DK144715B - Fotometrisk analysator til samtidig bestemmelse af en faelles substans i flere separate proever - Google Patents

Description

(19) DANMARK (^j|

É| (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT du 11+4715 B

DIREKTORATHT FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 1272/70 (61) Int.CI.3 6 01 N 21/01 (22) Indleveringsdag 15· mar. 1970 (24) Løbedag 15. mar. 1970 (41) Aim. tilgængelig 14. eep. 1970 (44) Fremlagt 17. maj 1982 (86) International ansøgning nr. - (86) international indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 13. mar. 1969, 806920, US

(71) Ansøger UNITED STATES ENERGY RESEARCH AND DEVELOPMENT ADMINISTRATION,

Washington D.C.-20545, US.

(72) Opfinder Norman Gulack Anderson, US.

(74) Fuldmægtig Kontor for Industriel Eneret ved Svend Schønning.

(54) Fotometrisk analysator til Barm* tidig bestemmelse af en fælles substans i flere separate prø= ver.

Den foreliggende opfindelse angår en fotometrisk analysator til samtidig bestemmelse af en fælles substans i flere separate prøver, bestående af en centrifuge, hvis rotor er udrustet med mindst to rækker af radialt orienterede og langs koncentriske cirkler liggende hulrum, hvis mundinger vender ind mod rotorens centrum, idet den radialt yderste række danner et roterbart j kyvettesystem til tilbageholdelse af prøver, mens de kyvetter, ) som indeholder prøver,ved rotorens rotation gentagne gange bringes til at krydse lysstrålen mellem en lyskilde og en fotodetektor til fotometrisk analyse af kyvetternes indhold; og organer til indføring af prøvekomponenter i den radialt inder- * m \ 2 144715 ste række.

Behovet for en fotometrisk analysator, ved hvis hjælp analyser af et stort antal separate prøver kan udføres samtidigt, har længe eksisteret i kliniske og analytiske laboratorier. Kvalitative og kvantitative målinger af metabolitter, hormoner, vitaminer, enzymer, mineraler, kroppens affaldsprodukter, bestanddele i galden og maveindholdet udføres sædvanligvis i mange af sådanne laboratorier ved diagnose af sygdomme og til forskningsformål. Et apparat, ved hjælp af hvilket målinger af denne type kan udføres hurtigt, nøjagtigt og billigt, sparer arbejdskraft og omkostninger, samtidig med at de giver et forbedret resultat. Ved de fleste tidligere kendte apparater kan analyserne kun udføres i rækkefølge og ikke samtidigt. Analyser, som udføres i rækkefølge, begrænser ikke blot den hastighed, hvormed analyserne kan udføres, men når det drejer sig om analysering af meget små prøver, bliver analyseresultaterne sædvanligvis upålidelige.

En anden ulempe ved tidligere kendte analyseapparater for separate prøver er nødvendigheden af at fremstille prøverne, der skal udsættes for fotometrisk analyse, i mange tidskrævende trin i mange fuldstændig separate maskiner. Analyseringen med disse maskiner er tidsrøvende og kostbar.

En yderligere ulempe ved mange tidligere kendte fotometriske analysatorer er, at rumfanget af prøver, enzymer og andre kostbare reagenser er større end ønskeligt. Dette gælder f.eks., når analysatoren er udstyret med et organ til styring af kontinuerlige strømme, eftersom et sådant system er ineffektivt, når det drejer sig om at analysere et ringe antal prøver. Det er endvidere ubekvemt at behandle mange små, separate rumfang af prøver og reagens samt vanskeligt at sammenblande disse med tidsbestemte mellemrum.

En fotometrisk analysator, som er konstrueret til at eliminere ovennævnte ulemper, beskrives i DK-PS 134.795. Denne analysator er udstyret med en central overføringsskive til modtagelse af prøvebestanddele før operationen. Overføringsskiven indeholder en række kyvetter anbragt langs en cirkel på denne til at modtage væskeprøver fra overføringsskiven og tilbageholdelse af væskeprøver til fotometrisk analyse. Ved rotation af overføringsskiven og kyvetterne får man bestanddelene i væskeprøverne til at strømme fra overføringsskiven til kyvetterne, hvor de analyseres fotometrisk, mens hele systemet af overføringsskiver 3 144715 og kyvetter roterer. Individuel ifyldning af bestanddele af prøvevæsken i overføringsskiven tilvejebringes, mens skiven står stille. Kyvetternes tømning er også et tidsrøvende arbejde, ved hvilket rotoren må standses, og de enkelte kyvetter udskylles.

Hvis der ønskes en senere sammenblanding med yderligere væskekomponenter, må overføringsskiven og kyvetterne standses, og overføringsskiven må erstattes med en ny skive, som indeholder de ønskede yderligere komponenter, og skiven må igen sættes i rotation for at tilvejebringe denne nye overføring. Der er således herved opnået et betydeligt fremskridt ved at et stort antal fotometriske analyser kan udføres samtidig, men der kræves fortsat tidsrøvende manuelle operationer linder påfyldning og udtømning.

Formålet med opfindelsen er derfor at angive en fotometrisk analysator, som foruden at være i stand til at udføre analyser på et stort antal separate prøver, er i stand til at opmåle rumfang, udføre væskeoverføring, blanding af opløsninger, reaktion, fotometrisk måling og datareduktion i et enkelt system uden tidsspilde forårsaget af individuelle påfyldnings- og tømningsoperationer .

Dette opnås med den fotometriske analysator, der er ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte.

I analysatoren ifølge opfindelsen er skiven udstyret med to eller flere hulrækker anbragt langs koncentriske cirkler i en skive, som er i stand til at rotere omkring sin midterakse.

Hvert hulrum er udstyret med en hævert til overføring af væske til hulrum, som er beliggende radialt udefter i forhold til hæverterne, eller til et opsamlingstrug, når det drejer sig om overføring af væsken fra den yderste hulrumsrække. Der anvendes trykluft og/eller vakuum, som tilføres gennem åbninger i skive)?, til at påvirke hæverterne og derved tilvejebringe væskeoverføring fra hulrummene. Den efterfølgende hulrække, som er beliggende i større radial afstand fra skivens centrum, anvendes til sammenblanding og til analysering af prøver, som overføres fra den første række hulrum ved hjælp af hæverterne, der påvirkes ved lufttryk og/eller vakuum.

For at gøre det muligt at anvende hulrummene i den radialt inderste hulrække til væskerumfangsmåling kan disse hulrum udstyres med individuelle overstrømningskanaler. Skønt disse overstrømningskanaler ved aktiveringen af hæverterne ved hjælp af vakuum eller trykluft etablerer en åben forbindelse til den 4 144715 modsatte side af hæverterne, har det i praksis vist sig at denne åbne forbindelse som resultat af den lange forbindelsesvej giver tilstrækkelig strømningsmodstand til, at der opstår en trykforskel over hæverterne i et tilstrækkeligt langt tidsrum til at hæverterne aktiveres.

Med det ovenfor beskrevne apparat er det muligt samtidig at udføre opmåling, sammenblanding, og fotometrisk analyse på flere separate prøver uden at anvende tidsrøvende manuelle påfyld- og udtømningsoperationer.

Opfindelsen skal forklares nærmere ved hjælp af et antal tegninger, hvor fig. 1 er et perskeptivisk billede delvis i tværsnit, der viser en udførelsesform for en fotometrisk analysator ifølge opfindelsen, fig. 2 er et skematisk planbillede af en i analysatoren ifølge fig. 1 indbygget skive til overføring, opmåling og tilbageholdelse af væskeprøver.

Fig. 3, 4, 5, 6 og 7 viser skematisk skiven ifølge fig. 2 under operationen ved opmåling, blanding og tilbageholdelse af væskeprøver.

Fig. 1 viser skematisk en udførelsesform for en fotometrisk analysator ifølge opfindelsen. Den består af en rotor 1 af pladetypen bestående af et boltsvejset stålrotorlegeme 2, plastplader 3 og 4, en gennemsigtig plastskive 5 til overføring, opmåling og tilbageholdelse af væske, pakningsringe 6 og 7 af polytetrafluoræten, en stålboltet, ringformet flange 8 og en gennemsigtig plastplade 9 som toplukke. Pladerne 3 og 4, skiven 5 og stopringene 6-7 er sammenpressede mellem rotorkroppen 2 og flangeringen 8 til dannelse af tre hulrumsrækker 10, 11 og 12 anbragt i koncentriske ringe med forskellig radial afstand fra skivens centrum. Hæverter- 13, 14 og 15, som er udformet som render eller kanaler i skiven 5, strækker sig fra hulrummene i hulrumsrækkerne 10, 11 og 12 til samlingskanaler 16 og 17 og radielle kanaler 18, som strækker sig gennem rotorlegemet 2. Den indbyrdes afstand og orienteringen af hulrumsrækkerne 10, 11 og 12, hæverterne 13, 14 og 15, og andre særegenheder hos skiven 5 ses i fig. 2. Henvisningsbetegnelserne 10, 11 og 12 anvendes i nærværende beskrivelse i flæng for individuelle hulrum eller for hulrumsrækker. Det stationære opsamlingstrug 19 med et dertil tilsluttet aftapningsrør 20 omgiver rotoren 1 ved dens yderperiferi for at modtage væske, som under en aftapnings- 5 144715 operation bortledes gennem hæverter 15 og kanaler 18.

Den yderste hulrumsrække 12 er bestemt til fotometrisk analyse af flere separate prøver anbragt i kyvetter. For at kunne udføre en sådan analyse er der i rotorlegemet 2, stopringene 6 og 7 og den ringformede flange 8 optaget et antal i afstand fra hinanden beliggende åbninger 21, som er rettet ak-sialt i forhold til hinanden og derved danner aksielle kanaler, som muliggør passage af en lysstråle gennem hulrum 12. De gennemsigtige glasplader 3 og 4 gør det muligt for lyset at passere igennem den resterende del af rotoraggregatet.

Et system bestående af en fotometrisk lyskilde, et foto-detekterende organ og andre elektroniske komponenter egnet til anvendelse sammen med den ovenfor beskrevne rotor er beskrevet nærmere i ovennævnte DK-PS 134.795. Dette system skal ikke beskrives her, da det er opfindelsen uvedkommende.

Som vist 1 fig. 1 strækker der sig et centralt beliggende rør 22 til tilførsel af prøvebestanddelene og tilføring af trykluft til de i skiven 5 beliggende hæverter og gennem et tætningsorgan 23 i forbindelse med et stationært fødemundstykke 24. Mundstykket 24 er aksialt centreret i forhold til skiven 5 og anbragt således at tilførsel sker mod den indvendigt savtakkede kant på den roterende skive for på denne måde at forsyne hulrummene 10 med en hovedsagelig lige stor mængde prøvekomponenter.

Den indvendigt savtakkede kant på skiven 5 og hulrummenes 10 orientering fremgår tydeligt af fig. 2.

I fig. 2 er skematisk vist et planbillede af skiven 5, hvor kun to hulrum i hver humrumsrække er vist. Der er vist tre hulrumsrækker 10, 11 og 12, men naturligvis kan der anvendes flere eller færre afhængigt af operationen. En centralt beliggende væskefordelingskammer 25 har en savtakket periferi 26 for at den i kammeret tilførte væske kan fordeles jævnt til hulrummene 10, hvor rumganget afmåles, når skiven 5 roterer.

Fra sidevæggen af hvert hulrum 10 strækker sig overs trøhningska-naler 27 gennem skiven 5 til et passende udførselssted, f.eks. til det i fig. 1 viste opsamlingstrug 19. Hvis det ønskes kan der anbringes andre opsamlingsorganer, f.eks. et separat opsamlingstrug under skiven 5 for overstrømmende væske.

Hver hulrumsrække er forskudt med hensyn til en radial linje i forhold til hulrummene i den opadgrænsende hulrumsrække med større radial afstand fra rotorens centrum. Dette er følgen af at anvende hæverter 13, 14 og 15, hvis udløb er forskudt 6 U4715 med hensyn til en radial linje i forhold til hulrummene hvorfra de udgår og som skal aftappe væske. Hulrummene i hulrumsrækken 11 er således forskudt med hensyn til en radial linje, således at de er radialt rettede med udløbene på hæverterne fra tilsvarende hulrum i hulrumsrækken 10. I fig. 2 er hæverterne 13, 14 og 15 vist liggende helt ude på skivens overflade for at deres funktion skal fremgå tydeligere. Ifølge fig. 1 strækker de sig igennem skiven 5 på en sådan måde, at de udmunder nærmere midten af tilsvarende hulrum i den nærmest liggende hulrumsrække. Der kan anvendes midler (ikke viste) til til-føring af trykluft eller vakuum på samlingskanalerne 16 og 17 for at fremme hæverternes operation og sammenblanding af prøvekomponenterne på den måde som beskrives i fig. 3-7. Det centrale væskefordelingskammer 25 kan gøres større, således at det kan indeholde en udvekslelig overføringsskive som beskrevet i DK-PS 134.795 til tilbageholdelse af opmålte eller ikke-opmålte prøverumfang. I så fald skal prøverumfangene ved rotorens rotation overføres fra overføringsskiven til hulrummene 10. Overføringsskiven skal herefter fjernes og reagenset tilsættes som beskrevet i forbindelse med forklaringen af fig.

3-7.

Operationsmanøvren under driften ses bedst af fig. 3-7, hvor hver figur viser et diagonalt udsnit af skiven 5, hvorved de successive arbejdstrin kan illustreres. I trin 1 (fig.3) tilføres en første væske gennem det centrale fordelingskammer mod den savtakkede periferi 26, indtil hulrummene 10 er fyldt op til overstrømningskanalen 27. I trin 2 (fig.4) tilføres trykluft til fordelingskammeret for at påvirke hæverten 13 og føre den første væske 28 fra hulrummet 10 til et større hulrum 11. I trin 3 (fig.5) fyldes hulrummet 10 med en anden væske 29 på samme måde som beskrevet i trin 1. I trin 4 (fig.6) bortledes den anden væske fra hulrummet 10 til hulrummet 11 med den første væske på samme måde som beskrevet i forbindelse med trin 2. I trin 5 (fig.7) tilføres trykluft til samlingskanalen 16 for at påvirke hæverten 14 til at udføre væskernes overføring til hulrummet 12, som tilbageholder væskerne til fotometrisk analyse. Der kan tilsættes yderligere væsker hvis det ønskes ved gentagelse af den beskrevne proces. Hulrummene 10, 11 og 12 gøres successivt større for at give plads til sammenblanding og analyse af flere prøvekomponenter. Sammenblandingen kan udføres ved sænkning af lufttrykket i samlingskanalen 17 i forhold til