DE3840719A1 - Automatisches analysiergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein automatisches Analysiergerät mit einer Reaktionsbahn, in der eine Vielzahl von Reaktionsgefä­ ßen, die entsprechende Testflüssigkeiten enthalten, trans­ portiert werden, und einer Lichtmeßeinrichtung zur fotome­ trischen Bestimmung der Testflüssigkeiten in den Reaktions­ gefäßen durch Durchstrahlen der Reaktionsgefäße mit Licht­ strahlen.

Es ist ein einbahniges automatisches Analysiergerät für Mehrfachbestimmungen vorgeschlagen worden, bei dem eine Vielzahl von Bestimmungen durchgeführt, d.h. eine Vielzahl von Stoffarten in Proben in einer einzigen Reaktionsbahn bestimmt werden. Bei einem solchen automatischen Analysier­ gerät müssen in Reaktionsgefäßen enthaltene Testflüssigkei­ ten mittels Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen, die der jeweiligen zu bestimmenden bzw. Testsubstanz entspre­ chen, fotometrisch bestimmt werden.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines aus der JP-PS 65 21 303 bekannten fotometrischen Gerätes. Dieses Gerät um­ faßt eine weißes Licht, also alle Wellenlängen-Komponenten enthaltendes Licht aussendende Lichtquelle 1, eine Konden­ sorlinse 2 zum Auffangen des weißen Lichts und Richten des­ selben gegen in einer Reaktionsbahn 3 transportierte Reakti­ onsgefäße 4. Durch eine in einem Reaktionsgefäß 4 enthaltene Testflüssigkeit hindurchgetretenes Licht wird über eine Schlitzblende 5 auf ein Spektroskop 6 gerichtet und in eine Vielzahl von Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zer­ legt. Diese Lichtstrahlen werden dann mittels einer mehrere Löcher 7 a aufweisenden Schlitzblende 7 auf eine Vielzahl von Fotozellen 8-1, 8-2 ... 8-n gerichtet, welche Ausgangssigna­ le abgeben, von denen eines oder mehrere entsprechend den für zugehörige Proben zu bestimmenden Testsubstanzen ausge­ wählt werden.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines anderen, aus der JP-OS 60-1 17 118 bekannten fotometrischen Gerätes, bei dem von einer Lichtquelle 11 ausgesandtes weißes Licht über eine Kondensorlinse 12 gleichmäßig auf eintrittsseitige En­ den einer Vielzahl von optischen Fasern 13 gerichtet wird. Die austrittsseitigen Enden der optischen Fasern 13 sind an solchen Stellen befestigt, die im voraus entsprechend den Wellenlängen von Meßlichtstrahlen aus einem Beugungsgitter 14 festgelegt wurden. Den austrittsseitigen Enden der opti­ schen Fasern 13 gegenüber ist eine von einem Motor 17 in Drehung versetzbare rotierende Scheibe 19 angeordnet, in der gemäß Fig. 3 eine Vielzahl von Sektorenschlitzen 18 ausge­ bildet sind, welche den Stellen entsprechen, an denen die austrittsseitigen Enden der optischen Fasern 13 angeordnet sind. Der Motor 17 wird so betätigt, daß ein beliebiger Schlitz 18 der Scheibe 19 dem austrittsseitigen Ende einer optischen Faser 13 gegenüber in eine Stellung gebracht wird, welche einer Testsubstanz entspricht, die bestimmt ist für eine in einem unmittelbar zuvor auf eine von einer Schlitz­ blende 20 bestimmte Meßposition weitergeschalteten Reakti­ onsgefäß enthaltene Testflüssigkeit. Daher wird ein Licht­ strahl von der gewünschten Wellenlänge vom Beugungsgitter 14 auf das Reaktionsgefäß 16 gerichtet, und von letzterem durchgelassenes Licht wird von einer Fotozelle 21 empfangen. Die Reaktionsgefäße 16 werden entlang einer Reaktionsbahn 15 durch die Meßposition hindurchtransportiert.

Bei dem bekannten fotometrischen Gerät gemäß Fig. 1 wird das energiereiche weiße Licht auf die Testflüssigkeit gerichtet, und somit kann es vorkommen, daß darin befindliche Stoffe zersetzt oder so verändert werden, daß die Ausführung einer genauen Messung in der Praxis schwierig ist.

Diese Schwierigkeit konnte mit dem bekannten Gerät gemäß Fig. 2 überwunden werden, weil auf die Testflüssigkeit nur ein Lichtstrom gerichtet wird, der die einer Testsubstanz entsprechende gewünschte Wellenlänge hat. Zum Wählen der Wellenlänge ist bei diesem Gerät jedoch eine Drehung der Schlitzscheibe 19 notwendig; es besteht daher die Gefahr einer Verlängerung der zum Messen einer Testsubstanz not­ wendigen Zeit und der Minderung der Verarbeitungsfähigkeit. Ferner wird das von der Lichtquelle 11 abgegebene weiße Licht mittels der optischen Fasern in eine Vielzahl von Lichtstrahlen zerlegt, so daß die Stärke der einzelnen Lichtstrahlen geringer wird. Es kann daher sein, daß die aus der Lichtmessung gewonnenen Signale eine Störkomponente ent­ halten und die Genauigkeit der Lichtmessung gemindert wird.

Aus der US-PS 45 28 159 ist ein anderes automatisches Analy­ siergerät bekannt, mit einer weißes Licht aussendenden Lichtquelle, einem ersten und einem zweiten drehbar angeord­ neten Filterrad, sowie ersten und zweiten Lichtleitern, die zwischen einer Küvette und den zugehörigen Filterrädern an­ geordnet sind. Von der Lichtquelle abgegebenes Licht wird gleichmäßig auf Filterelemente des ersten Filterrades ge­ richtet, und ein aus einem Filterelement austretender Licht­ strom wird über den ersten Lichtleiter auf die eine Test­ flüssigkeit enthaltende Küvette gerichtet. Ein durch die Küvette hindurchgehender Lichtstrom wird mittels des zweiten Lichtleiters und eines Filterelementes des zweiten Filterra­ des gegen eine Fotozelle gerichtet. Dieses fotometrische Ge­ rät ist im Prinzip gleich mit dem Gerät gemäß Fig. 2. Es dauert somit ziemlich lange, bis das erste und das zweite Filterrad so gedreht sind, daß gewünschte Filterelemente entsprechend einer zu messenden Testsubstanz im Meßlichtweg in Stellung gebracht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Anaylsiergerät zu schaffen, mit dem sich Probensubstanzen exakt messen lassen, ohne daß sie zersetzt oder in bedenkli­ chem Maße verändert werden, und eine wirkungsvolle Verarbei­ tung von mehreren Proben möglich ist.

Ein diese Aufgabe lösendes automatisches Analysiergerät ist mit seinen Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer sche­ matischen Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:

Fig. 4 eine vereinfachte Ansicht einer Ausführungsform des automatischen Analysiergerätes gemäß der Erfindung und

Fig. 5 eine Darstellung der Stellungsbeziehung zwischen Reaktionsgefäßen und Lichtmeßstationen im Analysier­ gerät gemäß Fig. 4.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform des automa­ tischen Analysiergerätes gemäß der Erfindung ist eine Viel­ zahl von Reaktionsgefäßen 31 auf einer kreisrunden Reakti­ onsbahn 32 mit einer vorgegebenen ersten Teilung angeordnet und schrittweise jeweils um die Länge einer Teilung in Pfeilrichtung transportierbar. Mit dieser einzelnen Reakti­ onsbahn 32 des gezeigten Beispiels läßt sich eine Vielzahl von Testsubstanzen, d.h. mehrere Arten von Probensubstanzen vermessen bzw. bestimmen. Zu diesem Zweck sind beim Weiter­ schalten der Reaktionsgefäßreihe um eine Teilung eine Viel­ zahl von in Reaktionsgefäßen 31 enthaltenen Testflüssigkei­ ten mittels einer Vielzahl von Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zeit-sequentiell bestimmbar, und bei stillste­ hender Reaktionsgefäßreihe sind verschiedene Arbeitsschrit­ te, z.B. Aufgabe einer Probe, Abgabe eines ersten Reagens, Schütteln, Abgabe eines zweiten Reagens und Waschen an den Reaktionsgefäßen 31 durchführbar, die bestimmte Positionen einnehmen.

Das Analysiergerät umfaßt eine einzelne, weißes Licht aus­ sendende Lichtquelle 35. Das von ihr ausgestrahlte weiße Licht wird über eine Kondensorlinse 36 und eine Schlitzblen­ de 37 auf ein Beugungsgitter 38 gerichtet und in eine Viel­ zahl von Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zerlegt. Beim gezeigten Beispiel werden 10 Lichtstrahlen erzeugt, die in die eintrittsseitigen Enden von je aus einer optischen Faser hergestellten Lichtleitern 39-1 bis 39-10 eingeleitet werden. Die eintrittsseitigen Enden der Lichtleiter 39-1 bis 39-10 sind mittels eines Halters 40 in Stellung gehalten. Die austrittsseitigen Enden der Lichtleiter 39-1 bis 39-10 sind auf der Innenseite der Reaktionsbahn 32 so angeordnet, daß aufeinanderfolgende austrittsseitige Enden mit einer im voraus festgelegten zweiten Teilung auseinanderliegen, die mit der ersten Teilung der Reaktionsgefäße 31 nicht gleich ist. Die aus den austrittsseitigen Enden der Lichtleiter 39-1 bis 39-10 austretenden Lichtstrahlen werden mittels zugehöriger Linsen 41-1 bis 41-10 auf Reaktionsgefäße 31 in der Reaktionsbahn 32 projiziert. Auf der Außenseite der Re­ aktionsbahn 31 sind Fotozellen 42-1 bis 42-10 den austritts­ seitigen Enden der zugehörigen Lichtleiter 39-1 bis 39-10 gegenüber angeordnet. Ausgangssignale der Fotozellen 42-1 bis 42-10 werden einer Wählschaltung 43 zugeleitet, die ein oder mehrere Ausgangssignale auswählt, welche dann einem nicht dargestellten Signalprozessor zugeleitet werden.

Fig. 5 zeigt eine Darstellung der Stellungsbeziehung zwi­ schen den Reaktionsgefäßen 31 und den Meßlichtwegen zwischen den austrittsseitigen Enden der Lichtleiter 39-1 bis 39-10, Linsen 41-1 bis 41-10 und den Fotozellen 42-1 bis 42-10. Zur Vereinfachung sind in Fig. 5 nur vier Reaktionsgefäße 31-1 bis 31-4 und vier Meßlichtwege zwischen den Linsen 41-1 bis 41-4 und den Fotozellen 42-1 bis 42-4 dargestellt. Die Wähl­ schaltung 43 wählt die Ausgangssignale von den Fotozellen 42-1 bis 42-10 nacheinander aus, und der Signalprozessor tastet ein für eine Testflüssigkeit gemessenes und von der Wählschaltung 43 in mehreren Zeitpunkten ausgewähltes Aus­ gangssignal ab, derart, daß eine Vielzahl von Probenwerten ableitbar sind. Sodann wird ein Mittelwert dieser Abtast­ werte als fotometrischer Bestimmungswert der jeweiligen Testflüssigkeit abgeleitet.

Es sei nun angenommen, daß die Reaktionsgefäße 31 mit einer ersten Teilung P _S und die Meßlichtwege mit einer zweiten Teilung P _L angeordnet sind. Es ist dann die Bedingung P _S < P _L + Δ l erfüllt, worin Δ l der Abstand des Mittelabschnitts vom Reaktionsgefäß 31 ist, der die gleichmäßige optische Eigen­ schaft besitzt, und die Messung wird vorgenommen, während der Lichststrahl durch den Mittelabschnitt geht, der den Ab­ stand Δ l hat. Zuerst wird die Lichtmessung für das erste Re­ aktionsgefäß 31-1 durchgeführt, während die Reaktionsgefäß­ reihe um den Abstand Δ l bewegt wird, und dann ist der Mit­ telabschnitt eines zweiten Reaktionsgefäßes 31-2 gerade in den Meßlichtweg zwischen der nächsten Linse 41-2 und der nächsten Fotozelle 42-2 eingedrungen. Während dann die Reak­ tionsgefäßreihe um den Abstand Δ l bewegt wird, wird die Fo­ tometrie für das zweite Reaktionsgefäß 31-2 durchgeführt. In ähnlicher Weise wird die Lichtmessung für die nachfolgenden Reaktionsgefäße 31-3 bis 31-10 jedesmal dann durchgeführt, wenn die Reaktiongsgefäßreihe um den Abstand Δ l transpor­ tiert worden ist. Auf diese Weise werden beim Weiterschalten der Reaktionsgefäßreihe um eine Teilung P _S in den zehn Reak­ tionsgefäßen 31-1 bis 31-10 enthaltene Testflüssigkeiten nacheinander mittels der Lichtstrahlen verschiedener Wellen­ längen vermessen, und es werden zeit-sequentiell zehn Foto­ metriewerte erhalten.

Beim gezeigten Beispiel wird eine Vielzahl von Testsubstan­ zen mittels der einzelnen Reaktionsbahn 32 vermessen, so daß vorzunehmende Bestimmungen an aufeinanderfolgenden Reakti­ onsgefäße, d.h. die Wellenlängen der Meßlichtstrahlen stati­ stisch verteilt werden. Ferner kann die Lichtmessung nach einem Einfach- und nach einem Zweifach-Wellenlängen-Verfah­ ren nach Belieben durchgeführt werden. In Übereinstimmung mit Meßinformationen über die Testsubstanz und der Zahl der zuvor eingestellten Wellenlängen werden daher ein oder meh­ rere Ausgangssignale, die von einer oder mehreren Fotozellen abgegeben wurden, welche durch die Meßinformation definiert sind, von der Wählschaltung 43 ausgewählt, während die Reak­ tionsgefäßreihe um den Abstand Δ l weitertransportiert wird.

Sodann wird das ausgewählte Ausgangssignal mehrmals abgeta­ stet, und es wird ein Mittelwert der Abtastwerte als endgül­ tiger Fotometriewert abgeleitet.

Beim gezeigten Beispiel werden zehn Reaktionsgefäße 31-1 bis 31-10 nacheinander vermessen, während die Reaktionsgefäßrei­ he um einen Schritt weitergeschaltet wird, so daß die Anfor­ derungen bezüglich der Datenverarbeitung gemildert und die Probenverarbeitungsfähigkeit gegenüber dem bekannten Gerät verbessert werden kann, bei dem P _S gleich P _L eingestellt ist und alle zehn Reaktionsgefäße gleichzeitig vermessen werden.

Beim beschriebenen Beispiel sind die erste Teilung P _S der Reaktionsgefäße 31 und die zweite Teilung P _L der Meßlichtwe­ ge, d.h. der Fotometriestationen, so gewählt, daß die Bedin­ gung P _S < P _L + Δ l erfüllt ist. Diese Teilungen können auch so gewählt sein, daß die Bedingung P _S < P _L -Δ l erfüllt wird. Die Fotometriestationen können über die Reaktionsbahn ver­ teilt sein, solange die vorstehend angegebenen Bedingungen erfüllt sind. Ferner kann die Vermessung der Reaktionsgefäße nach jeweils einem Durchlauf oder nach mehreren Durchläufen durch die Reaktionsbahn durchgeführt werden. Bei der be­ schriebenen Ausführungsform wird die Lichtmessung stets bei einer Bewegung der Reaktionsgefäßreihe vorgenommen. Wenn jedoch ein oder mehrere Reaktionsgefäße sich in Fotometrie­ stationen befinden, während die Reaktionsgefäßreihe still­ steht, kann die Lichtmessung an solchen Stationen vorgenom­ men werden. An den übrigen Fotometriestationen kann dann die Lichtmessung vorgenommen werden, während die Reaktionsgefäß­ reihe gedreht wird. Die Reaktionsgefäßreihe kann statt in­ termittierend kontinuierlich bewegt werden. Ferner kann die Zahl der Meß-Wellenlängen kleiner oder größer als zehn sein. Wenngleich die Erfindung mit Vorteil auf das einbahnige Ana­ lysiergerät für Mehrfachbestimmungen anwendbar ist, kann sie auch auf das Analysiergerät angewendet werden, bei dem eine einzige Testsubstanz nach dem Zweifach-Wellenlängen-Verfah­ ren vermessen wird, während die Reaktionsgefäße in der ein­ zigen Reaktionsbahn transportiert werden.

Die Erfindung schafft somit ein Analysiergerät mit folgenden vorteilhaften Merkmalen:

• 1) Das von der Lichtquelle ausgesandte weiße Licht wird in mehrere Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen zerlegt, so daß die Testflüssigkeit kaum zersetzt und verändert wird und eine zuverlässige Vermessung vorgenommen werden kann. Ferner ist der Meßlichtstrahl von relativ großer Intensität; es können beständige Daten ohne Beeinträchtigung durch Rauschen erhalten werden.
• 2) Die Lichstrahlen verschiedener Wellenlängen werden stets gegen die Fotozellen gerichtet, und optische und mechanische Wellenlängenwähler sind nicht notwendig. Es entfällt somit die Zeit zum Wählen der Wellenlänge, so daß die Datenverar­ beitung mit großer Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.
• 3) Weil eine Vielzahl von fotometrischen Werten zeit-sequen­ tiell gewonnen werden, können die Anforderungen an die Da­ tenverarbeitung, wie z.B. Verarbeitungsgeschwindigkeit und Datenspeicherkapazität, gemildert werden.
• 4) Die Anordnung und optische Bemessung von Lichtmeßsystemen sind entsprechend der zu verwendenden Wellenlänge gewählt, und es ist somit möglich, ein ideales optisches System be­ quem zu verwirklichen. Weil ferner das weiße Licht vor sei­ ner Übertragung durch optische Fasern in mehrere Lichtstrah­ len verschiedener Wellenlängen zerlegt wird, können nur einige wenige Lichtstrahlen im UV-Bereich mittels teurer Quarzfasern übertragen werden, so daß das gesamte optische System weniger teuer sein kann.

Claims (8)

1. Automatisches Analysiergerät, gekennzeichnet durch

• - eine Reaktionsbahn (32),
• - eine Einrichtung zum Transportieren einer Vielzahl von Reaktionsgefäßen (31), die in der Reaktionsbahn (32) mit einer ersten Teilung (P _S ) angeordnet sind und Testflüssig­ keiten enthalten, und
• - eine Lichtmeßeinrichtung mit
• - einer Lichtquelle (35) zum Aussenden von weißem Licht,
• - einer Einrichtung (38) zum Zerlegen des weißen Lichts in eine Vielzahl von Lichtstrahlen verschiedener Wellenlän­ gen,
• - einer Vielzahl von Lichtleitern (39), deren eintritts­ seitigen Enden je so angeordnet sind, daß sie aus der Vielzahl von Lichtstrahlen einen zugehörigen Lichtstrahl empfangen, und deren austrittseitigen Enden entlang der Reaktionsbahn (32) mit einer von der ersten Teilung (P _S ) verschiedenen zweiten Teilung (P _L ) zum Projizieren der Lichtstrahlen auf Reaktionsgefäße (31) entlang einem Meßlichtweg angeordnet sind, und
• - einer Vielzahl von Fotozellen (42), die an den zugehöri­ gen Meßlichtwegen zum Empfangen der zugehörigen Licht­ strahlen angeordnet sind, welche von den austrittsseiti­ gen Enden der zugehörigen Lichtleiter (39) ausgesandt werden und durch die Reaktionsgefäße (31) hindurchtre­ ten,

derart, daß Testflüssigkeiten, welche in einer an den Licht­ meßwegen angeordneten Vielzahl von Reaktionsgefäßen (31) enthalten sind, mittels der Vielzahl von Lichtstrahlen ver­ schiedener Wellenlängen zeit-sequentiell fotometrisch be­ stimmt werden, während die Reaktionsgefäße (31) entlang der Reaktionsbahn (32) um die erste Teilung weitergeschaltet werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilung (P _S ) für die Anordnung der Reaktionsgefäße (31) und die zweite Teilung (P _L ) für die Anordnung der aus­ trittsseitigen Enden der Lichtleiter (39) die Bedingung P _S < P _L + Δ l oder P _S <P _L -Δ l erfüllen, worin ein Abstand des Mittelabschnitts eines Reaktionsgefäßes (31) ist, durch wel­ ches die Lichtmessung vorgenommen wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Reaktionsgefäße (31) entlang der Reaktionsbahn (32) schrittweise transportiert werden, und
• - die fotometrische Bestimmung während der Bewegung der Reaktionsgefäße (31) durchgeführt wird.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand so festgelegt ist, daß unmittelbar nach Durchlaufen des Mittelabschnitts eines Reaktionsgefäßes (31) durch einen Meßlichtweg der Mittelabschnitt eines nächsten Reaktionsgefäßes (31) in einen folgenden Lichtmeßweg ein­ dringt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmeßeinrichtung eine Auswahlschaltung (43) zum Aus­ wählen eines Ausgangssignals, das von einer Fotozelle (42) abgegeben wird, die einen durch den Mittelabschnitt eines Reaktionsgefäßes (31) hindurchgetretenen Lichtstrahl emp­ fängt.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Einrichtung zum Zerlegen des weißen Lichts in Licht­ strahlen verschiedener Wellenlängen ein Beugungsgitter (38) umfaßt, und
• - jeder der Lichtleiter (39) von einer optischen Faser ge­ bildet ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsbahn (32) kreisrund ist.