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Beschreibung:
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Verfahren zum Analysieren chemischer Substanzen in Flüssigkeitsproben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren biochemischer Substanzen und
bezieht sich insbesondere auf ein Absorptionsmeßverfahren, mit dem das Vorhandensein,
die Konzentrationen und/oder Aktivitäten chemischer Stoffe in Flüssigkeitsproben
durch Messen der Absorptionsschwankungen im Verhältnis zur Zeit genau gemessen werden0
Ein solches Verfahren zum Messen der Konzentrationen oder Aktivitäten von in einer
Probe enthaltenen Stoffen durch Rest~ stellen von Schwankungen der Absorption oder
optischen l)i(hte einer- Prüfflüssigkeit, die ein Gemisch der Probe mit einem oder
mehreren Reagenzien darstellt, wird manchmal als kinetische Prüfung bezeichnet und
in der Enzymdiagnostik verwendet, wofür als Beispiele die Glutamat-Oxalacetat-Transaminase
(GOT), die Glutamat-Pyruvat-Transaminase (GPT) und dergleichen genannt seien. Bei
einem bekannten Gerät zum Durchführen einer solchen kinetischen Prüfung ist nur
eine Photometerstation vorgesehen, und die Absorptionsschwankung wird nacheinander
oder mit Unterbrechungen gemessene während eine die Prüfflüssigkeit enthaltende
Küvette eine vorherbestimmte Zeitlang stabil an der Photometerstation gehalten wird.
Dann werden anhand der gemessenen
Absorpti onsschwankungen die
Konzentrationen und/oder Aktivitäten in den Flüssigkeitsproben enthaltener chemischer
Substanzen errechnet. Um jedoch eine sehr exakte Analyse durchführen zu können,
ist es nötig oder vorteilhaft eine große Absorptionsschwankung zu messen. Hierzu
müssen die jeweiligen Proben ausreichend lange an der Photometerstation verweilen.
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Das dafür verwendete Analysicrgerät arbeitet follrlich mit langsamer
Probenzufuhrgeschwindigkeit und hat infolgedessen ein geringes Probenverarbeitungs-
oder Behandlungsvermögen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden ist ein Analysiergerät vorgeschlagen
worden, welches eine Vielzahl von Photometerstationen aufweist, die längs einer
Reaktionsreihe angeordnet sind0 Dabei werden Küvetten, welche Prüfflüssigkeiten
enthalten, die Gemische aus Proben und Reagenzien darstellen, längs der Reaktionsreihe
kontinuierlich oder intermittierend entlang bewegt und die Absorption der Prüfflüssigkeiten
nur einmal an den jeweiligen Photometerstationen gemessen. Die Absorptionsschwankung
kann dann als Differenz zwischen den an zwei beliebigen Photometerstationen gemessenen
Absorptionswerten abgeleitet werden. Da in diesem Analysiergerät die Probenabsorption
an mehreren Photometerstationen photometrisch festgestellt wird, brauchen die Küvetten
nicht lange an der jeweiligen Photometerstation zu verweilen, so daß eine hohe Behandlungsgeschwindigkeit
erreichbar ist. Jedoch hat die für dieses Verfahren vorgesehene Vielzahl von Meßkanälen,
die jeweils einer Photometerstation zugeordnet sind, unterschiedlche Charakteristiken
aufgrund von Unterschieden in verschiedenen Faktoren, wie Streulicht, elektrischen
Charakteristiken des Vorverstärkers und einer Abweichung der Lichtachse gegenüber
der Küvettenstellung. Diese Unterschiede führen zu Abweichungen der Linearität der
Eichkurve der jewelligen Photometerkanäle. Da außerdem bei der kinetischen Prüfung
Absorptionsschwankungen der Reagenzien im Verhältnis zur Zeit einen Fehler in den
Analyseergebnissen hervorrufen, müssen die Absorptionsschwankungen der Reagenzien
im Verhältnis zur Zeit kompensiert werden.
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Mit dem genannten Analysiergerät wird normalerweise ein Analysiervorgang
in folgenden Schritten durchgeführt: 1.) Einstellung des Gerätes auf 0 % und 100
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2.) Messung eines Blindreagens; die Absorptionsschwankung pro Zeiteinheit
AEB der Blindreagensflüssigkeit (Reagens an sich) wird gemessen.
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3.) Berechnung des Konzentrations- oder Aktivitätsumwandlungs koeffizienten
I; in einem Fall wird der Koeffizient anhand der Gleichung I=Vt/(xdxvs) errechnet,
wobei vss vr, d und £ die Probenmenge, Reagensmenge, optische Weglänge bzw.
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den Atomabsorptionskoeffizienten darstellen, und Vt eine Anzeige
von v5+vr ist. In einem anderen Fall wird die Absorptionsschwankung pro Zeiteinheit
# Es anhand einer Standardflüssigkeit oder eines Kontrollserums mit bekannter Konzentration
(Aktivität) c als Flüssigkeitsprobe erhalten und dann der Koeffizient anhand der
Gleichung I=c/(#E - #EB) errechnet.
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4.) Messung einer unbekannten Probe; die Absorptionsschwankung pro
ZeiteinheitEv wird gemessen, und dann wird das Meßergebnis, d.h. die Konzentration
c, einer zu messenden Substanz anhand der Gleichung cx=Ix( Ev- A EB) errechnet.
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Das obenerwähnte Blindreagens wird im allgemeinen anhand der photometrischen
Messung des Reagens selbst erhalten, welches mehrfach der Photometrie ausgesetzt
wird, wobei ein Lichtstrom durch Luft oder Wasser geleitet wird0 Beim Analysiergerät
mit einer Vielzahl von Meßkanalen wird zunächst nur ein Reagens in die Küvette gefüllt
und die Reagensabsorption an den jeweiligen Photometerstationen auf der Basis der
Durchlässigkeit von Luft oder Wasser gemessen. Dann wird das Blindreagens anhand
der Differenz zwischen den an den verschiedenen Photometerstationen gemessenen Reagensabsorptionswerten
errechnet0 Wenn hierbei die Linearität der Eichkurven an den jeweiLifren ljhoLomuterstationen
nicht genau übereinstimmt, kann das Blindreagens nicht exakt anhand des Unterschiedes
zwischen den an verschiedenen
Photometerstationen gemessenen Reagensabsorptionswerten
erhalten werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann, wenn die Analyse durch Messen
der Absorptionsschwankung im Verhältnis zur Zeit an allen Proben einschließlich
des Blindreagens an zwei im voraus fest bestimmten Photometerstationen durchgeführt
wird, das Blindreagens als Differenz der Absorptionsschwankung zwischen diesen Photometerstationen
benutzt werden, da in diesem Fall die Differenz im Analysiervermögen zwischen den
Photometerstationen als immer gleichbleibend betrachtet werden kann. Das Blindreagens
wird dann in einem Speicher gespeichert, und die Absorptionsunterschiede der Proben
können anhand des gespei-cherten Blindreagens korrigiert werden0 Wenn aber die Analyse
anhand der Wahl geeigneter Absorptionswerte durchgeführt wird, die an zwei beliebigen
Photometerstationen gemessen werden, müssen, da die beiden Photometerstationen für
die jeweiligen Proben unterschiedlich sein können, sehr große Anzzlhlen von Absorpti
onschwank1nEr'swerten als Bl indreagenzi en gespeichert werden. Wenn zB. die Menge
zu messender Substanzen klein ist, wird vorzugsweise die Differenz von Absorptionswerten
abgeleitet, die an zwei am weitesten voneinander entfernt liegenden Photometerstationen
gemessen werden3 wenn aber die iienge Substanzen außergewöhnlich groß ist, ist es
vorteilhaft, die Differenz der Absorptionswerte zu errechnen, die an zwei benachbarten
Photometerstationen gemessen werden. Selbst bei Verwendung der Absorptionswerte
von benachbarten Photometerstationen sollten außerdem jedoch die zeitlichen Festlegungen
für die Messung im Verlauf des Reaktionsverfahrens für die verschiedenen Proben
verschieden sein. Um diese Erfordernisse zu crfüllen, muß eine sehr große Anzahl
Blindreagenswerte gespeichert werden, die anhand aller Differenzen der zwischen
allen Photometerstationen gemessenen Absorptionswerte errechnet werden. Wenn z.B.
15 Photometerstationen längs der Reaktionsreihe vorgesehen sind, müssen mehr als
100 Blindreagenswerte im Speicher gespeichert werden. Deshalb ist ein ziemlich großer
Speicher nötig, und die Steuerschaltung für diesen Speicher ist sehr kompliziert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Analysieren chemischer
Substanzen in Flüssigkeitsproben zu schaffen, mit dem die genannten Nachteile bekannter
Verfahren vermieden werden können und eine außerordentlich genaue, zuverlässige
und rasche Analyse selbst dann möglich ist, wenn die Meßcharakteristiken an verschiedenen
Photometerstationen nicht genau übereinstimmen.
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Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren ist mit seinen Ausgestaltungen
in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Bei einem Verfahren zum Analysieren chemischer Substanzen in Flüssigkeitsproben,
bei dem die Absorp ti onsschwankung .im Verhältnis zur Zeit für eine Prüfflüssigkeit,
die ein Gemisch aus einer Probe und einem oder mehreren Reagenzien darstellt, von
Absorptionswerten abgeleitet wird, die an einer Vielzahl von Photometerstationen
gemessen werden, und bei dem die.Konzentration oder Aktivität eines oder mehrerer
gegebener chemischer Bestandteile der Flüssigkeitsprobe entsprechend der Absorptionsschwankung
gegenüber der Zeit errechnet wird, sieht die Erfindung einen Verfahrensschritt vor,
bei dem Blindreagensabsorptionswerte an der genannten Vielzahl von Photometerstationen
festgestellt werden. Ferner sieht die Erfindung vor, die festgestellten Blindreagensabsorptionswerte
zu speichern, die Probenabsorptionswerte, die an den jeweiligen Photometerstationen
gemessen wurden, in Übereinstimmung mit den Blindreagensabsorptionswerten zu korrigieren
undwschließlich die Absorptionsschwankung der Prüfflüssigkeit anhand der korrigierten
Proben absorptionswerte zu errechnen.
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Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten
anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs beispiels näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
eines Analysiergeräts zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Analysieren
chemischer Substanzen; Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie I-I in Fig. 1; Fig.
3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Analysieren chemischer Substanzen.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbei;piel eines Analysiergeräts zum Durchführen
des erfindungsgeriäßen Verfahrens schematisch von oten gezeigt. An einer Drehscheibe
1 ist eine Vielzahl von Küvetten 2 angeordnet, wie Fig. 1 zeigt, und die Drehscheibe
1 ist kontinuierlich oder intermittierend in Richtung des Pfeiles drehbar. Der Küvette
2 werden an einer Station A mittels Abgabepumpen 12 und 8 eine Probe und ein Reagens
mengenmäßig zugeteilt, und dann wird die Absorption nacheinander an sechs Stationen
B, C, D, E, F und G photometrisch gemessen, wie Fig.l zeigt. An diesen Stationen
sind Lichtempfangselemente' 4-1 bis 4-6 vorgesehen2 die den von der Probenflüssigkeit
durchgelassenen Lichtstrom empfangen, um die notwendigen Daten zu erhalten.
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Da die Verfahrensschritte für die Abgabe der Probe, des Reagens und
einer Waschflüssigkeit gleich sind, wird beispielhaft nur die Reagensabgabe beschrieben.
Eine Abgabepumpe 8 für das Reagens ist mit einem Dreiwegeventil 7 -versehen, um
ein Reagens 9 in die Abgabepumpe 8 einzusaugen. Da das Gerät außerdem mit einem
Vorwärmbereich 6 versehen ist, wird die Flüssigkeitsprobe auf eine der Reaktionstemperatur
angenäherte Temperatur vorerwärmt und dann durch eine Sonde 5 in die Küvette 2 abgegeben.
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Anschließend wird- die in der Küvette 2 enthaltene Flüssigkeitsprobe
entleert, und dann wird der Küvette 2 eine Waschflüssigkeit 10 mittels einer Abgabepumpe
11 zugeführt, um die Küvette 2 zu spülen.
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Fig. 2 zeigt das Analysiergerät gemäß Fig. 1 im Querschnitt längs
der Linie I-I. Jede der Photometerstationen B bis G besteht aus einer Linse 21a,
21b, die an einem Tubus 30 angeordnet
sind, sowie aus einem Filter
22a, 22b und einem Lichtempfangselement 4-1 bis 4-6. Die von einer im Tubus 30 angeordneten
Lampe 20 ausgehenden Lichtströme werden mittels der Linsen 21a, 21b zu parallelen
Lichtströmen zusammengebracht. Diese parallel len Lichtströme werden von den Filtern
22a, 22b und den Flüssigkeitsproben zu den Lichtempfangselementen 4-2, 4-6 durchgelas
sen, die elektrische Signale erzeugen, welche die Absorption der in den Küvetten
2 enthaltenen Prüfflüssigkeiten darstellen.
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Um die Prüfflüssigkeiten in den Küvetten 2 auf gegebener ge wünschter
Temperatur zu halten, wird außerdem Warmluft durch das Gerät geleitet.
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In den Fig. 3 und 4 ist das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Analysieren chemischer Substanzen anhand von Diagrammen für das Analysiergerät
gemäß Fig. 1, gezeigt. Die vertikale und horizontale Achse in Fig. 3 und 4 zeigt
die Ebsorption bzw. die Zeit an. Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Analysierverfahrens wird die Analyse in folgenden Schritten durchgeführt: 1.) Einstellung
des Geräts auf 0 % und 100 : Dies erfolgt in der üblichen Weise.
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2.) Messung des Blindreagens: Bei der Erfindung wird die Absorptionsschwankung
des Blindreagens pro Zeiteinheit nicht gemessen; aber es werden die Absorptionswerte
des Blindreagens an den verschiedenen Meßstationen B bis G im Verhältnis zu einer
Blindprobe mit Luft oder Wasser gemessen, wozu lediglich Luft oder Wasser in die
Küvette 2 gefüllt und dann gemessen wird. Es wird davon ausgegangen, daß die Durchlässigkeit
von Luft oder Wasser 100 % ist. Da die Linearität der Eichkurven an den jeweiligen
Photometerstationen in diesem Fall nicht genau identisch ist, schwnk(n (ile Absorptionswerte
duo iq ndreagens an den einzelnen Photometerstationen> wie durch die gestrichelte
Linie J in Fig. 3 angedeutet ist. Die gemessenen
Absorptionswerte
des Blindreagens werden an vorgerbe~ stimmten Speicherpositionen gespeichert.
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3.) Errechnung des- Konzentrations- oder Aktivitätsumwandlungskoeffizienten
I: Wenn die Messung unter Verwendung einer Standardprobe, beispielsweise eines Kontrollserums
mit bekannter Konzentration (Aktivität) c vorgenommen wird, werden die Absorptionswerte
der Standardprobe an den jeweiligen Photometerstationen gemessen, und dann werden
die Differenzen zwischen den festgestellten Absorptionswerten und den Absorptionswerten
des Blindreagens, die an den jeweiligen Photometerstationen gespeichert wurden,
erhalten. Der Umwandlungsko effizient I wird durch Berechnen der Absorptionsschwankung
pro Zeiteinheit anhand der korrigierten Absorptionswerte an den Photometerstationen
abgeleitet.
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4.) Messung einer unbekannten Probe: Wenn eine unbekannte Probe nacheinander
an den Photometerstationen B bis G gemessen wird, ändern sich die Absorptionswerte
an den einzelnen Photometerstationen, wie das durch die durchgezogene Linie K in
Fig. 3 gezeigt ist. Eine strichpunktierte Linie L in Figo 3 gibt die erwartete Absorptionsschwankung
der gleichen Probe für den Fall an, daß alle Photometerstationen genau übereinstimmende
Charakteristiken haben. Gemäß der Erfindung werden zunächst die Differenzen zwischen
den an den einzelnen Photometerstationen gemessenen Probenabsorptionswerten und
den gespeicherten Absorptionswerten des Blindreagens erhalten, um die Probenabsorptionswerte
zu korrigieren. Dann kann die korrigierte Absorptionsschwankung der Probe durch
eine durchgezogen gezeigte Linie M in Fig. 4 dargestellt werden, und die Absorptionsschwankung
der Probe pro Zeiteinheit kann dadurch verrechnet werden, daß die Differenz zwischen
den korrigierten Absorptionswerten an verschiedenen Photometerstationen errechnet
wird. Anhand der Probenabsorptionsschwankung, die mit den obenerwähnten Verfahrensschritten
ermittelt wurde, können dann die Konzentrationen und Aktivitäten der chemischen
Substanzen erhalten werden.
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Da erfindungsgemäß, wie schon erwähnt, die Absorptionswerte des Blindreagens
im Verhältnis zu Luft oder Wasser für jede Photometerstation gespeichert werden
müssen, erfordert das eine etwas größere Speicherkapazität. Wenn man jedoch die
Verbesserungen in Betracht zieht, die die Erfindung insofern ermöglich, als der
Probendurchlauf verbessert wird und eine exakte Analyse selbst dann durchgeführt
werden kann, wenn die Linearität der Eichkurve an den einzelnen Photometerstationen
nicht genau übereinstimmt, bereitet die geringfügige Zunahme der Speicherkapazität
keine Schwierigkeit.
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Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel werden die Absorptionswerte
des Blindreagens an den Photometerstationen gespeichert; es ist jedoch auch möglich,
die Absorptionswerte einer Standardflüssigkeitsprobe mit vorher bekanntem Absorptionswert
an den jeweiligen Photometerstationen zu speichern.
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Wie schon erwähnte kann erfindungsgemäß selbst dann eine präzise Analyse
durchgeführt werden wenn die Vielzahl von Photometerstationen unterschiedliche Eigenschaften
hat. Es sei noch darauf hingewiesen, daß im Falle eines großen Unterschiedes zwischen
dem Absorptionswert des Blindreagens und der Probe der Unterschied zwischen den
photometrischen Charakteristiken an den verschiedenen Photometerstationen Übergewicht
erhält; aber das geschieht nur bei Proben mit abnorm hoher Konzentration (hoher
Aktivität), so daß der Fehler verhältnismäßig klein wird. Da im Bereich von der
Obergrenze des Normalwertes bis nahe an den Grenzwert, der die höchste Genauigkeit
erfordert, die Absorptionsschwankung Aringfügig ist und auch der Unterschied der
Absorption zwischen den Proben und dem Reagens gering ist, kann außerdem eine exakte
Analyse erhalten werden, indem die Korrektur für die jeweiligen Photometerstationen
gemäß der Erfindung durchgeführt wird.