DE69117564T2

DE69117564T2 - Vorrichtung zur Probenentnahme aus offenen und geschlossenen Behältern

Info

Publication number: DE69117564T2
Application number: DE1991617564
Authority: DE
Inventors: James Hubert Lipscomb
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Dade Behring Inc
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2011-04-18
Also published as: JPH04252960A; EP0452892B1; DE69117564D1; EP0452892A3; CA2040693A1; EP0452892A2

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Probenentnahmevorrichtung, die imstande ist, sowohl aus offenen als auch aus geschlossenen Probenbehältern automatisch eine Probe des Inhalts zu nehmen.
Auf den Gebieten der Analyse und Diagnostik besteht die Notwendigkeit des Ansaugens des Inhaltes mehrerer Probenbehälter zwecks Analyse. Zwar sind viele Proben ungiftig und ungefährlich und können somit in offenen Behältern gehalten werden, aber häufig ist die Lagerung von Proben in geschlossenen, d.h. mit einer Kappe über ihrem oberen Ende versehenen Röhrchen, erwünscht. Die Kappe wird aus Sicherheitsgründen verwendet, um zu verhindern, daß Bedienpersonen mit potentiell gefährlichem Serum und anderen Materialien in Berührung kommen. Die Proben werden häufig in einem einfachen geschlossenen Behälter des unter der Handelsbezeichnung Vacutainer vertriebenen Typs, der in der Blut-Industrie häufig verwendet wird, aufbewahrt.
Da der Trend zur Automatisierung des Probennehmens andauert, ist die Einführung einer Sonde durch den Gummistopfen oder die Gummikappe des Probenbehälters zum Ansaugen einer Probe aus diesem notwendig. In der Vergangenheit wurde diese Automation unter Verwendung von Robotersystemen des in X-, Y- und Z-Richtung bewegbaren Typs erzielt. Solche Systeme verwenden als Antriebsmaschinen häufig Schrittmotoren. Zwar sind diese Systeme eminent zufriedenstellend und präzise und genau, aber stoßen häufig auf Schwierigkeiten, wenn die Behälterkappe aus einem stabileren, dickeren oder widerstandsfähigerem Material wie beispielsweise Gummi besteht. Dies ist auf das von den meisten Schrittmotoren erzeugte geringe Drehmoment zurückzuführen. Daher sind Schrittmotoren zum Probennehmen aus offenen Röhrchen oder offenen Röhrchen, die mit einem leicht zu durchstechenden Material zugestöpselt sind, zufriedenstellend, während sie dies nicht sind, wenn die Verwendung von mit derart stabilen Materialien zugestöpselten Behältern notwendig ist.
Typisch für verfügbare Probenentnahmevorrichtungen für offene Röhrchen sind die in den U.S.-Patenten 3 719 086, 3 756 459, 3 759 667, 3 912 452 und 4 065 973 beschriebenen.
Ein bei der Verwendung von zugestöpselten Behältern anzutreffendes zweites Problem ist, daß sie häufig evakuiert sind, wie dies bei dem Vacutainer -Behälter aufgrund des innerhalb des Behälters vorhandenen Vakuums der Fall ist. Dies erschwert das genaue Entnehmen eines festgelegten Volumens aus dem Röhrchen aufgrund des Luftunterdrucks. Drittens ist das Vorhandensein sowohl zugestöpselter als auch nicht zugestöpselter Röhrchen auf demselben Probenträger erwünscht.
Die in U.S.-Patent 4 811 611, erteilt an Uffenheimer, beschriebene Probenentnahmevorrichtung gibt vor, einige dieser Schwierigkeiten zu mildern. Die Uffenheimer-Vorrichtung ist in der Lage, Proben sowohl aus geschlossenen als auch aus offenen Behältern anzusaugen. Eine Druckausgleichkammer verhindert den Aufbau eines Vakuums in der Probenentnahmevorrichtung für geschlossene Röhrchen, um die Versorgung mit konsistenten Probenmengen daraus zu gewährleisten. Leider erfordert die Uffenheimer-Vorrichtung, daß das geschlossene Röhrchen kopfüber in einem separaten Teil der Probenentnahmevorrichtung positioniert wird. Dies erschwert die Automatisierung, da offene Röhrchen getrennt von den und anders als die geschlossenen Röhrchen positioniert werden müssen. Falls zur Positionierung der Probenbehälter eine Automatisierungsvorrichtung verwendet werden soll, muß die Ansaugvorrichtung sowohl für die offenen als auch für die geschlossenen Röhrchen verwendet werden. Weitere Uffenheimer-Patente von Interesse sind US 4 799 393 und US 4 756 201.
U.S.-Patent 4 815 325 (Averatte) offenbart einen Kapillarfluidinjektor, der imstande ist, aus mit einem Septum bedeckten Phiolen Proben zu nehmen. Er verwendet Luftzylinder, um die Sonde zu bewegen, aber die Luftzylinder können jeweils nur am Ende ihrer Arbeitsbewegung anhalten. Die Entlüftung der Phiole erfolgt durch eine Koaxialnadel. Der Füllstand wird nicht erfaßt, und die Ansaugsonde bewegt sich immer bis zu einer bestimmten Tiefe in der Phiole.
U.S.-Patent 4 311 484 (Fosslien) offenbart ein automatisiertes Probenentnahmesystem nur für geschlossene Röhrchen, bei dem das Röhrchen, aus dem die Probe zu nehmen ist, horizontal gehalten ist. Die Entlüftung erfolgt durch Entlüften der Sonde in die Atmosphäre. Aufgrund der Horizontalposition des Röhrchens entstehen durch die Entlüftung Bläschen in der Probe, die das Ansaugen beeinträchtigen können. Der Füllstand wird nicht erfaßt, und die Sonde dringt immer bis zu einer festgelegten Tiefe ein. Die Einführung der Sonde in das Röhrchen erfolgt durch ein motorisiertes Kurvengetriebe.
U.S.-Patent 3 872 730 (Ringrose et al.) offenbart ein Probenentnahmesystem nur für geschlossene Röhrchen, bei dem das Röhrchen, aus dem die Probe zu nehmen ist, horizontal gehalten ist und von Hand eingesetzt werden muß. Die Entlüftung erfolgt über eine zweite Sonde, die zu der Atmosphäre hin offen ist. Aufgrund der Honzontalposition des Röhrchens entstehen in der Probe durch die Entlüftung Bläschen, wodurch das Ansaugen beeinträchtigt werden kann. Der Füllstand wird nicht erfaßt, und die Sonde dringt immer bis zu einer festgelegten Tiefe ein. Das Einführen der Sonde in das Röhrchen erfolgt manuell.
AU-A-16756/88 (Mawhirt et al.) offenbart ein automatisiertes Probenentnahmesystem nur für geschlossene Röhrchen, bei dem das Röhrchen, aus dem die Probe zu nehmen ist, umgedreht wird. Die Entlüftung erfolgt durch Entlüften der Sonde in die Atmosphäre. Aufgrund der Vertikalposition des Röhrchens entstehen in der Probe durch die Entlüftung Bläschen, wodurch das Ansaugen beeinträchtigt werden kann. Der Füllstand wird nicht erfaßt, und die Sonde dringt immer bis zu einer festgelegten Tiefe ein. Das Einführen der Sonde in das Röhrchen erfolgt mittels eines Luftzylinders.
EP-A-0 083 474 beschreibt eine automatische Probenentnahmevorrichtung, die mit einer Sonde versehen ist, die durch druckfluidbetätigte Motoren horizontal und vertikal bewegbar ist. Die Sonde kann an zwei Vertikalpositionen, einer Hebeposition und einer Senkposition, anhalten. Das Einleiten von Gas in einen geschlossenen Probenbehälter zu dessen Entlüftung bei in der Senkposition befindlicher Sonde kann zur Bläschen- und Schaumbildung in der Probenflüssigkeit führen. Horizontal ist die Sonde an drei Positionen mechanisch anhaltbar. Da der Fluidmotor zwei mechanische Haltepositionen hat, ist ein weiterer fluidbetätigter Motor vorgesehen, um einen zusätzlichen gabelähnlichen Anschlag in die Bahn der Kolbenstange des Motors zu bewegen und so als dritter Anschlag zu dienen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Handhabungsfähigkeiten der Sonde einer automatischen Probenentnahmevorrichtung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorrichtung dieser Erfindung löst viele der bei automatischen Probenentnahmevorrichtungen nach dem Stand der Technik anzutreffenden Probleme und ermöglicht die Probenentnahme sowohl aus offenen als auch aus geschlossenen Röhrchen, insbesondere, wenn die Röhrchen auf demselben Drehtablett oder -karussell positioniert sind. Der Druck innerhalb des geschlossenen Röhrchens wird angeglichen. Um zu ermöglichen, daß die Probenentnahmesonde durch die Kappe des geschlossenen Röhrchens dringt, wird eine angemessene Kraft zur Verfügung gestellt. Die Gegenstand dieser Erfindung bildende Vorrichtung weist einen Probenträger, der zum Bewegen mehrerer Probenbehälter in eine Probenentnahmeposition ausgebildet ist, eine Horizontal-Verschiebungseinrichtung, die so angeordnet ist, daß ihre Bewegungsbahn über der Probenentnahmeposition verläuft, eine Vertikal-Verschiebungseinrichtung, die derart montiert ist, daß sie mittels der Horizontal-Verschiebungseinrichtung positionierbar ist, eine Probenentnahmesonde, die mittels der Vertikal-Verschiebungseinrichtung vertikal in die und aus den Probenbehältern positionierbar ist, eine mit der Sonde verbundene Flüssigkeitspumpe zum Ansaugen von Proben aus den Probenbehältern und eine Steuereinrichtung zur Betätigung der Verschiebungseinrichtungen und der Pumpe, um diese Ansaugvorgänge zu bewerkstelligen, auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verbessert die Probenentnahmevorrichtung durch die Verwendung von pneumatischen Verschiebungseinrichtungen und aufrecht gehaltenen Probenbehältern, von denen wenigstens einer geschlossen ist. Diese Probenentnahmevorrichtung weist eine Halteklammer für die Probenbehälter auf, die so positioniert ist, daß sie deren Aufwärtsbewegung während der Entnahme der Sonde aus dem Behälter begrenzt.
Entlang der Bewegungsbahn der Horizontal-Verschiebungseinrichtung kann ein Überführungsgefäß angeordnet sein, wobei die Steuereinrichtung die Horizontal-Verschiebungseinrichtung betätigt, damit die Sonde über dem Überführungsgefäß positioniert wird, und die Vertikal-Verschiebungseinrichtung und die Pumpe wirksam sind, damit die angesaugte Probe in das Überführungsgefäß ausgegeben wird. Entlang der Bewegungsbahn der Horizontal-Verschiebungseinrichtung kann ein Spülbehältnis angeordnet sein, wobei die Steuereinrichtung die Horizontal-Verschiebungseinrichtung betatigt, damit die Sonde über dem Spülbehältnis positioniert wird. Die Vorrichtung weist ferner eine Quelle mit Spülflüssigkeit auf, wobei die Pumpe mit der Quelle gekoppelt ist, sowie eine Vertikal- Verschiebungseinrichtung und eine Pumpe, die wirksam sind, damit die Spülflüssigkeit in das Spülbehältnis ausgegeben und die Sonde zum Spülen der Sonde in das Spülbehältnis eingetaucht wird.
Ferner kann die Vorrichtung so konstruiert sein, daß die Pumpe über eine Leitung mit der Sonde verbunden ist, und sie weist ein Ventil auf, das in der Leitung angeordnet ist und auf die Steuereinrichtung reagiert, um die Leitung unmittelbar vor dem Ansaugen der Probe für atmosphärischem Druck zu öffnen, um den Druck in den geschlossenen Probenbehältern anzugleichen.
Mit dieser Konstruktion ermöglicht die automatische Probenentnahmevorrichtung eine bequemere und flexiblere Bestückung eines Probenrads mit Proben ohne Neukonfiguration der Hardware, Software oder von Schalt-Mehrweg-Ventilen zur Aufnahme entweder offener oder geschlossener Probenröhrchen. Dadurch, daß bei beiden Behältertypen, sowohl den offenen als auch den geschlossenen, das Abnehmen der Kappen von den Probenbehältern nicht erforderlich ist, ist die Laborproduktivität und insbesondere die Laborsicherheit aufgrund des Entfallens des Problems hinsichtlich gefährlichen Materials wesentlich höher.
Die Erfindung wird deutlicher anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäß konstruierten automatischen Probeentnahmevorrichtung;
Figur 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Probenentnahmevorrichtung für geschlossene Behälter; und
Figur 3 ein Blockschaltbild der zur Steuerung der Vorrichtung von Fig. 1 verwendeten Elektronik.
Die Probenentnahmevorrichtung, die zum Entnehmen von Proben entweder aus offenen oder aus geschlossenen Probenbehältern gleichermaßen geeignet ist, ist in den Fign. 1 und 2 am besten zu sehen. In Figur 1 weist die Probenentnahmevorrichtung ein Basisteil 10 auf. Ein Probenkarussell oder -rad 12 dreht sich üblicherweise nur in einer Richtung und weist eine Vielzahl von Trägern 14 auf, die zum Halten mehrerer Probenbehälter 16 entweder der Art mit offenem Ende oder der mit geschlossenem Ende ausgebildet sind. Die Probenbehälter mit geschlossenem Ende können üblicherweise solche sein, die zwecks Entnahme von Blutproben unter den Handelsbezeichnungen Vacutainer , Venor Jet oder anderen vertrieben werden. Das Probenrad 12 wird über eine Riemenscheibe 20 von einem Motor 18 angetrieben, wobei alle eine herkömmliche Konstruktion haben.
Ferner ist auf der Basis 10 ein Gestell 21 befestigt, das zum Halten eines Überführungsgefäßes 22 ausgebildet ist. Neben dem Überführungsgefäß 22 ist eine Sondenspülstation 24 positioniert, und die beiden sind entlang einer Geraden, die die Probenentnahmeposition für den Probenbehälter 16 schneidet, im wesentlichen miteinander fluchtend angeordnet. Die Spülstation 24 weist ein Ablaufrohr 26 auf, das in einem Abfallbehälter 28 endet. Über dem Probenrad 12 ist ein Halter 30 positioniert, und zwar so, daß er die Aufwärtsbewegung eines Probenbehälters 16 verhindert, sobald dieser unter dem Halter 30 positioniert ist. Der Halter 30 kann, wie in Fig. 2 am deutlichsten zu erkennen ist, gebogen sein. In dem Halter 30 sind über der Probenentnahmestelle der Probenbehälter Löcher 32 ausgebildet, um das Eindringen einer Nadelsonde 34 zu ermöglichen, die, wie im folgenden beschrieben wird, zum Extrahieren einer Probe und zum Durchdringen des Stopfens 17, falls vorhanden, verwendet wird.
Die Sonde 34 ist an den X- und Z-(Horizontal- und Vertikal-)Verschiebeeinrichtungen 40 bzw. 42 befestigt. Diese Verschiebeeinrichtungen positionieren zunächst die Sonde 34 horizontal über den Probenbehältern 16, dann über dem Überführungsgefäß 22 und schließlich über der Spülstation 24. Die XZ-Verschiebeeinrichtung ist zum Bewegen der Sonde 34 vertikal in den und aus dem Probenbehälter 16, dem Überführungsgefäß 22, falls erwünscht, und schließlich der Spülstation 24 wirksam.
Die Horizontal-Verschiebeeinrichtung 42 ist an Stützen 50 befestigt, die ihrerseits auf der Basis 10 befestigt sind, und hält die Z-Achsen-Verschiebeeinrichtung 40. Die Verschiebeeinrichtung 42 weist einen Fluidmotor 52 mit zwei Anschlägen mit einem Kolben 54 auf, der, wie im folgenden beschrieben, darin hin- und hergleitet. Der Fluidmotor kann pneumatisch oder hydraulisch sein, wobei ersteres bevorzugt wird.
Der Kolben 54 seinerseits ist derart angeschlossen, daß er eine Z- Achsen-Verschiebeeinrichtung 40 positioniert und ferner eine Zahnstange 56 treibt, die wiederum einen X-Achsen-Kodierer 58 treibt.
Die Z-Achsen-Verschiebeeinrichtung ist ebenfalls ein Fluidmotor 60 mit zwei Anschlägen und weist einen Kolben 62 auf. An der von dem Kolben 62 angetriebenen Welle ist eine Z-Achsen-Antriebszahnstange 66 angebracht, und sie greift an einem Drehkodierer 68 an. Der Kolben 62 ist zum Treiben der Sonde 34 in vertikaler Richtung angeschlossen. Die Sonde ist zur Aufnahme von Fluid durch ein Rohr 69, welches durch ein Zwei-Wege-Ventil 70 mit einer Pumpe 72 verbunden ist, angeschlossen. Die Pumpe 72 ihrerseits ist über ein zweites Zwei-Wege-Ventil 74 mit einem Vorrat an Spülpufferlösung 76 verbunden. Der zweite Auslaß des ersten Ventils 70 ist mit einem Entlüftungsloch zur Atmosphäre hin verbunden. Die Druckleitungen für die X- und Z-Achsen-Verschiebeeinrichtungen 42 und 40 sind mit geeigneten Servoventilen verbunden, die am deutlichsten in Fig. 3 zu sehen sind. Bevor man zu Fig. 3 übergeht, sei angemerkt, daß die Konstruktion der automatischen Probenentnahmevorrichtung von einer Steuereinrichtung 80 gesteuert wird, die in Fig. 3 schematisch dargestellt ist und insbesondere in bezug auf diese beschrieben wird. Zusätzlich zum Betreiben der Verschiebeeinrichtungen 40 und 42 empfängt das Steuersystem von Fig. 3 Informationen von den Kodierern 58 und 68 und steuert den Betrieb der betreffenden Servoventile 90, (Fig. 3) Pumpen und Flüssigkeitsventile 70 und 74. Die Flüssigkeitsventile 70 und 74 können herkömmliche, elektromagnetbetätigte Ventile sein. Ein der Sonde zugeordneter Füllstandssensor 75 mit herkömmlicher Ausgestaltung zum Erfassen des Flüssigkeitsfüllstands in den Probenbehältern ist mit der Steuereinrichtung 80 gekoppelt, um die Tiefe, bis zu der die Sonde bewegt wird, zu steuern.
In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems für die automatische Probenentnahmevorrichtung dargestellt. Die Steuereinrichtung 80 kann ein beliebiger programmsteuerbarer Chip sein, der Informationen hinsichtlich der Probenmenge speichert und auf die Sondenfüllstandssensorschaltung 75 reagiert, um an die Digitalpositionierkarte 92 ein Eingangssignal für eine der Verschiebeeinrichtungen 40 oder 42 zu liefern. Der Einfachheit halber ist die einzige beschriebene Verschiebeeinrichtung die Horizontal-Verschiebeeinrichtung 42, obwohl beide in derselben Weise funktionieren. Der Horizontalkodierer ist durch den Kreis 58 und der Fluidmotor mit zwei Anschlägen bzw. das Stellglied durch den Block 52 dargestellt. Das Servoventil regelt die Einwirkung von Luft aus einem (nicht dargestellten) geeigneten Luftvorrat auf jedes Ende des Stellgliedes 52. Das Steuersystem kann den Kodierer 58, das Stellglied 52, das Servoventil 90, die Steuereinrichtung 80 und eine Digitalpositionierkarte 92 aufweisen und wandelt ein pneumatisches Stellglied mit zwei Anschlägen in ein Stellglied um, das zur Durchführung einer präzisen Positionssteuerung in der Lage ist. Der Positionierkodierer 58, der ein beliebiger geeigneter Drehkodierer wie beispielsweise ein Lucas Ledex K3-DM-2500-5SE-4A sein kann, liefert um 90º phasenverschobene Ausgangssignale. Durch Abtasten dieser Ausgangssignale ist die Digitalpositionierkarte 92 imstande, die Richtung des Stellgliedes sowie die Anzahl der Bewegungspositionen zu bestimmen.
Das Servoventil 90 kann ein beliebiges geeignetes Servoventil sein, jedoch wird das Modell 204PN von Atchley Controls bevorzugt. Dieses Servoventil ist ein zweistufiges Strahlrohr-Servoventil. Die erste Stufe verwendet ein drehmomentgetriebenes Strahlrohr, das den Luftstrom in eine von zwei Empfängeröffnungen leitet. Jede Öffnung ist mit einem Ende eines Ventilkörpers der zweiten Stufe verbunden, der direkt mit den Ausgangsports verbunden ist. Wenn die Stellgliedposition erreicht ist, ist das Ventil bei Null und die Dual-Ausgangsports erreichen ein gleich großes Druckgleichgewicht.
Die Digitalpositionierkarte kann beispielsweise ein Automation Plus-Modell DPC-256 sein. Die Digitalpositionierkarte besteht aus einem Datenhaltespeicher, einer Kantendetektorschaltung, einer Zählerkette, einer digitalen Subtrahiereinrichtung, einem Digital/Analog-Wandler und einem Servoverstärker. Zwei 8-Bit-Tristate- Latches lassen zu, daß die Positionsprogrammierung und -wiederholung auf demselben Bus erfolgen. Eine 4X-Kantendetektorschaltung wird zur Reaktion auf jeden möglichen Phasenverschiebungszustand verwendet, wodurch auf Kodiererwellenvibrationen zurückzuführende Positionierfehler entfallen. Eine 12-Bit-Vorwärts/Rückwärts-Zählerkette nimmt die Zählstände von der Kantendetektorschaltung an. Die 12 Bits von der Zählerkette werden zu einer digitalen Subtrahierschaltung gesendet. Die vier niederwertigsten Bits werden zur Korrektur einer Drift in der Stellgliedposition verwendet. Der Übertrag an der digitalen Subtrahierschaltung wird als Richtungsweiser verwendet. Die 8 höchstwertigen Bits werden bei der Digitalsubtraktion verwendet und treiben den 10-Bit-Digital/Analog- (D/A-)Wandler an. Der 10-Bit-D/A-Wandler arbeitet in Verbindung mit Summierverstärkern und einem Servoverstärker. Korrekturen bei der Positionsdrift aufgrund der Ausdehnung und Kontraktion von Luftleitungen, der Komprimierbarkeit von Luft oder Versetzungen in dem Servoventil erfolgen unter Verwendung des niederwertigsten Bits des D/A-Wandlers automatisch. Die Steuereinrichtung 80 liefert Positionsdaten und ist vorzugsweise TTL-kompatibel. Wenn ein 8-Bit-Paralleldatenwert an den Eingangsdatenhaltespeicher an der Digitalpositonierkarte gesendet und ein Schreibimpuls erzeugt wird, bewegt sich das Stellglied in eine Position, die proportional zu den Daten an dem Eingangshaltespeicher ist. Hat beispielsweise das Stellglied eine lineare Arbeitsbewegung von 0,15 Meter (6 inches), wenn es sich an Position 255 befindet, wird das Stellglied durch das Senden von 128 (dezimal) an den Eingangshaltespeicher um 0,076 Meter (3 inches) aus seiner vorherigen Position 255 zurückbewegt. Das Senden eines Leseimpulses an den Ausgangsdatenhaltespeicher ermöglicht der Datenquelle die Eingabe von Positionsdaten und die Überprüfung, ob die gewünschte Stellgliedposition erreicht wurde. Zur Steuerung und Beibehaltung der Bewegung der Stellglieder ist keine straffe Softwaresteuerung erforderlich. Sobald Daten und ein Schreibimpuls zu der Digitalpositionierkarte gesendet worden sind, kann die Steuereinrichtung andere Funktionen ausführen. Das Stellglied kann Bimba 02-3-DXDE, Bimba Pneu-Turn PT-017-078 Tolomatic BC-100-P-6.5 sein. Wenn ein Eingang eines Luftzylinders mit Luft beauf schlagt wird, bewegt sich das Stellglied entweder hinein oder heraus, je nachdem, welcher Eingang mit Luft beauf schlagt wurde. Üblicherweise ist an dem Zylinder und dem Stellglied ein Zahnstangentrieb befestigt. Dann wird an dem Ritzel ein Drehkodierer befestigt. Bei Bewegung des Stellgliedes 52 dreht sich der Kodierer. Dies bewirkt, daß der Kodierer Impulse erzeugt, die zu der Digitalpositionierkarte, wie beschrieben, gesendet werden.
Der Betrieb der automatischen Probenentnahmevorrichtung läßt sich am besten mit Bezug auf Fign. 1 und 2 verstehen, in denen Proben-, z.B. Blutsammelröhrchen 16, mit oder ohne Kappen 17 in Trägern 14 plaziert und auf dem Probenrad 12 angeordnet sind. Das Probenrad dreht sich nur in einer Richtung, um jeweils alle Blutsammelröhrchen nacheinander unter dem Röhrchenhalter 30 und der Sonde 34 zu positionieren. Wenn sich das Blutsammelröhrchen 16 in der korrekten Position befindet, befiehlt die Steuereinrichtung dem Motor 18 des Probenrades 12, unter der Probenentnahmeposition zu stoppen. Von der Positionierkarte 92 wird ein elektronisches Signal zu dem X-Achsen-Drehkodierer gesendet, um die relevante Lateralposition direkt über dem Röhrchen abzufühlen. Sofort sendet die Positionierkarte ein Befehlssignal an das X-Achsen-Servoventil 90, damit dem korrekten Port des X-Achsen-Fluidmotors Luft zum Antrieb der Sonde 34 in horizontaler Richtung zu den Blutsammelröhrchen hin zugeführt wird. Wenn sich die Nadelsonde durch Luft in Richtung auf das Blutsammelröhrchen bewegt, wird der elektronische Drehkodierer, der mit dem Zahntrieb 56 zusammengreift, dazu gezwungen, mit seiner Drehbewegung bei seiner Bewegung die Zahnstange hinunter zu zählen. Wenn der Drehkodierer die korrekte Position über dem entsprechenden Blutsammelröhrchen erreicht hat, sendet er ein Signal über die Positionierkarte an das Servoventil, damit der Luftdruck in beiden Ports (P1 & P2) des X-Achsen-Fluidmotors 42 angeglichen wird, so daß er gestoppt und in seiner Position direkt über dem entsprechenden Blutsammelröhrchen 16 blockiert wird. Wenn der X-Achsen-Fluidmotor durch den Luftdruckausgleich in seiner Position festgehalten worden ist, wird über die Steuereinrichtung ein Befehlssignal an das zweite Servoventil gesendet, damit dem korrekten Port des Z-Achsen-Fluidmotors Fluid zugeführt wird, um die Nadelsonde nach unten durch die (Gummi-)Kappe hindurch in das Blutsammelröhrchen zu bewegen.
Wenn die Spitze der Nadelsonde durch die Gummikappe des Röhrchens dringt und an der anderen Seite austritt, wird, bevor sie in das Serum eindringt, ein Befehlssignal zu der Pumpe 72 gesendet, damit das gesamte Fluid in der Nadelsondenleitung durch das Pumpenventil 70 abgezogen wird. Die Steuereinrichtung 80 schaltet das Ventil 70 um, um die Leitung 69 mit atmosphärischem Druck in Verbindung zu setzen, damit das Vakuum im Inneren des Röhrchens über dem Serumpegel ins Gleichgewicht kommen kann. All dies geschieht nahezu sofort beim Eindringen der Sonde 34 in das geschlossene Röhrchen. Dann schaltet die Steuereinrichtung das Ventil zurück zu der Pumpe 72 und saugt die Probe an. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß das Entlasten des in einem geschlossenen Behälter oberhalb des Fluidfüllstands eingeschlossenen Vakuums notwendig ist, um ein präzises Ansaugen einer gewünschten Probenmenge zu gewährleisten.
Bevor die Nadelsonde in die Serumprobe eindringt, befragt die Steuereinrichtung die Füllstandssensorlogikvorrichtung 75 nach dem Serumprobenfüllstand. Die Füllstandssensorlogikvorrichtung sendet ein Signal zurück an die Steuereinrichtung 80, das besagt, daß der Probenfüllstand nicht detektiert worden ist. Dann sendet die Steuereinrichtung ein Signal an das Servoventil 90, damit der Z-Achsen-Fluidmotor mit Fluiddruck beaufschlagt wird, um die Sonde 34 weiter nach unten in das Röhrchen zu bewegen. Wenn sich die Nadelsonde 34 weiter nach unten in das Röhrchen bewegt, versucht die Füllstandssensorlogikvorrichtung, eine Frequenzveränderung zu detektieren. Wenn die Nadelsonde das Fluid berührt, wird von der Füllstandssensorlogikvorrichtung eine Frequenzveränderung detektiert. Sie sendet ein Signal zurück zu der Steuereinrichtung 80, das besagt, daß sie die Probe gefühlt hat, und die Steuereinrichtung signalisiert dem Servoventil durch die Positionierkarte 92, den Z-Achsen-Fluidmotor eine zusätzliche Strecke, die gleich 10 Schritten ist, entsprechend der Bestimmung durch den elektronischen Drehkodierer nach unten zu bewegen. Dadurch taucht das Loch der Nadelsonde tief genug in die Probe ein, so daß eine Evakuierung der Probe durch das Loch in die Sonde möglich ist.
Wenn die Probe angesaugt worden ist, signalisiert die Steuereinrichtung 80 dem Servoventil 90, dem Z-Achsen-Port zum Aufwärtsbewegen der Sonde Fluid zuzuführen. Sofort wird von der Steuereinrichtung ein Signal zu dem Z-Achsen-Drehkodierer gesendet, damit dieser beim Anheben der Nadelsonde die Positionen zählt. Wenn die Nadel die entsprechende Position erreicht, sendet der Drehkodierer über die Steuereinrichtung und die Positionierkarte einen Befehl an das Servoventil, damit beide Ports des Z-Achsen- Fluidmotors mit Fluid versorgt werden, wodurch die Sonde in der entsprechenden Position blockiert wird. Beim Blockieren des Z- Achsen-Fluidmotors in der entsprechenden Position signalisiert die Steuereinrichtung dem Servoventil, dem korrekten X-Achsen-Fluidmotorport Fluid zuzuführen, um die Nadelsonde horizontal zu bewegen. Die Steuereinrichtung signalisiert dem elektronischen Kodierer, die Positionen beim Bewegen der Sonde zwecks Überführung der angesaugten Probe zu einem Überführungsgefäß zu zählen. Beim Erreichen der gewünschten lateralen Position signalisiert der Kodierer 58 über die Steuereinrichtung 80 dem Servoventil, den X-Achsen-Fluidmotorports Fluid zuzuführen, wobei die Nadelsonde über dem Überführungsgefäß gestoppt wird. Dann signalisiert die Steuereinrichtung 80 dem Z-Achsen-Fluidmotorport, die Sonde eine festgelegte Anzahl von Schritten, wie dies durch den Z-Achsen-Drehkodierer bestimmt ist, nach unten zu bewegen. Beim Abwärtsbewegen der Sonde zählt der Drehkodierer die Relativposition der Sonde und signalisiert es dem Servoventil 90 über die Steuereinrichtung 80, wenn die Sonde die entsprechende Position erreicht hat. An der entsprechenden Position. oder beim entsprechenden Zählwert signalisiert der Drehkodierer über die Steuereinrichtung dem Servoventil 90, daß dieses beiden Fluidmotorports Fluid zuführt, um die Sonde 34 zu stoppen. Die Steuereinrichtung 80 signalisiert der Pumpe die Ausgabe der Probe in das Überführungsgefäß. Nach der Ausgabe der Probe in das Überführungsgefäß 22 liefert die Steuereinrichtung 80 Signale an das Servoventil 90 und den Drehkodierer und bewegt die Sonde zu einer Spülstation 24, um die Spitze der Nadelsonde zu reinigen.
Beim Bewegen der Sonde in die Spülstation 24 mittels der Steuereinrichtung 80 wird die Nadelsonde 34 an der durch die Steuereinrichtung bezeichneten und durch den Z-Achsen-Drehkodierer bestimmten geeigneten Position nach unten in den Abfluß getrieben. Die Steuereinrichtung liefert ein Umschaltsignal an die Ventile 70,74, so daß die Pumpe 72 mit der Leitung 69 in Verbindung gesetzt wird, und die Steuereinrichtung signalisiert der Pumpe 72, die Nadelsonde über das Ventil 74 mit destilliertem Wasser aus dem Spülflüssigkeitsvorrat zu spülen. Wenn das destillierte Wasser die Sonde 34 verläßt, wird das Wasser außen um die Sondenspitze herum nach oben gedrückt, was durch die Geometrie der Spülstation erleichtert ist, und strömt dann aus der Spülstation in einen Flüssigabfallbehälter 28. Entsprechend der vorangegangenen Lehren hebt die Steuereinrichtung 80 dann die Sonde an und ist bereit, sie zu einem anderen Probenröhrchen zu bewegen.
Obwohl das erfindungsgemäße Verfahren der Probenentnahme aus einem geschlossenen Röhrchen bis hierhin repräsentativ veranschaulicht worden ist, wird dasselbe Verfahren bei der Probenentnahme aus offenen Röhrchen ohne Durchstechen einer Gummikappe verwendet. Da das Durchstechen des Gummis größere Kraft und optimierte Geometrie und Gestaltung der Nadelsonde erfordert, ist es für den Fachmann klar, das die Probenentnahme aus offenen Röhrchen unter Verwendung desselben Verfahrens und derselben Hardware mit relativer Leichtigkeit und geringerem Anspruch erreicht wird.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann statt einer Horizontal-Verschiebeeinrichtung eine Dreh-Verschiebeeinrichtung verwendet werden. In diesem Fall ist wie zuvor eine Z-Achsen-Verschiebeeinrichtung an einer Dreh-Verschiebeeinrichtung befestigt, die in der Horizontalebene arbeitet. Der Vorteil einer Dreh-Verschiebeeinrichtung besteht darin, daß sie in manchen Situationen den Vorteil der Platzersparnis hat. Beide können mit gleicher Leichtigkeit verwendet werden.

Claims

1. Probenentnahmevorrichtung mit

einem Probenträger (12), der zum Bewegen mehrerer Probenbehälter (16) in eine Probenentnahmeposition ausgebildet ist,

einer Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42), die so angeordnet ist, daß ihre Bewegungsbahn über der Probenentnahmeposition verläuft,

einer Vertikal-Verschiebungseinrichtung (40),

einer Probenentnahmesonde (34), die mittels der Vertikal- Verschiebungseinrichtung (40) vertikal in die und aus den Probenbehältern (16) positionierbar ist,

einer mit der Sonde (34) verbundenen Flüssigkeitspumpe (72) zum Ansaugen von Proben aus den Probenbehältern (16),

und einer Steuereinrichtung (80) zur Betätigung der Verschiebungseinrichtungen (40,42) und der Pumpe (72), um diese Ansaugvorgänge zu bewerkstelligen,

wobei die Verschiebungseinrichtungen (40,42) fluidgetriebene Stellglieder sind, die Probenbehälter (16) aufrecht stehen und mindestens ein Probenbehälter geschlossen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikal-Verschiebungseinrichtung (40) derart montiert ist, daß sie mittels der Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42) horizontal positionierbar ist,

jede der fluidbetätigten Verschiebungseinrichtungen (40,42) mit einem Positionskodierer (68,58) zur Lieferung von Positionssignalen in Reaktion auf die Position der Verschiebungseinrichtung (40,42) versehen ist, und

eine auf die Steuereinrichtung (80) und die Positionskodierer (68,58) reagierende digitale Positionierschaltung (92) die Servoventile (90) zur Positionierung der Sonde (34) entsprechend einer von der Steuereinrichtung (80) bestimmten Position steuert.

2. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Halteklammer (30) für die Probenbehälter (16), die so positioniert ist, daß sie deren Aufwärtsbewegung während der Entnahme der Sonde aus dem Behälter (16) begrenzt.

3. Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einem entlang der Bewegungsbahn der Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42) angeordneten Überführungsgefäß (22), wobei die Steuereinrichtung (80) die Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42) betätigt, damit die Sonde (34) über dem Überführungsgefäß (22) positioniert wird, und die Vertikal-Verschiebungseinrichtung (40) und die Pumpe (72) wirksam sind, damit die angesaugte Probe in das Überführungsgefäß (22) ausgegeben wird.

4. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem entlang der Bewegungsbahn der Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42) angeordneten Spülbehältnis (24), wobei die Steuereinrichtung (80) die Horizontal-Verschiebungseinrichtung (42) betätigt, damit die Sonde (34) über dem Spülbehältnis (24), einer Quelle mit Spülflüssigkeit, positioniert wird, wobei die Pumpe (72) mit der Quelle gekoppelt ist, und wobei die Vertikal-Verschiebungseinrichtung (40) und die Pumpe (72) wirksam sind, damit die Spülflüssigkeit in das Spülbehältnis (24) ausgegeben und die Sonde (34) zum Spülen der Sonde (34) in das Spülbehältnis (24) eingetaucht wird.

5. Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Pumpe (72) über eine Leitung (69) mit der Sonde (34) verbunden ist, und die ein Ventil (70) aufweist, das in der Leitung (69) angeordnet ist und auf die Steuereinrichtung (80) reagiert, um die Leitung (69) unmittelbar vor dem Ansaugen der Probe für atmosphärischem Druck zu öffnen, um den Druck in dem geschlossenen Probenbehälter (16) anzugleichen.