DE3503980C2 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Fluidproben im Durchfluß - Google Patents

Abstract

Verfahren zum maschinellen Analysieren von Fluidproben im Durchfluß, bei dem jeder Fluidprobe eine ihr zugeordnete und mit ihr transportierte Fluidsäulen-Anordnung mitgegeben wird, bei der abfühlbare Merkmale einen Code von Identifizierdaten bilden; diese Merkmale werden an dem Analysenplatz abgefühlt, und es wird ein dementsprechendes Identifizierungssignal gebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
• Bei automatisiertem Analysieren, beispielsweise durch Colorimetrieren, im Durchfluß werden in der Regel zahlreiche Fluidproben nacheinander in die Leitung eingeführt und an dem Analysenplatz analysiert. Oft sind die Fluidproben nicht nur bezüglich der Konzentration eines Bestandteils, sondern auch bezüglich der Art der zu bestimmenden Bestandteile verschieden; dann muß die Analyse nach unterschiedlichen Rechenfunktionen oder sogar mit unterschiedlichen Analysenmethoden durchgeführt werden. In jedem Fall ist es wichtig, daß stets eine richtige Zuordnung zwischen den Analysenergebnissen und den Fluidproben besteht, also die gerade analysierte Fluidprobe richtig identifiziert wird. Bei den meisten bekannten Analysenautomaten nach dem Durchfluß- System werden die analysierten Fluidproben indirekt identifiziert, indem aus der bekannten Transportzeit der Probe in der Leitung darauf geschlossen wird, um welche an der Einführstation eingeführte Probe es sich handelt. Diese Art der Identifizierung kann jedoch bei höheren Analysiergeschwindigkeiten und zeitlich engerer Aufeinanderfolge von kleinen Fluidproben leicht zu Fehlern führen. Diese sind besonders schwerwiegend, weil schon ein einziger Identifizierungsfehler in der Regel alle nachfolgenden Identifizierungen gleichfalls fehlerhaft werden läßt.
• Um die beschriebenen Schwierigkeiten zu bekämpfen, wird bei einem bekannten Analysengerät (DE-AS 15 98 260) bei jeder durchlaufenden Fluidprobe die Analysiereinrichtung auf die Mitte der Fluidprobe eingestellt und ein Stück weit mitgeführt. Abgesehen davon, daß die dabei erforderlichen mechanischen Nachführeinrichtungen aufwendig, störanfällig und grundsätzlich unerwünscht sind, können bei diesem bekannten Gerät systematische Fehler nicht ausgeglichen werden; gerade diese können aber durchaus vorkommen, zum Beispiel veranlaßt durch Druck- oder Temperaturänderungen, Abnutzungserscheinungen in den Dosiereinrichtungen usw.
• Bei einem anderen bekannten Analysengerät (DE-OS 30 42 915) werden abwechselnd Probenabschnitte und Luftabschnitte transportiert, und an dem Analysenplatz werden von einer Steuereinrichtung die Fluidproben durch Erfassen und Zählen der Luftabschnitte geortet und identifiziert. Zusätzlich werden periodisch leicht erfaßbar Markierungsabschnitte durch Einführen einer Markierungsflüssigkeit gebildet. Dabei soll die Erfassung des periodischen Durchtritts der Markierungsabschnitte am Analysenplatz dazu beitragen, daß die Steuereinrichtung den einzelnen Probeabschnitten folgen kann. Auch bei diesem Gerät handelt es sich jedoch um eine indirekte Identifizierung, bei der ein einziger Fehler alle nachfolgenden Identifizierungen fehlerhaft werden läßt.
• Wegen der Schwierigkeiten bei der Identifizierung zieht man es bei komplizierteren Analysenaufgaben vor, die Proben in gesonderten Gefäßen zu transportieren und zu analysieren; dabei ist eine einwandfreie Identifizierung aus der Taktgabe der Vorrichtung (DE-OS 14 98 959) oder aus einer an dem Gefäß angebrachten Kodierung (DE-OS 15 98 191) ohne weiteres möglich. Das Arbeiten mit diskreten Probengefäßen ist aber mechanisch aufwendig, störanfällig und für hohe Analysiergeschwindigkeiten mit kleinen Probemengen kaum geeignet.
• Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, bei der automatischen Analyse von im Durchfluß transportierten Fluidproben eine zuverlässige Identifizierung der analysierten Proben mit einfachen Mitteln sicherzustellen.
• Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit dem Verfahren nach dem Anspruch 1 und der Vorrichtung nach dem Anspruch 11.
• Nach der Erfindung wird jeder durch die Leitung transportierten Fluidprobe ebenso eine Identifizierung beigegeben wie bei einem Transport in einem diskreten Probengefäß, und es wird eine vergleichbar hohe Sicherheit der Identifizierung erzielt. Der Aufwand ist jedoch viel kleiner, weil nur Maßnahmen benutzt werden, die für die Durchführung der seriellen Analyse im Durchfluß ohnehin erforderlich sind. Die grundsätzliche Arbeitsweise der seriellen maschinellen Analyse im Durchfluß bleibt ungestört.
• Mittel zum Erkennen von Fluidsäulen, insbesondere Gasblasen, die nicht analysiert werden sollen, sind an sich bekannt (z. B. DE-OS 18 09 865). Eine Verwendung derartiger Mittel zu dem Zweck, jeder durch die Leitung gehenden Fluidprobe eine Codierung mitzugeben, ist jedoch nicht vorgeschlagen worden.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert nur einen geringen Mehraufwand für die Codierung (Einführung von einen Code darstellenden Fluidsäulen-Anordnungen in die Leitung) und Decodierung. Es kann sich dabei um bewährte digitale Einrichtungen handeln, die zu niedrigen Preisen erhältlich sind und wartungsarm und störungsfrei sind.
• Die Erfindung sowie Ausgestaltungen der Erfindung und damit zusammenhängende Vorteile werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.
• Fig. 1 ist ein schematischer Fließplan einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Aufeinanderfolge von Fluidsäulen in einer Transportleitung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung hat eine Fluid-Transportleitung 1 aus nicht benetzbarem Material, beispielsweise Polytetrafluorethylen, die sich zwischen einer Einführstation 3 und einem Analysenplatz 5 erstreckt. Dazwischen bildet die Leitung 1 eine Schlange 7 zur Erzeugung einer gewünschten Transport- und Reaktionszeit. An der Einführstation 3 befindet sich eine Einführeinrichtung 9 zum gesteuerten Einführen von Fluidproben und weiterer Fluide in die Leitung 1. Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Einführeinrichtung 9 einen Probennehmer 11. Zu analysierende Flüssigkeiten werden in Gefäßen 13 auf einem Förderband 15, das von einem Motor 17 angetrieben wird, transportiert. Die Gefäße 13 tragen Identifizierdaten 19; diese werden von einem Eingabe-Leser 21 abgelesen und einer Steuereinrichtung 23 eingegeben. Dieser steuert über Leitungen 25 das Einführen von Fluiden in die Leitung 1, und über eine Leitung 27 den Motor 17. An den Probennehmer 11 sind steuerbare Dosierer 29 und 31 für Reagenzlösung bzw. Diluent angeschlossen und werden über die Leitungen 25 gesteuert. Ferner wird über diese Leitungen 25 ein Trennfluid-Dosierer 33 gesteuert. Die Dosierer 29, 31, 33 können nach Maßgebe der Identifizierdaten 19 auf verschiedene Reagenzlösungen bzw. Verdünner bzw. Trennfluide einstellbar sein.
• Als Trennfluid wird bei der dargestellten Ausführungsform Luft verwendet. Demgemäß hat der Trennfluid-Dosierer 33 eine Luftansaugleitung 35.
• In die Leitung 1 wird ständig aus einem Behälter 37 ein mit den Fluidproben und dem Trennfluid nicht mischbares Trägerfluid 39, beispielsweise ein inertes Öl, eingespeist. Stromab von der Einführeinrichtung 9 ist in der Leitung 1 eine Peristaltikpumpe 41 vorgesehen, die dem aus Trägerflüssigkeitssäulen, Fluidproben und Trennflüssigkeitssäulen zusammengesetzten Flüssigkeitsstrang in der Leitung 1 eine vorgegebene Transportgeschwindigkeit in der Transportrichtung 43 verleiht.
• An dem Analysenplatz 5 ist eine Analysiereinrichtung 45, bei der dargestellten Ausführungsform ein Colorimeter mit Lichtquelle 47 und Empfangsteil 49, vorgesehen. Die Leitung 1 ist in diesem Bereich als transparente Küvette ausgebildet (nicht dargestellt). Es können auch mehrere Analysiereinrichtungen vorgesehen und je nach der zu erfüllenden Analysieraufgabe wahlweise eingesetzt werden.
• Die Analysiereinrichtung 45 ist an ein Leitgerät 51 angeschlossen; dieses erzeugt ein Ergebnissignal und ein die analysierte Probe bezeichnendes Identifizierungssignal und steuert damit einen Drucker 53, der entsprechende Analysenergebnisse 55 und Identifizierungsangaben 57 auf einem Registrierstreifen 59 ausdruckt.
• An dem Analysenplatz 5 ist unmittelbar stromauf vor der Analysiereinrichtung 45 ein Ausgabe-Leser 61 vorgesehen, der bei der dargestellten Ausführungsform gleichfalls eine Lichtquelle 63 und einen Empfangsteil 65 aufweist und bei Anwesenheit von Trennfluid, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform Luft, in der Leitung 1 anspricht. Der Ausgabe- Leser 61 hat ferner einen (nicht dargestellten) Zeitmesser, umd die zeitliche Dauer der Anwesenheit von Luft in dem von der Lichtquelle 63 durchstrahlten Abschnitt der Leitung 1, d. h. die Länge einer in der Leitung 1 befindlichen Luftsäule, festzustellen. Der Ausgabe-Leser 61 hat einen Signalerzeuger 66, der aus dem abgelesenen Identifizierungscode ein Identifizierungssignal bildet und dieses über eine Leitung 67 an das Leitgerät 51 überträgt.
• Die Leitung 1 kann sich stromab von dem Analysenplatz 5 fortsetzen, beispielsweise zu weiteren Analysenplätzen. Das ist in der Figur durch eine zweite Schlange 69 angedeutet.
• Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
• Sobald der Eingabe-Leser 21 die Anwesenheit eines Gefäßes 13 mit zu analysierender Flüssigkeit feststellt, hält er den Motor 17 des Förderbandes 15 an und liest die Identifizierdaten 19 zu der Steuereinrichtung 23 ab. Diese veranlaßt daraufhin den Probennehmer 11 zum Entnehmen von Probeflüssigkeit aus dem Gefäß 13 und (nach Maßgabe der in den Identifizierungsdaten 19 enthaltenen Informationen) ggf. die Vermischung der Probeflüssigkeit mit erforderlichen Mengen von Reagenz und/oder Diluent aus den Dosierern 29 bzw. 31. Gleichzeitig erhält der Trennfluid-Dosierer 33 die abgelesenen Identifizierungsdaten 19.
• Sobald der Probennehmer die etwa erforderlichen Misch- und/ oder Verdünnungsvorgänge durchgeführt hat und zum Einführen einer Fluidprobe in die Leitung 1 bereit ist - dies kann beispielsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Mischzeit der Fall sein -, wird der Trennfluid-Dosierer 33 aktiviert. Er führt daraufhin in die Leitung eine Trennfluidsäulen- Anordnung ein, die mit abfühlbaren Merkmalen einen Code für die Identifizierungsdaten 19 darstellt. Als abfühlbare Merkmale können insbesondere die Länge einer Fluidsäule und die Anzahl aufeinanderfolgender Fluidsäulen verwendet werden; diese Merkmale sind sehr leicht erfaßbar, besonders dann, wenn man für den Code nur einen Satz aus stark unterschiedlichen Längen verwendet, vorzugsweise Längenwerten im Verhältnis ganzer Zahlen. Grundsätzlich können sämtliche durch die Leitung 1 beförderten Fluidsäulen, also auch die Fluidproben, mit zur Bildung des Codes herangezogen werden, insbesondere durch Vorgabe der Säulenlänge, doch ist es im allgemeinen vorzuziehen, die den Code darstellende Fluidsäulen-Anordnung nur aus Trennfluid herzustellen; es braucht dann nur der Trennfluid-Dosierer 33 für die Abgabe verschieden großer Trennfluid-Portionen eingerichtet zu sein, und man ist in der Wahl der Größe der Fluidprobe frei und kann insbesondere auch sehr kleine Fluidproben verwenden.
• Die Verwendung von Luft als Trennfluid bietet den Vorteil, daß man keinen Vorrat von Trennfluid bereithalten muß; auch ist Luft für die meisten Analysieraufgaben als genügend inert anzusehen. Die durch Luftdruck-Änderungen eintretenden Volumenveränderungen der Luftblasen ist bei dem beschriebenen System für die Identifiziergenauigkeit unschädlich. Das gleiche gilt auch bei Verwendung irgendeines anderen gasförmigen Fluids in der Leitung 1.
• Oft ist es zweckmäßig, das Ende und ggf. auch den Anfang des verwendeten Blasencodes zu kennzeichnen, damit der Ausgabe-Leser 61 schon vor der Ankunft der Fluidprobe erfährt, daß keine weiteren Code-Bestandteile zur Identifizierung dieser Fluidprobe mehr kommen. Zu diesem Zweck kann die den Code darstellende Fluidsäulen-Anordnung mit einer ihr Ende bezeichnenden abfühlbaren Grenzmarkierung hergestellt werden. Als eine solche Grenzmarkierung kann einfach eine Trennfluidsäule, also bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einfach eine Luftblase, verwendet werden. Auch der Anfang der den Code bildenden Fluidsäulen-Anordnung kann in gleicher Weise bezeichnet sein.
• Der beschriebene Blasen-Code wird an dem Analysenplatz 5 von dem Codeleser 61 abgelesen und in dem Signalerzeuger 66 zu einem Steuersignal für die Analysiereinrichtung 45 und einem Identifizierungssignal für das Leitgerät 51 verarbeitet. Dadurch wird die Analysiereinrichtung auf die bei der folgenden Fluidprobe erforderliche Arbeitsweise und das Ausdrucken der Identifizierungsangaben zusammen mit den Analysenergebnissen vorbereitet.
• Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Folge von Fluidsäulen in der Leitung 1. Die Fluidsäulen befinden sich in dem schon erwähnten Trägerfluid 39. Es versteht sich, daß die in der Leitung 1 miteinander in Berührung kommenden Fluide unmischbar sein müssen.
• Es wird ein mehrstelliger Zahlencode verwendet, so daß die Codierungen nach einer gewissen Anzahl von Fluidproben sich wiederholen. Eine dargestellte vorderste Fluidprobe 71 ist die letzte Fluidprobe eines vorangegangenen Stellenwerts des Codes. Der Zahlencode beginnt somit aufs Neue (mit dem nächsten Stellenwert). Es folgen zwei aufeinanderfolgende einzelne Gasblasen 73, 75 einer möglichst kurzen Länge; diese Länge wird gleich 1 gesetzt. Derartige Gassäulen mit der Länge 1 (Gasblasen) sollen im folgenden immer eine Anfangs- und Endmarkierung einer den Code darstellenden Fluidsäulen-Anordnung bezeichnen; im übrigen sollen diese Fluidsäulen-Anordnungen mit Trennfluid, bei dem beschriebenen Beispiel also Luft, gebildet werden. Der dargestellte Zustand, daß zwischen zwei Grenzmarkierungs-Gasblasen 73 und 75 keine weiteren Gasblasen vorhanden sind, soll bei dem hier beschriebenen Beispiel der Code für die Zahl 1 sein, d. h., daß die folgende Fluidprobe 77 die Identifizierungsangabe 1 hat. Nach der Fluidprobe 77 folgt eine Grenzmarkierungs-Luftblase 79, eine Luftsäule 81 der Länge 2 und eine Grenzmarkierungs-Luftblase 83; dieser Zustand bedeutet die Identifizierungsangabe 2 für die nächste Fluidprobe 85. Darauf folgt eine Fluidsäulen-Anordnung in Form der Luftblase 89 der Länge 3, eingerahmt von Grenzmarkierungs- Luftblasen 87 und 91; dieser Zustand bedeutet die Identifizierungsangabe 3 für die nächstfolgende Fluidprobe 93. Sodann folgt zwischen den Grenzmarkierungs-Luftblasen 95 und 101 eine Fluidsäulen-Anordnung, die aus zwei aufeinanderfolgenden Gasblasen 97 und 99 von jeder Länge 2 besteht. Dies bedeutet für die nächstfolgende Fluidprobe 103 die Identifizierungsangabe 4.
• Das vorstehende Beispiel ist bewußt einfach gehalten, da nur das Prinzip erläutert werden sollte. Es versteht sich, daß auch erheblich kompliziertere Codierungen in der beschriebenen Weise bequem ausgeführt werden können.

Claims (13)

1. Verfahren zum automatischen Analysieren von Fluidproben (71, 77, 85, 93, 103) im Durchfluß, bei dem mehrere Fluidproben (71, 77, 85, 93, 103) und diese voneinander trennende Trennfluidsäulen (73, 75; 79, 81, 83; 87, 89, 91; 95, 97, 99, 101) nacheinander in eine Transportleitung (1 ) unter Erfassung von die Fluidproben bezeichnenden Identifizierdaten (19) eingeführt und in der Transportleitung (1) zu wenigstens einem Analysenplatz (5) transportiert und dort unter Erzeugung eines Ergebnissignals analysiert sowie unter Erzeugung eines Identifizierungssignals identifiziert werden, wobei die in der Transportleitung (1) miteinander in Berührung kommenden Fluide unmischbar sind und die Fluidproben von dem Trennfluid durch Abfühlen einer unterschiedlichen Eigenschaft, insbesondere des Brechungsindex, unterschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder zu identifizierenden Fluidprobe (71, 77, 85, 93, 103) eine ihr zugeordnete und mit ihr transportierte Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) hergestellt wird, bei der abfühlbare Merkmale einen Code der Identifizierdaten bilden, und daß an dem Analysenplatz (5) die Merkmale abgefühlt werden und das Identifizierungssignal dementsprechend gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) aus Trennfluid hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) aus Luft gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als abfühlbares Merkmal die Länge einer Fluidsäule verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenwerte im Verhältnis ganzer Zahlen zueinander stehen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als abfühlbares Merkmal die Anzahl von Fluidsäulen in der Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) stromab von der zugeordneten Fluidprobe (71, 77, 85, 93, 103) hergestellt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) mit einer ihr Ende bezeichnenden abfühlbaren Grenzmarkierung (75, 83, 91, 101) hergestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) mit einer ihren Anfang bezeichnenden abfühlbaren Grenzmarkierung (73, 79, 87, 95) hergestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Grenzmarkierung eine Trennfluidsäule, insbesondere eine Gasblase, verwendet wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Fluid-Transportleitung (1), die sich zwischen einer Einführstation (3) und einem Analysenplatz (5) erstreckt, einer an der Einführstation (3) vorgesehenen Einführeinrichtung (9) zum gesteuerten Einführen von durch Identifizierdaten bezeichneten Fluidproben und weiteren Fluiden in die Transportleitung (1), einer an dem Analysenplatz (5) vorgesehenen Analysiereinrichtung (45) zur Erzeugung eines Ergebnissignals und einer Leiteinrichtung ( 51) zum Zuordnen eines Identifizierungssignals zu dem Ergebniswert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführeinrichtung (9) von den Identifizierdaten (19) derart steuerbar ist, daß zu jeder in die Transportleitung (1) eingeführten Fluidprobe (71, 77, 85, 93, 103) eine ihr zugeordnete und mit ihr transportierte Fluidsäulen-Anordnung (81; 89; 97, 99) hergestellt wird, bei der abfühlbare Merkmale einen Code der Identifizierdaten bilden, und daß an dem Analysenplatz (5) ein Ausgabe-Leser (61) zum Ablesen des Codes und Bilden eines entsprechenden Identifizierungssignals vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführeinrichtung (9) einen steuerbaren Trennfluid-Dosierer (33) und eine diesen steuernde, von Identifizierdaten (19) gesteuerte Steuereinrichtung (23) zur Bildung des Codes aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einem steuerbaren Probennehmer (11), in den Reagenzien und/oder Verdünnungsmittel aus steuerbaren Dosierern (29, 31) einspeisbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Probennehmer (11) und die Dosierer (29, 31) an die Steuereinrichtung (23) angeschlossen sind.