaberinne 60 dienen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Probenträgers, welcher mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät zur Anwendung kommen soll, ist in der belgischen Patentschrift 801,742 beschrieben. Diese bekannten Probenträger nach dem belgischen Patent sind mehrschichtig ausgebildet und enthalten diejenigen Reagenzien, welche zur Reaktion mit Proben darauf aufgetragener biologischer Flüssigkeit, wie beispielsweise Blutserum, notwendig sind. Gewisse Reaktionen erzeugen eine kolorimetri-

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sehe Veränderung in der optischen Dichte, welche mittels eines Reflektometers bestimmbar ist, wobei der Betrag an Licht, welcher von dem Probenträger reflektiert wird, in Abhängigkeit von der Reaktion verschieden ist und Aufschluß über den Betrag einer in der Flüssigkeit vorhandenen bestimmten Komponente gibt.

In den Fig. 2 und 3 ist der Inkubator 30 gezeigt, welcher ein Gehäuse 61, das eine im wesentlichen zylindrische, in ihrer Temperatur kontrollierte Kammer 62 umfaßt, einen um eine horizontale Achse 66 in der Kammer 62 drehbar gelagerter Rotor 64, die Einrichtung 46 zur Vorheizung und eine Antriebseinrichtung 110 für den Rotor 64 aufweist.

Das Gehäuse 61 des Inkubators besteht aus mehreren Bauteilen, die mittels Befestigungselementen 67 zusammengefügt sind. Bei diesen Bauteilen handelt es sich um Seitenwände 68 und 69, welche mittels eines ringförmigen Wandteils 70 miteinander verbunden sind. Jede der beiden Seitenwände ist doppelwandig ausgeführt und besitzt einen inneren und einen äußeren Wandteil aus Metall, welcher durch eine Isolationsschicht 75 getrennt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind Heizungselemente 78 an den Seitenwänden 68 bzw. 69 angebracht und beispielsweise als Widerstandsdrähte mit hohem Widerstand ausgeführt, die in Silikongummi eingebettet sind. Die Heizungaelemente 78 sind mit einer nicht dargestellten Steuerschaltung verbunden, welche zur Beibehaltung einer konstanten Temperatur, vorzugsweise 37 Grad Celsius, in der Kammer 62 in einem Regelkreis angeordnete Thermistoren aufweist, welche die Stromzufuhr zu den Heizelementen 78 steuern. Einer der Thermistoren ist im Rotor 64 angeordnet und mit der Steuerschaltung über Schleifringe 77 und Bürsten 79 verbunden. In der Seitenwand 68 ist ein Zuführschlitz 80 vorgesehen, während in der Seitenwand 69 ein Entnahmeschlitz 81 vorgesehen ist (Fig. 3). Der Zuführschlitz 80 und der Entnahmeschlitz 81 sind

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in ihrer Form und Größe derart gewählt, daß Probenträger 44 und die damit zusammenwirkenden, nachfolgend näher beschriebenen Vorschub- bzw. Entnahmeeinrichtungen frei in diesen Schlitzen bewegbar sind.

Gemäß Fig. 4 ist die Einrichtung 46 zur Vorheizung am Gehäuse 61 des Inkubators derart gelagert, daß eine Austrittsöffnung 82 mit dem Zuführschlitz 80 des Inkubators 30 in Verbindung steht. Die Einrichtung 46 zur Vorheizung besitzt einen elektrisch beheizbaren Metallblock 86 und eine mittels eines Federelements 90 gegen den Metallblock 86 vorgespannte Andrückplatte 87. Wird ein Probenträger 44 mittels der ersten Greifereinrichtung 51 in die Einrichtung 46 zur Vorheizung bewegt, dann kämmt der Probenträger 44 infolge Anlage an einer abgeschrägten Kante 92 der Andrückplatte 87 letztere entgegen der Kraft des Federelementes 90 nach oben und bewirkt seine Aufnahme in der Einrichtung 46 zur Vorheizung. Ein Anschlag 93 auf der Andrückplatte 87 verhindert ein Herausbewegen des Probenträgers aus der Einrichtung 46 zur Vorheizung entgegen der Bewegungsrichtung, wenn die zweite Greifereinrichtung 52 in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Einrichtung 46 zur Vorheizung bewirkt ein Anheben der Temperatur eines Probenträgers von der Umgebungstemperatur bis auf eine Temperatur, welche der in der Kammer 62 des Inkubators 30 aufrechterhaltenen Temperatur nahekommt. Hieraus folgt, daß ein in die Kammer 62 zugeführter Probenträger 44 die darin vorherrschende Temperatur praktisch nicht beeinflussen kann und daß demzufolge eine sehr präzise Temperatur in der Kammer aufrechterhalten werden kann.

Innerhalb des Gehäuses 61 ist, wie bereits erwähnt, der als Transportvorrichtung für die Probenträger 44 dienende Rotor 64 drehbar angeordnet. Der Rotor 64 weist eine im Gehäuse 61 gelagerte Rotorwelle 96 und eine fest auf dieser Rotorwelle

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gelagerte Nabe 9 7 auf. Als Haltemittel für die Probenträger 44 sind mehrere auf der Nabe 9 7 angeordnete, sich radial nach außen erstreckende Aufnahmeelemente 98 vorgesehen (Fig. 2). Auf diesen Aufnahmeelementen 9 8 sind Federklammern 100 gelagert, welche einen Probenträger 44 gegen eine Stützfläche 99 eines jeden Auf η ahme elements 9 8 federnd drücken und die Entnahme des Pr_tobenträgers zulassen. Jede Federklammer 100 weist einen im wesentlichen U-förmigen elastischen Teil 101 auf, der auf dem Aufnahmeelement 98 befestigt ist, und stützt ein Andrückelement 102 ab. Es ergibt sich ohne weiteres, daß die Federklammer 100 auch einstückig ausgeführt sein könnte. Sowohl die zweite Greifereinrichtung 54, welche zusammen für einen Transport der Probenträger 44 zwischen dem Rotor 64 und der Analyseeinrichtung 32 sorgen, besitzen im Abstand voneinander angeordnete Elemente, welche an Seitenflächen des Andrückelements 102 frei vorbeibewegbar sind, während sich die Greifereinrichtungen in die Kammer 62 hinein bzw. aus dieser heraus bewegen. Fig. 4 kann entnommen werden, daß eine Vorderkante 104 eines jeden Andrückelements 102 derart ausgebildet ist, daß ein auf diese Vorderkante auf treffender Probenträger 44, während dieser in den Inkubator eingeschoben wird, den elastischen Teil 101 der Federklammer derart verbiegt, daß der Probenträger sich zwischen das Andrückelement 102 und die Stützfläche 99 bewegen kann. Eine auf der Rotorwelle 96 angeordnete kodierte Scheibe 106 arbeitet mit einer Suchereinrichtung 107 zusammen und bildet eine Einrichtung zum Aufsuchen eines bestimmten Aufnahmeelements 9 8 auf dem Rotor 64.

In den Fig. 2 und 3 ist die Antriebseinrichtung 110 dargestellt, welche zur Bewegung des Rotors 64 in präzisen Schaltschritten dient und welche den Rotor während des Zufuhr- und Entnahmevorganges in einer vorgegebenen Stellung stillsetzt. Die Antriebseinrichtung 110 besitzt einen Motor 112, welcher mit einer Welle 114 gekoppelt ist, die ein Schneckenrad 116 trägt. Dieses Schneckenrad 116 steht im Eingriff mit einem Gegenzahnrad 118,

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das auf der Rotorwelle 96 gelagert ist. Das Schneckenrad 116 und das Gegenzahnrad 118 sind derart gewählt, daß bei einer Umdrehung der Welle 114 der Rotor 64 so weit gedreht wird, daß ein zum vorübergehenden Halten eines Probenträgers dienendes Aufnahmeelement aus der Ladeposition herausbewegt und das sich daran anschließende Aufnahmeelement in diese Ladeposition bewegt worden ,ist. Fig. 5 zeigt, daß das Schneckenrad 116 eine Verzahnung 117 besitzt, deren Verzahnungsabschnitt 119 einen Steigungswinkel von 0 Grad aufweist, d. h. dieser Verzahnungsabschnitt bewirkt keinen Vortrieb. Diese Anordnung erleichtert das genaue Positionieren eines Aufnähmeelements 98 bezüglich des Zuführschlitzes 80 bzw. des Entnahmeschlitzes 81 und bezüglich der Fördervorrichtung für die Probenträger, da der Rotor 64 immer dann angehalten wird, wenn sich der Verzahnungsabschnitt 119 im Eingriff mit dem Gegenzahnrad 118 befindet. Eine Fühleinrichtung 115 dient zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor 112 nach einer vollständigen Umdrehung der Welle 114 und immer dann, wenn der Verzahnungsabschnitt 119 in Eingriff mit dem Gegenzahnrad 118 kommt. Dreht sich also die Welle 114 nach der Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor 112 für einen Augenblick weiter, dann verbleibt der Rotor 64 in seiner Stellung, da beim Eingriff des Verzahnungsabschnitts 119 mit dem Gegenzahnrad 118 keine Bewegung des Rotors 64 auftreten kann. Es ergibt sich ohne weiteres, daß durch Auswahl der geeigneten Drehzahl für den Motor 112, die Länge des Verzahnungsabschnittes 119 und die Reihenfolge des Ablaufs der Vorschubeinrichtung 50 bzw. der Entnahmeeinrichtung 53 während des Beladens und Entladens auch ein kontinuierlicher Antrieb des Motors 112 möglich wäre.

Die Probenträger werden jeweils durch den Entnahmeschlitz 81 aus dem Inkubator 30 herausbewegt und in eine Kammer 139 der Analyseeinrichtung 32 geschoben. Die Analyseeinrichtung 32, welche sich auf der Seitenwand 69 des Inkubators 30 abstützt,

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ermöglicht eine Reflexionsmessung eines Probenträgers 44. Fig. 2 zeigt, daß die Analyseeinrichtung 32 eine Lichtquelle 140, hier als Glühlampe dargestellt, ein mit 141 bezeichnetes Filtersystem, ein nicht dargestelltes Linsensystem, einen Spiegel 142, welcher einen Lichtstrahl auf den Probenträger 44 in der Kammer 139 richtet, und eine Ermittlungseinrichtung 146 besitzt.

Während des Betriebs werden die Probenträger 44 nach einer vorbestimmten Zeit in der Einrichtung 46 zur Vorheizung aufeinanderfolgend in den Inkubator 30 eingeführt. Das Gerät 20 zur chemischen Analyse ist für einen kontinuierlichen Betrieb vorgesehen und die im Inkubator 30 vorherrschende Temperatur wird derart gesteuert, daß die Probenträger nach Vollendung einer Umdrehung des Rotors 64 im Inkubator 30 für eine Analyse vorbereitet sind.

Zur Steuerung des Inkubators 30 sowie zur Durchführung weiterer Funktionen des Geräts 20 zur chemischen Analyse kann ein nicht dargestellter handelsüblicher Computer, beispielsweise ein programmierbarer Minicomputer sowie programmierbare Mikroprozessoren, vorgesehen sein. Weitere Ausführungen über die Durchführung und das Verfahren zum Programmieren solcher Computer erübrigen sich, da diese allgemein bekannt sind. Bei der Verwendung derartiger Computer würden eine Reihe von Eingangsdaten, beispielsweise eine Identifikation der Probe, KaBbrierungswerte und die erwünschten Tests für jede individuelle Probe in den Computer eingegeben. Die vom Computer erhaltenen Ausgangssignale würden dann als Eingangssignale für die Baugruppen des Geräts 20 herangezogen, um den Verfahrensablauf dieser Baugruppen zum erforderlichen Zeitpunkt innerhalb des Maschinenzyklus zu steuern. Die von der Analyseeinrichtung 32 ermittelten Resultate würden dem Computer zugeführt, der dann die notwendigen Berechnungen gemäß einem eingespeicherten Programm durchführen und die für eine bestimmte Probe charakteristische Konzentra-

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tion ermitteln würde. Diese Information schließlich könnte man zusammen mit der Identifikation der Probe einer Wiedergabestation oder einem Drucker zuführen.

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Leerse i t e

Claims (1)

15. Dezember 1977

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika

Patentansprüche

Inkubator zur Verwendung in einem Gerät zur chemischen Analyse, bei der eine flüssige Probe auf einem Probenträger aufgetragen und nach einer vorgegebenen Inkubationszeit analysiert wird, mit einer im Inkubatorgehäuse vorgesehenen Kammer, in welche an einer ersten Stelle Probenträger einführbar und an einer zweiten Stelle daraus entnehmbar sind, mit einer Steuereinrichtung zum Konstanthalten der Temperatur innerhalb der Kammer, mit einer Transportvorrichtung für die Probenträger, welche diese während ihres Transports vorübergehend hält und in der Kammer bewegt, und mit einer Antriebseinrichtung für die Transportvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (64, 98) innerhalb der Kammer (62), von dieser völlig umschlossen, angeordnet ist und daß die Antriebseinrichtung (112, 116 bis 119) Schaltmittel (117) aufweist, welche zur Eingabe in oder Entnahme eines Probenträgers (44) aus der Kammer (62) die Transportvorrichtung stillsetzen.

Inkubator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung (64, 98) einen innerhalb der Kammer (62) drehbar gelagerten Rotor (64) aufweist, der eine Nabe (97) besitzt, von welcher Haltemittel (98 bis 102) für die Probenträger (44) radial abstehen.

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3. Inkubator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Rotors (64) an der ersten bzw. zweiten Stelle des Inkubatorgehäuses (61, 68, 69) ein Zuführschlitz (80) bzw. ein Entnahmeschlitz (81) vorgesehen ist, daß diese Schlitze in der Ebene der Drehachse (66) des Rotors liegen und daß die Antriebseinrichtung (112, 116 bis 119) die Haltemittel (98) des Rotors aufeinanderfolgend in einer Eingabe- bzw. Entnahmestellung zum Schlitz (80 und/oder 81) ausgerichtet positioniert.

4. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel der Antriebseinrichtung (112, 116 bis 119) ein Schneckenrad (116) aufweisen, das einen Verzahnungsabschnitt (119) mit dem Steigungswinkel 0 besitzt.

5. Inkubator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Zuführschlitz (80) im Inkubatorgehäuse (61) nach außen unmittelbar eine Einrichtung (46) zur Vorheizung anschließt, die zwei Bauteile (86, 87) besitzt, deren Abstand voneinander geringfügig größer ist als die Dicke eines Probenträgers (44) und von denen dem ersten Bauteil (86) ein Heizungselement zum Aufheizen auf eine vorgegebene Temperatur zugeordnet ist und deren zweites Bauteil (87) relativ zum ersten Bauteil (86) für eine die Eingabe eines Probenträgers (44) in die Einrichtung zur Vorheizung zulassende Bewegung bewegbar ist.

6. Inkubator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial von der Nabe (97) des Rotors (64) abstehenden Haltemittel Aufnahmeelemente (98) für die Probenträger (44) aufweisen, auf denen je eine Federklammer (100) angeordnet und so gestaltet ist, daß sie bei der Zufuhr eines Probenträgers (44) durch den Zuführschlitz (80) in den Rotor (64) von der Stirnkante des Probenträgers wegkämmbar ist.

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7. Analysegerät mit einem Inkubator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Entnahmeschlitzes (81) eine Analyseeinrichtung (32) sowie eine als Teil einer Fördervorrichtung (40) für die Probenträger (44) ausgebildete Entnahmeeinrichtung (53) vorgesehen ist und daß mittels der Entnahmeeinrichtung (53) gleichzeitig ein erster Probenträger aus der Transportvorrichtung (64, 98) in die Analyseeinrichtung (32) und ein zweiter Probenträger aus der Analyseeinrichtung in eine Ausgaberinne (60) bewegbar ist.