DE3851331T2

DE3851331T2 - Rotor für die behandlung von flüssigkeiten mittels bewegbaren kapillarröhrchen.

Info

Publication number: DE3851331T2
Application number: DE3851331T
Authority: DE
Inventors: Carl Burtis; Wayne Johnson; William Walker
Original assignee: Martin Marietta Energy Systems Inc
Current assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Priority date: 1987-07-17
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2008-07-13
Also published as: EP0371054A1; EP0371054A4; ATE110593T1; CA1321374C; JPH0624649B2; JPH03502659A; WO1989000458A1; US4835106A; DE3851331D1; EP0371054B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor zur Behandlung von Flüssigkeiten. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf einen Rotor für das Trennen einer Flüssigkeit in ihre festen und flüssigen Bestandteile und für das Verdünnen einer speziellen Menge bzw. einer Stichprobe der Flüssigkomponente mit einem Verdünnungsmittel.

Hintergrund der Erfindung

Rotoren für die Behandlung und Verarbeitung von Flüssigkeiten mit verschiedenen Modifikationen und Verbesserungen sind schon früher in verschiedenen Patenten und Offenbarungen dargestellt worden. Beispielsweise offenbart das US Patent US-A-3,901,658, ausgegeben am 26. Oktober 1975, einen Rotoraufbau für die Durchführung fotometrischer Analysen unter Verwendung von Blutproben. Eine Vollblutprobe wird in eine zentral angeordnete, herausnehmbare Zellsedimentierschüssel gegeben und die roten Blutkörperchen werden durch Zentrifugalkraft von dem Plasma getrennt. Das Plasma wird dann aus der Sedimentierschüssel herausgenommen und abgemessene Teilvolumina des Plasmas werden auf entsprechende Probenanalysierküvetten verteilt, die in einem ringförmigen Feld entlang des Rotorumfanges angeordnet sind. Zusätzliche Einrichtungen für das Hinzufügen von Reagenzmitteln in die entsprechenden Küvetten sind ebenfalls offenbart.
Ein weiteres Beispiel einer für die Behandlung von Flüssigkeiten zweckmäßigen Rotoreinrichtung ist in dem US Patent mit der Anmeldeseriennummer 762 368 beschrieben, die am 08. August 1985 eingereicht worden war und bald darauf unter dem Lizenzprogramm des Energieministeriums öffentlich dargestellt wurde. Diese Anmeldung offenbart eine Vorrichtung für die automatische Verarbeitung und Aufteilung bzw. Stichprobennahme von Vollblutproben für die Analyse in einem schnellen Zentrifugalanalysator. Genauer gesagt ist dieser Rotor dafür ausgelegt, exakte Teilmengen von Serumproben aus Vollblut herzustellen und die Serumproben automatisch in Serumkapillaren einzufüllen. Diese Vorrichtung sieht für das Verdünnen der Serumproben mit Reagenzmitteln oder anderen Verdünnungsmitteln nichts vor.
Das US Patent US-A-4,515,889, welches am 07. Mai 1985 ausgegeben wurde, offenbart ein Verfahren zum Durchführen analytischer Untersuchungen durch Mischen und Inkubieren einer Probelösung mit zumindest einem Reagenzmittel und durch optisches Messen eines Parameters in der inkubierten Reaktionsmischung. Das Mischen, Inkubieren und Messen wird während der Wirkung einer durch die Drehung des Rotors ausgeübten Zentrifugalkraft ausgeführt. Diese Vorrichtung sieht für das Abtrennen von nicht flüssigen Komponenten aus Flüssigkeitsmischungen nichts vor.
Das US Patent, US-A-4,557,600, ausgegeben am 10. Dezember 1985, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Steuerung und Mischung begrenzter Fluidvolumina mit Hilfe von Zentrifugalkraft, insbesondere in dem Rotor eines Zentrifugalanalysators. Die Vorrichtung weist zumindest eine Drosselkammer in einem Strömungskanal für das Fluid auf, deren Volumen größer ist als das Volumen des Fluids. Die Drossel ist so geformt, daß sie dann, wenn die Vorrichtung mit einer ausreichend hohen ersten Drehgeschwindigkeit gedreht wird, das Fluid in der Kammer bleibt. Bei der Drehung des Rotors mit einer zweiten, geringeren Drehgeschwindigkeit, strömt das Fluid aus der Drosselkammer aufgrund einer Grenzflächenkraft aus. Wiederum weist diese Vorrichtung keine Einrichtungen für das Abtrennen von nicht flüssigen Komponenten aus einer flüssigen Mischung auf.
Die Druckschrift Clinical Chemistry, Band 31, Nr. 9, 1985 offenbart auf den Seiten 1457-1460 einen Rotoraufbau, der für die Verarbeitung und Verdünnung von Flüssigkeitsmischungen zweckmäßig ist und der aufweist:
einen Rotorkorpus, der um eine Drehachse drehbar ist,
eine Trennkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um eine flüssige Komponente von einer nicht flüssigen Komponente zu trennen,
eine Mischkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um ein flüssiges Material mit einem Verdünnungsmittel zu vermischen,
einer Verdünnungsmittelkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um ein Volumen eines Verdünnungsmittels bereitzuhalten,
einer Probeneinführkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist und in Fluidverbindung mit der Trennkammer steht, um eine Probe in die Trennkammer einzuführen,
einer Haltereinrichtung für die verdünnte Probe, welche dem Rotorkorpus zugeordnet ist, um eine verdünnte flüssige Probe zu halten, und
einer bewegbaren Einrichtung, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Materials aus der Trennkammer in die Mischkammer zuzuführen, um eine vorbestimmte Menge eines Verdünnungsmittels aus der Verdünnungsmittelkammer in die Mischkammer zu überführen, und um eine vorbestimmte Menge eines flüssigen Materials aus der Mischkammer in die Haltereinrichtung für verdünnte Proben zu überführen. Bei dieser Vorrichtung wird der Rotor kontinuierlich gedreht und die Fluide sind in einer wegwerfbaren Testpackung angeordnet, die so gedreht werden kann, daß ihre Ausrichtung bezüglich der Radialrichtung verändert werden kann, um zu ermöglichen, daß die Fluide von verschiedenen Kammern und in verschiedene Kammern, die darin vorhanden sind, auf verschiedenen Stufen während des Vorganges strömen können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt einen Rotoraufbau bereit, der bei der Verarbeitung und Verdünnung von flüssigen Mischungen für eine Analyse zweckmäßig ist, und der aufweist:
einen Rotorkorpus, der um eine Drehachse drehbar ist,
eine Trennkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um eine flüssige Komponente von einer nicht flüssigen Komponente abzutrennen,
eine Mischkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um ein flüssiges Material mit einem Verdünnungsmittel zu mischen,
eine Verdünnungskammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, um ein Volumen eines Verdünnungsmittels bereitzuhalten,
eine Probeneinführkammer, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist und die in Fluidverbindung mit der Trennkammer steht, um eine Probe in die Trennkammer einzuführen,
eine Halteeinrichtung für eine verdünnte Probe, die dem Rotorkorpus zugeordnet ist, um eine verdünnte flüssige Probe darin zu halten, und
eine bewegbare Einrichtung, die in dem Rotorkorpus aufgenommen ist, wobei die bewegbare Einrichtung eine erste bewegbare Einrichtung für das Überführen einer vorbestimmten Menge eines flüssigen Materials aus der Trennkammer in die Mischkammer, eine zweite bewegbare Einrichtung für die Überführung einer vorbestimmten Menge eines Verdünnungsmittels aus der Verdünnungskammer in die Mischkammer und eine dritte bewegbare Einrichtung für die Überführung einer vorbestimmten Menge eines flüssigen Materials aus der Mischkammer in die Halteeinrichtung für die verdünnte Probe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten bewegbaren Einrichtungen relativ zueinander bewegbar sind und daß ein Verdünnungsmittelzugabeanschluß in dem Rotorkorpus in Fluidverbindung mit der Verdünnungsmittelkammer vorgesehen ist für die Einführung eines Verdünnungsmittels in die Verdünnungsmittelkammer.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten bereit mit den Merkmalen:
Bereitstellen eines Rotorkorpus, der um eine Drehachse drehbar ist, eine Trennkammer, eine Mischkammer und eine Verdünnungsmittelkammer hat, Einführen einer flüssigen Probe und eines flüssigen Verdünnungsmittels an getrennten Stellen in den Rotorkorpus, Drehen des Rotorkorpus, um das flüssige Verdünnungsmittel in die Verdünnungsmittelkammer zu überführen, die flüssige Probe in die Trennkammer zu überführen und zumindest eine nicht flüssige Komponente aus der flüssigen Probe von zumindest einer flüssigen Komponente der flüssigen Probe zu trennen,
Beenden der Rotation des Rotorkorpus,
Überführen einer vorbestimmten Menge des Verdünnungsmittels in die Mischkammer über zweite bewegbare Einrichtungen, die in dem Rotorkorpus aufgenommen sind, Überführen einer vorbestimmten Menge der flüssigen Komponente der flüssigen Probe in die Mischkammer über eine erste bewegbare Einrichtung, wobei die ersten und zweiten bewegbaren Einrichtungen relativ zueinander bewegbar und in dem Rotorkorpus aufgenommen sind, und
Drehen des Rotorkorpus, um das Verdünnungsmittel mit der flüssigen Komponente der flüssigen Probe zu mischen.
Bevorzugte Merkmale der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Unter Verwendung dieser bevorzugten Merkmale ist die Vorrichtung in der Lage, eine flüssige Mischung in einem Kapillarrohr aufzunehmen, sie abzuzentrifugieren, um nicht flüssige Komponenten von flüssigen Komponenten zu trennen, ein bekanntes Volumen der flüssigen Komponente abzuziehen und es mit einer bekannten Menge eines Verdünnungsmittels zu mischen, ein bekanntes Volumen der verdünnten flüssigen Komponente abzuziehen und das bekannte Volumen der verdünnten flüssigen Komponente auf einem Analyseteststreifen oder Testkissen anzuordnen.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine Einrichtung vor, die automatisch eine spezielle Teilmenge einer speziell verdünnten flüssigen Komponente eines flüssigen Materials auf einen Analysestreifen oder in eine Küvette abgibt, genauer gesagt eine Blutprobenverarbeitungsvorrichtung, die das Blutserum von den Blutzellen trennt, einen speziellen Restteil des Blutserums abzieht, diesen Teil des Blutserums mit einer speziellen Menge eines Verdünnungsmittels verdünnt, eine spezielle Menge des verdünnten Blutserums abzieht und diese Menge verdünnten Serums an einen analytischen Teststreifen oder eine andere Analyseeinrichtung abgibt.

Kurzbeschreibung der Figuren

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt anhand eines Beispiels unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, von denen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dessen obere Platte entfernt ist und der sich in der Probeneinführposition befindet,
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Rotor gemäß der Erfindung ist, bei welchem die obere Platte entfernt ist und der sich in der Flüssigkeitsmischposition befindet,
Fig. 3 ist ein Querschnittaufriß mit einer Schnittlinie entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 einer Ausführungsform der Einrichtung zum Überführen der verdünnten flüssigen Probe aus der Mischkammer in den Probenhalter,
Fig. 4 ist ein Querschnittaufriß ähnlich Fig. 3, welcher eine zweite Ausführungsform der Einrichtung zum Überführen der verdünnten Probe aus der Mischkammer zu einem Probenhalter zeigt, und
Fig. 5 ist ein Querschnittsaufriß ähnlich Fig. 3, welche eine dritte, alternative Ausführungsform der Einrichtung zum Überführen der verdünnten flüssigen Probe aus der Mischkammer in einen Probenhalter zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 ist ein Rotorkorpus 10 dargestellt, der um eine Drehachse R rotieren kann. Der Rotorkorpus 10 ist in stark vereinfachter Weise dargestellt und umfaßt eine obere Platte 10a (die aus Gründen der Klarheit entfernt ist), einen Hauptkorpus 10b und einer Bodenplatte 10c. Der Hauptkorpus 10b umfaßt eine Trennkammer 11, eine Mischkammer 12 und eine Verdünnungsmittelkammer 13, die darin aufgenommen sind. Ein Verdünnungsmittelzugabeanschluß 15 steht über einen Verdünnungsmittelkanal 14 mit der Verdünnungskammer 13 in Fließverbindung. Ein Probenzugabeanschluß 17 steht über einen Probenkanal 16 mit der Abtrennkammer 11 in Fließverbindung. In dem Probenzugabeanschluß 17 ist ein Kapillarröhrenhalter 18 aufgenommen, in welchen die Probenröhre 19 mit Schnappeingriff eingesetzt ist. In der Mischkammer 12 ist eine Befestigungsvorrichtung 20 aufgenommen, die in der Lage ist, drei Kapillarröhren 21, 22, 23 zu halten. Die Kapillarröhren 21 und 23 sind in ihrer Probeneinführposition dargestellt. Die Kapillarröhren 21 und 23 sind schwenkbar an der Befestigungseinrichtung 20 montiert, so daß sie in Fließeingriffsverbindung mit der Mischkammer 12 gedreht werden können, wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 1 ist außerdem noch eine Nut 24' dargestellt, in welcher die Befestigungseinrichtung 20 mit Hilfe eines Gleitteiles 26 gleitbar angeordnet ist, und ein Probenhalter 25.
Gemäß Fig. 2 ist ein Rotorkorpus 10 mit Kapillarröhren 21, 22, 23 in der Mischposition dargestellt. Schematisch dargestellt sind die Kapillarröhren 21, 22 und 23 in einer Position für das Überführen der verdünnten Probe zu dem Probenhalter bzw. der Probenrückhalteeinrichtung 25.
Gemäß Fig. 3 ist ein Querschnittaufriß des Rotorkorpus 10 entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2 dargestellt. Die Kapillarröhre 22 ist in einer Position dargestellt, in welcher sie die Probe in die Probenrückhalteeinrichtung 25 überführt. Schemenhaft angedeutet ist die Kapillarröhre 22 in der Mischposition, in welcher sie in Fluidverbindung mit der Mischkammer 12 steht. In Fig. 3 ist außerdem das Gleitteil 26 dargestellt, welches in einem Schlitz 36 gleitet, der durch Führungen 24 in der oberen Platte 10a definiert wird. Das Gleitteil 26 ist passenderweise mit einer Befestigungseinrichtung 20 verbunden. An dem Gleitteil 26 ist ein Handgriff 27 angebracht und erstreckt sich oberhalb der oberen Platte 10a. Der Boden des Befestigungsteiles 20 ist an einem zweiten Gleitteil 28 angebracht, welches in der Nut 24' läuft, die durch Schienen 29 in dem Hauptkorpus 10b definiert wird.
Gemäß Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform für die Einrichtung zum Überführen einer verdünnten Probe aus der Mischkammer 12 zu der Probenrückhalteeinrichtung 25 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist das Befestigungsteil 20 schwenkbar an einer Schwenkbefestigung 30 befestigt und der Hauptkorpus 10b weist eine zusätzliche Rückhaltekammer 31 auf, in welcher die Probenrückhalteeinrichtung 25' herausnehmbar eingesetzt ist. Die Kapillarröhre 22 wird von der Mischkammer 12 zu der Rückhaltekammer 31 unter Verwendung der Schwenkbefestigung 30 verschwenkt. Zusätzlich ist eine Öffnung 32 vorgesehen, so daß das körpernahe Ende (proximales Ende) der Kapillarröhre 22 den Hauptkorpus 10b freigibt, wenn die Kapillarröhre 22 verschwenkt wird.
Gemäß Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform der Einrichtung zum Überführen einer verdünnten Probe aus der Mischkammer 12 zu einer Probenrückhalteeinrichtung 25'' dargestellt. Diese Ausführungsform weist eine zusätzliche Öffnung 33 auf, in welcher die Kapillarröhre 22 durch eine 90º-Drehung der Befestigungseinrichtung 20 eingesetzt wird. Die Befestigungseinrichtung 20 wird unter der Wirkung der Nut 24' auf das Gleitteil 28 um 90º gedreht. Die Nut 24', die durch die Schienen 29 definiert wird, endet an einem Punkt 34 und erlaubt es nicht, daß sich das Gleitteil 28 in dieser Richtung weiterbewegt. Deshalb wird das Befestigungsteil 20 veranlaßt sich um 90º zu drehen, da das Gleitteil 26 sich weiter in dem Schlitz 36 bewegt, der durch die Schienen 24 definiert wird. Außerdem sind dargestellt die Probenrückhalteeinrichtung 25'', welche in dieser Ausführungsform außerhalb des Rotorkorpus 10 angeordnet ist, und ein Gebläse 35.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sind die Kapillarröhren 19, 21, 22 und 23 in der Probeneinführposition. Die Kapillarröhren 19, 21, 22 und 23 sind allesamt herausnehmbar in die Vorrichtung einsetzbar. Darüberhinaus sind die Kapillarröhren 21 und 23 schwenkbar an der Befestigungseinrichtung 20 montiert, so daß sie aus einer ersten Position, in welcher sie in Fluidverbindung mit der Trennkammer 11 bzw. einer Verdünnungsmittelkammer 13 stehen, in eine zweite Position gedreht werden können, in welcher sie beide in Fluidverbindung mit der Mischkammer 12 stehen.
Die Kapillarröhren 19, 21, 22 und 23 sind allesamt herausnehmbar in dem Rotorkorpus 10 montiert. Die Kapillarröhren 21, 22 und 23 rasten unter Anwendung eines kleinen Druckes in der Befestigungseinrichtung 20 ein. Die Kapillarröhre 19 rastet ebenfalls in den Kapillarröhrenhalter 18 in ihrer Position ein. Alle diese Kapillarröhren sind so ausgewählt, daß sie eine vorbestimmte Menge einer Flüssigkeit halten bzw. halten können. Diese Auswahl erlaubt ein genaues Abmessen der Mengen der Probe, des Verdünnungsmittels und der verdünnten Probe. Zusätzlich stellt die Verwendung von Kapillarröhren ein einfaches automatisches Verfahren zum Abziehen von Flüssigkeiten aus der Verdünnungsmittel-, Abtrenn- und Mischkammer dar, da die Kapillarwirkung ohne Aufbringung zusätzlicher Kräfte Flüssigkeit in die Kapillarröhren zieht. Dies macht die Einrichtung insbesondere zweckmäßig bei Bedingungen mit Schwerkraft Null, wobei eine manuelle Flüssigkeitshandhabung außerordentlich schwierig ist. Die Flüssigkeitshandhabung wird stark vereinfacht, da genaue Mengen bzw. Mengenanteile an Flüssigkeit allein dadurch abgezogen werden können, daß lediglich eine Kapillarröhre von vorbestimmten Abmessungen in Fluidverbindung mit der Flüssigkeit steht. Darüberhinaus minimiert diese spezielle Methode der Flüssigkeitshandhabung den Eingriff von Menschen und die Übung, die erforderlich ist, um Flüssigkeiten für die Analyse herzustellen. Dies beseitigt wiederum viele der Schwierigkeiten, die mit manueller Probenhandhabung und Präparation verknüpft sind. Beispielsweise können die Flüssigkeiten nicht verschüttet werden und die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination bzw. Verunreinigung wird vermieden. Dieses automatische Verfahren ist außerdem schneller und wirksamer als die manuelle Flüssigkeitsbehandlung. Derzeit besteht der Primärzweck dieser Vorrichtung darin, Blutproben zu abgemessenen Mikroliter-Volumina zu verarbeiten und diese Proben für eine anschließende Analyse zu verdünnen. Bei der Handhabung von Blutproben ist es notwendig, unter Verwendung eines Rotors die Zellen von dem Serum abzutrennen. Die vorliegende Vorrichtung ist auch in der Lage, Blutproben zu Mikroliter-Volumina aus Plasma zu verarbeiten und diese an eine Mischkammer zu überführen um sie mit einem Reagenzmittel zu vermischen und für eine anschließende Analyse. Das Verfahren läuft automatisch ab und erfordert keinerlei menschliche Eingriffe. Die Vorrichtung ist auch zweckmäßig für die Automatisierung einer breiten Vielfalt analytischer Verfahren, welche die Verarbeitung von Proben, die Verdünnung, Überführung, Mischung und Analyse erfordern. Die Vorrichtung kann in breitem Umfang in allen Testphasen verwendet werden, wo immer es wünschenswert ist, verdünnte und nicht verdünnte Proben in einem Rotor oder irgendeiner äußeren Vorrichtung zu analysieren.
Die Vorrichtung ist besonders zweckmäßig, wenn es notwendig ist, zumindest eine nichtflüssige Komponente aus zumindest einer flüssigen Komponente abzutrennen, die in der Probe vorhanden ist. Die Vorrichtung ist in der Lage, die meisten Flüssigkeiten zu verarbeiten. Das Verdünnungsmittel kann irgendeines der den Fachleuten bekannten Verbindungsmittel sein Das Verdünnungsmittel kann auch ein Reagenzmittel sein, welches hinzugegeben wird, um in irgendeiner Art und Weise mit der Probe zu reagieren, um die Analyse zu erleichtern.
Für die Verwendung der Vorrichtung wird die Kapillarröhre 19, die ein flüssiges Material, wie zum Beispiel Blut, enthält, in die Befestigungseinrichtung 18 eingeschnappt. Die Kapillarröhre 19 wird hier als die Probenröhre betrachtet, da es ihre Funktion ist, eine flüssige Probe in die Vorrichtung einzuführen. Dann werden die leeren Kapillarröhren 21, 22 und 23 an der Befestigungseinrichtung 20 angebracht, so daß die Kapillarröhre 21 in Fließverbindung mit der Trennkammer 11 steht und die Kapillarröhre 23 sich in Fließverbindung mit der Verdünnungsmittelkammer 13 befindet, wie in Fig. 1 dargestellt. Als nächstes wird ein flüssiges Verdünnungsmittel an dem Verdünnungsmittelzugabeanschluß 15 eingeführt. Der Rotorkorpus 10 wird dann um die Achse R gedreht, um die Probe aus der Kapillarröhre 19 durch den Probenkanal 16 in die Abtrennkammer 11 zu überführen. Die Kapillarröhre 19 wird als die Probenröhre angesehen, da ihre Funktion darin besteht, eine flüssige Probe in die Vorrichtung einzuführen. Dann werden die leeren Kapillarröhren 21, 22 und 23 an der Befestigungseinrichtung 20 angebracht, so daß die Kapillarröhre 21 in Fluidverbindung mit der Trennkammer 11 und die Kapillarröhre 23 in Fluidverbindung mit der Verdünnungskammer 13 steht, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Als nächstes wird ein flüssiges Verdünnungsmittel durch den Verdünnungsmittelzugabeanschluß 15 eingeführt. Der Rotorkorpus wird dann um die Achse R gedreht, um die Probe aus der Kapillarröhre 19 durch den Probenkanal 16 in die Abtrennkammer 11 zu überführen. Gleichzeitig wird das Verdünnungsmittel von dem Verdünnungsmittelzugabeanschluß 15 durch den Verdünnungsmittelkanal 14 in die Verdünnungsmittelkammer 13 überführt, und zwar durch die durch die Drehung des Rotorkorpus 10 erzeugte Zentrifugalkraft.
Die Drehung des Rotorkorpus 10 wird fortgesetzt bis sich die flüssigen und nicht flüssigen Komponenten der Probe in der Trennkammer 11 voneinander getrennt haben. Diese Abtrennung tritt als Resultat der durch die Drehung des Rotorkorpus 10 erzeugten Zentrifugalkraft auf. An diesem Punkt wird die Rotation des Rotorkorpus 10 beendet und die flüssige Komponente der Probe in der Trennkammer 11 wird durch die Kapillarröhre 21 angesaugt, die in Fluidverbindung mit jener steht. Gleichzeitig wird das flüssige Verdünnungsmittel in der Verdünnungsmittelkammer 13 durch die Kapillarröhre 23 angesaugt, die mit jener in Fluidverbindung steht. Jede der Kapillarröhren 21 und 23 ist so ausgewählt, daß sie ein vorbestimmtes Volumen an Flüssigkeit aufnimmt, bzw. enthält. Auf diese Weise wird das Volumen des flüssigen Bestandteiles der Probe ebenso wie das Volumen des Verdünnungsmittels exakt gesteuert bzw. kontrolliert.
Der nächste Schritt der Verarbeitung besteht in der Schwenkbewegung der Kapillarröhren 21 und 23 in die in Fig. 2 dargestellte Mischposition. Das Schwenken der Kapillarröhren 21 und 23 wird bewerkstelligt durch Verschwenken des Abschnittes der Befestigungseinrichtung 20, in welchem die Kapillarröhren 21 und 23 befestigt sind. Um dieses Verschwenken zu ermöglichen, sind die Kapillarröhren 21, 22 und 23 allesamt in der Befestigungseinrichtung 20 gleitbar, so daß sie in radialer Richtung bezüglich der Befestigungseinrichtung 20 nach innen oder außen bewegt werden können. Normalerweise wird es notwendig sein, die Kapillarröhren 21 und 23 radial nach innen zu verschieben, um sie aus ihrer ersten Position in ihre zweite Position zu drehen, so daß die Kapillarröhren 21 und 23 von den Wänden zwischen der Mischkammer, der Trenn- und der Verdünnungsmittelkammer frei sind bzw. Abstand haben.
In der Mischposition stehen die Kapillarröhren 21 und 23 in Fluidverbindung mit der Mischkammer 12. Der Rotorkorpus 10 wird dann wiederum gedreht, um dadurch das Verdünnungsmittel aus der Kapillarröhre 23 für das Verdünnungsmittel in die Mischkammer 12 auszustoßen, und um die flüssige Komponente der Probe aus der Kapillarröhre 21 in die Mischkammer 12 auszustoßen. Die fortgesetzte Drehung des Rotorkorpus 10 führt zu einem gründlichen Vermischen des Verdünnungsmittels mit dem flüssigen Bestandteil der Probe in dem radial am weitesten außen liegenden Abschnitt der Mischkammer 12. Nachdem ein ausreichendes Mischen des flüssigen Bestandteiles der Probe mit dem Verdünnungsmittel stattgefunden hat, wird die Rotation des Rotorkorpus 10 gestoppt bzw. beendet. Die Kapillarröhre 22 mit verdünnter Probe welche in Fluidverbindung mit dem radial am weitesten außen liegenden Abschnitt der Mischkammer 12 steht, saugt dann ein vorbestimmtes Volumen der verdünnten Probe aus der Mischkammer 12 an.
Sobald die Kapillarröhre 22 für die verdünnte Probe mit verdünnter Probe gefüllt ist, ist es wünschenswert, die verdünnte Probe an irgendeine Einrichtung für das Zurückhalten bzw. Bereithalten der Probe zu überführen, so daß diese analysiert werden kann. Eine Art der Überführung der Probe an eine Probenrückhalteeinrichtung 25 für eine spätere Analyse besteht in der Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung. In Fig. 3 ist die Kapillarröhre 22 für verdünnte Probe schemenhaft angedeutet, und zwar in der Mischposition, in welcher sie in Fluidverbindung mit der Mischkammer 12 steht. Die Kapillarröhre 22 für verdünnte Probe ist auch in einer zweiten, Probenüberführposition dargestellt, in welcher sie in Fluidverbindung mit der Probenrückhalteeinrichtung 25 steht. Die Probenrückhalteeinrichtung 25 kann eine Küvette, ein Probenstreifen oder Kissen, oder irgendeine andere geeignete Vorrichtung sein.
In dieser Ausführungsform ist die Befestigungseinrichtung 20 gleitbar in dem Rotorkorpus 10 über ein oberes Gleitteil 26, welches in Gleiteingriff in dem durch Schienen 24 in der oberen Platte 10a definierten Schlitz 36 steht, und ein unteres Gleitteil 20 gleitbar geführt, welches in der durch die Schienen 29 in dem Hauptkorpus 10b definierten Nut 24' angeordnet ist. Damit ist die Befestigungseinrichtung 20 in der Lage, aus der in Fig. 3 schemenhaft dargestellten Position in die in Fig. 3 mit durchgezogenen Linien dargestellte zweite Position zu gleiten. Sobald sich die Kapillarröhre 22 für die verdünnte Probe in der zweiten Position befindet, wird der Rotorkorpus 10 in Drehung versetzt, um die verdünnte Probe aus der Kapillarröhre 22 für verdünnte Probe in die Probenrückhalteeinrichtung 25 auszustoßen.
Eine weitere Einrichtung für die Überführung der verdünnten Probe aus der Mischkammer 12 in eine abnehmbar montierte Probenrückhalte- bzw. Aufnahmeeinrichtung 25' ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Vorrichtung ist die Befestigungseinrichtung 20 schwenkbar an der Schwenkbefestigung 30 montiert, so daß die Kapillarröhre 22 aus ihrem Fluideingriff bzw. der Fluidverbindung mit der Mischkammer 12 in Fluideingriff bzw. -verbindung mit der Rückhaltebzw. Aufnahmekappe 31 verschwenkt werden kann. Ein Freiraum für die Kapillarröhre 22 wird in Form einer Öffnung 32 in dem Hauptkorpus 10b bereitgestellt. Sobald die Kapillarröhre 22 für verdünnte Proben die verdünnte Probe aus der Mischkammer 12 angesaugt hat, wird die Kapillarröhre 22 bezüglich des Hauptkorpus 10b nach oben verschwenkt und zwar in Fluideingriff mit der Rückhaltekammer 31. Die Kapillarwirkung wirkt so, daß die verdünnte Probe in der Kapillarröhre 22 für die verdünnte Probe zurückgehalten wird, wenn sie nach oben verschwenkt wird. Wenn die Kapillarröhre 22 für die verdünnte Probe in Fluidverbindung mit der Rückhaltekammer 31 steht, wird der Rotorkorpus 10 in Drehung versetzt, um die verdünnte Probe aus der Kapillarröhre 20 für die verdünnte Probe in die Probenrückhaltekammer 25' auszustoßen, wo die verdünnte Probe aufgrund der Schwerkraft verbleibt.
Eine weitere, alternative Ausführungsform für die Überführung der verdünnten Probe aus der Mischkammer 12 in die Probenrückhalteeinrichtung 25'' ist in Fig. 5 dargestellt. Die Befestigungseinrichtung 20 ist in der Lage um 90º verschwenkt zu werden, um die Kapillarröhre 22 für verdünnte Probe senkrecht zu der Ebene des Rotorkorpus 10 anzuordnen.
Die Schwenkbewegung wird bewirkt durch ein Stoppteil (nicht dargestellt) an dem Punkt 34 in der durch die Schiene 29 definierten Nut. Dieses Stoppteil verhindert eine weitere Bewegung des Gleitteiles 28 in Längsrichtung und verursacht dadurch eine 90º-Drehung der Befestigungseinrichtung 20, da das Gleitteil 26 sich weiterhin, und nun in einer Schwenkbewegung in den Schlitz 36 hinein weiterbewegt. Sobald die Kapillarröhre 22 senkrecht zu der Ebene des Rotorkorpus 10 angeordnet ist, wird ein Gebläse 35 eingeschaltet, um die verdünnte Probe aus der Kapillarröhre 22 in die Probenhalteeinrichtung 25'' auszublasen, die unter dem Rotorkorpus 10 angeordnet ist. Die Öffnung 33 läßt genug Freiraum für das Verschwenken der Kapillarröhre 22 um 90º in dem Rotorkorpus 10.
Eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sieht einen Rotor von dem kontinuierlichen, schnell analysierenden Typ vor, bei welchem die Mischkammer 12 auch als Analysekammer für die Analyse der Fluidprobe dient. In dieser Ausführungsform ist die Kapillarröhre 22 für verdünnte Probe aus der Vorrichtung fortgelassen und man folgt derselben Verfahrensweise bis zu der Mischung des Verdünnungsmittels und der Probe in der Mischkammer 12. Sobald das Mischen erledigt ist, wird die Analyse in dem Rotorkorpus 10 unter Verwendung der optischen Analyseeinrichtungen durchgeführt, die den Fachleuten bekannt sind, ohne daß die verdünnte Probe aus der Mischkammer entfernt wird.

Claims

1. Rotoraufbau, wie er für die Behandlung und Verdünnung von flüssigen Mischungen für eine Analyse verwendbar ist mit:

einem Rotorkörper (10), der um eine Drehachse drehbar ist,

einer Abtrennkammer (11), die sich in dem Rotorkörper (10) befindet, um einen flüssigen Bestandteil von einem nicht flüssigen Bestandteil abzutrennen,

einer Mischkammer (12), die sich in dem Rotorkörper (10) befindet, um ein flüssiges Material mit einem Verdünnungsmittel zu vermischen,

einer Verdünnungsmaterialkammer (12), die sich in dem Rotorkörper (10) befindet, um ein Volumen eines Verdünnungsmittels aufzunehmen,

einer Probeneinführkammer (17), die sich in dem Rotorkörper in Fließverbindung mit der Abtrennkammer (11) befindet, um eine Probe in die Abtrennkammer (11) einzuführen,

einer Halteeinrichtung (25; 25'; 25'') für eine verdünnte Probe, wobei die Halteeinrichtung mit dem Rotorkörper (10) in Verbindung steht, um eine verdünnte Flüssigkeitsprobe zurückzuhalten, und

einer bewegbaren Einrichtung (21, 23, 22), die sich in dem Rotorkörper (10) befindet, wobei die bewegliche Einrichtung erste bewegliche Mittel (21) für das Überführen einer vorbestimmten Menge eines flüssigen Materials aus der Abtrennkammer (11) in die Mischkammer (12) aufweist, ein zweites Bewegungsmittel (23) für die Überführung einer vorbestimmten Menge eines Verdünnungsmittels von der Verdünnungsmittelkammer (13) in die Mischkammer (12) aufweist, und ein drittes bewegbares Mittel (22) aufweist für die Überführung einer vorbestimmten Menge eines flüssigen Materials aus der Mischkammer (12) in die Haltevorrichtung (25; 25'; 25'') für die verdünnte Probe, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten bewegbaren Mittel (21, 23) relativ zueinander bewegbar sind, und daß ein Verdünnungsmittelzugabeanschluß (15) in dem Rotorkörper in Fließverbindung mit der Verdünnungsmittelkammer (13) vorgesehen ist, um ein Verdünnungsmittel in die Verdünnungskammer einzuführen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verdünnungsmittelzugabeanschluß (15) und die Verdünnungsmittelkammer (13) derart ausgerichtet sind, daß das Verdünnungsmittel von dem Verdünnungsmittelzugabeanschluß (15) in die Verdünnungsmittelkammer (13) überführt wird, und wobei die Probeneinführkammer (17) und die Abtrennkammer (11) derart ausgerichtet sind, daß die Probe von der Probeneinführkammer (17) zu der Abtrennkammer (11) überführt wird, und zwar gleichzeitig durch die Drehung des Rotorkörpers (10).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Überführen eines Verdünnungsmittels aus der Verdünnungsmittelkammer (13) in die Mischkammer (12) aufweist:

eine schwenkbar montierte Kapillarröhre (23) für Verdünnungsmittel, die ein abgelegenes (distales) Ende hat, welches so angeordnet ist, daß es vom Zentrum des - Rotorkörpers aus im wesentlichen radial nach außen weist, und eine Befestigungseinrichtung für die Befestigung der Kapillarröhre (23) für Verdünnungsmittel für eine Bewegung aus einer ersten Position, in welcher das abgelegene Ende der Kapillarröhre (23) für das Verdünnungsmittel in Fließverbindung mit der Verdünnungsmittelkammer (13) angeordnet ist, in eine zweite Position, in welcher das abgelegene Ende der Kapillarröhre (23) für das Verdünnungsmittel in Fließverbindung mit der Mischkammer (21) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zum Überführen eines flüssigen Materials aus der Abtrennkammer (11) in die Mischkammer (12) aufweist:

eine schwenkbar montierte Kapillarröhre (21) für eine Probe, wobei die Kapillarröhre ein abgelegenes (distales, körperfernes) Ende hat, welches so angeordnet ist, daß es im wesentlichen von dem Zentrum des Rotorkörpers aus radial nach außen weist, und eine zweite Befestigungseinrichtung für die Befestigung der Kapillarröhre (21) für die Probe, für eine Bewegung aus einer ersten Position, in welcher das abgelegene Ende der Kapillarröhre (21) für die Probe in Fließverbindung mit der Abtrennkammer (11) angeordnet ist, zu einer zweiten Position, in welcher das abgelegene Ende der Kapillarröhre (21) für die Probe in Fließverbindung mit der Mischkammer (12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Überführen eines flüssigen Materials aus der Mischkammer (11) in die Haltevorrichtung (25) für die verdünnte Probe aufweist:

eine Kapillarröhre (22), die erste und zweite Enden aufweist, und eine Einrichtung (20), für die gleitbare Montage der Kapillarröhre (22), für eine Bewegung aus einer ersten Position in eine zweite Position derart, daß das erste Ende im wesentlichen radial außerhalb vom Zentrum des Rotorkörpers (10) und in Fließverbindung mit der Mischkammer (12) angeordnet ist, wenn die gleitbar montierte Kapillarröhre (22) sich in dieser ersten Position befindet, und wobei das zweite Ende im wesentlichen radial außerhalb des Zentrums des Rotorkörpers (10) und in Fließverbindung mit der Haltevorrichtung (25) für die verdünnte Probe angeordnet ist, wenn die gleitbar montierte Kapillarröhre (22) sich in der zweiten Position befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Überführen eines flüssigen Materials aus der Mischkammer (12) in die Haltevorrichtung (25'') für die verdünnte Probe aufweist:

eine gleitbar montierte Kapillarröhre (22), die erste und zweite Enden sowie eine Befestigungseinrichtung (20) hat, um die Kapillarröhre so zu montieren, daß sie sich aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt, wobei das erste Ende im wesentlichen radial außerhalb vom Zentrum des Rotorkörpers (10) angeordnet ist, und in Fließverbindung mit der Mischkammer (12), wenn die gleitbar montierte Kapillarröhre (22) sich in der ersten Position befindet,

Einrichtungen (24, 28, 34) für das Schwenken der gleitbar montierten Kapillarröhre (22), für eine Bewegung außerhalb der Ebene des Rotorkörpers (10), wenn die gleitbar montierte Kapillarröhre (22) sich in der zweiten Position befindet, und

Einrichtungen (35) für die Abgabe eines flüssigen Materials aus der gleitbar montierten Kapillarröhre (22) in den Probenhalter (25') für die verdünnte Probe, wenn sich die Kapillarröhre (22) in der zweiten Position befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zum Ausgeben aufweist: eine Einrichtung (35), um Luftdruck an einem Ende der gleitbar montierten Kapillarröhre (22) aufzubringen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Überführen eines flüssigen Materials aus der Mischkammer (12) in die Haltevorrichtung (25') für die verdünnte Probe aufweist:

eine schwenkbar montierte Kapillarröhre (22) für die verdünnte Probe, wobei die Röhre ein abgelegenes Ende und eine Befestigungseinrichtung (20) für die Montage der Kapillarröhre für die verdünnte Probe hat, für eine Bewegung aus einer ersten Position, in welcher das abgelegene Ende der Kapillarröhre (22) für die verdünnte Probe im wesentlichen radial außerhalb des Zentrums des Rotorkörpers (10) und in Fließverbindung mit der Mischkammer (12) in Richtung auf eine zweite Position angeordnet ist, in welcher das abgelegene Ende im wesentlichen radial außerhalb der Drehachse des Rotorkörpers (10) und in Fließverbindung mit der Haltevorrichtung (25') für die verdünnte Probe steht.

9. Verfahren zum Behandeln von Flüssigkeiten mit:

Bereitstellen eines Rotorkörpers (10) der um eine Drehachse drehbar ist und eine Abtrennkammer (11), eine Mischkammer (12) und eine Verdünnungsmittelkammer (13) hat,

Einführen einer flüssigen Probe und eines flüssigen Verdünnungsmittels, um die Positionen (17, 15) in dem Rotorkörper (10) voneinander zu trennen,

Drehen des Rotorkörpers (10), um das flüssige Verdünnungsmittel zu der Verdünnungsmittelkammer (13) zu überführen, um die flüssige Probe in die Abtrennkammer (11) zu überführen und um zumindest einen nicht flüssigen Bestandteil der flüssigen Probe aus zumindest einem Flüssigkeitsbestandteil der flüssigen Probe abzutrennen, Beenden der Drehung des Rotorkörpers (10), Überführung einer vorbestimmten Menge des Verdünnungsmittels in die Mischkammer (12) über das zweite bewegbare Mittel (23), das in dem Rotorkörper (10) aufgenommen ist,

Überführen einer vorbestimmten Menge eines flüssigen Bestandteiles der flüssigen Probe in die Mischkammer (12) über ein erstes bewegbares Mittel (21), wobei die ersten und zweiten bewegbaren Mittel (21, 23) relativ zueinander bewegbar und in dem Gehäusekörper (10) aufgenommen sind, und

Drehen des Rotorkörpers (10), um das Verdünnungsmittel mit dem flüssigen Bestandteil der flüssigen Probe zu mischen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Überführens einer vorbestimmten Menge des Verdünnungsmittels in die Mischkammer (12) aufweist:

Bereitstellen einer schwenkbar montierten Kapillarröhre (23) mit vorbestimmten Abmessungen in Fließverbindung mit der Fließmittelkammer (13), so daß beim Stoppen des Rotors (10) das Verdünnungsmittel die Kapillarröhre (23) füllt,

Schwenken der Kapillarröhre in Fließverbindung mit der Mischkammer (12), und anschließendes Drehen des Rotorkörpers (10), so daß der Inhalt der Kapillarröhre (23) in die Mischkammer (12) ausgegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Überführens einer vorbestimmten Menge des flüssigen Bestandteiles der flüssigen Probe in die Mischkammer (12) aufweist:

Bereitstellen einer schwenkbaren Verbindungsröhre (21) von vorbestimmter Größe und in Strömungsverbindung mit der Abtrennkammer (11), so daß die verdünnte Probe die Kapillarröhre (21) ausfüllt, wenn man den Rotor (10) stoppt,

Schwenken der Kapillarröhre (21) in Fließverbindung mit der Mischkammer (12), und anschließendes Drehen des Rotorkörpers (10), so daß der Inhalt der Kapillarröhre (21) in die Mischkammer (12) abgegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin aufweist:

einen Stopp der Drehung des Rotorkörpers (10), nach dem Mischvorgang, und Bewegen der verdünnten Probe aus der Mischkammer (12) in die Probenrückhalteeinrichtung (25; 25'; 25'').

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bewegens der verdünnten Probe zu einer Probenrückhalteeinrichtung (25; 25'; 25'') aufweist:

Bereitstellen einer Kapillarröhre (22) in Fließverbindung mit der Mischkammer (12), so daß beim Stopp des Rotorkörpers (10) die verdünnte Probe in die Kapillarröhre (22) hineinfließt;

Bewegen der Kapillarröhre (22) in Fließverbindung mit der Probenhalteeinrichtung (25; 25'; 25''); und

Eingabe des Inhaltes der Kapillarröhre (22) in die Rückhalteeinrichtung (25; 25'; 25'').

14. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin aufweist:

Bereitstellen einer Analysevorrichtung, und Bereitstellen der verdünnten Probe unter Verwendung der Einrichtung zum Analysieren.

15. Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin aufweist:

Beenden der Drehung des Rotorkörpers (10) nach dem Mischvorgang, und automatisches Überführen der verdünnten Probe zu einer Einrichtung zum Analysieren der verdünnten Probe.