DE2832806C2 - Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft einer Flüssigkeitsprobe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft einer Flüssigkeitsprobe, mit einer offenen, mit öffnungen zum Zu- und Abführen der Flüssigkeitsprobe versehenen Meßküvette, die ein Probenvolumen abgrenzt, mit einer an die Meßküvette angeschlossenen Probenzuführeinrichtung zum Beschicken der Küvette mit Flüssigkeitsproben, mit einer der Meßküvette zugeordneten Spüleinrichtung zum Einleiten eines Spülfluids in diese und mit einer der Küvette zugeordneten Vorrichtung zum Messen der gesuchten Eigenschaft der Flüssigkeitsprobe,

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere für fotometrische Messungen und zur Bestimmung der Anwesenheit bestimmter Ionen in der Flüssigkeitsprobe, z.B. Biut, innerhalb automatisch arbeitender Analysiervorrichtungen verwendet
F i g. 1 zeigt eine bekannte fotometrische Meßvorrichtung, mit welcher die Lichttransmission aufgrund von Lichtextinktion bestimmbar ist Der von einer Lichtquelle 1 erzeugte Lichtstrahl wird aufgespalten. Der eine Teillichtstrahl durchtritt ein Lichtfilter 2a zur Gewinnung von monochromatischem Licht und eine Kollimatorlinse 3a, bevor er als Meßlichtstrahl durch eine Meßküvette Sb, die eine Flüssigkeitsprobe enthält, hindu^rch auf ein fotoelektrisches Empfangselement 4a trifft, dessen Ausgangssignal an den einen Eingang 5a eines Verstärkers 5 gelangt Der andere Teillichtstrahl

-f> tritt durch ein anderes Lichtfilter 2b zur Erzeugung monochromatischen Lichts und eine Kollimatorlinse 3b, bevor es auf ein weiteres fotoelektrisches Empfangselement 46 auftritt, an dem ein Bezugssignal erzeugt wird, das an den anderen Eingang 5b des Verstärkers 5 gelangt Der Verstärker vergleicht das Signal der Probe mit dem Bezugssignal. Das Vergleichs-Ausgangssignal wird von einem Schreiber 6 aufgezeichnet

Die Meßküvette Sb bildet einen Teil eines durchsichtigen Rohrs mit einem mittigen U-förmigen Bogen 8a, an dessen einem Schenkel ein T-Stück ausgebildet ist, das einen seitlich abgehenden Probenzuführbereich 8c und einen nach oben reichenden Luftblasenentfernungsbereich 8c/ umfaßt. Der andere Schenkel des U-förmigen Bogens 8a geht in eine Meßküvette Sb über, die mit einem senkrecht verlaufenden Flüssigkeitsablaufrohr 8e endet. Innerhalb der Meßküvette 86 wird die Flüssigkeitsprobe 7 aufgenommen, durch die der die Kollimatorlinse 3a verlassende Meßlichtstrahlr^!<indurchtritt. Die Flüssigkeitsprobe 7, z. B. Blut, wird durch den Probenzu-

■Ό führbereich 8c eingeleitet, wobei sie Luftbläschen 9 enthalten kann. Unmittelbar bevor die Flüssigkeitsprobe 7 in den U-förmigen Bogen 8a eintritt, wird sie im oben offenen Luftblasenentfernungsbereich 8c/automatisch von Luftbläschen befreit In der Meßküvette Sb wird ihre Konzentration durch Transmissionsmessung bestimmt. Anschließend wird sie über das Ablaufrohr 8e abgezogen.

Ein Hauptproblem dieser Vorrichtung besteht in der Verschmutzungsgefahr der Meßküvette Sb, die zu einer

5" Genauigkeitsabnahme der Messungen führt. Eine solche Verschmutzung läßt sich vermeiden, wenn man eine gebrauchte Flüssigkeitsprobe mit erhöhter Strömung einer neuen Flüssigkeitsprobe 7 von der Wand der Meßküvette abwäscht. Es kann auch zwischen der

5'> Messung aufeinanderfolgender Proben eine wäßrige Standardlösung durch die Meßküvette geleitet werden, um an der Wand haftende alte Probe abzuspülen. Dies erfordert jedoch große Flüssigkeitsmengen an neuer Probe oder wäßriger Standardlösung. Die geschlossene

«' Ausbildung der Meßküvette Sb erschwert außerdem die Entfernung von Luftblasen 9, die ihren Weg trotz des vorgeschalteten Luftblasenentfernungsbereichs Sd gefunden haben und das Meßergebnis störend beeinflussen können.

^h> Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Messung der lonenkonzentration der Flüssigkeitsprobe mit ionenempfindlichen Elektroden ist in Fig. 2 dargestellt. Ein lonenkonzentrationsdetektor umfaßt ein Glasrohr 11.

durch das eine Flüssigkejtsprobe 12 zugeführt wird, sowie eine ionenempfindliche Meßelektrode 13, die über eine Verbindungsmuffe 14 mit dem Glasrohr 11 in Verbindung steht und ein Probendurchlaßrohr 15 umfaßt, mit dem ein Ablaufrohr 21 über eine Verbindungsmuffe 20 verbunden ist Am Ablaufrohr 21 ist eine Bezugselektrode 19 mit einer doppelten Flüssigkeitsverbindung »eitlich angeschlossen, deren unteres Ende mit der im Ablaufrohr 21 enthaltenen Flüssigkeitsprobe 12 in Berührung steht Die ionenempfindliche Meßelektrode 13 ist als Glaselektrode für die Bestimmung von Natriumionen ausgebildet und weist das Probendurchlaßrohr 15 auf, welches aus einer natriumionenempfindiichen Glasschicht wie Li-Al-Si, An-Al-Si oder einem ähnlichen Stoff gebildet ist Um das Probendurchlaßrohr 15 ist eine AgCI-Elektrode 16 gewunden, die gemeinsam mit dem Probendurchlaßrohr 15 in einem Außenrohr 17 angeordnet ist welches mit einer Bezugs- oder Standardlösung 18 gefüllt ist

Die Bezugselektrode 19 weist ein Außenrohr 23 auf, an dessen unterem Ende ein poröses Teil 22 so befestigt ist daß es mit der Flüssigkeitsprobe 12 in berührung steht In dessen Seitenwand ist eine öffnung 23a ausgebildet durch die eine Bezugslösung 27 nachgefüllt wird. Innerhalb des Außenrohrs 23 befindet sich ein Innenrohr 25, in dessen unterem Ende eine poröse Abschlußscheibe 24 befestigt ist, welche mit der im Außenrohr 23 enthaltenen Bezugslösung 27 in Berührung steht und in dessen Seitenwand eine öffnung 25a ausgebildet ist, die sich durch das Außenrohr erstreckt und zum Nachfüllen von Bezugs- oder Standardlösung 18 dient

Im Inneren des Innenrohrs 25 ist eine AgCI-Elektrode 26 angeordnet und innere Bezugslösung 26 enthalten, während äußere Bezugslösung 27 im Außenrohr 23 vorhanden ist Die Rohre 23,25 und die AgCI-Elektrode 26 sind durch eine Kappe 29 aneinander befestigt. Die AgCI-Elektrode 26 steht durch die Bezugslösung 28, die poröse Scheibe 24, die Bezugslösung 27 und das poröse Teil 22 mti der Flüssigkeitsprobe 12 in leitender Berührung.

Die Bezugselektrode 19 und die ionenempfindliche Meßelektrode 13 sind jeweils an einen Eingang 30a bzw. 306 eines Differential-Verstärkers 30 angeschlossen, an dessen Ausgang 30c eine Anzeigevorrichtung 31 liegt Die Natriumionenkonzentration in der Flüssigkeitsprobe 12 wird als dem Logarithmus der Natriumionenkonzentration proportionale Potentialdifferenz zwischen der Meßelektrode 13 und der Bezugselektrode 19 bestimmt.

Auch bei der Vorrichtung nach F i g. 2 verursacht die Verschmutzung des Probendurchlaßrohrs 15 und des porösen Teils 22 ein Problem, das für eine Abnahme der Meßgenauigkeit verantwortlich ist. Um das zu vermeiden, hat man auch hier die bereits ausgemessene Flüssigkeitsprobe durch neue Probenflüssigkeit weggespült, was wiederum als eine Verschwendung von Probenlösung empfunden wird, besonders, wenn es sich bei der Flüssigkeitsprobe um Blut handelt

Für eine vollautomatisierte fotometrische Messung an Probenflüssigkeiten ist eine flache Meßküvette bekannt (DE-Gbm 72 10 074), deren Probenvolumen durch mindestens zwei parallele, lichtdurchlässige Begrenzungswände seitlich und eine ebene Bodenwand sowie eine pyramidenförmige Dachwand auf der Oberseite begrenzt ist. In oder nahe der Spitze des nach oben pyramidenförmigen Probenvolumens sind öffnungen für einen Vakuumanschluß, einen Probenzulauf und eine zusätzliche öffnung für den Druckausgleich und in der Bodenwand eine öffnung zum Probenablauf vorgesehen. Durch diese Konstruktion soll das für die fotometrische Messung nicht ausnutzbare Volumen möglichst gering und sicher zu füllen sein und die dennoch beim Druckausgleich an der Spitze nahezu keine Luftblasen entstehen läßt Der Meßlichtstrahi durchtritt das Probenvolumen etwa parallel zur Bodenwand und senkrecht zu den seitlichen Begrenzungswänden. Auch das Proben volumen dieser Meßküvette ist vergleichsweise groß. Es besteht die Notwendigkeit zur Reinigung der Meßküvette nach einer Messung größere Flüssigkeitsmengen einzusetzen. Auf die Entgasung der Probenflüssigkeit innerhalb der Meßküvette muß große Sorgfalt verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, daß sie sich nach jeder Messung leichter reinigen läßt

Zur Lösung dieser Aufgabe sieh* die Erfindung vor, daß das Probenvolumen durch zwei parallele Platten (Bodenplatte und Deckplatte) begrenzt ist deren Abstand derart gering ist daß eine eingegebene Flüssigkeitsprobe durch Kapillarwirkung zwischen den

Platten gehalten wird, und daß die Spüleinrichtung einen Kompressor und eine Düse, deren Austrittsöffnung auf das an wenigstens zwei Stellen seitlich nicht begrenzte Probenvolumen zwischen den Platten gerichtet ist aufweist

Die aufgegebene Probenflüssigkeit wird aufgrund der Kapillarwirkung in das ganze Probenvolumen zwischen den beiden Platten eingezogen. Hierdurch ist die für eine Messung erforderliche Probenmenge auf ein Minimum reduziert Aufgrund der Erhöhung des Probendrucks gegenüber dem Umgebungsdruck erlaubt es das seitlich offene bzw. seitlich nicht durch Wände begrenzte Proben volumen, daß möglicherweise in der Flüssigkeitsprobe verbliebene Luftbläschen aus dem Probenvolumen von allein entfernt werden, so daß

-to jegliche Störungen der Messung durch Bläschen völlig ausgeschaltet sind. Das Probenvolumen wird durch das Einspritzen eines Fluids, wie Luft und die hohe Spülwirkung nach einer Messung ge/einigt Die Wahlscheinlichkeit, daß Rückstände an den Platten

ί ~> verbleiben, ist praktisch ausgeschaltet. Hierdurch ist die Langzeitmeßgenauigkeit erhöht

Die Kapillarwirkung des engen Spalts zwischen den beiden Platten unterstützt die Probenzuführeinrichtung bei der schnellen und vollständigen Füllung des

■>" Probenvolumens, wobei die Ausbildung unter Eintritt von Gasblasen weitestgehend unterdrückt ist. Weil das flache Probenvolumen seitlich an wenigstens zwei Stellen nicht begrenzt ist, werden auch alle in der Flüssigkeitsprobe enthaltenen Gasblasen, ohne daß es

j' einer zusätzlichen Druckerhöhung bedarf, seitlich ausgestoßen.

Die Spüleinrichtung kann das Spülfluid, beispielsweise Luft, destilliertes Wasser, Pufferlösung oder dgl., in das Probenvolumen einleiten, während gleichzeitig die Probenzuführeinrichtung neue Probenflüssigkeit zugibt Die Mischung aus eingeleitetem Spülfluid und Probenflüssigkeit führt zu einer vollständigen schnellen Säuberung aller das Probenvolumen begrenzenden Wände hei geringstem Volumenstrom.

Im Anspruch 2 ist eine Ausgestaltung der Vorrichtung angegeben, die sich zum fotometrischen Messen einer optischen Eigenschaft der Flüssigkeitsprobe besonders eignet und durch mehrfaches Hindurchtreten des

Meßlichtstrahls trotz der dünnen Flüssigkeitsprobenschicht im Probenvolumen eine ausreichende Empfindlichkeit sicherstellt.

Die im Anspruch 3 gekennzeichnete Vorrichtung ist derart ausgestaltet, daß sie zur Messung der lonenkonzentration einer Flüssigkeitsprobe besonders geeignet ist. Die Meßelektrode und die Bezugselektrode ragen zweckmäßigerweise durch die obere, das Probenvolumen begrenzende Platte bis zur Probenflüssigkeit, während diese durch eine öffnung in der unteren Platte bzw. dem unteren Vorsprung mündende öffnung zugeführt wird. Das Spülfluid wird wieder unmittelbar seitlich in den Spalt zwischen den beiden Platten bzw. Vorsprüngen geleitet.

Bei beiden Ausbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in kurzen zeitlichen Aufeinanderfolgen Probenflüssigkeit zugegeben, ausgestoßen und die Platten gesäubert werden, so

Arbeitsweise erzielt ist.

Zwei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind anhard einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung zum fotometrischen Ausmessen einer Flüssigkeitsprobe (Transmissionsverfahren) und

Fig.4 einen Teilschnitt durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der lonenkonzentration.

Die Vorrichtung nach Fig.3 umfaßt zwei parallele transparente Platten 42 und 43, die mit einem geringen Abstand einander gegenüber angeordnet sind und ein Probenvolumen 41 abgrenzen. Dieses ist seitlich offen bzw. unbegrenzt und bildet eine kolorische- bzw. fotometrische Meßzelle. An ihrer Außenseite trägt die obere Platte 42 mittig ein Umlenkprisma 44 und die untere Platte 43 seitlich versetzt und teilweise überlappend zwei Prismen 45 und 46. Diese Prismen dienen dazu, einen von einer Lichtquelle 47 abgegebenen und durch ein Filter 48a hindurchgetretenen Lichtstrahl so zu führen, daß er durch die obere Platte 42 in das Probenvolumen 41 eintritt und dort mehrmals durch die zwischen den Platten eingeschlossene Flüssigkeitsprobe 53a hindurch'ritt, bevor er zu einem fotoelektrischen Empfangselement 49 austritt.

Das von der Lichtquelle 47 abgegebene Licht wird zunächst in einen Meßlichtsirahl und einen Bezugslichtstrahl aufgespaltet. Der Bezugslichtstrahl tritt durch ein Filter 486, das ebenso wie das Filter 48a monochromatisches Licht erzeugt, und eine Kollimatorlinse 42 zu einem fotoelektrischen Empfangselement 58, aus dessen Ausgangssignal dem Eingang 506 eines Vergleichs- bzw. Differentialverstärkrrs 50 zugeleitet wird, auf dessen anderen Eingang 50a das Ausgangssignal des vom Meßlichtstrahl beaufschlagten fotoelektrischer. Empfangselcments 49 gelangt. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird einer Anzeigeeinrichtung 59. die auf Konzentration geeicht ist. zugeführt.

Dem Probenvolumen 41 wird eine Probenflüssigkeit 53 mittels einer Probenzuführeinrichtung 51, die eine Pumpe 55 und ein Probenvorratsgefäß 56 umfaßt, über eine Leitung 54 zugeführt, deren Ende 54a mittig durch die untere Platte 43 verläuft und im Probenvolumen 41 endet, während deren anderes Ende 546 im Probenvorratsgefäß 56 mündet. Die Pumpe ff saugt die Probenflüssigkeit 53 aus dem Probenvorratsgefäß 56 an und fördert sie durch die Leitung 54 und erfüllt das Probenvolumen 41 mit einer Flüssigkeitsprobe 53a. Da das Probenvolumen 41 sehr flach ist, trägt die kapillarwirkung zwischen den beiden Platten dazu bei, Probenflüssigkeit 53 in es einzubringen.

ίο

eine schnelle

Der Meßküvette zugeordnet ist eine Spüleinrichtung 68 zum Einleiten eines Spülfluids in den Spalt zwischen den beiden Platten 42,43. Sie umfaßt einen Kompressor 57 und eine rohrförmige Düse 60, deren Austrittsöffnung 60a auf das Probenvolumen zwischen den Platten gerichtet ist und dazu in unmittelbarer Nähe des Spalts zwischen den Platten angeordnet ist.

Im Betrieb werden gleichzeitig die Pumpe 55, um aus dem Probenvorratsgefäß 56 dem Probenvolumen 41 Probenflüssigkeit 53 zuzuführen, und der Kompressor 57 eingeschaltet, um z. B. Luft aus der Düse 60 in das Probenvolumen 41 einzuleiten, damit der Spalt zwischen den Platten durch die Zufuhr der Luft und der Probenflüssigkeit gesäubert wird. Nach Beendigung des erforderlichen Spülvorgangs wird der Kompressor 57 abgeschaltet, während die Pumpe 55 so lange weiterläuft, bis eine Flüssigkeitsprobe 53a das Probenvohimen 41 7wischen den Platten 42 und 43 erfüllt. Die hierfür erforderliche Probenmenge ist gering. Da das Probenvolumen 41 die Form eines kleinen Spalts hat, der seitlich offen ist, werden möglicherweise in der Probenflüssigkeit 53 enthaltene Bläschen im Probenvolumen 41 ausgetrieben, da der flüssigkeitsdruck dort oberhalb des Umgebungsdrucks liegt. Auf diese Weise werden Störungen vermieden, die durch die Anwesenheit von Bläschen verursacht werden könnten.

Der vo·· der Lichtquelle 47 abgezweigte Meßlichtstrahl wird für die fotometrische Messung mehrmals durch die Flüssigkeitsprobe 53a geleitet, um ein Meßergebnis hoher Genauigkeit zu erzielen, da eine Verschmutzung der BegrenzungswSnde des Probenvolumens 41 und Störungen durch Bläschen ausgeschaltet sind.

Auch wenn die Probenflüssigkeitszufuhrleitung 54 durch die untere Platte 43 reicht, ist es möglich, das Leitungsende 54a seitlich des Probenvolumens 41 anzuordnen, so daß die Probenflüssigkeit 53 in den Spalt zwischen den Platten 42,43 von der Seite her zugeführt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Probenzuführeinrichtung 51 und die Spüleinrichtung 68 ebenso aufgeb?ut wie bei der Vorrichtung nach Fi g. 3. Die lonenkonzentration wird in einer kastenförmigen Elektrodenzelle 61 gemessen, in deren Mitte ein Probenvolumen 62 mittels zweier als Vorsprünge 61a und 616 ausgebildeter Platten, die durch einen kleinen ebenen Spalt bzw. Zwischenraum voneinander getrennt sind, abgegrenzt. Die Vursprünge 61a und 616 können beliebige Gestalt haben, da die in den Spalt bzw. das Probenvolumen 62 eingeführte Flüssigkeitsprobe 73a durch Oberflächenspannung darin gehalten wird.

Das Probenvolumen 62 ist seitlich von einer offenen Kammer 63 der Elektrodenzelle 61 umgeben, die am Boden ein Ablaufrohr 64 aufweist, so daß die Flüssigkeitsprobe nach dem Spülen und nach der Messung abgeleitet werden kann.

Die Probenzufuhrleitung 54 hat ihre Austrittsöffnung 54a mittig des unteren Vorsprungs 616. Im oberen Vorsprung 61a sind eine Meßelektrode 65 und eine Bezugselektrode 66 zur Ionenwahrnehmung so angebracht, daß ihre Enden 65a und 66a mit der Flüssigkeitsprobe 53a im Probenvolumen 62 in Berührung stehen. Diese Elektroden sind grundsätzlich die gleichen wie die Elektroden 13 und 19 der bekannten Vorrichtung nach F i g. 2 zur Bestimmung der Natriumionenkonzentration durch Messung von Potentialdifferenzen. Die Ausgangssignale der Elektroden 65 und 66 gelangen auf die Eingänge 67a und 676 eines

Differential-Verstärkers 67, an dessen Ausgang 67ceine Anzeigeeinrichtung 69 für die lonenkonzentration angeschlossen ist.

Wenn im Betrieb die Pumpe 55 läuft, erfolgt wiederum das Spülen und die Zufuhr von Probenflüssigkeit 53 in das Probenvolumen 62 in der gleichen Weise wie dies anhand von F i g. 3 erläutert ist.

Auch bei der Ausbildung als lonen-Meßvorrichtung wird eine gute Spülwirkung erreicht, die eine Verschmutzung der das Probenvolumen 62 begrenzenden Stirnflächen der Vorsprünge 61a, 616 verhindert und deshalb eine hohe Meßgenauigkeit ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft einer Flüssigkeitsprobe,

mit einer offenen, mit Öffnungen zum Zu- und Abführen der Flüssigkeitsprobe versehenen Meßküvette, die ein Probenvolumen abgrenzt,
mit einer an die Meßküvette angeschlossenen Probenzuführeinrichtung zum Beschicken der Küvette mit Flüssigkeitsproben, mit einer der Meßküveite zugeordneten Spüleinrichtung zum Einleiten eines Spülfluids in diese

und mit einer der Meßküvette zugeordneten Vorrichtung zum Messen der gesuchten Eigenschaft der Flüssigkeitsprobe, dadurch gekennzeichnet,

daß das Probenvolumen (41; 62) durch zwei parallele Platten (42,43; 61 a, 61 b) begrenzt ist, deren Abstand derart gering iit daß eine eingegebene Flüssigkeitsprobe (533,7 durch Kapillarwirkung zwischen den Platten gehalten wird,

und daß die Spüleinrichtung (68) einen Kompressor (57) und eine Düse (60), deren Austrittsöffnung (60a) auf das an wenigstens zwei Stellen seitlich nicht begrenzte Probenvolumen zwischen den Platten gerichtet ist, aufweist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zum Messen einer optischen Eigenschaft der Flüssigkeitsprobe ein Lichtstrahl senkrecht zu den Platten (42, 43) durch die Flüssigkeitsprobe (53a) geschickt wird,

und daß mehrere Dachprismen (45, 44, 46) derart versetzt an den einander gegenüberliegenden Außenseiten der transparent ausgebildeten Platten (42,43) angeordnet sind, daß der von der Lichtquelle (47) durch eine Platte (42) in das Probenvolumen (41) eintretende Lichtstrahl mehrmals quer durch das Probenvolumen (41) gelenkt wird, bevor er zu einem foioelektrischen Empfangselement (49) austritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Messung der Ionenkonzentration der Flüssigkeitsprobe die Platten als einander gegenüberliegende, voneinander getrennte Vorsprünge (41a, 41 ty in einer kastenförmigen Elektrodenzelle (61) ausgebildet sind,

daß die Meßelektrode (65) zur lonenwahrnehmung und die Bezugselektrode (66) in einem der Vorsprünge (61a^so angebracht sind, daß ihre Enden (65a, 66a^ mit der dem Probenvolumen (62) zugeführten Flüssigkeitsprobe (53a) in Berührung stehen,

und daß die das Probenvolumen (62) außerhalb der Vorsprünge umgebende offene Kammer (63) der Elektrodenzelle ein Ablaufrohr (64) aufweist.