DE2800225A1

DE2800225A1 - Verfahren zum analysieren von fluessigkeitsproben und anlage zum kontinuierlichen, automatischen analysieren derselben

Info

Publication number: DE2800225A1
Application number: DE19782800225
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Furutani; Shinichi Kishimoto
Original assignee: Kyoto Daiichi Kagaku KK
Current assignee: Arkray Inc
Priority date: 1977-01-20
Filing date: 1978-01-04
Publication date: 1978-07-27
Also published as: NL7800632A; ATA40478A; JPS53101491A; JPS59779B2; BE863070A; LU78899A1; US4160646A; AT382466B; FR2378277A1; ES466707A1; DE2800225C2; CA1093338A; FR2378277B1; GB1595934A; IT1154003B

Description

Verfahren zum Analysieren von Flüssigkeitsproben und Anlage zum kontinuierlichen_r automatischen Analysieren

derselben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum
Analysieren von Flüssigkeitsproben wie Urin durch Bestimmen des Grades der Farbentwicklung einer chemischen Farbreaktion auf Testpapierstücken in Begriffen spektralen Reflektionsvermögens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Analysenverfahren, bei dem. Schwankungen oder Abweichungen des Reflektionsvermögens aufgrund der Färbung der Testprobe selbst oder Abweichungen der Dicke oder der Reflektionsvermßgen-Charakteristika der Farbreaktionstestpapierstücke durch Anwendung mehrerer Meßwellenlängen kompensiert oder verringert werden/, sowie ein System zum kontinuierlichen automatischen Durchführen dieses Verfahrens.

Bis jetzt wurden aus Bequemlichkeitsgründen Testpapiere, die eine chemische Farbreaktion zeigen, weitgehend zur Urinanalyse

809830/0658 _/2

oder zur Messung des pH oder dergleichen von Abwässern, Flußwasser oder anderen wässrigen Lösungen angewandt. Es ist nicht übertrieben zu sagen, daß insbesondere Urinuntersuchungen vorwiegend unter Verwendung der Farbreaktionstestpapiere durchgeführt wurden, inklusive des zusammengesetzten Typs, der in einem einzigen Arbeitsgang die Prüfung des pH-Wertes sowie die Feststellung der Anwesenheit zahlreicher Substanzen wie Glukose, Proteine, okkultes Blut, Ketone und Bilirubin gestattet. In der Tat werden solche Farbreaktionstestpapiere zur Messung von pH-Werten sowie zur Auffindung anomaler Substanzen extensiv genutzt.

Die Anwendung von Farbreaktionstestpapieren kann gerechtfertigt sein, da sie einfach ist und im allgemeinen bereits die Feststellung, ob eine anomale Substanz anwesend ist oder nicht, bereits von Bedeutung ist. Die Farbreaktion auf dem Testpapier ist jedoch instabil, da die Reaktion mit der Zeit weitergeht, und es kommt bald nach Erreichen der Sättigung zu einer Verfärbung oder Entfärbung. Darüber hinaus wird die Farbe des Urins per se, falls vorhanden, die Farbentwicklung beeinflussen und, da der Vergleich zwischen einem Farbstandard und der auf dem Testpapier entwickelten Farbe gewöhnlich mit dem unbewaffneten Auge durchgeführt wird, wird die Menge der enthaltenen anomalen Substanz nicht erkannt, wobei möglicherweise sogar nicht einmal genau die Anwesenheit oder Abwesenheit einer solchen Substanz festgestellt werden kann. Die Farbreaktionstestpapiere sind deshalb von geringer Zuverlässigkeit.

Aus diesem Grund wurden in den vergangenen Jahren sowohl ein

809830/06B8 .../3

Verfahren als auch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, bei dem die auf dem Testpapier gebildete Farbe innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach Aufbringung der Probe auf das Papier in Begriffen spektralen Reflektionsvermögens mit Hilfe einer v/irksamen optischen Vorrichtung anstelle des unbewaffneten Auges gemessen wird. Fig. 1 zeigt ein in dem vorgeschlagenen Verfahren angewandtes zusammengesetztes Testpapier 1. Bei diesem Verfahren ist dieses Testpapier nicht nur zur Auffindung anomaler Substanzen in dem Urin geeignet, sondern auch zur mehr quantitativen Analyse derartiger Substanzen und gestattet eine schnelle und wirksame Untersuchung.

Im einzelnen besteht das. Testpapier oder der Teststreifen 1 aus einem Stäbchen 2 aus Kunststoff oder dergleichen und FarbreaktionstestpapierStückchen 3a, 3b, 3c, die auf das Stäbchen 2 aufgesiegelt sind und jeweils mit Glukose, Protein oder einer entsprechenden Substanz in dem Urin reaktiv sind, wobei eine Farbe gebildet wird, deren Intensität der Konzentration der Substanz entspricht, wie bei bekannten zusammengesetzten Teststreifen. Das Papier oder der Streifen 1 enthält ferner einen Reflektionsvermögen-Vergleich oder ein Kompensationspapierstück 4, das an dem einen Ende des Stäbchens 2 befestigt ist. Die Teile 5 des Stäbchens 2, auf dem die Papierstücke befestigt nind, können schwarz gefärbt sein, um den Durchgang des Lichts zu sperren,.

Jedes der Testpapierstückc 3 «, 3 b, 3 e? --. wird dadurch hergestellt, daß Filterpapier mit einem Reagenz in konstanter Dichte über die gesamte Fläche des Filterpapiers imprägniert wird,

809830/0658 ..._/4

welches durch selektive Reaktion mit Glukose oder dergleichen eine Farbe erzeugen wird. Ein Stück desselben Filterpapiers, wie es als Basismaterial für die Testpapierstücke verwendet wird, wird als Vergleich für das Reflektionsvermögen oder Kompensationspapierstück 4 verwendet.

Zur Untersuchung wird eine Urinprobe auf die Testpapierstücke 4, 3a, 3b, 3c, ... aufgebracht, oder es werden die Papierstücke in die Probe eingetaucht und es wird das jeweilige Reflektionsvermögen der Testpapierstücke gemessen. Das Reflektionsvermögen der Stücke 3 a, 3 b, 3c, wird übergeführt in Relativwerte zum Reflexionsvermögen des Vergleichsstücks oder Kompensationspapierstücks 4, für das ein Reflektionsvermögen von 100 % angesetzt wird, wodurch die Werte für das Reflektionsvermögen der Stücke 3 a, 3 b, und 3 c korrigiert und somit der Einfluß der Färbung der Urinprobe auf das Reflexionsvermögen eliminiert wird. Somit dient das Vergleichsstück für das Reflektionsvermögen bzw. das Kompensationspapierstück 4 für denselben Zweck wie die weiße Probe bei der kolorimetrischen Analyse.

Fig. 2, welche die obige Korrektur substantiiert, zeigt das Reflektionsvermögen der Farbreaktionstestpapierstücke 3,bezogen auf das mit 100 % angesetzte Reflektionsvermögen des Vergleichs oder Kompensationspapierstücks 4, auf das Wasser aufgebracht wurde. Die Kurve A zeigt das Reflektionsvermögen einer eine

anomale Substanz enthaltendenfarblosenUrinprobe, Kurve B eine gefärbte Urinprobe, die keine anomale Substanz enthält und Kurve C eine gefärbte Urinprobe, die eine ,anomale Substanz enthält. Wenn das Teststück mit dem unbewaffneten Auge betrachtet

809830/0656 .../5

wird, wird das durch die Kurve C wiedergegebene Reaktionsspektrum als Ganzes gesehen, wobei es unter keinen Umständen möglich ist, den Grad der standardisierten Farbentwicklung festzustellen. Andererseits ist die Charakteristikkurve für das Reflexionsvermögen, die sich aus der Korrektur nach dem vorhergehenden Verfahren ergibt, annähernd äquivalent der Kurve A, so daß die anomale Substanz unabhängig von der Farbprobe mit hoher Genauigkeit bestimmbar ist.

Dies wird deutlich aus den Ergebnissen eines in Fig. 3 gezeigten Experiments. Es wurden simulierte Proben aus farblosem Urin hergestellt, die eine spezielle anomale Substanz enthielten, unter Zugabe eines Farbstoffs in wechselnden Konzentrationen.. Die Proben wurden auf die Vergleichsstücke für das Reflektionsvermögen bzw. die Kompensationspapierstücke 4 aufgebracht. Es wurden die relativen Werte für das Reflexionsvermögen R- der Stücke 4 bestimmt, bezogen auf das Reflexionsvermögen eines Vergleichs- oder Kompensationspapierstticks 4, auf das reines V7asser gegeben wurde und dessen Reflexionsvermögen mit 100 % angesetzt war. Die relativen Reflexionsvermögen R- wurden als Abszisse gegen die korrigierten Reflexionsvermögen R-'als Ordinate aufgetragen. Die korrigierten Reflexionsvermögen R₂ wurden dadurch erhalten, daß die simulierten Proben auf die Vergleichsoder Kompensationspapierstücke 4 und die Farbreaktionstestpapierstücke 3 zum Nachweis der speziellen anomalen Substanz aufgebracht und die Reflexionsvermögen der Stücke 4 und 3 gemessen wurden.

Fig. 3 macht deutlich, daß sogar ,wenn das Reflexionsvermögen des Vergleichs- oder KompensationspapierStücks 4 um etwa 30 %

809830/0658 _/r

abnimmt, das relative Reflexionsvermögen des Farbreaktionstestpapierstücks 3 beinahe unverändert bleibt.

Die Anwendung dieses Verfahrens und der Anlage birgt jedoch noch folgende Probleme, die es schwierig machen, die Konzentrationen der anomalen Substanzen exakt zu bestimmen.

1) Die Farbreaktionstestpapierstücke 3 a, 3 b, 3 c, ... haben variierende spektrale Reflektionsvermögen-Charakteristika; bei einer bestimmten Meßwellenlänge kann das Reflexionsvermögen eines Teststücks einer großen Abweichung unterliegen, wogegen das Reflektionsvermögen eines anderen Teststücks nur eine geringe Variation erfährt. In einem solchen Fall kommt es zu Schwierigkeiten, wenn unter Verwendung des Teststücks geringer Variation eine genaue Bestimmung des Reflektionsvermögens oder der Konzentration der anomalen Substanz erfolgen soll.

2) Wenn zur genauen Messung der Menge des reflektierten Lichts eine integrierende oder integrierte Kugel (integrating sphere)

angewandt wird, verursachen Änderungen der

Entfernung zwischen der reflektierenden Fläche und der integrierenden Kugel bemerkenswerte Abweichungen oder Variatio-

an
nen der Menge/reflektiertem Licht. Wenn es bei der Absorption der Urinprobe zu einem Dickeunterschied zwischen dem Vergleichs- oder Kompensationspapierstück 4 und den Farbreaktionstestpapierstücken 3 a, 3 b, 3 c, ... kommt, kommt es zu einem Unterschied der Entfernung zwischen der integrierenden

809830/0658 -'/^Ί

28Q0225

Kugel und den reflektierenden Flächen, was zu einem falschen Wert für das korrigierte Reflexionsvermögen führt.

Die Nachteile des bekannten Verfahrens und der bekannten Anlage rühren ausschließlich von der alleinigen Verwendung einer einzigen Wellenlänge zur Messung des Reflektionsvermogens her. Das bedeutet, daß die obigen Probleme durch Anwendung verschiedener entsprechender Meßwellenlängen überwunden werden können.

Ziel der Erfindung ist daher, die obigen Probleme durch Anwendung einer einfachen Anlage zu überwinden, in der das Reflektionsvermögen der Farbreaktionstestpapierstücke unter Anv/endung mehrerer Arten von Strahlen mit spezieller Wellenlänge gemessen wird, wobei für jedes Papierstück ein optimal korrigiertes Κει lektionsvermög en berechnet wird. Wenn die Abweichung der Menge an reflektiertem Licht aufgrund einer Konzentrationsänderung bei einer speziellen Wellenlänge groß ist, wird das korrigierte Reflektionsvermögen bei dieser Wellenlänge geteilt durch das korrigierte Reflektionsvermögen bei einer anderen Wellenlänge, die eine geringe Abweichung zur Folge hat. Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflektionsvermögen des jeweiligen Testpapierstücks genommen.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung im einzelnen wie folgt beschrieben:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zusainmengesetzen, für die Erfindung brauchbaren Teststreifens.

809830/0658 "^⁸

Fig. 2 ist ein Diagramm, dessen Kurven die Charakteristika des spektralen Reflektionsvermögens eines Farbreaktionstestpapierstücks darstellt.

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches das relative Reflektionsvermögen eines Farbreaktionstestpapierstücks zeigt, welches unter Verwendung eines Vergleichs für das Reflektionsvermögen oder Kompensationspapierstücks bestimmt wurde.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm und zeigt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung in seiner Gesamtheit, wobei einzelne Teile weggelassen sind.

Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht des Hauptteils derselben .

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf einen Filterhalter.

Fig. 7 ist ein Diagramm der Timing-Beziehung zwischen den in eine datenverarbeitende Einheit eingefütterten Signalen.

Fig. 8 und 9 sind Diagramme, deren Kurven verschiedene Charakteristiken spektraler Reflektionsvermögen von Farbreaktion testpapierstücken darstellen.

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Illustrierung der Beziehung zwischen der Dicke von Papierstücken und dem Abstand den Stücken zu einer integrierenden Kugel.

809830/0688

• ·»/ y

Fig. 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der reflektierten Lichtmenge und dem Abstand von der Oberseite der Papierstücke bis zu der integrierenden Kugel zeigt.

Fig. 12 ist ein Diagramm und zeigt eine Kurve zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Reflektionsvermögen und der Konzentration der anomalen Substanz.

Zunächst werden kurz die Anordnung und die Hauptfunktionen der erfindungsgemäßen Analysieranlage beschrieben.

Die Analysieranlage der Erfindung besteht in der Hauptsache aus einer Einheit zur Messung des Reflektionsvermögens,· einer Einheit zur Probenzuführung, einem VJellenlängenselektor und einer datenverarbeitenden Einheit. Die Einheit zur Probenzuführung besteht aus einem drehbaren Pröbentisch in Form einer Scheibe mit radialen Vertiefungen zur Aufnahme der Folien mit zusammengesetztem Testpapier in Position, einer Antriebsvorrichtung zum intermittierenden Drehen des Probentischs sowie einer Abtastvorrichtung für das Testpapier, durch welches das mit einer Testprobe getränkte Testpapier von einer bestimmten Position in den Detektorteil der Einheit zur Messung des Reflektionsvermögens befördert und nach der Messung entfernt wird. Die Einheit zur Messung des Reflektionsvermögens wirft das Meßlicht von dem Wellenlängenselektor auf das Testpapier, mißt das von der Oberfläche des Papiers reflektierte Licht und füttert das resultierende Signal in die datenverarbeitende Einheit ein.

809830/0658

.../1O

280Ü225

Die datenverarbeitende Einheit empfängt verschiedene Signale zur Durchführung von Betrieb, Speicherung und Steuerung und gibt verschiedene Ausgangssignale ab, die z. B. die Konzentration einer Komponente angeben, um die Untersuchungsergebnisse in funktioneile Beziehung zu einem Druckgerät oder dergleichen zu bringen*

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsweise der Erfindung beschrieben. Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm und zeigt die Analysieranlage der Erfindung in ihrer Gesamtheit, Fig. 5 ist eine schematische Seitenansicht, die den Hauptteil derselben wiedergibt. Ein zusammengesetztes Testpcipier, auf das eine Testprobe aufgebracht wurde, wird mit Hilfe eines Feeders 6 in eine der Vertiefungen 9 gebracht, die radial und in geeigneten Abständen, beispielsweise mit einem Abstandswinkel von 30 , in der Oberseite eines drehbaren Probentischs 8 ausgebildet sind. Der Probentisch 8 wird über eine Welle 7 in Pfeilrichtung intermittierend gedreht. Nach einer bestimmten Zeitspanne v/ird das Testpapier 1 in eine Stellung unmittelbar unter einer Einheit zur Messung des Reflektionsvermögens 10 gebracht, die über dem zurückzulegenden Weg eines Umfangsteils des Tisches 8 angeordnet ist und während einer gegebenen Zeitspanne angehalten. Die Dauer der Drehung des Probentischs 8 sowie die Dauer seines Anhaltens kann nach Wunsch festgesetzt werden. Wenn beispielsweise der Tisch jeweils 2 Sekunden lang gedreht und anschließend 8 Sekunden Ir.^ angehalten v/ird, wird eine Umdrehung desselben 2 Minuten in Anspruch nehmen. Wenn somit das Testpapier 1 dem Tisch 8 bei einer bestimmten Position zugebracht wird, kann das Reflektionsvermögen nach Ablauf einer bestimmten

809830/0658 ...

»••/11

280Ü225

Zeit nach Aufbringen der Testprobe auf das Papier gemessen werden.

Wenn sich der Probentisch 8 in Haltestellung befindet, bewegt die Abtastvorrichtung 11 das Testpapier 1 entlang der Vertiefung 9 mit einer konstanten Geschwindigkeit nach außen. Die Abtastvorrichtung 11 besteht z. B. aus einem horizontal nach beiden Seiten bewegbaren Solenoid 12, das einen bewegbaren Stift 13 verlängert und mit einem speziellen Timing das Testpapier 1 bev/egt, so daß das Vergleichs- oder Kompensationspapierstück 4 und die Farbreaktionstestpapierstücke 3 a, 3 b, 3 c, ... mit einer bestimmten Geschwindigkeit sukzessive unmittelbar unter dem Detektorteil der Einheit 10 zur Messung des Reflektionsvermögens vorbeigeführt werden. Das Reflektionsvermögen der Papierstücke 4, 3a, 3b, 3c, ... wird beim Durchgehen gemessen, anschließend wird das Papier weiter nach außen bewegt und vom Probentisch 8 entfernt.

in folgender Weise

Die Reflektionsvermögen von Testpapier 1 werden/durch die Meßeinheit 10 und einen darüber angeordneten Selektor 14 für die. Meßwellenlänge gemessen.

Die Strahlen von einer als Lichtquelle dienende Lampe 15 v/erden zuerst durch eine Kollimatorlinse 16 parallel gemacht und dann auf den Wellenlängenselektor 14 gerichtet, durch den Strahlen verschiedener bestimmter Wellenlängen selektiert v/erden. Die selektierten Strahlen passieren eine Kondensorlinse 17 und eine integrierende Kugel 18 und treffen im wesentlichen senkrecht auf dem Testpapier 1 auf.

009830/0656 '"^Π2

Wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, besteht der Wellenlängen-· selektor 14 aus einem Fi.lterhalter 20, der mit großer Geschwindigkeit um einen Stift 19 drehbar ist, sowie aus optischen Filtern 21 1, 21 κι und 21 n, deren Zahl der Zahl der erforderlichen Wellenlängen (in dieser Ausführung 3) entspricht und die in den Filterhalter 20 in gleichen Abständen eingepaßt sind, wobei die Filter konzentrisch zur optischen Achse einstellbar sind. Mit der Drehung des Filterhalters 20 kann deshalb eines der Filter in der Reihenfolge 21 1 »21 m *-21 η im Lichtweg lokalisiert werden, mit dem Ergebnis, daß sich die Wellenlänge der auf das Testpapier 1 fallenden Strahlen von 1 zu rci und schließlich zu η ändert, wobei davon ausgegangen wird, daß die Filter vorwiegend Strahlen der Wellenlänge 1, m bzw. η durchlassen.

Ein Signalgenerator 22 für Identifizierung der Wellenlängen gibt ein Signal mit einem Timing, das die Identifizierung der Wellenlänge der Strahlen gestattet, die auf das Testpapierleinfallen. Wie gezeigt, sind in dem Filterhalter 20 kleine Löcher 23 b, 24 a, 24 b und 23 a ausgebildet, die außerhalb der in den Halter eingepaßten Filter 21 1, 21 m und 21 η angeordnet sind. Wenn sich der Halter in einer solchen Lage befindet, daß der Mittelpunkt jedes Filters auf die optische Achse ausgerichtet ist, werden Lichtquellen 25, 26 und Lichtdetektoren 27, 28 oberhalb und unterhalb der Löcher angeordnet, derart, daß die Signale von den Lichtdetektoren 27 und 28 mit Hilfe von Verstärkern bzw, 30 in eine datenverarbeitende Einheit 31 eingefüttert werden.

.../13

809830/0658

Es sei nun angenommen, daß der Verstärker 30 ein Signal T¹ erzeugt, wenn das Licht von der Lichtquelle 26 den Lichtdetektor 28 erreicht, und daß der Verstärker 29 ein Signal T¹' erzeugt, wenn das Licht von der Lichtquelle 25 den Lichtdetektor 27 erreicht. Die auf das Testpapier 1 treffenden Strahlen sind jene der Wellenlänge m, die durch das Filter 21 m gehen, wenn T' stark (anschließend abgekürzt als "H") und T¹' schwach (anschließend abgekürzt als "L")ist, sind jene der Wellenlänge n, die durch das Filter 21 η gehen, wenn T¹· H und T¹ L ist, und jene der Wellenlänge 1, die durch das Filter 21 1 gehen, wenn T' und T¹¹ beide H sind. Die Fig. 7 zeigt die Timing-Beziehung zwischen den Signalen T¹ und T¹' und anderen Signalen.

Die auf das Testpapier 1 im wesentlichen senkrecht auftreffenden Strahlen werden von der Oberfläche des korrigierenden Papierstücks 4 oder von jedem der Testpapierstücke 3a, 3 b_f 3c, in Richtung ITC reflektiert. Die Meßeinheit 10 mißt das Reflektionsvermögen bei jeder Wellenlänge für jedes der Papierstücke 4, 3a, 3b, 3c ... Die Meßeinheit 10 besteht beispielsweise aus der integrierenden Kugel 18, einem Lichtdetektor 32 und einem Verstärker 33 und emittiert Signale R. Andererseits weist die Vertiefung 9 des Probentischs 8 eine öffnung 34 zum Durchgang des Lichts auf, das durch das Testpapier 1 geht. Das Licht trifft auf den Lichtdetektor 35, gibt ein Signal T, das durch den Verstärker 36 verstärkt und dann in die datenverarbeitende Einheit 31 eingefüttert wird.

Die datenverarbeitende Einheit 31 ist ein elektronischer Programm-Speicherungs-Computer zur Durchführung von Berechnung, Speicherung

809830/06B8 .../14

-yr-

und Steuerung. Er besitzt eine Reihe von Eingangs-/Ausgangsöffnungen zur Abgabe und Aufnahme von Digitalsignalen. Die Daten können nur durch programmgesteuerte I/O-öffnungen eingefüttert werden in die und ausgesandt werden aus der Einheit 31. Die Eingangsöffnung der datenverarbeitenden Einheit 31 empfängt das Signal T¹¹ von dem Lichtdetektor 27, das Signal T¹ von dem Lichtdetektor 28, das Signal T von dem Lichtdetektor 35, den Ausgang von einem Analog-Digital-Umsetzer 37 und das Signal von einem in Fig. 4 gezeigten Testpapiersensor 38. Die Ausgangssignale aus den Ausgangsöffnungen sind ein Signal zum Start des Betriebs des Analog-Digital-Umsetzers 37, ein Abtast-Einleitungssignal an eine Sequenzsteuereinrichtung 39, welche die Abtastvorrichtung 11 steuert, und Signale an einen Druckapparat 40,

Die oben beschriebene Ausführungsform arbeitet in folgender Weise. In Ansprechung auf ein Signal von dem Testpapiersensor 38 mit der Anzeige, daß ein Testpapier 1 die Position des Sensors 38 passiert hat, löscht die datenverarbeitende Einheit 31 alle in ihrem Speicher eingespeicherten Messungen und befiehlt nach Verlauf einer gewissen Zeit (die das Testpapier 1 benötigt, um aus der Position des Sensors 38 in den Detektorteil der Meßeinheit 10 und zu einem Halt zu kommen) der Sequenzsteuereinrichtung 39 die Abtastvorrichtung 11 in Betrieb zu setzen.

Demzufolge arbeitet nach dieser Zeitspanne die Abtastvorrichtung 11, indem sie das Testpapier 1 gleitend in Richtung des Pfeils von Fig. 5 bewegt. Zur selben Zeit v/erden Strahlen der Wellen-

809830/0658 --Z¹⁵

längen 1, m und n, die das Papier 1 bestrahlen, reflektiert, wenn die Papierstücke 4, 3 a, 3,b und 3 c in den Lichtweg gelangen und Licht auf den Detektor 32 auf der integrierenden Kugel 18 fällt, wodurch Signale R erzeugt werden, die den Mengen an reflektiertem Licht proportional sind. Andererseits treffen die Strahlen durch das Testpapier 1 auf den Lichtdetektor 35 auf, der seinerseits Signale aussendet, welche die Position der Testpapierstücke 3a, 3b, 3c, ... anzeigen. Die Signale R von dem Lichtdetektor 32 werden von dem Verstärker 33 verstärkt, während die Signale T von dem Lichtdetektor 35 von dem Verstärker 36 verstärkt werden, welcher eine gewisse Funktion zur Verflachung (level off) der Signale besitzt. Fig. 7 zeigt die Wellenform der Signale R von dem Lichtdetektor 32 nach den Durchgang durch den Verstärker 33 und die der Signale T von dem Lichtdetektor 35 nach dem Durchgang durch den Verstärker 36.

Die Signale T und R in Fig. 7 sind diejenigen, die bei Anwendung eines zusammengesetzten Testpapiers 1 mit einem lichtdurchlässigen Stäbchen 2 erhalten werden. Demzufolge sind die Signale T, welche Mengen an durchgelassenem Licht darstellen, H bei lichtdurchlässigen Teilen und L bei den Teilen der Papierstücke 4 und 3, wogegen die Signale R, welche die Mengen an reflektiertem Licht darstellen, L sind bei den transparenten Teilen und H bei den Papierstückteilen. Da das Licht intermittierend projiziert wird, wird das von den Papierstückteilen reflektierte Licht durch Impulssignale darge±ellt.

Jedoch wurden die Signale T, wenn sie pulsieren, ungünstig funk-

809830/0658 "*^/16

tionieren, da die datenverarbeitende Einheit 31 bei Anzeige einer Änderung des Signals T von H nach L beginnt,Signale R zu empfangen. Der Verstärker 36 hat deshalb eine verflachende oder ausgleichende Funktion.

Damit die datenverarbeitende Einheit 31 eine Zugriffzeit hat, zählt sie von dem Moment, an dem sich das Signal T von H nach L verändert, bis zu dem Moment, an dem die die reflektierten Lichtrnengen darstellenden Signale R stabilisieren, den Zustand, in dem. die zeitlich gesteuerten Signale T¹ und T¹¹ beide H werden, mehrfach (z.'B. zweimal im Fall der Signale R in Fig. 7).

Demzufolge betätigt die Einheit 31 zu den Zeitpunkten, an denen T¹ stark und T¹¹ schwach ist, wenn T¹¹ stark und T¹ schwach ist und wenn T¹ und T¹¹ beide stark sind,den Analog-Digital-Umsetzer 37, der das Signal R zu jedem Zeitpunkt in ein Digitalsignal umsetzt. Die umgesetzten Daten, welche die reflektierte Lichtmenge bei einer VJellenlänge m anzeigen, wenn T¹ stark und T¹ ' schwach ist, werden dem Inhalt eines Informationsspeicher M* (nicht gezeigt) innerhalb der datenverarbeitenden Einheit 31 hinzugefügt. In gleicher Weise v/erden die umgesetzten Daten der reflektierten Lichtmenge bei einer Wellenlänge n, wenn T^IT stark und T¹ schwach ist, in einen Informationsspeicher M-, und die umgesetzten Daten der reflektierten Lichtmenge bei einer Wellenlänge 1, wenn sowohl T¹ als auch T¹¹ stark sind,in M₃ eingespeichert.

Die Reihe der Arbeitsgänge von dem Moment an, bei dem T¹ stark und T¹¹ seiwach ist, bis zu dem Augenblick, bei dem T' und T¹¹ beide stark sind, wird mehrfach wiederholt, (beispielsweise fünf-

809830/0658 .-./17

- yr -

mal in der wellenform der Fig. 7) .wobei der Höchstwert der Signale R durch eine Gruppe von Impulsen definiert wird, welche die Mengen an reflektiertem Licht darstellen. Die Zahl der Wiederholungen ist abhängig von der Zahl der Umdrehungen des Filterhalters 20, der Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastvorrichtung und der Größe der Papierstücke 4, 3 a, 3 b, 3 c, Je größer die Zahl der Wiederholungen ist, desto größer ist die Zahl der Stellungen zur Messung des Reflektionsvermögens auf dem Papierstück und desto genauer sind die erhaltenen Werte.

Nach vollendeter Durchführung der Arbeitsgänge in einer vorbestimmten Anzahl von Folgen,wartet die datenverarbeitende Einheit 31, bis sich das Signal T von H nach L verändert und wiederholt dann die vorhergehenden Arbeitsgänge, wenn sich das Signal T wieder von H nach L verändert. Die erhaltenen Daten werden in Informationsspeicher M., M₅ und Mg eingespeichert. Auf diese Weise werden die Arbeitsgänge für die Papierstticke 4, 3 a, 3b, 3c zur Sammlung der Daten wiederholt. Nach vollendeter Durchführung aller Messungen ergibt die datenverarbeitende Einheit 31 die Werte für das korrigierte Reflexionsvermögen der Farbreaktionstestpapierstücke 3 a, 3 b, 3 c, ..., bezogen auf die in M-, M₂,M₃ ... gespeicherten Daten,

Entsprechend den Eigenschaften der Farbreaktionstestpapierstücke 3 a, 3 b, 3 c ,,. unterteilt.man die Verfahren zum Bestimmen des korrigierten Reflektionsvermögens in zwei.

Das eine Verfahren wird angewandt, wenn die von dem Farbreak-

/1R "

809830/0658 ·"'

tionstestpapier reflektierte Lichtmenge innerhalb eines großen Wellenlängenbereichs infolge von Konzentrationsänderungen der anomalen Substanz eine starke Änderung erfährt, wie in Fig. 8 gezeigt, in der die Kurven D, E und F Änderungen des Reflektionsvermögens mit variierenden Konzentrationen der anomalen Substanz darstellen. Nach diesem Verfahren werden die Daten (Zahlen) der von jedem Papierstück 3 a, 3 b, 3 c, ... reflektierten Lichtmenge geteilt durch die Daten der von dem korrigierenden Papierstück 4 reflektierten Lichtmenge. Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflektionsvermögen des jeweiligen PapierStücks genommen. Angenommen, die Daten der von dem korrigierenden Papierstück 4 reflektierte Lichtmenge sind R₄₁/ R₄ und R₄ und die Daten der Menge an von dem Farbreaktionstestpapierstück 3 a reflektiertem Licht sind R₀ , , R_ und R-, , so ist das

3al' 3am 3an^f

korrigierte Reflektionsvermögen des Papierstücks 3 a bei 1 als Wellenlänge R₃ 1/R₄₁ _f bei m als Wellenlänge R₃ /R₄ und bei η als Wellenlänge R₃ /R₄ . Das niedrigste dieser korrigierten Reflektionsvermögen (das ist R- _Ί/R,I₁ in dem gezeigten Fall) wird mit einem vorgegebenen Umsetzungsfaktor verarbeitet, um die Konzentration der anomalen Substanz einem Druckapparat 40 anzugeben.

Wie aus der Zeichnung deutlich wird, kann die Konzentration, auch wenn sie gering ist, genau bei einer Wellenlänge bestimmt werden, die eine merkliche Änderung der Menge an reflektiertem Licht bewirkt. Da die Charakteristika des Reflektionsvermögens von Papier zu Papier variieren können wird für jedes Papier zur Messung der Konzentration der anomalen Substanz mit Hilfe des

809830/06S8 "*^/19

obigen Verfahrens eine optimale Meßwellenlänge festgestellt. Indiesem Fall wird das Reflektionsvermögen gegeben in Begriffen eines korrigierten Wertes, der frei ist von dem Einfluß, der eventuell durch die Farbe der Urinprobe bewirkt wird.

Das andere Verfahren wird angewandt, wenn sich die Menge an reflektiertem Licht nur bei einer speziellen Wellenlänge stark mit den Änderungen der Konzentration der anomalen Substanz ändert, wie in Fig. 9, in der die Kurven E, H und I Änderungen des Reflektionsvermögens bei Änderung der Konzentration der anomalen Substanz darstellt. In praxi zeigen die Farbreaktionstestpapiere 3 nicht selten solche Charakteristika für das Reflektionsvermögen. Nach dem zweiten Verfahren wird von den nach dem ersten Verfahren erhaltenen korrigierten (relativen) Reflektionsvermögen das Reflektionsvermögen bei einer VJellenlänge (m in der Zeichnung) , die eine große Änderung der reflektierten Lichtmenge bewirkt, geteilt durch das Reflektionsvermögen bei einer Wellenlänge (n in der Zeichnung), die eine kleine Variation ergibt. Der erhaltene Quotient wird als korrigiertes Reflektionsvermögen des betroffenen Papierstücks genommen.

Dieses Verfahren wird beispielsweise für das Farbreaktionstestpapierstück 3 b in folgender Weise durchgeführt. Wie oben beschrieben, wird davon ausgegangen, daß das relative Reflektionsvermögen bei einer Wellenlänge m, die eine große Änderung der reflektierten Lichtmenge bewirkt. R /R, und daß das Reflektions-

3bm *iiu

vermögen bei einer Wellenlänge n, die eine geringe Änderung bewirkt, ^R3]3_n/^R4_n ist. Das korrigierte Reflektionsvermögen des

809830/0658 "^t/2°

Testpapierstücks 3 b wird dann ausgedrückt als ^R3j_Dm'^:R4n^/'^R3bn*^R4m* Die Konzentration der anomalen Substanz wird bezogen auf diesen Wert von der datenverarbeitenden Einheit 31 berechnet und wie beim ersten Verfahren auf dem Druckapparat 40 angezeigt.

Auf diese Weise ist die Konzentration unter Anwendung einer für das Testpapierstück 3 geeigneten Meßwellenlänge genau bestimmbar. Darüberhinaus kann dieses Verfahren die Meßfehler eliminieren, die sich aus Änderungen der Dicke der Papierstücke 4_f 3a, 3b, 3c... ergeben.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, besitzen die Papierstücke 4, 3 a und 3 b die Dicken h,, Iv und h_ß, die wegen der Verschiedenheiten der Dicke des Filterpapiers oder des Gehalts des Farbreagenz nicht immer konstant sind. Da die Dicke t des Stäbchens 2 ebenso wie der Abstand h_ von der Rückseite des Stäbchens 2 bis zu der Unterseite der integrierenden Kugel 18 definiert ist, bedeutet das, daß die Abstände h-, h₂ und h₃ von den Oberseiten der Stücke 4,3a und 3 b bis zu der integrierenden Kugel 18 jeweils variieren, Fig. 11 zeigt, daß das bekannte Verfahren der Messung bei einer einzigen Wellenlänge Fehler umfaßt.

Fig. 11, die das Verhältnis zeigt,in dem sich die Menge an reflektiertem Licht mit hu , h₂ und h₃ ändert, besagt, daß die Lichtmenge wie das Reflektionsvermögen steigt, wenn sich die Oberseiten der Papierstücke 4, 3 a und 3 b der integrierenden Kugel 18 annähern. Die in Fig. 9 gestrichelt gezeichneten Kurven G¹ und G¹¹ zeigen die Werte, die erhalten werden, wenn dieselbe

809830/0658

.../21

— 2^f —

Urinprobe wie im Fall der Kurve G mit einem Farbreaktionstestpapier größerer oder geringerer Dicke als bei Kurve G getestet wird. Zur Bestimmung des korrigierten Reflektionsvermögens wurde dasselbe Papiersttick verwendet.

Die dargestellten Ergebnisse belegen, daß das scheinbare Reflektionsvermögen beträchtlich mit der Dicke des Papierstücks bei jeder Wellenlänge in demselben Verhältnis variiert. Das zweite Verfahren kann jedoch die durch Dickeabweichungen bedingten Meßfehler aus folgenden Grund eliminieren:

Angenommen, das Reflektionsvermögen der Kurve G in Fig. 9 ist R₂ bei einer Wellenlänge m und R₁ bei einer Wellenlänge n. Das Reflektionsvermögen der Kurve G'' ist dann KR₂ bei der Wellenlänge m und KR₁ bei der Wellenlänge n, wobei K ein Mehrfaches (multiple) des Reflektionsvermögens ist, bedingt durch einen Dickeunterschied, nämlich dem Abstand zwischen der Papieroberfläche zur integrierenden Kugel. Demzufolge hat das Verhältnis von Reflektionsvermögen bei der Wellenlänge m zu Reflektionsvermögen bei der Wellenlänge η bei jeder Kurve G und G¹¹ den Wert R₂ZR₁. Damit können Werte für das Reflektionsvermögen erhalten werden, die unabhängig von der Dicke sind. Wenn jedoch das Farbreaktionstestpapier die Reflektionsvermögencharakteristik besitzt, wie in Fig, 8 gezeigt, so ergibt das Verhältnis der Reflexionsvermögen bei zwei Wellenlängen, wenn es aufgenommen wird, nicht die Änderung des Reflektionsvermögens entsprechend einer Konzentrationsänderung (Rg/R. ist annähernd gleich R₅,/R₄,). Es ist deshalb unmöglich die zweite Methode anzuwenden, um in einem Fall wie in Fig. 8 gezeigt,die Dickeänderung zu kompensieren.

809830/D658 "·^/22

Fig. 12 zeigt die Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen und der Konzentration der anomalen Substanz bei Bestimmung mit einem Farbreaktionstestpapierstück nach einem der obigen Verfahren. Wird diese Beziehung für verschiedene anomale Substanzen in die datenverarbeitende Einheit 31 eingespeichert, so können die Konzentrationen dieser Substanzen unmittelbar aus den Reflektionsvermögen der Papierstücke bestimmt werden.

Da das spektrale Reflektionsvermögen eines zusammengesetzten Testpapiers, auf das Urin oder eine ähnliche flüssige Probe aufgebracht wird, bei zwei oder mehr Wellenlängen, wie oben beschrieben, gemessen wird, kann das Reflektionsvermögen jedes PapierStücks bei einer Wellenlänge bestimmt werden, bei der die reflektierte Lichtmenge beträchtlich variiert. Mit der Anwendung eines Vergleichsstücks für das Reflektionsvermögen bzw. eines KompensationspapierStücks kann die Messung des Reflektionsvermögens sowie die quantitative Analyse einer anomalen Substanz in der Probe genau, kontinuierlich und schnell durchgeführt werden. Wenn ein Farbreaktionstestpapier angewandt wird, das bei einer bestimmten Wellenlänge eine große und bei einer anderen bestimmten Wellenlänge eine kleine Abweichung oder Variation der reflektierten Lichtraenge bewirkt, können sogar die Meßfehler eliminiert werden, die sich aus verschiedenen Dicken des Papiersäcke ergeben, um die Genauigkeit der Messung zu gewährleisten.

.../23

S09830/0658

Claims

P a ten tansprüche:

1.) Verfahren zum Analysieren von Flüssigkeitsproben, gekennzeichnet durch Aufbringen der Probe auf einen zusammengesetzten Teststreifen bzw. ein Testpapier (1), das aus einem Kunststoffstäbchen oder dergleichen (2) und dem Vergleichsoder Kompensationspapierstück (4) sowie verschiedenfarbigen Reaktionspapierstücken (3 a, 3 b, 3 c) besteht, die an dem Stäbchen befestigt sind, Zuführen des Testpapiers zu einer Vorrichtung zur Messung des spektralen Reflektionsvermögens (10), Bestrahlen jedes PapierStücks mit mehreren Strahlen verschiedener Wellenlängen und Berechnen des korrigierten Reflektionsvermögens jedes PapierStücks als relativen Wert in bezug auf das Reflexionsvermögen des Vergleichs- oder KompensationspapierStücks aus den reflektierten Lichtmengen bei den jeweiligen Wellenlängen, um die in der Testprobe enthaltene Konzentration der anomalen Substanz zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Reflektionsvermögen als relative Werte des Reflektionsvermögens des Papierstücks bei den jeväligen Wellenlängen, basierend auf dem Pveflektionsvermögen, berechnet als 100 %,des korrigierenden Papierstücks bei den jeweils entsprechenden Wellenlängen,erhalten werden, und daß die Konzentration der anomalen Substanz durch die korrigierten Reflektionsverraögen bei speziellen Wellenlängen oder bei allen Wellenlängen erhalten wird,

.../24

809830/0668

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter den relativen Werten der Reflektionsvermögen des Papierstücks bei den Wellenlängen, bezogen auf die Reflektionsvermögen, berechnet als 100 %, des korrigierenden Papierstücks bei den entsprechenden Wellenlängen, der relative Wert bei einer der Wellenlängen, die eine große Variation der Menge des reflektierten Lichts ergeben, geteilt wird durch den relativen Wert bei einer anderen Wellenlänge, die eine geringe Variation der Menge an reflektiertem Licht ergibt, wobei das korrigierte Reflektionsvermögen in Begriffen des erhaltenen Quotienten ausgedrückt wird.

4. Anlage zum kontinuierlichen automatischen Analysieren von flüssigen Proben, enthaltend einen Probendrehtisch (8),der zur sukzessiven Aufnahme von zusammengesetzten Testfolien (1) intermittierend drehbar ist, einem über dem Probendrehtisch angeordneten Wellenlängenselektor (14) für die Erzielung von Strahlen mehrerer, vorbestirniiiter, verschiedener Wellenlängen, durch eine Einheit zur Messung des Reflektionsvermögens (10) _f um das Testpapier mit den Strahlen der ausgewählten Wellenlängen zu bestrahlen, eine über dem Probentisch angeordnete Testpapierabtasteinrichtung (11), die betätigt wird, während der Tisch an einer Haltestelle ist und eine Datenverarbeitungseinheit (31) zur Durchführung des Betriebs und dergleichen in Ansprechung auf Signale von Lichtdetektoren (27, 28), die das reflektierte Licht und das von dem Testpapier übermittelte Licht aufnehmen sowie auf Signale von den Wellenlängenselektor .

.,,/25

809830/0658

0Q225

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängenselektor (14) einen mit konstanter Geschwindigkeit drehbaren Filterhalter (20) und mehrere zum Durchlaß von Strahlen vorbestimmter Wellenlänge geeignete Filter (21 1, 21 m, 21 n) enthält, die in den Filterhalter in gleichem Abstand voneinander eingepaßt sind, wobei die Filter konzentrisch zur optischen Achse einstellbar sind und daß der Wellenlängenselektor einen Signalgenerator (22) zur Identifizierung von Wellenlängen aufweist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenlängen identifizierende Signalgenerator (22) kleine, in dem Filterhalter (20) ausgebildete und außerhalb den eingepaßten Filtern (21 1, 21 m, 21 n) angeordnete Löcher (23 a, 23 b, 24 a, 24 b) sowie Lichtquellen (25, 26) und Lichtdetektoren (27, 28) enthält, die ober- und unterhalb der kleinen Löcher vorgesehen seinkönnen, wenn das Zentrum der Filter auf die optische Achse ausgerichtet ist.

7. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (10) zur Messung des Reflektionsvermögens eine integrierende oder integrierte Kugel (18) enthält und daß der Lichtdetektor (32) auf der integrierenden Kugel angebracht ist.

809830/0658