DE19837434C2 - Automatische chemische Analyseeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische chemische Analyseeinrichtung.

Aus der US 4,451,433 ist ein chemisches Analysegerät bekannt, das ein Pipettiersy­ stem zum dosierten Einbringen von Reagenzien aufweist, das eine Pumpe, ein Wählventil und eine Düse enthält. Durch Betätigen des einzigen Wählventils wer­ den die Auslaßkanäle bestimmter Reagenzienbehälter mit der Pumpe verbunden, die eine vorbestimmte Reagenzienmenge in die Probe im zuvor positionierten Reakti­ onsgefäß einführt.

Aus der JP 63-131066 A ist ein automatisches Analysegerät mit einer Kolbenpumpe bekannt, bei dem sich die Bewegungsbahn eines Halters für Reagenzienbehälter mit der Bewegungsbahn einer Haltevorrichtung eines Reaktionsgefäßes schneidet. Eine Reagenzie wird von einem Drehkolben abgegeben, der in der Seitenwand des zuge­ ordneten Reagenzienbehälters integriert ist. Der Kolben wird von einem Gestänge mittels einer vor jedem Zyklus angekoppelten Antriebseinheit verschoben. Nach dem Ansaugen der Reagenzie wird der Kolben von einem Zahnrad um 180° ver­ dreht und dadurch die Ansaugöffnung verschlossen sowie eine Auslaßöffnung ge­ öffnet. Nachteilig sind ein übermäßiger Verbrauch an Reagenzien, die Notwendig­ keit von langwierigen Spülvorgängen, die Gefahr einer Vermischung von Spülflüs­ sigkeit mit den Reagenzien und auch die Möglichkeit der Bildung und Ablagerung von Rückständen.

Bei einer aus der US 5,173,741 bekannten automatischen Analyseeinrichtung sind langzylindrische Reaktionsbehälter in einer Reihe dicht hintereinander in einem Gliederbandförderer jeweils einzeln axial verschiebbar angeordnet, in dessen Unter­ trum die Reaktionsbehälter hängend transportiert werden und in dessen Obertrum die Reaktionsbehälter mit nach unten weisender Öffnung entleert und gespült wer­ den. Eine Vielzahl von Reagenzgefäßen ist in einer Reihe oberhalb der Bewegungs­ bahn der Reaktionsbehälter angeordnet und an Schienen nach links oder rechts be­ wegbar. Da sich die Reaktion der Reagenzie mit der Probe in den einzelnen Reakti­ onsbehältern während deren Transport in dem Obertrum der Gliederkette vollziehen muß, darf wegen der einzuhaltenden Reaktionszeiten die Transportgeschwindigkeit der Förderkette mit den Reaktionsbehältern nur gering sein, was die Durchsatzlei­ stung dieses bekannten Analysegerätes erheblich beschränkt. Dies gilt in besonde­ rem Maße, wenn eine Probe zuerst mit einer ersten Reagenzie analysiert wird und in einer zweiten daran anschließenden Stufe eine weitere Analyse mit einer zweiten Reagenzie erfolgt. In diesem Fall müßte für die zweite Stufe die Bewegungsrichtung der Reaktionsbehälter umgekehrt werden oder es wären zwei gesonderte Analyse­ einheiten erforderlich. Schließlich bereitet auch die Reinigung bzw. Sauberhaltung der verschiedenen Reaktionsbehälter erhebliche Probleme, da die verschiedenen Arten von Reaktionsflüssigkeit bzw. Reagenzien beim Auflaufen der einzelnen Re­ aktionsbehälter auf die bogenförmige Rutsche ausfließen und sich gegebenenfalls vermischen können.

Ferner sind Membran-Mikropumpen zum Abgeben von geringen Flüssigkeitsmengen bekannt, die z. B. in Tintenstrahldruckern einge­ setzt werden. Eine solche Mikro-Membranpumpe enthält einen ersten Pumpenkörper mit leitfähigen gegeneinander elektrisch isolierten Elektroden, die mit einer Spannungs­ quelle verbunden sind. Ein zweiter Pumpenkörper weist eine innere Membran auf. In dem Hohlraum zwischen den beiden Pumpenkörpern befindet sich ein gesonder­ tes Fluid. Die Membran wird zum Ansaugen von Flüssigkeit durch statische Elek­ trizität und zum Abgeben der Flüssigkeit durch ihre Rückstellkraft verformt. Zu die­ sem Zweck hat die Membran eine relativ hohe Steifigkeit. Im Langzeitbetrieb erge­ ben sich unerwünschte Verringerungen der Fördermengen durch Materialermüdung der relativ teueren Membran.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein chemisches Analysegerät mit einem einfachen Reagenziendosiersystem zu schaffen, die einen geringen einstellbaren Verbrauch an Reagenzien und an Spülflüssigkeit ermöglicht und ohne häufige Demontage und Spülung betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine automatische chemische Analyseeinrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Analyseeinrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schemati­ schen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b eine chemische Analyseeinrichtung in Frontansicht und in Draufsicht,

Fig. 2 eine teilgeschnittene Ansicht der wesentlichen Baugruppen der Analyse­ einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Reagenzienzufuhrteil nach Fig. 2 in Draufsicht,

Fig. 4 einen Axialschnitt einer Mikropumpe im Reagenzienzufuhrteil,

Fig. 5 eine in der Analyseeinrichtung verwendbare Zahnradpumpe im Axial­ schnitt,

Fig. 6 eine Ansicht eines Reagenzienzufuhrteils in einer anderen Ausführung,

Fig. 7 einen Reagenzienbehälter,

Fig. 8 bis 10 Ausführungen von Mikropumpen im Axialschnitt.

Bei der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Analyseeinrichtung ist ein Probenhalter 22 mit kreisförmig angeordneten Röhrchen 21 für Proben 20 mit einem Drehantrieb 23 auf einer Basis 12 angeordnet. Eine Pipettiereinrichtung 31 ist seitlich neben dem Pro­ benhalter 22 positioniert und weist eine Düse 32 zum Ansaugen einer Probe 20 aus ihrem Röhrchen 22, einen Antrieb 33 zum Anheben und Verdrehen der Düse 33 und eine nicht gezeigte Pumpe auf um die Probe in die Düse 32 einzusaugen und aus der Düse 32 abzugeben. Hierzu wird der Probenhalter 22 von einem Drehantriebsme­ chanismus 23 gedreht, um ein Röhrchen 22 unter der Düse 32 der Pipettiereinrich­ tung 31 zu positionieren.

Die Vielzahl von Reaktionsgefäßen 41 sind in einer als Drehteller 42 ausgebildeten Haltevorrichtung angeordnet. Jedes Reaktionsgefäß 41 taucht mit seinem Unterteil in eine Kammer 43 ein, die durch Wasserstrom auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Die Reaktionsgefäße 41 werden von einem Antrieb 44 aufeinander­ folgend unter die Absenkposition der Düse 32 bewegt. Oberhalb des Drehtellers 42 sind ferner zwei gleich aufgebaute Reagenzieneinheiten 51 und 61 sowie eine Spül­ einrichtung 71 angeordnet. Ferner ist unmittelbar neben dem Drehteller 42 ein spektrales Meßelement 81 vorgesehen.

Die in den Fig. 2, 3 im einzelnen dargestellte Reagenzieneinheit 51 weist mehrere Reagenzienbehälter 52 in einem Reagenzienhalter 53, Mikropumpen 54 und einen Drehantrieb 55 für den Halter 53 auf. Im Reagenzienhalter 53 sind die Reagenzien­ behälter 52 in Umfangsrichtung um einen zentralen Stab 56 angeordnet. Die Anzahl an Membran-Mikropumpen 54 entspricht der Anzahl an Reagenzienbehälter 52. Die Mikropumpen 54 sind im unteren Teil des Reagenzienhalters 53 angeordnet. Jeder Reagenzienbehälter 52 hat eine Bodenöffnung 521 zum Anschluß an eine Saugöff­ nung 541 der zugehörigen Mikropumpe 54, wenn der Reagenzienbehälter 52 fest gegen den unteren Teil des Reagenzienhalters 53 angedrückt wird.

Jede Mikropumpe 54 hat eine vertikale Auslaßöffnung 542 zur Abgabe der Rea­ genzie. Die Reagenzienbehälter 52 tragen an einer Seitenfläche eine magnetische Codierung 522, deren Daten die Art der Reagenzie anzeigen. Ein magnetischer Codeleser 531 ist am Reagenzienhalter 53 in einer geeigneten Lage positioniert. Statt der magnetischen Codierung können auch andere geeignete Erkennungsmittel, z. B. Strichcodierungen, eingesetzt werden. Vom Codeleser 531 führen Signalleitun­ gen zu einer Verarbeitungseinheit 57, die mit einer Mikropumpensteuereinheit 58 verbunden ist. Der Reagenzienhalter 53 wird von einem Drehantrieb 55 gedreht.

Die Saugöffnung jeder Mikropumpe 54 kann mit einem Deckel zum Öffnen und Schließen der Verbindungsöffnung versehen sein, um zu verhindern, daß ein Rea­ genzienbehälter an die Saugöffnung der Mikropumpe 54 angeschlossen wird, wenn dessen Codierungsdaten nicht mit der Codierung der gerade benötigten Reagenzie übereinstimmen, die in dem Reagenzienbehälter 52 enthalten sein sollte.

Bei dieser Anordnung müssen der Reagenzienhalter 53 und die Mikropumpe 54 nicht jedesmal gespült werden, wenn der Reagenzienbehälter 52 durch einen ande­ ren ersetzt wird.

Die in Fig. 4 dargestellte Mikropumpe 54 hat ein Einlaßventil, eine Pumpenkammer 547, eine Membran 546, eine Schwingplatte 545 und ein Auslaßventil 544, die in dieser Reihenfolge von der Einlauföffnung zur Auslaßöffnung angeordnet sind. Die Schwingplatte 545 ist durch dargestellte Antriebssignalleitungen mit dem Mikro­ pumpensteuerteil 58 verbunden. Ein die abzugebende Reagenzienmenge kennzeich­ nendes Wechselstromsignal wird an den gegenüberliegenden Flächen der Schwing­ platte 545 vom Mikropumpensteuerteil 58 angelegt, das die Schwingplatte 545 mit einer der abzugebenden Reagenzienmenge entsprechenden Frequenz in Schwingun­ gen versetzt, die auf die Membran 546 übertragen werden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Mikropumpe ist folgende.

Eine vorbestimmte Menge der Probe 20 wird aus einem der Teströhrchen 21 in die Düse 32 der Pipettiereinrichtung 31 gesaugt und in ein vom Antriebsmechanismus 33 positioniertes Reaktionsgefäß 41 eingeführt. Daraufhin wird dieses Reaktionsge­ fäß 41 zur Reagenzieneinführung durch Verdrehen des Drehtellers 42 mittels seines Antriebs 44 in die vorgegebene Übergabestellung bewegt.

In der ersten Reagenzieneinheit 51 wird der Reagenzienhalter 53 gedreht, bis sich die Auslaßöffnung 542 einer bestimmten Mikropumpe 54 für diese Probe genau über dem Reaktionsgefäß 41 befindet. Sobald das Reaktionsgefäß 41 und die Aus­ laßöffnung 542 aufeinander ausgerichtet sind, wird die vorbestimmte Reagenzien­ menge in das Reaktionsgefäß 41 von der über den Steuerteil 58 angesteuerten Mi­ kropumpe 54 eingeführt. Wenn eine zweite Reagenzie zugesetzt werden soll, wird das Reaktionsgefäß 41 zur Auslaßöffnung der zweiten Reagenzieneinheit 61 be­ wegt, und der obengenannte Vorgang wiederholt.

Falls eine dritte und vierte Reagenzie hinzugefügt werden soll, wird der jeweilige Reagenzienhalter weitergedreht, und diese Reagenzien werden aus den so positio­ nierten Reagenzienbehältern in das Reaktionsgefäß 41 eingegeben. Nach der Zufuhr dieser Reagenzien beginnen Reaktionen der Reagenzien mit der Probe, und als Er­ gebnis erfolgt eine der Dichte einer Komponente entsprechende Färbung der Probe. Da das Ausmaß der Färbung der Dichte der Komponente entspricht, wird ein Ab­ sorptionsspektrum einer Probe im Reaktionsbehälter von dem spektroskopischen Meßelement 81 erfaßt und die Dichte der Komponente mengenmäßig bestimmt. Nach der Messung wird die Probe im Spülmechanismus 71 aus dem Reaktionsbe­ hälter 41 gesaugt und die Innenwand des Reaktionsgefäßes gespült.

Die in Fig. 4 gezeigte Mikropumpe 54 wird wie folgt betrieben: Zunächst wird ein Wechselstromsignal an beide Oberflächen der Schwingplatte 545 vom Mikropum­ pensteuerteil angelegt, wobei die Signaldauer derjenigen Frequenz entspricht, mit der die Schwingplatte 545 in Schwingung versetzt werden sollte. Dementsprechend verformt sich die Schwingplatte 545, um die Membran 546 in Schwingung zu ver­ setzen. Wenn die Membran sich nach unten verformt, dann wird das Einlaßventil 543 geöffnet, um die Reagenzie 523 in die Pumpenkammer 547 einzusaugen, und wenn die Membran dann nach oben schwingt, wird das Auslaßventil 544 geöffnet, um die Reagenzie 523 aus der Pumpenkammer 547 abzugeben. Die in den Reakti­ onsbehälter abgegebene Menge an Reagenzie ist proportional zur Schwingungsfre­ quenz der Schwingplatte 545 und wird durch die Frequenz des Erregungssignals vom Steuerteil 58 eingestellt.

Das Innenvolumen der Mikropumpe 54 kann auf weniger als 100 µl eingestellt wer­ den, wenn eine dünne Membran verwendet wird, die nach einem geeigneten Bear­ beitungsverfahren hergestellt wurde. Dementsprechend kann die Menge der Rea­ genzie, die nutzlos in der Mikropumpe verbleibt, auf weniger als 100 µl nach Ab­ schalten der Vorrichtung verringert werden. Da die Mikropumpen 54 im unteren Teil des Reagenzienhalters 53 angeordnet sind, kann die jeweilige Reagenzie ein­ fach nach unten ohne einen gesonderten Druckkopf auslaufen, so daß die Mikro­ pumpe einen einfachen Aufbau hat.

Die Zahnradmikropumpe nach Fig. 5 enthält zwei Zahnräder 548 in einer Pumpen­ kammer 547, die in Pfeilrichtung gedreht werden und eine Reagenzie 523 durch die Einlaßöffnung ansaugt. Die Reagenzie durchläuft Haltekammern 549 zwischen den Zahnrädern 548 und der Wand der Pumpenkammer 547, und wird aus der Auslaß­ öffnung abgeführt. Die Reagenzien 523 in den zwei Haltekammern 549 werden an der Auslaßöffnung miteinander vermischt, bevor sie abgegeben werden. Die Zahn­ räder 546 werden von einem Motor 581 gedreht, der von einem Motorsteuerteil 582 gesteuert wird.

In dieser Ausführung kann die Reagenzienmenge durch Einstellen des Drehwinkels der Zahnräder geändert werden. Da die Reagenzie in Schwerkraftrichtung abgege­ ben wird, ist kein gesonderter Druck erforderlich, so daß eine kleine und einfache Pumpe verwendet werden kann. Infolge der kleinen Pumpe verbleiben nur kleinste Reagenzienmengen in der Pumpenkammer, so daß die nicht genützten Restmengen nach dem Anhalten der Vorrichtung minimal sind.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind zum Verhindern von Wechselwirkungen zwischen Reagenzien je eine Mikropumpe 54 ausschließlich für je eine Reagenzie vorgesehen. Wenn die Reagenzienbehälter 52 in den Reagenzienhaltern 53 einge­ setzt sind, werden Daten, die die Art der Reagenzie im Reagenzienbehälter 52 ange­ ben, vom Codierungsleser 532 erfaßt. Im Verarbeitungselement 58 werden diese Daten mit Daten der zugeordneten Mikropumpe verglichen. Wenn diese Daten mit­ einander übereinstimmen, wird die Mikropumpe aktiviert. Wenn die Daten jedoch nicht übereinstimmen, wird ein Alarm ausgelöst und ein Signal an das Mikropum­ pensteuerteil 58 übertragen, um den Antrieb der Pumpen zu unterbinden. Dadurch kann eine Vermischung unterschiedlicher Reagenzien sicher verhindert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 wird eine falsche Verbindung zwischen einem Reagenzienbehälter 52 und der vorbestimmten Mikropumpen 54 sicher ver­ hindert. Ein Zapfen 524 ist in der Nähe eines Auslaßstutzens 521 am Boden des Reagenzienbehälters 52 in einer bestimmten Position vorgesehen. Eine Blindboh­ rung 543 ist neben der Saugöffnung 5 im Reagenzienhalter 53 in einer bestimmten Position ausgebildet, wobei die Positionen des Zapfens 524 und der Blindbohrung 543 aufeinander abgestimmt sind. Dementsprechend kann nur ein für eine spezielle Mikropumpe geeigneter Reagenzienbehälter angeschlossen werden und es wird verhindert, daß zwei verschiedene Reagenzien durch ein und dieselbe Mikropumpe hindurchströmen.

Zum Reinigen der Mikropumpen 54 kann Spülflüssigkeit nach Entfernen des Rea­ genzienbehälters in die jeweilige Mikropumpe eingeführt werden. Da die einzelnen Mikropumpen ausschließlich für gleiche Reagenzien verwendet werden, ist es nicht notwendig, nach jedem Analysevorgang eine Spülung vorzunehmen, was Spülflüs­ sigkeit, Zeit und Wartungsaufwand spart.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist je eine Mikropumpe 54 unmittelbar auf dem Bo­ den jedes Reagenzienbehälters 52 angeordnet. Wenn der Reagenzienbehälter 52 in den Reagenzienhalter 53 eingesetzt wird, wird ein an der Außenwand des Reagenzi­ enbehälters 52 vorgesehener Signalanschluß 523 in Kontakt mit einem Signalan­ schluß 532 gebracht, der an der Innenwand des Reagenzienhalters 53 vorgesehen ist, so daß ein Antriebssignal für die jeweilige Mikropumpe übertragen werden kann. Der Signalanschluß 532 ist an das Steuerelement 58 angeschlossen. Ferner ist auf einem Teil des Signalanschlusses 523 eine Codierung angebracht, die eine be­ stimmte Reagenzie kennzeichnet, wobei die Daten in die Verarbeitungseinheit 57 eingegeben werden, wenn der Signalanschluß den Signalanschluß 532 kontaktiert. Der Reagenzienhalter 53 weist in seinem Boden relativ große Ausschnitte 533 auf um zu verhindern, daß der von der Pumpe abgegebene Reagenzienstrom behindert wird. Die vom Signalanschluß 532 abgelesenen Reagenziendaten werden in der Verarbeitungseinheit 57 mit dort gespeicherten Daten verglichen. Die am Reagenzi­ enbehälter 52 angebrachte Mikropumpe 54 startet auf ein Betriebssignal aus dem Steuerteil 58 und fördert die Reagenzie direkt aus dem Reagenzienbehälter 52 in das Reaktionsgefäß 41.

Da bei dieser Ausführung die Reagenzie kein anderes Bauteil, wie z. B. den Rea­ genzienhalter, kontaktiert, ist jegliche Kontaminierung ausgeschlossen. Die Rea­ genzie im Reagenzienbehälter kann vollständig bis auf die in der Mikropumpe 58 verbleibende Restmenge verbraucht werden.

Wie oben erwähnt, wird der Reagenzienhalter 53 mit den Reagenzienbehältern 52 vom in der Basis angeordneten Drehantrieb 55 angetrieben. Ein Antriebsmechanis­ mus kann im oberen Teil der Einrichtung vorgesehen sein, und gegebenenfalls den aufgehängten Reagenzienhalter antreiben. Der Reagenzienbehälter kann nicht nur Drehbewegungen, sondern auch Translationsbewegungen ausführen. In ähnlicher Weise können auch die Reaktionsgefäße auf geradlinigen Bahnen bewegt werden, wobei auch unterschiedliche Reaktionsgefäße nacheinander zur Reagenzieneinfüll­ stelle gebracht werden können.

Neben beiden Reagenzieneinheiten können in dieser Ausführungsform nur eine oder auch weitere Einheiten vorgesehen sein.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Mikropumpe 54 wird die Pumpenkammer 547 von einem Deckelteil 201 und einem Zwischenteil 205 gebildet, und der Einlaß zur Pumpenkammer 547 besteht aus einer Einlaßöffnung 202 und einem im Deckelteil 201 ausgeführten Einlaßkanal 203. Ein Einlaßventil 543 ist am Zwischenteil 205 ausgebildet und dient als Widerstandselement. Eine Auslaßöffnung enthält einen im Deckelteil 201 ausgebildeten Auslaßkanal 20 und ein am Zwischenteil 205 ausge­ bildetes Auslaßventil 544, das als Widerstandselement dient.

Die Membran 546 wird von einer Baugruppe angetrieben, die aus einer ortsfesten Elektrode 211, einer beweglichen Elektrode 212, einem Druckzapfen 213, einer Ringnut 215 und einer im Zwischenteil 205 angeordneten Auslaßdüse 214 besteht. Das Deckelteil 210, das Zwischenteil 205, eine ortsfeste Elektrodentragplatte 210, die bewegliche Elektrode 212 und der Druckzapfen 231 sind zusammengefügt und bilden einen integrierten Körper.

Die ortsfeste Elektrode 211 und die bewegliche Elektrode 212 sind durch eine Iso­ liermembran gegeneinander elektrisch isoliert. Diese Bauteile können z. B. durch Diffusionsfügung unter Benutzung einer dazwischenliegenden dünnen Metallfolie gefügt werden, durch eine oberflächenaktive Fügetechnik, durch Fügen mittels niedrigschmelzendem Glas mit zwischenliegender Bleiglasscheibe, durch eine An­ oden-Fügetechnik mit zwischenliegender Pyrex-Glasscheibe und durch eine Si- Fügetechnik unter Verwendung von Siliziumplatten mit oder ohne Siliziumoxidfil­ me zusammengefügt werden. Es können auch ähnliche Fügetechniken angewendet werden.

Wenn eine Spannung an die gegeneinander isolierten Elektroden 211 und 212 ange­ legt wird, wird durch die erzeugte elektrostatische Kraft die bewegliche Elektrode 212 zur ortsfesten Elektrode 211 hin gezogen, wodurch der Druckzapfen 213 an der beweglichen Elektrode 212 die Membran 546 in eine Richtung drückt, in der das Volumen der Pumpenkammer 547 abnimmt. Durch den so erhöhten Innendruck in der Pumpenkammer 547 wird das Auslaßventil 544 im Auslaßkanal 20 geöffnet und Flüssigkeit aus der Auslaßdüse 214 abgegeben.

Wenn die Spannung zwischen den Elektroden 211 und 212 unterbrochen wird, be­ wegt sich die Membran 546 durch ihre Rückstellkräfte in Gegenrichtung, wodurch das Volumen der Pumpenkammer 547 zunimmt. Der Innendruck in der Pumpen­ kammer 547 sinkt. Das Ventil 544 sperrt den Auslaßkanal 214 und das Einlaßventil 543 öffnet den Einlaßkanal 203. Somit strömt Flüssigkeit in die Pumpenkammer 547 durch die Einlaßöffnung 202. Durch Wiederholung dieser Vorgänge kann Flüssigkeit kontinuierlich gefördert werden.

Die Eigenschaft des Einlaßventils 543 entspricht im wesentlichen der des Auslaß­ ventils 544, da beide Ventilglieder als Teil des Zwischenteils 205 ausgebildet sind, was die Herstellung entsprechend vereinfacht.

Die Nachteile herkömmlicher elektrostatischer Mikro-Membranpumpen, insbeson­ dere der niedrige Abgabedruck, werden vermieden und es kann Reagenzienflüssig­ keit auch in Reaktionsgefäße eingeführt werden, in denen ein gewisser Gasdruck herrscht. Durch Vorsehen der Ringnut 215 kann das Ansprechverhalten der Mem­ bran 546 verbessert werden, da sich der induzierte Widerstand zwischen der ortsfe­ sten Elektrode 211 und der Membran 546 verringert. Die von der Membran 546 bei jedem Vorgang geförderte Flüssigkeitsmenge kann sehr klein sein, so daß bei hoher Schwingfrequenz der Membran die gewünschte Fördermenge genau gesteuert wer­ den kann.

Die Mikropumpe nach Fig. 9 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 8 dadurch, daß die Membran 546 in entgegengesetzter Richtung ausgebildet ist, wo­ durch sich die Pumpenkammer 12 verkleinert. Ein zentraler Vorsprung an der Membran 546 wird vom Druckzapfen 213 beaufschlagt.

Flüssigkeit wird gefördert, wenn eine Spannung an die ortsfeste Elektrode 211 und die bewegliche Elektrode 212 angelegt und damit eine elektrostatische Kraft indu­ ziert wird, welche die bewegliche Elektrode 212 an die ortsfeste Elektrode 211 an­ zieht. Dementsprechend drückt der Druckzapfen 213 der beweglichen Elektrode 212 gegen die Membran 546 in Richtung einer Volumenverringerung der Pumpenkam­ mer 547. Der Innendruck in der Pumpenkammer 547 steigt und das Auslaßventil 544 im Auslaßkanal 204 öffnet, so daß Flüssigkeit aus der Abgabedüse 214 aus­ fließt. Wenn die Spannung zwischen der ortsfesten Elektrode 211 und der bewegli­ chen Elektrode 212 unterbrochen wird, wird die Membran 546 durch ihre Rück­ stellkraft in Gegenrichtung bewegt, wodurch das Volumen der Pumpenkammer 547 zunimmt. Durch den verminderten Innendruck in der Pumpenkammer 547 sperrt das Auslaßventil 544 den Auslaßkanal 204 und öffnet das Einlaßventil 543 im Einlaß­ kanal. Somit strömt Flüssigkeit in die Pumpenkammer 547 durch die Einlaßöffnung 202. Durch Wiederholungen dieser Vorgänge wird Flüssigkeit kontinuierlich geför­ dert. Auch bei dieser Ausführung wird ein ausreichend hoher Förderdruck erzielt, um flüssige Reagenzien in unter einem Gasdruck stehende Reaktionsgefäße zu för­ dern.

Bei sehr kleinem Volumen der Pumpenkammer ist der Widerstand zwischen dem Deckelteil 201 und der Membran 546 relativ groß. Zur Verringerung des Wider­ stands ist eine breitere Ausnehmung im Deckelteil 201 ausgebildet, die der Mem­ bran 546 zugewandt ist. Zum Ansaugen von Flüssigkeit in die Mikropumpe kann die Membran 546 maßvoll bei einer Antriebsfrequenz von weniger als 1 Hz betrie­ ben werden.

Die Mikropumpe nach Fig. 10 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 9 dadurch, daß der Widerstand des Einlaßventils 543 geringer ist als der des Auslaß­ ventils, während die Charakteristiken des Einlaßventils und des Auslaßventils beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 gleich sind. Ferner ist eine untere Platte 216 an der Außenseite der beweglichen Elektrode 212 vorgesehen, um die Elektrode zu schüt­ zen und das Absperren der Flüssigkeit im Ablaßteil zu verbessern.

Die Wirkungen der unterschiedlichen Ventilwiderstände sind folgende: Wenn Flüs­ sigkeit in die noch mit einem Gas gefüllte Mikropumpe eingeleitet werden soll, kann das Einlaßventil nicht durch eine Membranauslenkung in der Pumpenkammer geöffnet werden, wenn die Widerstände der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung gleich sind. Dies bedeutet, daß keine Flüssigkeit in die Pumpenkammer einfließen kann. Aus diesem Grund ist der Widerstand des Einlaßventils 543 auf einen sehr kleinen Wert verringert, und das frei vorstehende Ventilglied des Einsatzventils 543 kann nicht in enge Berührung mit der Einlaßöffnung 202 gelangen, um einen Spalt hierzwischen beizubehalten, durch welchen die Flüssigkeit in die Mikropumpe von einem Niveau über der Einlaßöffnung 202 allein unter Wirkung der potentiellen Energie einströmen kann.

Beim Start der Mikropumpe bleibt das Auslaßventil mit größerem Widerstand ge­ schlossen, bis die Flüssigkeit in die Mikropumpe eingefüllt ist und das Gas aus der Mikropumpe durch die Einlaßöffnung ausgeströmt und in der Pumpenkammer von der Flüssigkeit verdrängt worden ist. Ferner kann auch hier die Membran der Mi­ kropumpe beim Einleitvorgang mit einer relativ geringen Frequenz von weniger als 1 Hz betrieben werden.

Claims (11)

1. Automatische chemische Analyseeinrichtung mit

• - einem Probenhalter (22) mit Teströhrchen (21),
• - einem drehbaren Reagenzienhalter (53) zum Halten einer Vielzahl von Rea­ genzienbehältern (52),
• - einem drehbaren Reaktionsgefäß (42) zum Halten einer Vielzahl von Reakti­ onsgefäßen (41) und
• - je einer Mikropumpe (54) unter dem Bodenteil jedes Reagenzienbehälters (52),

wobei der Reagenzienhalter (53) über dem Reaktionsgefäßhalter (42) angeord­ net ist, wobei sich die kreisförmige Transportbahn der Reagenzienbehälter (52) und die kreisförmige Transportbahn der Reaktionsgefäße (41) überschneiden, und wobei im Überschneidungspunkt eine Reagenzie aus dem jeweiligen Reagenzien­ behälter (52) mittels der jeweiligen Mikropumpe (54) in ein Reaktionsgefäß (41) überführt wird.

2. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikro­ pumpen (54) in den Unterteil des Reagenzienhalters (53) eingebaut sind.

3. Analyseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Bo­ den jedes Reagenzienbehälters (52) je eine Mikropumpe (54) angebaut ist.

4. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsgefäßhalter (42) als Drehteller ausgebildet ist, in dessen Um­ fangsrand die Reaktionsgefäße (41) angeordnet sind.

5. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikropumpen (54) Zahnrad- oder Membranpumpen sind.

6. Analyseeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Membranpumpe (54) auf einer Seite ihrer Membran (546) eine ortsfeste Elektrode (211) und eine dagegen elektrisch isolierte bewegliche Elektrode (212) mit einem Druckzapfen (213) aufweist, der die Elektrodenbewegungen auf die Membran (546) überträgt.

7. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Auslauföffnung (521) jedes in den Reagenzienhalter (53) ein­ setzbaren Reagenzienbehälters (52) und der Saugöffnung (541) der jeweils zu­ geordneten Mikropumpe (54) Dichtungsmittel angeordnet sind.

8. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Reagenzienbehälter (52) mit einem die Art der Reagenzien kenn­ zeichnenden Code (522) markiert ist, daß dem Reagenzienhalter (53) Lesemittel (532) zum Erfassen und Speichern des jeweiligen Codes zugeordnet sind und daß ein Steuermechanismus (58) vorhanden ist, der entsprechend den ausgele­ senen Codedaten die jeweilige Mikropumpe (54) aktiviert.

9. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Reagenzienhalter (53) und an den darin positionierbaren Reagenzi­ enbehältern (52) zueinander passende Indexierelemente (521, 543) angeordnet sind.

10. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenvolumen jeder Mikropumpe (54) von ihrer Saugöffnung (202) bis zur Auslaßöffnung (214) kleiner als 200 µl ist.

11. Analyseeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Widerstände der Einlaßventile (543) der Membranpumpen (54) kleiner als die Widerstände der zugehörigen Auslaßventile (544) sind.