DD207256A1

DD207256A1 - Verfahren zur messwertverarbeitung fuer die untersuchung kinetischer reaktionen

Info

Publication number: DD207256A1
Application number: DD23708582A
Authority: DD
Inventors: Reiner Scheibe; Oswald Schiek; Claus Schaefer
Original assignee: Reiner Scheibe; Oswald Schiek; Claus Schaefer
Priority date: 1982-02-01
Filing date: 1982-02-01
Publication date: 1984-02-22

Abstract

Das Verfahren zur Messwertverarbeitung fuer die Untersuchung kinetischer Reaktionen ist vorwiegend in Analysengeraeten verwendbar, vorzugsweise zur Erkennung und groessenmaessigen Bestimmung kinetischer Aktivitaeten auf der Grundlage von Extinktionsmessungen. Ziel der Erfindung ist es, eine hohe Auswertesicherheit zu gewaehrleisten und die Analysendauer zu reduzieren. Mit der Erfindung wird eine hohe Sicherheit in die Erfassung pathologischer Faelle dadurch gewaehrleistet, dass die Messwerte am Anfang und am Ende einer Lag phase mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, dass in einer zweiten Phase die Unterscheidung der Reaktionsverlaeufe nach der Reaktionsgeschwindigkeit erfolgt, wobei die Reaktionsablaeufe in mindestens zwei Geschwindigkeitskategorien unterteilt werden und dass den Reaktionsablaeufen in Abhaengigkeit von der Geschwindigkeitskategorie unterschiedliche Kriterien fuer eine Linearitaetsueberpruefung des Reaktionsablaufes zugeordnet sind.

Description

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Titel: Verfahren zur Meßwertverarbeitung für die untersuchung kinetischer Reaktionen

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung ist vorwiegend in Analysenmeßgeräten verwendbar, vorzugsweise zur Erkennung und größenmäßigen Bestimmung von kinetischen Reaktionsverläufen (a,3, Snzymaktivitäten) auf der Grundlage von Extinktionsmessungen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Enzymaktivitäten werden über die Reaktionsgeschwindigkeit entsprechender kinetischer Reaktionen bestimmt. Zur grö'ßenmäßigen Bestimmung der Aktivitäten wird durch Sxtinktionsaessung die zeitliche Mengenzunahme oder -abnähme von Reaktionspartnern untersucht· Pur eine exakte Analyse darf dabei nur die lineare zeitliche Mengenänderung und damit die Extinktionsänderung verwendet werden·

Bei bekannten Spektralphotometern wird die vor Ausgabe des Meßwertes festzustellende Linearität bzw. Linearitätsabweichung durch den Vergleich der Steigungen der Extinktionskurve in drei aufeinanderfolgenden gleichgroßen, einstellbaren Zeitintervallen mit der mittleren Steigung in dieser Zeit ermittelt,Ist die Abweichung der Steigung voa Mittelwert in einem dieser Intervalle größer als

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ein vorgegebenen Betrag, wird der Reaktionsverlauf als unlinear markiert und die Teilergebnisse werden zur individuellen Beurteilung ausgedruckt, Nachteile dieser Methode bestehen in der Einstellung der Meßzeit für die Teilintervalle und der damit fest vorgegebenen Dauer für einen Meßvergang sowie in der Markierung des Reaktionsablaufes als unlinear» wenn innerhalb dieser Meßzeit eine kurzseitige Störung auftritt.

Bei einem anderen bekannten Auswerteprozeß erfolgt bei Peststellung einer Unlinearität nach den oben erwähnten Kriterien automatisch eine Wiederholung des Meßvorgangs in doppelter, vierfacher, usw. Zeit, Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß bei sehr schnell verlaufenden Reaktionen ein falsches Meßergebnis ausgegeben wird, weil im Polgeschritt die gegebenenfalls linear verlaufende Restaktivität ausgewertet wird.

Ziel der Erfindung;:

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten technischen !Lösungen au vermeiden, eine hohe Sicherheit der Auswerteergebnisse gewährleisten und die Analysendauer zu reduzieren^

Darlegung; des Wesens der Erfindung:

Die Aufgabe der Erfindung, Verfälschungen bei zu hohe Reaktionsgeschwindigkeiten zu verhindern und eine optimale Auswertung der Meßergebnisse zu gewährleisten, wird durch ein Verfahren zur Meßwertverarbeitung für die Untersuchung kinetischer Reaktion mittels Estinktionsraessung an einer Analysen-

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probe, unter Verwendung einer Recheneinheit ait Datenein- und ausgabe, wobei die Messwertverarbeitung durch Vergleich von mindestens zwei in zeitlichen Abständen nacheinander gemessenen Extinktionsdifferenzen durch Unterscheidung der Reaktionsverläufe in mindestens zwei Geschv/indigkeitskategorien und durch'Zuordnung von unterschiedlichen .Kriterien für eine Linearitätsüberprüfung in Abhängigkeit von Reaktionsverlauf erfolgt und sich an die Meßwertverarbeitung eine Bestimmung von Aktivitäten anschließt, gelöst, bei dem die Messung in mindestens zwei Phasen abläuft, wobei in der ersten Phase die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt und mit einem ersten Geschwindigkeitsparameter verglichen wird, bei dem bei Überschreiten des ersten Geschvrindigkeitsparameters die Messung abgebrochen und eine Information über den 7/ert der mittleren Reaktionsgeschwindigkeit ausgegeben wird und wobei die Unterschreitung des ersten Geschwindigkeitsparameters in der zweiten Phase bei Überschreitung eines zweiten vorgegebenen Geschwindigkeitsparameters die Linearitätsüberprüfung durch Variationskoeffizientenbestiiaiming aus den Extinktionsdifferenzen erfolgt. Bei Unterschreitung des zweiten Geschwindigkeitsparameter werden die Extinktionsdifferenzen aus mindestens zwei Teilextinktionen aufsummiert, wobei bereits durch Vergleich der Teilextinktionen eine Linearitätsüberprüfung erfolgt und die Messung bei Unlinearität des Reaktionsverlaufes unterbrochen und neu begonnen wird.

Durch die überprüfung der Linearität des Reaktionsverlaufes bereits in den Teilintervallen und den sofortigen Heubeginn des Meßvorgangs an der gleichen Probe bei Peststellen von Hichtlinearitäten wird der

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zeitliche Aufwand entscheidend verringert und die Auswertesicherheit erhöht.

Ausfühningsbeispiel:

Die Erfindung soll anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Ss zeigen:

Pig« 1 eine schematische Darstellung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Anordnung

Fig. 2 eine graphische Darstellung der ersten Etappe des Meßauswertevorgangs

S¹Ig. 3 und Pig. 4 graphische Darstellungen, die die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutern.

Die Anordnung gemäß Pig. 1 enthält eine Photometereinheit 1 mit einer Analiysenprobe 2, einen Datenspeicher 3 und einen Mikroprozessor 4» an den eine Steuerinformationseingabe 5 und eine Datenausgabe 6 angeschlossen sind« Die von der Photometereinheit 1 gemessenen Extinktionswerte einer zu untersuchenden Analysenprobe 2 werden in den Datenspeicher 3 eingegeben und durch den Mikroprozessor 4 nach Befehlsgabe durch die Steuerinformationseingabe 5 ausgewertet und erschienen sichtbar auf der Datenasugabe 6.

Die Analyse einer zu untersuchenden kinetischen Reaktion, z.3, durch Enzyme aktiviert wird, vollzieht sich in drei Etappen:

überprüfung der Proben in der Lagphase-Periode, Überwachung der reaktionskinetischen Phase und Berechnen der Aktivität.

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ι ,~ ί\ Λ

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Bei der graphischen Darstellung in Pig. 2 ist die Extinktion Ξ über der Zeit t abgetragen. Die weiteren Bezeichnungen haben folgende Bedeutung;

t ... Zeitpunkt der ersten Extinktionsmessung

E ... Extinktion zum Zeitpunkt t

Iy... oberer GrenzDarameter der Extinktion zum Zeitpunkt ty

Ey*** unterer Grenzparameter der Extinktion zum Zeitpunkt ty

ty... Lagphase-Zeit

Et··· Extinktion nach Ablauf der Lagphase-Zeit ty

a,b,c,d ..* Kurven für mögliche kinetische Reaktionsverläufe

Diese graphische Darstellung veranschaulicht die erste Etappe des MeßauswerteVorgangs.

Dazu wird zunächst in bekannter Weise die Extinktion der Analysenprobe 2 ermittelt und überprüft, ob deren Meßwert innerhalb durch Meßvorschriften oder Standards vorgegebener Grenzen, die dem Datenspeicher eingegeben wurden, liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, erfolgt eine formierung der Extinktion auf E=O zum Zeitpunkt t . lach Ablauf der Lagephasezeit t-^, in der Schwankungsreaktionen innerhalb der zu untersuchenden kinetischen Reaktion abklingen, wird die Extinktion Ey bestimmt und mit den Grenzparametern 5L und Ey verglichen. Wird die Beziehung "Sy-Ey- Ey nicht eingehalten, wird bereits vor dem eigentlichen Meßvorgang in dieser durch den Mkr ο prozessor 4 überwachten reaktionskinetischen Phase der Analysenablauf unterbrochen Solche möglichen kinetischen Reaktionsverläufe stellen

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die Kurven a und d dar.

Bei den häufigsten Anwendungen enzymkinetischer Untersuchungen in der medizinischen labordiagnostik verdeutlichen die Kurven a und d folgenden Sachverhalt :

Liegt die Reaktionsgeschwindigkeit, die durch die zeitliche Änderung der Extinktion ermittelt wird, in Abhängigkeit von der Konzentration der Reaktionspartner außerhalb bestimmter Grenzparameter U,, Ej, kommt der pathologische Charakter der Probe schon in dieser ersten Auswertephase zum Ausdruck* Gleichzeitig wird vermieden, daß eine folgende, gegebenenfalls linear verlaufende Restaktivität als falscher Meßwert bestimmt und ausgegeben wird und die au seiner Ermittlung erforderliche Zeit in Anspruch genommen wird·

Bei den graphischen Darstellungen in Pig, 3 und Fig. ist ebenfalls die Extinktion E über der Zeit abgetragen* Die weiteren Bezeichnungen haben folgende Bedeutung:

E_ß1 ··· Vergleichsextinktion zur Entscheidung über die Verarbeitung der weiteren Meßwerte

^EG2 ··· größter aeßbarer absoluter Extinktionswert

cTe. .., feilextinktionen, i s 1, 2, ... ΔΈ. ··. Extinktionsdifferenzen, i = 1, 2, ..*

Zur Überwachung der reaktionskinetischen Phase wird,

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je nachdem, ob die in einer bestimmten Zeit ^t gemessene Sxtinktionsänderung eine bestimmte, vorgegebene Größe Eq₁ überschreitet oder nicht, nach folgenden Schritten ausgewertet:

1. Überschreitet die sich ändernde Extinktion in der Zeit .dt die vorgegebene Vergleichsextinktion Ep-, erfolgt eine Linearitätsüberprüfung des Reaktionsverlaufes durch Bestimmen des Yariationskoeffizienten aus den in vorgegebenen kurzzeitlichen Abständen gemessenen Extinktionsdifferenzen 4E-. Dabei wird der Meßvorgang abgeschlossen, wenn eine bestimmte Anzahl von ^E. ermittelt wurde oder wenn'der Betrag der Summe der gemessenen A E₄ eine vorgegebene Grenze E_nr> überschreitet. Den Extinktionswerten E^ und E^o liegen gerätespezifische Parametern zugrunde«

2, Erreicht die Extinktion in der Zeit At die vorgegebene Grenze E^ nicht (Pig, 4), erfolgt die Überwachung der Linearität des Heaktionsablaufes in sukzessiver Beurteilung und Zusammenfassung der in zeitlichen Abstand nacheinander gemessenen Extinktionsdifferenzen. Die zur Linearitätsaussage zu bildenden Sxtinktionsdifferenzen AE^, Δ E₂> Δ Ε-, werden z.B. aus jeweils drei getrennten Teilextinktionen cTs^ ( i =1, 2,.,.,9) aufsummiert. Die Meßzeit für die Teilextinktionen cTE-; kann z„ B· der Zeitauflösung des Meßgerätes entsprechen. Ergibt sich beim Vergleich dieser Teilextinktionen cTe,, daß innerhalb einer Dreiergruppe ( i s 1, 2, 3) und/oder ( i s 4, 5, 6) stärker als durch eine vorgegebene Toleranzgrenze

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-β- ^3/UOD 4

markiert voneinander abweichen, wird die Meßreihe sofort unterbrochen und neu begonnen. Kurzzeitige Störungen werden dadurch sofort eliminiert.

In Fig. 4 ist eine Unlinearität zwischen cTSe, ^Eg dargestellt, weshalb bei t = 6 das Yerfahren von neuem begonnen wird.

Die Meßwertbildung erfolgt bei Einhaltung der Toleranzgrenzen durch die cTs. nach der Bestätigung, daß

und/oder

^Ε3 "

kleiner als ein

^J2

te:

Wendung von Λ S₁ und & E₀ oder 4 S₀ und

einstellbarer Grenzwert ^Gij__near ^³^» ^un"ker VerE und ^EL bzw» ^iS₁, ^Sp» Λ^Εο» 'senn beide Bedingungen erfüllt sind.

Wird die vorgegebene Grenze linear ^η3-°^ eingehalten, kann die Ursache in einer unlinearität des Reaktionsablaufes begründet sein« Sind die Extinktione differenzen zu klein können leicht sießtechnische Grenzen erreicht werden (z,B* Rauschen). Bei lichteinhalten der beiden genannten Linearitätskriterien wird überprüft, ob eine vorgegebene Mindestaktivität unterschritten wird. Ist j ^Eg - &Έ^j ^^- G . und/odei· J £ E^ -^E₂J ^ ^Gmin* ^wird- ^^e A^^i^ität in bekannter W_eise aus den ΛB. - Werten berechnet.

Werden diese Kriterien nicht erfüllt, liegt offensichtlich ein unlinearer Reaktionsablauf vor. Die Teilaktivitäten in den überwachten Intervallen werden durch die Datenausgabe 6 mit besonderer Markierung ausgedruckt.

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7 O

Es ist außerdem möglich., bei Michteinhalten der Linearitätskriterien eine ein- oder mehrmalige Wiederholung des Meßvorganges bei jeweils verlängerten Zeitintervallen durchzuführen»

Claims

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Erf indungsans.pruch:

1, Verfahren zur Meßwertverarbeitung für die Untersuchung kinetischer Reaktionen durch Extinktionsmessungen an einer Analysenprobe, unter Verwendung einer Recheneinheit mit Datenein- und -ausgabe, wobei die Meßwertverarbeitung durch Vergleich von mindestens zwei, in zeitlichen Abständen nacheinander gemessenen Extinktionsdifferenzen erfolgt und sich an die Meßwertverarbeitung eine Bestimmung von Aktivitäten anschließt, gekennzeichnet dadurch, daß die Messung in mindestens zwei Phasen abläuft, daß in der ersten Phase die mittlere Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt und mit einem ersten Geschwindigkeitsparameter verglichen wird, daß bei Überschreiten des ersten Geschwindigkeitsparameters die Messung abgebrochen und eine Information über den Wert der mittleren Reaktionsgeschwindigkeit ausgegeben wird und daß in der sich bei Unterschreitung des ersten Geschwindigkeitsparameters anschließenden zweiten Phase erneut eine mittlere Reaktionsgeschwindigkeit bestimmt und mit einem zweiten Geschwindigkeitsparameter verglichen wird und daß in Abhängigkeit von diesem Vergleich unterschiedliche Kriterien für die Linearitatsüberprüfung angewendet werden.

2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei überschreiten des zweiten Geschwindigkeitsparameters eine Linearitätsüberprüfung durch Variationskoeffizistenbestimmung erfolgt,

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3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Unterschreiten des zweiten Geschwindigkeitsparameters die Extinktionsdifferenzen aus mindestens zwei Teilextinktionen aufsummiert werden und eine Linearitätsüberprüfung bereits durch Vergleich der Teilextinktionen erfolgt.
4. Verfahren nach Punkt 3> gekennzeichnet dadurch, daJ3 bei Uichtlinearität des Reaktionsverlaufes die Messung unterbrochen und sofort vorzugsweise an der gleichen Probe neu begonnen wird.
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