DE2919586A1

DE2919586A1 - Fotometrische analysiervorrichtung mit einer mischvorrichtung fuer die in einer messkuevette enthaltene reaktionsfluessigkeit

Info

Publication number: DE2919586A1
Application number: DE19792919586
Authority: DE
Inventors: Taiichi Banno; Hideaki Ida
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-15
Publication date: 1979-11-29
Also published as: US4265544A; JPS54172791U; DE2919586C2; JPS5817241Y2

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANK - BEHRENS - GOETZ

professional representatives before the european patent office manoataires agrees pres l'office europeen des brevets

DR.-ING. FRANZ TUESTHOFF DR. PHIL. FREDA \7UESTHOFF (19I7-I956) DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971) DIPL-CHEM, DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN SCHWEIGERSTRASSE 2

teleton: (089) 66 20 ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

Telex: j 24 070

14-52 043

Anmelder:

Olympus Optical Company Limited, 43-2, 2-Chome, Hatagaya, Shibuya-Ku, Tokyo, Japan

Titel:

Fotometrische Analysiervorrichtung mit einer Mischvorrichtung für die in einer Meßküvette enthaltene Reaktionsflüssigkeit.

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PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOET2

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGr£eS PRES l'oFFICE EUROPtEN DES BREVETS

UR.-ING. FRANZ WUESTHOFF DR. PHIL. FREDA WUESTHOFF DI PL.-ING. GERHARD PULS (19J2-1971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING. DIETER BEHRENS DIFL.-ING.J DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

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Beschreibung

Fotometrische Analysiervorrichtung mit einer Mischvorrichtung für die in einer Meßküvette enthaltene Reaktionsflüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine fotometrische Analysier.vorrichtung mit einer Mischvorrichtung für die in einer Meßküvette enthaltene

Reaktionsflüssigkeit, mit der sich eine von einem Gemisch aus einer zu untersuchenden Flüssigkeit und einem Reagens gebildete Reaktionslösung automatisch mischen läßt.

Bei der quantitativen Bestimmung eines in einem Blut enthaltenen Stoffs, z.B. eines Enzyms, mittels eines chemischen Analysiergerätes wird der flüssigen Probe ein Coenzym zugemischt und die Extinktion des Coenzyms bestimmt. Bei diesem Bestimmungsverfahren besteht zwischen der Extinktion und der Zeit eine Proportionalitätsbeziehung insofern, als eine Änderung der Extinktion einen Hinweis auf die Menge des Enzyms liefert. Es ist bekannt, daß die Menge des Enzyms eine Funktion der Temperatur ist. Zur Sicherstellung einer verläßlichen Bestimmungsgröße ist es daher wesentlich, daß eine zu untersuchende Flüssigkeit, z.B. Blut, mit einem

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Reagens gleichmäßig vermischt wird und daß die Reaktionsgemischlösung während des BestimmungsVorganges auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

Eine zur Durchführung einer solchen Bestimmung benutzte herkömmliche Vorrichtung ist in Pig. 1 dargestellt, die eine Schrägansicht einer herkömmlichen Extinktionsmeßvorrichtung zeigt. Bei ihr ist ein Thermostatblock 1 mittels der Kombination aus einem Heizelement und einem Temperaturfühler automatisch auf eine konstante Temperatur regelbar. Der Thermostatblock 1 weist einen Heizteil 1a und eine Meßzelle 1b auf. Im Heizteil 1a sind mehrere Vertiefungen 3 ausgebildet, in denen Reaktionsgefäße 2 wegnehmbar aufnehmbar sind, welche . als durchsichtige, quadratische, hohle Säulen ausgebildet sind, die eine Reaktionslösung enthalten. Die Meßzelle 1b hat eine Vertiefung 4, in der ein eine Reaktionslösung enthaltendes Reaktionsgefäß 2 aufnehmbar ist, und eine schlitzförmige Öffnung oder Fenster 5, das zu fotometrischen Zwecken die Vertiefung 4 durchsetzt. Eine Lichtquelle 6, die eine Wolframlampe aufweisen kann, sendet einen fotometrischen Zwecken dienenden Meßstrahl P aus, . der ungefähr durch das Zentrum einer im Fenster 5 freiliegenden Seite 2a des Reaktionsgefäßes 2 hindurchtritt, und an der der Lichtquelle 6 abgewandten Seite der Meßzelle 1b wird durch die Meßzelle 1b durchfallendes Licht von einem fotoelektrischen Meßgrößenumformer 7 aufgefangen, der eine Silicium-Fotodiode aufweisen kann.

Die Arbeitsweise dieser herkömmlichen Vorrichtung ist folgende: Mehrere Reaktionsgefäße 2, die ein Reagens enthalten, werden zum Erwärmen in die Vertiefungen 3 eingesetzt. Sobald eine bestimmte Temperatur erreicht ist, wird eines der Reaktionsgefäße 2 entnommen und nach Zugabe einer Probe von Hand geschüttelt. Der Inhalt des Reaktionsgefäßes 2 kann auch, mit einem Rührstab gemischt werden. Dann wird das Reaktionsgefäß 2 in die Vertiefung 4 eingesetzt. Die Lichtquelle 6 sendet einen Strahlungsfluß P mit einer vorgegebenen optischen

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Wellenlänge aus, der durch das Fenster 5 und die Reaktionslösung im Reaktiongsgefäß 2, das in der Vertiefung 4 angeordnet ist, hindurchtritt und schließlich vom Meßgrößenumformer 7 aufgefangen wird. Dieser erzeugt entsprechend der Größe des Strahlungsflusses P ein elektrisches Signal und gibt es an eine Rechenschaltung ab, welche die Extinktion der Reaktionsflüssigkeit berechnet.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Vorrichtung selbst nicht mit einer Rühreinrichtung versehen; folglich muß das aus der Vertiefung 3 herausgenommene Reaktions gefäß 2 von Hand geschüttelt oder sein Inhalt mit anderen Hilfs mitteln gerührt werden. Dies macht nicht nur die Benutzung der Vorrichtung unbequem, sondern stellt auch eine Meßfehlerquelle dar, weil das Reaktionsgefäß 2 in das Umgebungsmilieu herausgenommen wird und der Rührstab, der in die Reaktionslösung eingetaucht wird, eine verschiedene Temperatur haben kann, wodurch ein rascher Temperaturabfall in der erwärmten Lösung hervorgerufen wird. Auch sind die Schüttelzeiten von Reaktionsgefäß zu Reaktiaisgefäß verschieden und verursachen eine ungenügende Durchmischung der Lösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schüttelvorrichtung für Flüssigkeiten zu schaffen, der die vorstehend ■ beschriebenen Nachteile nicht anhaften.

Die Lösung dieser Aufgabe ist mit vorteilhaften Ausgestaltungen in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß hat die Mischvorrichtung einen Halter, der ein eine Reaktionslösung enthaltendes Reaktionsgefäß trägt, und eine Vorrichtung zum Versetzen des Halters in mechanische Schwingungen. Auf diese Weise wird automatisch geschüttelt und eine Temperaturveränderung in der Reaktionslösung aufgrund äußerer Einflüsse vermieden. Die Vorrichtung zum mechanischen Schütteln kann einen Drehmagneten aufweisen, der durch eine Steuerschaltung, z.B. durch einen elektronischen Zeitgeber

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steuerbar ist, um eine Schüttelzeit festzulegen, die je nach Bedarf veränderbar oder konstant gehalten sein kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht mehr notwendig, ein Reaktionsgefäß in das Umgebungsmilieu herauszunehmen oder das Schütteln von Hand oder mittels eines Rührstabes vorzunehmen; somit wird die Gefahr einer Temperaturänderung in der Reaktionslösung ausgeschlossen, die zu einem fehlerhaften Bestimmungsgröße führen kann. Da die Schüttelzeit nach Bedarf wählbar ist, läßt sich abhängig vom Mengenverhältnis der zu untersuchenden Flüssigkeit zum Reagens eine optimale Schüttelzeit festlegen. In ähnlicher Weise läßt sich für mehrere Reaktionsgefäße eine gleichmäßige Schüttelzeit einhalten. Schließlich ist die für eine vollständige Durchmischung benötigte Zeit auf ein Minimum herabgesetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung in Pig. 2 erläutert, die eine Schrägansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schüttelvorrichtung für Flüssigkeiten zeigt.

Die in Fig. 2 dargestellte Mischvorrichtung weist einen Thermostatblock 1 auf, in dessen Meßzelle 1b eine kreisrunde durchgehende Aussparung 8 ausgebildet ist. In die Aussparung 8 ist ein zylindrischer Halter 9 drehbar und vertikal verschiebbar so eingesteckt, daß zwischen ihr und dem Halter 9 eine gute Wärmeübertragung stattfinden kann. Im Zentrum des Halters 9 ist eine axialgerichtete, quadratische Vertiefung ausgebildet, in der ein Reaktionsgefäß 2 wegnehmbar aufnehmbar ist. Um eine fotometrische Bestimmung zu ermöglichen, sind in zwei sich gegenüberliegenden Seiten des Halters 9 zwei Öffnungen 9a ausgebildet, die mit der Vertiefung 4 in Verbindung stehen. Mit dem Mittelbereich der Unterseite des Halters 9 ist eine Tragachse 10 einstückig bzw. fest verbunden. Zwischen den Enden in Längsrichtung der Tragachse ist an letzterer mittels eines Anschlußringes 10a ein

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Positionierglied 11 angeordnet, das sich an ein am Thermostatblock 1 befestigtes Anlagestück 12 anzulegen vermag, so daß bei Anlage des Positioniergliedes 11 am Anlagestück 12 die im Halter 9 ausgebildeten Öffnungen 9a mit einem fotometrischen Zwecken dienenden Fenster 5 im Thermostatblock 1 und auch mit der optischen Achse eines von einer Lampe bzw. einer Lichtquelle 6 ausgesandten Meßstrahls P fluchten.

Das untere Ende der Tragachse 10 ist über ein Verbindungsstück 13 mit einer Abtriebswelle 14a eines Drehmagneten 14 verbunden. Das Verbindungsstück 13 weist eine Schraubenfeder oder ein Rohrstück aus Kautschuk auf und ist dadurch in Umfangsrichtung drehelastisch. Die Tragachse 10 und die Abtriebswelle 14a sind so miteinander verbunden, daß bei nichterregtem Drehmagneten 14 das Positionierglied 11 am Anlagestück anliegt, da die Tragachse 10 durch die Elastizität des Verbindungsstückes 13 vorgespannt ist.

(bzw. elektromagnetischer Dreh-Axial-Vibrator) Der Drehmagnet 14/ist an einen beim gezeigten Beispiel als Rechteckwellen-Generator ausgebildeten Oszillator 15 angeschlossen, der von einer Stromquelle E gespeist wird und mit einem elektronischen Zeitgeber 16 verbunden ist. Bei Schließen eines Einschalters S betätigt der Zeitgeber 16 den Oszillator 15 während einer Zeitspanne, die vom Widerstandswert eines veränderbaren Widerstandes R abhängig ist. Der Zeitgeber 16 kann ein CR-Zeitgeber sein.

Die Arbeitsweise ist folgende: In eines der Reaktionsgefäße 2, die eine zu untersuchende Flüssigkeit enthalten und in den Vertiefungen 3 des Heizteils 1a erwärmt worden sind, wird ein Reagens eingegeben. Dieses Reaktionsgefäß 2 wird dann in die Vertiefung 4 im Halter 9 eingesetzt. Wenn der Einschalter S geschlossen wird, gibt der Oszillator 15 ein Rechteckwellen-Signal an den Drehmagneten 14 während einer Zeitspanne ab, die durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes R vorgewählt worden ist. Aufgrund des Rechteckwellen-Signals dreht sich die Abtriebswelle 14a hin und her (führt also Drehschwingungen aus),

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wobei sie gleichzeitig eine· kleine vertikale Bewegung ausführt. Die Hin- und Herdrehung wird über das Verbindungsstück 13 auf die Tragachse 10 übertragen, so daß sich auch der Halter 9 hin- und herdreht und dabei in der Aussparung 8 im Thermostatblock 1 gleichzeitig eine kleine Vertikale Bewegung ausführt. Folglich dreht sich das in die'Vertiefung 4 des Halters 9 eingesetzte Reaktionsgefäß 2 zusammen mit dem Halter 9, wobei es die Reaktionslösung, die aus einem Gemisch des Reagens mit einer zu untersuchenden Probe besteht, einer gründlichen Durchmischung unterwirft. Nach Ablauf der mit dem Widerstand R eingestellten Zeitspanne unterbricht der Zeitgeber 16 die Stromversorgung des Oszillators 15, woraufhin der Drehmagnet 14 abgeschaltet wird. Zu diesem Zeitpunkt kommt das Positionierglied 11 in Anlage am Anlagestück 12 zum Stillstand, so daß die Öffnungen 9a und das Fenster 5 zueinander fluchten und die Seiten des Halters 9, in denen die Öffnungen 9a ausgebildet sind, an der optischen Achse des Meßstrahl P angeordnet sind. Der fotometrisch^ Vorgang kann dann in derselben Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung stattfinden, d.h. zum Bestimmen der Extinktion der Reaktionslösung wird der Meßstrahl- P durchtreten gelassen und mit einem fotoelektrischen Meßgrößenumformer 7 aufgefangen.

Bei der beschriebenen Ausführungsform trägt die quadratische Gestalt des Reaktionsgefäßes 2 zur Erzielung einer wirkungsvolleren Durchmischung bei, indem ein gleichmäßiges Strömen der Reaktionslösung an den Ecken verhindert wird. Die quadratische Querschnittsgestalt des Reaktionsgefäßes 2 ist jedoch nicht wesentlichj es sind Reaktionsgefäße von beliebigem, beispielsweise polygonalem oder elliptischem Querschnitt verwendbar, vorausgesetzt daß sie sich im Halter 9 so anordnen lassen, daß sie darin unverrückbar sind.

Durch Versuche mit einem mit Boden versehenen Reaktiongsgefäß von quadratischem Querschnitt, in dem als zu untersuchende Flüssigkeit ein Blutserum mit einem Reagens im Verhältnis 1:10

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zu mischen war, wurde festgestellt, daß mit der Vorrichtung nach der Erfindung eine vollständige Durchmischung durch Erregen des Drehmagneten 14 während fünf Sekunden erzielt werden konnte, der während dieser Zeitspanne je Sekunde fünf vertikale Hin- und Herbewegungen (Axialschwingungen) und fünf drehende Pendelbewegungen (Drehschwingungen) ausführt.

Die Verbindung der Tragachse 10 mit der Abtriebswelle 14a des Drehmagneten 14 durch das Verbindungsstück 13 bewirkt eine thermische Isolierung, die einen Wärmestrom zwischen dem Thermostatblock 1 und dem Drehmagneten 14 verhindert.

Sowohl der Thermostatblock 1 als auch der Halter 9 sind aus Werkstoffen mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt, so daß zwischen ihnen während der Zeit, in der der Halter 9 in der Aussparung 8 in Schwingung versetzt ist, kein Temperaturunterschied auftritt; somit ist ein zufriedenstellendes Schütteln durch einfaches Schließen des Einschalters S möglich.

Wenngleich die Erfindung bei Anwendung zum Peststellen der Extinktion bei der Bestimmung der Enzymmenge in einem Blut beschrieben wurde, ist sie gleichermaßen auf jede Art von Schüttelvorrichtung für Flüssigkeiten anwendbar. Der Drehmagnet 14 als Erzeuger von Schwingungen, die der Reaktionslösung aufgedrückt werden, ist durch jede andere Vorrichtung ersetzbar, die zum gleichmäßigen Schütteln bzw. Durchmischen der Reaktionslösung den Halter 9 in Schwingung zu versetzen vermag. Beispielsweise ist zum periodischen Umkehren der Reaktionsrotation des Motors ein Umkehrmotor verwendbar, wobei zum Schütteln der Reaktionslösung im Reaktionsgefäß der Motorantrieb auf das Reaktionsgefäß übertragen wird.

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Claims

J>R.-ING. FRANZ WUESTHOFF PATENTANWÄLTE pr.phil.freda westhopp (1927-1956) WUESTHOFF-ν. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ dipping, gerhard puls {ι95ι-τ97$ -j DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR "VON PECHMANN PROFESSIONAL XEPRESBNTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS HAMDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; BIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: telegramm: protectpatent TELEXi 524070 1 -52 043 ANSPRÜCHE

1.) Fotometrische Analysiervorrichtung mit einer Mischvorrichtung für die einer Meßküvette enthaltene Reaktipnsflüssigkeit aus einem Gemisch aus einer zu untersuchenden Flüssigkeit und einem Reagens gebildeten Reaktionslösung mit einem durchsichtigen, insbes. im Querschnitt quadratischen Reaktionsgefäß (Meßküvette) zur Aufnahme der zu bestimmenden Reaktionslösung, einem Halter, der das Reaktionsgefäß lösbar aufnimmt und die fotometrische Ausmessung (Extinktionsmessung) zulassende öffnungen aufweist, die den Durchtritt eines Meßstrahls durch die im Reaktionsgefäß enthaltende Reaktionslösung gestattet, gekennzeichnet

durch eine Vorrichtung zum automatischen Schütteln der Reaktionsflüssigkeit in dem im Halter (9) gehaltenen Reaktionsgefäß (2), mit der der Halter in Schwingung versetzbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung einen elektromagnetischen Drehschwingungsmagneten (14), der mit dem Halter (9) über ein elastisches Verbindungsstück (13) verbunden ist, einen Oszillator (15) zur Speisung des Drehmagneten (14) und einen elektronischen Zeitgeber (16) zum Steuern der Betätigungszeit des Oszillators (15) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (15) als Rechteckwellen-Generator ausgebildet ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück (13) eine Schraubenfeder oder ein Rohrstück aus Kautschuk aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) mit einer Positioniervorrichtung in eine solche Stellung verbringbar ist, daß seine Öffnungen (9a) mit der optischen Achse des fotometrischen Meßstrahls (P) fluchten, wenn der Halter (9) keinen Schwingungen unterworfen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung ein Positionierglied (11) aufweist, das mit einer mit dem Hälter (9) verbundenen Tragachse (10) fest verbunden ist, und ein Anlagestück (12), das an einem Thermostatblock (1) befestigt ist, in welchen der Halter (9) eingesteckt ist, wobei, wenn der Halter (9) keinen Schwingungen unterworfen ist, das Positionierglied (11) am Anlagestück (12) anliegt, um den Halter (9) in einer vorgegebenen Stellung in Ruhe zu halten.

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