DE2319466A1 - Analysesystem - Google Patents

Description

Patentanwalt· Dipl. Ing. C Wallach DIpI. Ing. G. Koch Dr. T. Halbach

8 München 2

Kaufingir«tr.8,Til.24O275 Beckman Instruments Inc. 17. April 1975 Fullerton, CaI., USA 14 107 Analysesystera

Die Erfindung betrifft ein auf das Differential- bzw, die Xnderungsgeschwindlgkeit eines Parameters eines zu analysierenden Reaktionsgemische ansprechende· Analysesystem »it einer Probenzelle, einer auf den zu überwachenden Parameter ansprechenden Detektorvorrichtung zur Erzeugung eines dem jeweiligen Wert des Parameters einer Reaktionskomponente in der Probenzelle proportionalen elektrischen Probensignal·, sowie mit einer elektrischen Differenziervorrichtung zur Differentiation des elektrischen Probensignals zur Erzeugung eines Differential- bzw. Xnderungsgeschwlndlgkeitssignals.

In verschiedenen Systemen dient die Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkelts-Analyse von Reaktionen zur Bestimmung der Werte interessierender Parameter. Beispielsweise wird bei einer Form der Analyse von Blut»-oder Uringlukose in der Weise vorgegangen, daß man zu Glukoseoxydase Blut- oder Urinproben zusetzt und die Lösung umrührt, derart, daß eine Reaktion abläuft, und zwar in Gegenwart eines Detektors zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das in linearer Abhängigkeit zur Sauerstoffkonzentration steht. Diese elektrische

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GrUBe wird sodann in ein der zeitlichen Xnderungsgeschwindigkeit der Sauerstoffkonzentration proportionales Signal umgewandelt und dieses Signal wird aufgezeichnet. Der Maximalwert des aufgezeichneten Signals dient zur Bestimmung der anfangs vorhandenen Glukosemenge.

Bei anderen Arten von Enzymanalysen werden Proben von gepufferten Enzymen einen im überschufi vorliegenden Substrat zugefügt, und «war wiederum lh Gegenwart eines auf eine Konzentration ansprechenden Meßfühlers. Die elektrische Ausgangsgröße des MeBftoilers wird wiederum direkt in ein der' zeitlichen Xnderungsgeschwindlgkeit entsprechendes Signal umgewandelt und dieses Signal aufgezeichnet, wobei der aufgezeichnete Maximalwert der Änderungsgeschwindigkeit proportional der Enzymaktivität ist.

Bei bestimmten Arten von photometrischen Enzym-Änderungsgeschwindigkeitaanalysen wird die !lichtabsorbtion einer Enzymreaktion in der Zelle bei einer vorgegebenen Lichtwellenlänge laufend Oberwacht und die elektrische Ausgangsgröße des Photomultipllers oder anderseitigen Photodetektors zur Gewinnung ein·· Differential- oder Jtnderungsgeschwindigkeits signals differenziert. Untersucht man den konstanten Bereich des Differential- bzw. Xnderungsgeschwindlgkeitsslgnals, so spiegelt dieser die Konzentration der Enzyme in der Probe, oder die Konzentration von Mit den Enzymen reagierenden Stoffen, wider.

Bei diesen sämtlichen erwähnten Arten von Analysen ist es möglich, daB das elektrische Differential- bzw. Anderungegeschwindigkeitssignal Schwankungen und Diskontinuitäten aufweist, wenn die Reaktion nicht wie erwartet abgelaufen ist oder das Zellensignal nicht linear ist. Die Messung und Wiedergabe eines mit derartigen Schwankungen und Diskontinuitäten ^

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behafteten Differential- bzw« Anderungsgeschwindigkeitssignals kann zu falschen Ergebnissen führen. Beispielsweise können falsche Ergebnisse auftreten, wenn die Messung durchgeführt wird, bevor die Reaktion sich auf eine konstante Reaktionsgeschwindigkeit stabilisiert hat. Außerdem kann, je nach dem Typ der Reaktion, die Reaktionsgeschwindigkeit zunächst anfänglich einem linearen Verlauf folgen und jedoch sodann vom linearen Verlauf abweichen. Schließlich ist es möglich', daß das von einer linearen Reaktion abgeleitete Zellensignal außerhalb eines empirisch bestimmten annehmbaren oder zulässigen Pegelbereichs fällt, indem es entweder zu hoch oder zu niedrig ist, oder indem es eine größere Gesamtänderung je Zeiteinheit aufweist, als zulässig ist.

Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme besteht daher ein Bedürfnis nach einer Möglichkeit, feststellen zu können, wann eine gegebene Reaktion linear ist, und das Differentialbzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal einer derartigen Reaktion nur dann zu messen und wiederzugeben, wenn das Signal konstant ist. Es besteht auch ein Bedürfnis nach einer Möglichkeit, feststellen zu können, wann falsche Signale in dem zu analysierenden Signal auftreten, derart, daß nur brauchbare Signale angezeigt bzw. wiedergegeben werden.

Die Erfindung betrifft somit ein auf die Änderungsgeschwindigkeit eines Parameters einer zu analysierenden Reaktionsgemischprobe ansprechendes Analysesystem, mit einer elektrischen Differenzierschaltung, welcher ein den jeweiligen Wert des betreffenden Parameters in der zu analysierenden Probe wiedergebendes elektrisches Signal zugeführt wird und weiche in Abhängigkeit hiervon ein dem Differential bzw. der Änderungsgeschwindigkeit des Parameters entsprechendes elektrisches Differential- bzw. Anderungsgeschwindigkeitssignal erzeugt, sowie mit einer der elektrischen Differenzierschaltung zuge-

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ordneten Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung zur wahlweisen Anzeige bzw. Wiedergabe eines dem Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignal proportionalen Wertes·

(Fortsetzung Seite 5)

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Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Systems der vorstehend genannten Art zugrunde, bei welchem die Anzeige falscher Signale, die auf unzulässigen, außerhalb des empirisch als brauchbar bestimmten Bereichs der Parameter-Hnderungsgeschwindlgkeit beruhen, zuverlässig vermieden werden.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich ein System der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung durch eine auf das Probensignal ansprechende Berelchsüberschreitungs-Naehweisschaltung zur Feststellung für die Analyseswecke unbrauchbarer unzulässiger Werte fies überwachten Probenparameters, sowie durch eine auf die Bereichsüberschreitungs-Überwachungsschaltung ansprechende Bereichstiberschreitungs-Logikschaltung, welche beim Auftreten eines für die Analysezwecke unbrauchbaren unzulässigen Probensignals ein Leertaet- bzw. Löschsignal zur Sperrung der Anzeige bzw. Wiedergabe erzeugt.

Im einzelnen weist das erfindungsgem&ße System eine Probenzelle und eine Detektorvorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Zellen- od€*r Profoensign&ls auf _f das proportional einem Parameter einer ir der Probenzelle reagierenden Substanz ist. Des weiteren ist eine elektrische Differenziervorrichtung zur Differentiation des Probensignal« zur Erzeugung eines Differential- bzw. Änderungageschwinöigkeitssignals vorgesehen, sowie Vorrichtungen zur Messung und Anzeige bzw. Wiedergabe dieses Änäerungsiregchwlnd.-iqkeitssignals. Es ist eine Konstant-Jinderungsgeschwindigkeits-Anzeigeschaltung vorgesehen mit elektrischen Vorrichtungen zur Aufnahme der Ableitung des Xnderungsgeschwindigke.Ltssignals sowie mit einer Komparatorvorrichtung zur Feststellung, wann die Ableitung des Xnderungsgeschwlndigkeitssignals sich innerhalb einer vorgegebenen Schwelle dem Wert Null annähert. Die Ausgangsgröße der Konstant-Xnderungsgeschwindigkelts-

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Anzeigeschaltung wird einer Logikschaltung zugeführt, welche in Abhängigkeit hiervon einen Meß- und Anzeigezyklus vorgegebener Dauer auslöst und steuert. Erfindungsgemäß ist eine Bereichsüberschreitungs-Anzeigeschaltung vorgesehen, welcher das zu analysierende Signal sowie auch das Snderungsgeschwindigkeitssignal zugeführt wird und welche Ausgangsgrößen erzeugt, sobald .das zu analysierende Signal für die Analyse nicht mehr brauchbare, unzulässige Eigenschaften und Werte zeigt. Die Ausgangsgröße der Bereichstiberschreitungs-Nachwefeschaltung wird einer Bereiehsüberschreitungs-Logikschaltung zugeführt, die in Abhängigkeit hiervon ein Bereichsüberschreitungssignal und ein Leertast-Löschsignal erzeugt, welche geeigneten Eingängen einer Datenakkmtmlatorregistervorrichtung und der Anzeigevorrichtung des Systems zugeführt werden, um die Anzeige bzw. Wiedergabe falscher Signale zu verhindern.

Indem erfindungsgemSß eine Besreichsöbtirschreitungs-Nachweisschaltung zur Feststellung falscher Signale und hierauf ansprechende Vorrichtungen zur Unterbrechung der Wiedergabe vorgesehen sind, wird die Anzeige falscher, auf unzulässigen Werten des Probensignals bzw. des Änderunqsgeschwindigkeitsslgnals beruhender Signale zuverlässig....vermieden.

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Zm folgenden werden AusfUhrungebeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Teiles eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 das Blockschaltbild eines anderen Teiles des bevorzugten Ausfuhrungsbeispiels aus Fig. 1,

Fig. 3 mehrere enraphische Darstellungen zur Veranschaulichung verschiedener Wellenformen, wie sie für bestimmte Enzymreaktionen in der Probenzelle des beschriebenen bevorzuqten Ausführungsbeispiels der Erfindung auftreten können»

Fig. 4 eine Tabelle, in welcher ein Satz von Signalgrenzen zusammengestellt ist, wie sie bei der Differentialbzw· Anderungsgeschwindigkeitsanalyse von Enzymreaktionen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erflndungsgemäßen Systems verwendet werden·

Die nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausf Uhrungsform der Erfindung weist ein speziell zur überwachung von Enzymreaktionen zur Bestimmung der Enzymaktivität ausgebildetes Differentialbzw. Anderungsgeschwindlgkelts-Analyseinstrumentsystem auf. Im besonderen ist die bevorzugte Ausführungsform zur Messung eines elektrischen Signals und zur Durchführung einer Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitsanalyse auf der Grundlage dieses elektrischen Signals ausgebildet, das proportional der Lichtabsorption einer Enzymreaktion in einer Probenselle als Anzeige für die Aktivität ^von Enzymen, und zwar insbesondere der Enzyme LDH, SGOT, SGPT, HBDR, CPH und AP ist. Es sei jedoch betont, daß die nachstehend beschriebene bevorzugte Aueführungsform in. dieser Hinsicht nur Beispielscharakter besitzt

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und daß die Erfindung nicht auf die Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitsanalyse dieser Enzyme oder Überhaupt auf die Differentialanalyse von Enzymen allgemein beschränkt ist. Vielmehr eignet sich die Erfindung zur Anwendung bei jedem Differential- bsw_o Knderungsgeschwlndiqkeits-Analysesystem, bei welchem die Feststellung, wann ein Änderungsgeschwindigkeits- oder Differentialsignal konstant wird, von Nutzen ist. Ein derartiges System braucht nicht notwendigerweise Vorrichtungen zur Messung von Lichtabsorbtionen aufzuweisen. Vielmehr kann in Verbindung mit der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung jede beliebige andere Fühlbzv. Meßvorrichtung verwendet werden, die ein zu analysierendes elektrisches Signal erzeugt»

In Fig. 3 ist eine Anzahl von Wellenformen veranschaulicht, welche das Verständnis der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erleichtern. Die graphischen Darstellungen A, C und E betreffen eine Reaktion, bei welcher ein Enzym, wie beispielsweise das Enzym LPH, eine Rolle spielt, und zeigen die überwachung Über eine vorgegebene Reaktionsdauer wie angedeutet. Im einzelnen veranschaulicht die graphische Darstellung A das Absorptionssignal in mV in Abhängigkeit von der Reaktionsdauer. Wie ersichtlich, ist das Absorptionssignal ein elektrisches Analogsignal, das vom Beginn der Reaktion an linear ansteigt und Über die gesamte beobachtete oder überwachte Reaktionsdauer hin linear bleibt. Weiter ist ersichtlich, daß das Absorptionssignal am Ende der Überwachungsdauer einen bestimmten mV-Pegel erreicht, wobei das Signal während der Überwachungsdauer eine Gesamtänderung ΔΑ erfährt, wie in der graphischen Darstellung A angedeutet.

Die graphische Darstellung C veranschaulicht die erste Ableitung des Absorptionssignals, d.h. das Differential- oder Jinderungsgeschwindigkeitssignal für eine entsprechende Zeitdauer

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der gleichen Reaktion. Wie ersichtlich, weist das Änderungsbzw. Differentialsignal eine vorübergehende Instabilität am Beginn der Reaktion infolge von Mischungs-Schwankungen auf und sinkt dann auf einen konstanten Pegel ab. Dieses Verhalten ist zu erwarten, da das Absorptionssignal linear ist.

Die graphische Darstellung Ξ veranschaulicht die Ableitung des Differential- oder Xnderungsgeschwindigkeitssignals, d.h. die zweite Ableitung des Absorptionssignals_o Wie ersichtlich, fällt diese Ableitung des Differentialsignals, nach der vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reaktion, gegen Null ab, wobei sie bald nach der als "Verzögerung" bezeichneten Zeitlinie einen Schwellwert unterschreitet. Auch dieses Verhalten steht wiederum zu erwarten, da, wenn das Differentialoder Änderungsgeschwindigkeitssignal konstant ist, die Ableitung dieses Differentialsignals Null ist.

Xn den graphischen Darstellungen B, D und F sind die charakteristischen Eigenschaften einer CPK-Reaktion veranschaulicht. Xn der graphischen Darstellung B 1st das von der Reaktion abgeleitete Absorptionssignal voll ausgezogen dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Signalverlauf während einer erheblichen Zeitdauer nach dem Beginn der Reaktion konstant oder nahezu konstant und beginnt sodann während eines mittleren Bereichs des Reaktionsverlaufes zuzunehmen, bevor er sich in einer linearen Phase stabilisiert.

Das entsprechende Differential- oder Anderungsgeschwindigkeitssignal ist in der graphischen Darstellung D veranschaulicht; man ersieht, daß, nach der vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reaktio , das Differential- oder Änderungsgesohwindigkeitssignal erhsbllch unter seinen späteren endgültigen

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Wert absinkt und sodann auf einen höheren konstanten Wert der Xnderungsgeschwindigkelt wahrend des linearen Bereichs der Reaktion ansteigt.

In ahnlicher Weise beginnt, wie aus der graphischen Darstellung F ersichtlich) _r die Abi«situng des Differential- oder Xnderungsgeschwindlgkeitssignals mit einer vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reaktion, nimmt sodann auf Null ab, worauf sie beträchtlich Über den Schwellwert ansteigt, bevor sie schließlich auf Null zurückkehrt, sobald das Differential- oder Änderungsgesehwindigkeitssignal konstant wird.

Die Änderungen, welche die in den graphischen Darstellungen der Fig. 3 veranschaulichten charakteristischen Wellenformen zeigen, werden erfindungsgeinäß zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgenutzt, um Differential- bzw. Anderungsgeschwindigkeitssignale, welche von abnormen Reaktionstypen abgeleitet, sind oder solchen Reaktionstypen entsprechen, zu identifizieren und von der Aufzeichnung bzw. Wiedergabe auszuschließen.

So stellt beispielsweise in der graphischen Darstellung Ά die mit Aj₁J_21x bezeichnete gestrichelte Linie das maximal zulassige Absorptionssignal einer normalen Reaktion dar, während der mit der geschwungenen Klammer umfaßte und mit äAtj-h _t bezeichnete Teil der Kurve die maximal zulässige Änderung des Absorptionssignals Innerhalb der überwachten Reaktionszeit wiedergibt. Falls der Verlauf der Reaktionskurve während der Überwachten Zeitdauer aus einer dieser Grenzen herausfällt, so wird das entsprechende Differential- odar Xnderungsgeschwindigkeitsslgnal nicht wiedergegeben. Außerdem kann die in der graphischen Darstellung A betrachtete Reaktionskennlinie einen zulässigen Wert der Änderung je Zeiteinheit

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was ebenfalls festgestellt/und gemäß der bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung dazu dient, die Wiedergabe des Differentialsignals zu verhindern.

Entsprechend kann die in der graphischen Darstellung B wiedergegebene CPK-Reaktionskurve zu einem Absorptionssignal führen, das über die überwachte Reaktionsdauer hin einen unzulässig hohen Pegel annimmt. Ferner kann das CPK-Signal einen unzulässigen Wert der Änderung je Zeiteinheit zeigen. Falls einer dieser Zustände auftritt, werden sie erfindungsgemäß festgestellt und dazu ausgenutzt, die Wiedergabe des Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals zu verhindern.

Die in Fig. 3 veranschaulichten Kurvenverläufe sind exemplarisch für die allgemeinen charakteristischen Verläufe von Reaktionen mit den Enzymen LDH und CPH sowie mit den anderen, weiter oben genannten Enzymen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bestimmte andere Enzyme unterschiedliche charakteristische Eigenschaften und Verläufe zeigen können. Beispielsweise nimmt für bestimmte Enzyme das Absorptions signal mit einer linearen Geschwindigkeit ab statt zu. Ferner können andere Enzyme in der "Verzögerungsphase" (lag phase) einen nach unten gerichteten Verlauf der Signale sowie auch einer Verlangsamungsphase entsprechende Signale aufweisen.

Außerdem zeigen die normalen Kennlinienverläufe der verschiedenen in Verbindung mit der bevorzugten Ausführangsform behandelten Enzyme nicht sämtlich die gleichen Reaktionsgeschwindigkeiten. Dementsprechend wurden die zulässigen Grenzen oder Kennwerte einer normalen Reaktion für jede der sechs oben genannten Enzyme nach empirischen und anderen Verfahren bestimmt. Fig. 4 veranschaulicht die zulässigen Werte

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für die Parameter, wie sie bei der bevorzugten Ausftihrungsform der Erfindung zur Identifikation der von abnormen Reaktionen stammenden Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignale und zum Ausschluß dieser Signale von der Wiedergabe verwendet werden. Die Art und Weise, in welcher dies erfolgt, wird nachfolgend im einzelnen anhand der Schaltung der bevorzugten Ausftihrungsform der Erfindung erläutert. Es sei jedoch betont, daB das System nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit anderen als den genannten Enzymen verwendet werden kann und daß es sich auch zur Verwendung in Verbindung mit Differential- bzw. Knderungsgeschwindigkeitsanalysen eignet, die sich auf nicht enzymische Reaktionen beziehen·

Im folgenden wird nun anhand der Figuren 1 und 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analysesystems beschrieben. Dieses System weist einen Analysator 10 mit eher Probenselle 12 zur Aufnahme einer Probe einer die zu analysierenden Enzyme enthaltenden reaktiven Lösung auf. Des weiteren weist der Analysator eine monochromatische Lichtquelle 14 zur Erzeugung eines die Probenzelle durchsetzenden Lichtbündels, sowie eine. Photomultiplierröhre oder eine anderweitige Detektoranordnung 16 zur Messung des durch die Zelle hindurchgehenden Lichts auf. Diese Teile dienen als Beispiel für ein Einstrahl-Absorptionsanalysegerät herkömmlicher Art. Es sei jedoch betont, daß selbstverständlich auch ein Zweistrahlsystem verwendet werden könnte, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Der Analysator umfaßt ferner einen Vorverstärker 18, welchem die Ausgangsgröße der Photomultiplierröhre zugeführt wird, sowie einen logarithmischen Verstärker 20, dem die Ausgangsgröße des Vorverstärkers 18 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Analysators tritt an der Ausgangsklemme 31 auf und stellt ein elektrisches Signal dar, das proportional der Lichtabsorption der Probe ist. Es wird

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ein logarithmisch«« Signal verwendet, da das Ausgangeeignal des Photomultipliers der Lichtdurchlässigkeit der Prob· entspricht und das Absorptionsvermögen mit dem Logarithmus des Durchlaßvermögens in Beziehung steht. Das an der Ausgangsklemme 31 auftretende resultierende Signal besitzt alle Eigenschaften des Lichtabsorptionsvermögens der Probe, einschließlich der linearen Änderung mit der Zeit für in der Zelle 12 ablaufende einfache chemische Reaktionen erster Ordnung.

Das erfindungsgemäße System weist ferner eine Differenzierschaltung 34 auf, welche das von dem Analysator zugeführte Absorptionssignal differenziert. Die Ausgangsgröße der Differenzierschaltung 34 besitzt entweder positive oder negative Polarität. Daher ist ein Gleichrichter 35 vorgesehen, welcher das ihm zugeführte bipolare Differentialsignal gleichrichtet. Die Differenzierschaltung und der Gleichrichter sind herkömmliche Schaltungen. Die Ausgangsgröße des Gleichrichters 35 wird einem Anschluß 36 zugeführt und stellt ein Differential- oder Xnderungsgeschwindigkeltssignal dar, das proportional der zeitlichen Änderungsgeachwindigkeit der Lichtabsorption der Probe 1st. Dieses Differential- oder Änderungsgeschwindigkeitsslgnal wird über eine Leitung 37 der zugeordneten Schaltung nach Fig. 2 zugeführt, die weiter unten noch beschrieben wird.

Zn Flg. 6 ist auch eine Schaltung zum Nachweis einer konstanten Xnderungsgeschwindigkeit "Konstantänderungsgeschwindigkeits-Nachwelsschaltung" dargestellt. Diese weist eine Differenzierschaltung 60 auf, welcher das Differential- oder Xnderungsgeschwindigkeitssignal von der Anschlußklemme 36 über eine Leitung 38 zugeführt wird. Die Differenzierschaltung 60 ist herkömmlicher Art und erzeugt eine Ausgangsgröße, welche die Ableitung des Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeits-

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signals wiedergibt, d.h. die zweite Ableitung des Absorptionssignals·

Des weiteren ist eine Beruhigungezeit-Steuerschaltung 86 vorgesehen, welcher aus einer (nicht dargestellten) Programmier" vorrichtung des Geräts ein Enzym-Schalter-Eingangssignal über eine Leitung 84 zugeführt wird. Dieses Enzym-Schaltsignal ist vorzugsweise ein digitaler Spannungspegel mit einer vorgegebenen Amplitude und steht in Beziehung zu einem bestimmten vorgewählten Enzym. In Abhängigkeit von diesem Enzym-Schaltersignal erzeugt die Beruhigungszeit-Steuerschaltung eine Ausgangsgröße, die über eine Leitung 88 der Differenzierschaltung 60 zugeführt wird. Dieses Beruhigungszeit-Ausgangssignal steuert die"Abfallzeit¹¹ der Differenzierschaltung zur Bestimmung der Geschwindigkeit, mit welcher die Ableitungsoder DifferentialausgangsgröSe sich ihrem endgültigen Wert annähert. Es ist notwendig, diese Abfallzelt der Schaltung um unterschiedliche Beträge kurzzeitig zu verzögern, um den Reaktionen je nach den verschiedenen daran beteiligten Enzymen eine vorgegebene Beruhigungezelt zur Erreichung eines stabilen Reaktionszustandes zu gewähren. So benötigen beispielsweise von den in Fig. 4 aufgeführten Enzymen das Enzym LDH eine kurze. Beruhigungs zeit, die Enzyme S60T und SGPT mittlere Beruhigungszeiten. Das Enasyeschaltsignal wird ferner auch direkt über eine Leitung 85 logischen Schaltungen in Fig. zugeführt.

Die Ausgangsgröße der Differenzierschaltung 60 wird einem Gleichrichter zugeführt und in diesem das Ableitungssignal gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Ableitsignal wird zur Ausfilterung sämtlicher Frequenzkomponenten bis auf die niederfrequenten Komponenten einem Tiefpaßfilter 64 zugeführt.

Des weiteren 1st ein herkömmlicher Komparator 66 mit negativen

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und positiven Einganaskleiranen vorgesehen. Der Ausgang des Filters 64 ist «it dem negativen Eingang des Komparator* verbunden. An seinem positiven oder Bezugseingang wird dem Komparator «in von dem Anschluß 36 abgeleitetes Signal zugeführt, dessen fttraq durch die Impedanz eines Eingangswiderstands 67 bestimmt wird. Der Komparator 66 weist ferner auch ein den positiven oder Bezugseingang zugeordnetes Inneres Bexugssignal, beispielsweise die Ausgangsgröße einer Zener-Diode auf. In dem Komparator 66 wird öle Ausgangsgröße des Tiefpaßfilters 64 mit einer Bezugs- oder Schwellspannung verglichen, welche die Summe der Zener-Spannung und der Eingangsspannung von dem Widerstand 67 ist. Der Komparator erzeugt eine hohe Ausgangsgröße, wenn das der zweiten Ableitung entsprechende Eingangssignal kleiner oder gleich dem durch den Bexugseingang definierten Schwellwert ist. Falls das die zweite Ableitung darstellende Signal größer als der Bezugswert ist« erzeugt der Komparator eine niedrige Ausgangsgröße. Der Schwellwert 1st in den graphischen Darstellungen E und F in Fig. 3 wiedergegeben; wie ersichtlich liegt der Schwellwert geringfügig über Null. Es sei darauf hingewiesen, daß der Schwellwert sich etwas ändern kann infolge der veränderlichen Xndenmgsgeschwlndigkeitssignale für die verschiedenen Enzyme, wie sie Über den Eingangswidsrstand 67 zugeführt werden. Die Ausgangsgröße des !Comparators 66 wird als ein Endpunktsignal bezeichnet und Ober eine Leitung 68 einer in Flg. 2 dargestellten Konstant-Xnderuagsgeschwlndlgkeits-Logikechaltung zugeführt, wie weiter unten noch erläutert wird.

Zn Fig. 1 1st auch eine Schaltung zum Nachweis bzw. zur Feststellung einer Bereichsüberschreiti:ng ("Berelchsüberschreitungs-Nachweisschaltung") ("overriinge detection circuit¹¹) veranschaulicht, die durch ein "Start-Lese"-Signal betätigt wird. Das "Start-Lese"-Signal wird über eine Leitung 71, eben-

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falls von der Programmiervorrichtung des Instruments zugeführt. 01· Leitun? 71 ist mit dem einen Eingang eines Steuer-Flip-Flops 74 verbunden, dem ferner auch von der Frogrammiervorrichtung in einem geeigneten Intervall über eine Leitung 72 ein Zeitgebersignal ("clock Set Signal") zugeführt wird. Das Flip-Flop erzeugt beim Anliegen großer Zeitgeber- und Start-Lese-Signale eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel. Das Start-Lese-Signal wird auch über eine Leitimg 76 einer Zeitverzögerungssehaltung 78 zugeführt. Die Zeitverzögerungsschalter*? 78 bewirkt eine Verzögerung dee ihr zugeführten Start-Lese-Signals und erzeugt als Ausgangsgröße ein Zeitverzögerungs-. signal auf einer Leitung 80, die schließlich mit einer Konstantänderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung und einer Bereiehsüberschreitungs-Logikschaltung in Fig. 2 verbunden ist.

Die Bereichsüberschreitungs-Nachweissehaltung weist ferner eine Probennahme- und Halteschaltung 110 auf, welcher das Absorptionssignal von der Anschlußklemme 31 über eine Leitung 103 zugeführt wird. Die Schaltung HO erhält ferner auch über die Leitung 75 ein Steuersignal von dem Flip-Flop 74. Die Probennahme- und Halteschaltung ist herkömmlicher Art und erzeugt, in einem vorgegebenen, durch innere Zeitverzögerung bewirkten Zeitabstand nach der Zufuhr des Steuersignals vom flip-Flop 74, ein Ausgangssignal, dessen Amplitude mit der Amplitude des vom Anschluß 31 zugeführten Eingangssignals übereinstimmt. Die Ausgangsgröße der Probennahme- und Halteschaltung wird als die eine Eingangsgröße einem Differentialverstärker 112 zugeführt. An seinem anderen Eingang erhält der Differentialverstärker über Leitungen 103 und 105 das Absorptionssignal von der Anschlußklemme 31 direkt. Somit erzeugt der Differentialverstärker ein Ausgangssignal auf einer Leitung 115, das proportional der gesamten Änderung des Pegels des Absorptionssignals während der durch die

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innere Verzögerung der Schaltung 110 definierten Periode ist· Gemäß der bevorzugten Ausführung»form der Erfindung ist die innere Zeitverzögerung der Schaltung 110 aus Gründen, die weiter unten noch erläutert werden/ auf einen Wert von etwas weniger als 13 Sekunden eingestellt.

Ober eine Leitung 82 wird aus der Proqxanuniervorrichtung ferner auch ein "one-shot"-Signal zugeführt und letztlich der Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung und der Bereichsüberschreitungs-Logikschaltung für weiter unten noch zu erläuternde Zeitgeber- und Steuerzwecke zugeführt.

Zn Fig· I sind ferner mehrere herkömmliche Komparatorschaltungen 91, 92, 94 und 95 dargestellt. Diese Komparatoren sind herkömmlicher Art» sie können ein positives und ein negatives Eingangssignal zugeführt erhalten und erzeugen nur für geeignete Amplituden der Eingangssignale eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel. Der Komparator 91 erhält ein Differential- oder Änderungsgeschwindigkeits-Eingangssignal vom Anschluß 36 über die Leitung 101· Außerdem erhält der Komparator an seinem negativen Eingang eine Vollskala-Eingangsspannung von einer (nicht dargestellten) einstellbaren Spannungsquell·· Diese Vollausschlagsgröße ist so gewählt, daß sie den vollen Skalenausschlag einer in Fig. 2 enthaltenen Wiedergabeschaltung darstellt. Eine Ausgangsgröße hohen Pegels von dem Komparator 91 wird als ü-AUS~Signal bezeichnet und über eine Leitung 96 den Logikschaltungen von Fig. 2 zugeführt. Eine 10 Volt-Eingangsspannung am Bezugseingang des Komparators 91 stellt einen vollen Skalenausschlag von 2000 mlU für das Knderungsgeschwindigkeitssignal dar.

Die Komparatoren 92 und 94 erhalten jeweils über die Leitungen 103, 105 und 107 das Absorptionssignal vom Anschluß 31

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zugeführt. Außerdem erhält der Komparator 92 an seinem anderen Eingang eine veränderliche Eingangsspannung A_n^_n* Dieses A_n- -Signal stellt annähernd einen Mindestpegel (in mV) für ein noch zulässiges Absorptionssignal von einem Enzym mit einem abfallenden Verlauf des Absorptionssignals dar· Derartige abfallende Verläufe zeigen die Enzyme SGOT, SGPT und HBDH, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, in welcher die jeweiligen vergleichbaren ^A _mi_n"*^{Werte für} diese Enzyme angegeben sind. Der Komparator 92 erzeugt auf der Leitung 97 eine Ausgangsgröße mit großem Pegel, sobald das Absorptions-Eingangssignal des !Comparators einen Wert gleich oder kleiner der A_. -Eingangsgröße erreicht. Zu allen anderen Zeiten besitzt die Ausgangsgröße des !Comparators 92 einen niedrigen Pegel.

Demgegenüber wird dem Komparator 94 an seinem negativen Eingang eine veränderliche Bezugseingangsspannung A_max zugeführt, welche annähernd dem maximal zulässigen Pegel (in mV) eines zulässigen Absorptionssignals von einem Enzym mit ansteigender Charakteristik entspricht. Derartige ansteigende Verläufe treten für Reaktionen mit den Enzymen LDH, CPK und AP auf, wie wiederum aus der Tabelle in Fig. 4 ersichtlich, in weicher die entsprechenden vergleichbaren ^Ä _ma5e~^{Werte ft}*^r diese Enzyme angegeben sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Komparator 94 dann und nur dann eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel erzeugt, wenn das Absorptionssignal gleich oder größer als die A_ -Eingangsgröße ist. Zu allen sonstigen Zeiten besitzt der Komparator eine Ausgangsgröße mit niedrigem Pegel. Die Ausgangsgröße des Komparators 94 wird über eine Leitung 98 den Logikschaltungen in Fig. 2 zugeführt.

Der Komparator 95 erhält die Ausgangsgröße des Verstärkers als eine Probeneingangsgröße zugeführt. Dem Bezugs- oder positiven Eingang des Komparators 95 wird ein ^X4_m4 4.~^si9^na3· zuge-

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führt, das die Gesamtänderung (In mV) eines noch zulässigen Absorptionssignals gleichgültig ob mit abfallendem oder ansteigendem Verlauf darstellt* Der Wert von ΔΑ. .^_t ist für die Enzyme SGPT, SGOT und HBDH auf 0,65 festgesetzt; für die Enzyme I#DH, CPH und AP ist der AAiI_1n*t~^{Wert auf} *»³ ' festgesetzt, wie aus der Tabelle gemHß Fig, 4 ersichtlich . Die Anordnung ist so getroffen, daß der Komparator 95 dann und nur dann eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel erzeugt, wenn die tatsächliche Knderung der Absorption die durch den Wert von AA., .44. wiedercregebene Bezugs- oder maximal zulässige Knderung übersteigt. Die Ausgangsgröße des Komparators 95 wird über eine Leitung 99 den Logikschaltungen in Fig. 2 zugeführt. Im beschriebenen AusfUhrungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, daß zwischen den Bezugseingangsspannungen der Komparatoren und den A . -, ^A _raax~ ^³¹^ ^iimit"* Werten die Beziehung 5 V » 2 A besteht.

Im folgenden werden nun die Schaltungsteile in Fig. 2 beschrieben. Das Differential- oder Xnderungsgeschwindigkeitssignal wird von der Anschlußklemme 36 über die Leitung 37 dem Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers 40 zugeführt. Der Analog-Digital-Umsetzer 40 ist herkömmlicher Art und erzeugt nach Maßgabe des ihm zugeführten Differential-.bzw. ftnderungsgeschwindigkeitssignals eine entsprechende Digitalimpuls-Ausgangsgröße. Der Umsetzer weist einen ihn steuernden inneren Zeitgeber 43 auf, welcher die Digitalausgangsimpulse während eines vorgegebenen Meßzyklus von 13 Sekunden durchläßt und danach die Ausgangsimpulse unterbricht. Der Zeitgeber wird durch ein GO-Signal in Gang gesetzt, das von der Konstant-Xnderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung 42 in weiter unten noch erläuterter Weise zugeführt wird. Am Ende des Meßzyklus von 13 Sekunden erzeugt der Zeitgeber ein END-Signal, das der Logikschaltung 42 zugeführt wird. Die Logikschaltung erzeugt in Abhängigkeit von dem END-Impuls ein SET-Signal zur

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Rückstellung des Zeitgebers· Eine Meßzyklusdauer von 13 Sekunden hat sich als geeignete Periode zur Mittelwertbildung des Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals für die in der Anmeldung beschriebenen Enzymreaktionen ergeben. Indem man die Ausgangsgröße des Umsetzers über einen gegebenen MeBzyklus hin mittelt, werden Schwankungen der Ausgangsgröße infolge von Rauschen und anderen Paktoren weitgehend verringert. Es sei betont, daß in Verbindung mit der beschriebenen Schaltung auch andere Meßzyklusdauern verwendet werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Die Ausgangsimpulse des Analog-Digital-Umsetzers 40 werden einem Akkumulatorregister 45 zugeführt. Der Akkumulator 45 erhält ferner jeweils zu Beginn eines Meßzyklus einen Löschimpuls ("CLEAR") vom Zeitgeber 43 sowie am Ende jedes Meßzyklus einen Stellimouls ("SET") von der Schaltung 42 zugeführt»

Die Digital-Ausgangsgröße des Analog-Digital-Umsetzer wird einem Akkumulator 45 zugeführt, der. mehrere zur Sammlung bzw. Speicherung der Ausgangsimpulse dienende Register aufweist. Der Akkumulator ist von herkömmlicher Art und erzeugt binär codierte Ausgangsgrößen an mehreren BCD-Ausgangsklemmen. Die binär codierten Dezintal-Ausgangssignale werden in Abhängigkeit von dem Stellimpuls ("SET") einer Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zugeführt. Die Anzeige weist vorzugsweise eine Leuchtziffern-Anzeigevorrichtung mit mehreren

auf
Sieben-Segment- Aus leseröhr en<f wobei jede Röhre von einem verschiedenen BCD-Ausgangssignal beaufschlagt wird. Es sei jedoch betont, daß auch andere Anzeige- bzw. Wiedergabearten Anwendung finden könnten oder die Wiedergabe des Differentialbzw. ftnderungsgeschwindlgkeits-Ausgangssignals gegebenenfalls auch mittels einer Druckers oder mit einer Registriervorrichtung erfolgen kann. ,

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Der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 können Löschsignale von einer BereichsOberschreitungs-Logikschaltung 5O zugeführt werden, wodurch die Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung unwirksam gemacht wird. Außerdem leuchtet beim Auftreten eines Löschsignals eine Bereichsüberschreitungs-Anzelgeleuchte 52 an der Anzeigevorrichtung auf,

Die Konstant-Ändsrungsgeschwindigkeits-Logikschaltung 42 weist ein UND-Gatter 161 roit drei EixigSngen auf, welchem an einem Eingang über die Leitung 68 das END-Signal und an einem anderen Eingang über eine Leitung 80 als Aktivierungs- oder Freigabesignal das Zeitverzögerungss.lgnal zugeführt werden. Außerdem wird dem UND-Gatter 161 an seinem weiteren Eingang über die Leitung 82 das "One-Shot"-Signal zugeführt. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 161 wird über eine Leitung 164 dem einen Eingang eines UND-Gatters 171 mit zwei Eingängen zugeführt. Als andere Eingangsgröße wird dem UND-Gatter 171 über eine Leitung 173 das END-Signal vom Zeitgeber 43 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Gatters 171 stellt das Stell-Signal ("SET") dar, das über eine Leitung 174 dem Zeitgeber 43 und über die Leitungen 174, 176 dem Akkumulatorregister 45 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 161 stellt das GO-Signal dar, das über eine Leitung 178 dem Zeltgeber 43 zugeführt wird. Das Freimach-Löschsignal ("CLEAR") wird dem Akkumulator 45 vom Zeitgeber 43 über eine Leitung 180 zugeführt. Die Anordnung ist jeweils so getroffen, daß sämtliche UND-Gatter jeweils nur beim Anliegen von Eingangssignalen mit hohen Pegeln Ausgangsgrößen mit hohen Pegeln erzeugen.

Die Bereichsüberschreitungs-Logikschaltung 50 weist ein. ODER-Gatter 201 mit drei Eingängen auf, dem als erstes Eingangssignal über eine Leitung 96 das U-AUS-Signal vom Komparator 91 zugeführt wird. Als zweite Eingangsgröße erhält das Gatter

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201 über eine Leitung 99 das ÄA-^^-Signal vom Ausgang des Konparators 95· Die dritte Eingangsgröße für das Gatter 201 ist ein Über eine Leitung 209 zugeführtes signal von einem UND-Gatter 210 mit zwei Eingängen oder einem UND-Gatter 211 mit zwei Eingängen. Das Gatter 211 erhält das A . -Signal vom Romparator 92 Über eine Leitung 97 zugeführt» Das Gatter 210 erhält das A -Signal vom Komparator 94 über eine Leitung 98, Eine Freigabe- oder Aktivierungsschaltung für die beiden Gatter 210,211 weist zwei invertierende Verstärker 214,220 auf. Der Inversionsverstärker 214 erhält das Enzym-Wählschalter-Signal über eine Leitung 85 zugeführt und invertiert es. Somit erzeugt ein Enzymwählsignal niedrigen Pegels eine hohe Ausgangsgröße des Verstärkers 214 _f welche das UND-Gatter 211 freigibt bzw. aktiviert. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 214 wird jedoch als Eingangsgröße dem Invars ions verstärker 220 zugeführt und dessen Ausgangsgröße als Freigabe- bzw. Aktivierungseingangsgröße dem UND-Gatter 210. Somit wird ein Enzym-Wähls chalter signal von hohem Pegel durch den Verstärker 214 invertiert und durch den Verstärker 220 nochmals invertiert, wodurch ein Freigabe- bzw. Aktivierungssignal von hohem Pegel dem UND-Gatter 210 zugeführt wird.

Des weiteren ist ein UND-Gatter 230 mit drei Eingängen vorgesehen, das an einem seiner Eingänge Signale von dem ODER-Gatter 201 über eine Leitung 227 und an einem seiner anderen Eingänge Signale über eine Leitung 80 mit dem Zeitverzögerungssignal zugeführt erhält. Das andere Freigabe- oder Aktivierungs-Eingangssignal für das Gatter 230 ist das über die Leitung zugeführte "One-Shot"-Signal. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 230 bildet das Bereichsüberschreitungssignal und wird über eine Leitung 240 dem Akkumulator. 45 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Gatters 230 wird ferner auch als Löschsignal und Bereichsüberschreitungs-Anzeigeleuchtsignal verwendet, die

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Über Leitungen 241 bzw. 242 der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zugeführt werden.

Zm folgenden wird nun die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems beschrieben. Dabei wird davon ausgegangen, daß geeignete . Steuerungen und Steuersignale, die als solche nicht Teil der Erfindung sind, vorgesehen sind, um die Probenzufuhr und/oder die Einführung der Probenzelle zwischen die Lichtquelle und die Photomultipllerröhre in Gang zu setzen und die anderweitigen, zur Ingangsetzung der Probenuntersuchung erforderlichen Programmierungsschritte auszulösen. Nachdem die Probenuntersuchungsvorgänge eingeleitet sind, wird vom logarithmischen Verstärker 20 ein Ausgangssignal geliefert, das ein der Lichtabsorption des Materials in der Probenzelle proportionales Analogsignal darstellt. An diesem elektrischen Signal wird in der Schaltung 34 eine Differentiation vorgenommen; das so erhaltene Differential- bzw. JSnderungsgeschwlndigkeitseignal wird als Ausgangsgröße dem Analog-Digital-Umsetzer 40 zugeführt.

Das erfindungsgemäße System hat die Aufgabe, eineidiesem Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeijbssignal proportionalen numerischen Wert anzuzeigen bzw. wiederzugeben. Zu diesem Zweck wird die Ausgangsgröße des Analog-Digital-Umsetzers dem Akkumulator 45 und danach der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zugeführt. Es soll jedoch nur der Mittelwert eines Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals wiedergegeben werden, der über ein vorgegebenes Meßintervall verhältnismäßig konstant geblieben 1st, da ein konstantes Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignal eine Anzeige dafür darstellt, daß das Absorptionssignal linear ist. Bs wurde festgestellt, daß Messungen, die mit einem linearen Absorptionssignal vorgenommen wurden, vorzuziehen

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sind, da sie eine Anzeige dafür darstellen, daß die zu untersuchende Reaktion eine lineare Reaktionsgeschwindigkeit angenommen hat·

Das elektrische Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignal enthält einige Rauschkomponenten; um eine genaue Nessung des Xnderungsgeschwindigkeitsslgnals zu gewährleisten, ist es erwünscht, das Xnderungsgeschwlndigkeitssignal über ein vorgegebenes Zeitintervall zu mitteln. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Differential- bzw. Änderungsgeschwindlgkeitsslgnal über ein durch den Zeitgeber bestimmtes Meßintervall von 13 Sekunden Dauer hin gemessen oder gemittelt. Falls den anderen in das System eingebauten Begrenzungen genügt ist, werden die von dem Analog-Digital-Umsetzer während des 13-Sekunden-Intervalls dem Akkumulator Eingeführten Daten sodann an die Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 durchgelassen, wo sie numerisch dargestellt werden. Die Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Naehweisschaltung und zugehörigen Logikschaltungen gewährleisten dabei, daß das Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal einen konstante» Wert angenommen hat, bevor der Meßzyklus ausgelöst wurde. Das Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal wird daher der zweiten Ableitungs-bzw, Differenzierschaltung 60 zugeführt, welche eine Differentiation an dem Differential- bzw. Änäerungsgeschwindigkeitssignal vornimmt und eine Ausgangsgröße liefert, die proportional der zweiten Ableitung des Absorptionssignals ist. Der Betrag dieses zweiten Differentialsignals wird als Anzeige dafür überwacht, wann das'erste Disffexential- bzw. Xnderungsgeschwinäigkeitssignal konstant wird, d.h. sobald die erste Ableitung einen konstanten Wert anstimmt, wird das zweite Ableitungssignal Null.

Die Ausgangsgröße des !Comparators 66 besitzt einen niedrigen Wert, bis die Ableitung des Differential- oder Jinderungsge-

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sehwindigkeitssicmalB gleich oder kleiner als die Schwell* oder Besugsspannung wird. Dann ninmt die Ausgangsgröße des Komparator* 66 einen großen Wert an, der dem UND-Gatter 161 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Konparators 66 bleibt solange gro6, als das END-Signal innerhalb des Mull-Schwellwertes bleibt.

Das von der Programmiervorrichtung zugeführte Start-Lese-Signal wird der Zeitverzögerungsschaltung 78 zugeführt. Die Schaltung 78 verzögert das Start-Lese-Signal um eine geeignete bestimmte Zeitdauer und liefert sodann als AusgangsgröBe ein Zeitverzögerungssignal, das als die zweite Eingangsgröße dem UND-Gatter 161 zugeführt wird und dieses aktiviert. Das Xeitverzögerungs-Signal soll verhindern, daß die Konstant-Xnderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung während einer vorgegebenen Seitdauer nach der Ingangsetzung der Reaktion, wie sie durch die Verzögerungslinie in der graphischen Darstellung C in Flg. 3 angedeutet ist, ein positives Ausgangssignal erzeugt.

Das von der Programmiervorrichtung ssuqeführte ^HOne-Shot"-Signal bildet eine weitere Freigabe- odsr Aktivierungselngangsgröße für das UND-Gatter 161. Somit bewirkt das Vorliegen eines Endpunktsignals von hohem Pegel, eines Zeitverzögarungssignale von hohem Pegel und eines One-Shot-Signals von hohem Pegel, daß die Logikschaltung 42 ein GO-Signal von hohem Pegel erzeucrt und dem Zeitgeber 43 zuführt. Das GO-Signal verbleibt solange auf einem hohen Pegel, wie alle drei vorerwähnten Signale auf einem hohen Pegelwert verbleiben. Das GO-Signal leitet den 13-Sekunden-Meßzyklus des Zeitgebers •in, dieser gibt ein Freimach-Löschoignal an den Akkumulator, um samtliche von dem vorhergehenden Meßvorgang in diesem enthaltenen Daten zu löschen. Falls während des 13-Sekunden-Intervalls das GO-Signal am Zeitgeber versehwindet, wird der Meß-

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zyklus unterbrochen. Falls jedoch der Meßzyklus von 13-Sekvmden vollständig bis zu Ende ablSuft, erzeugt der Zeitgeber ein BND-Signal, das den UND-Gatter 171 zuoeführt wird. Da das One-Shot-Signal und das GO-Siqnal beide vorliegen und das Gatter 171 aktivieren» erzeugt dieses das Setz-Signal ("SET") für den. Zeitgeber und für den Akkumulator 45. Dies signalisiert die Beendigung des MeBzyklus und gleichzeitig wird der Zeitgeber rückgestellt. Gleichzeitig werden die im Akkumulator gesammelten Daten von» Akkumulator an die. An zeige- und Wiedergabevorrichtung abgegeben. Aus dem vorstehenden ergibt sich, dae die Konstant-Xnderungsgeschwindigkeits-Nachweisschaltung und zugehörige Lcgikschaltung gewährleistet, dae das Differential- bzw. Xnderungsgeschwlndigkeitsslgnal dann- und nur dann genessen und wiedergegeben wird, wenn es konstant ist.

Zm Falle einer abnormalen Reaktion, welche zu einem Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeit3signal führt, das eine zulässige Änderung je Zeitdauer, d.h. den vollen Skalenwert übersteigt, erzeugt der Komparator 91 das U-AUS-Signal, das den ODER-Gatter 201 der Bereichsüberschreitungs-Logikschaltung zugeführt wird. Das ODER-Gatter 201 erzeugt in Abhängigkeit hiervon eine hohe Ausgangsgröße, welche dem UNDrGatter 23O zugeführt wird. Das Zeitverzögerungssignal und das One-Shot-Signal aktivieren das UND-Gatter 230. Somit nimmt, wenn das U-AUS-Signal zu Irgendeinem Zeitpunkt nach der Zeitverzögerungsperiode auftritt, das UND-Gatter 230 einen hohen Ausgangswert hat, der als Bereichsüberachreifcungssignal dem Akkumulator 45 zugeführt wird, Außerdem wird die Ausgangsgröße des Gatters 23O als Lösch- oder Leertastsignal für die Anzeigevorrichtung 48 zur Löschung der Anzeige sowie als Bereichs-Überschreitungs-Lcuchtsignal zur Beaufschlagung der Anzeigeleuchte 52 an der Anzeigevorrichtung verwendet.

In ähnlicher Weise wird durch das erfindungsgemSße System

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das Auftreten eines Absorptions signals, das die jeweils vorgewählten zulässigen A_,~ oder A -Werte für das jeweilige betreffende Enzym übersteigt, festgestellt und durch das ODER-Gatter 201 durchgelassen, wodurch das Bereichsüberschreltungs-Signal und das Löschsignal an den Akkuaulatorbzw, die Anzeige- und Wiedergabevorrichtung geliefert werden. -

Die Probennahme- und Halteschaltung IiO und der Verstärker 112 dienen zur Erzeugung einer Eingangsgröße für den Koeparator 95, die proportional der gesamten Änderung des Absorptionssignals innerhalb einer durch die eingebauten Zeitverzögerungscharakteristiken der Schaltung 110 bestimmten Zeitperiode 1st. Der jeweils für ein bestiiinmtes EnzyaifÄA-._. .-Wert ·*·*■ wird automatisch durch einen Enzym-

schalter an der Frontplatte vorgewählt und eine entsprechende Spannung am positiven Eingang des Xonparators 95 entsprechend dem vorgewählten ΔΑ-I_1nJ+""*⁷⁶³^ zugeführt. Somit erzeugt der Komparator eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel, wenn die tatsächliche Änderung der Absorption den zulässigen Grenzwert Obersteigt. In diesem Falle wird die hohe Ausgangsgröße des Komparators 95 dem ODER-Gatter 2Ol zugeführt, worauf in der vorstehend erläuterten Weise den Akkumulator bzw. der Wiedergabevorrichtung ein Bereichüberschreitungs- bzw. ein Leer-Tast-Löschsignal zugeführt werden.

Falls keine der Ausgangsgrößen dar Kcmparatoren 91, 92, 94 und 95 während der Meßperiode entsprechende Pegelwerte annehmen, wird der Ausgang des Akkumulators am Ende des Mefizyklus zur Betätigung der Anzeige- bzw» wiedergabevorrichtung 48 zugeführt, wodurch das Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal angezeigt oder wiedergegeben wird.

Die dichtanzeige in der Wiedergabevorrichtung 48 kann eine

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numerische Anzeige proportional dem mV-Pegel des Differentialbzw, ftnderungsgeschwlndigkeitsslgnals sein» Es ist jedoch auch möglich, die Anzeige unmittelbar in den tatsächlichen Konzentrationen der jeweils untersuchten Enzyme oder in der Konzentration anderer Verbindungen, die mit den Enzymen oder anderweitigen Verbindungen reagieren» zu eichen.

Aus der vorliegenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Differential- bzw, Änderjuagsgeschwindigkelts-Analysesystem geschaffen wird, das die Messung des Differentialbzw. Änderungsgesehwindigkeitssignals in einem Zeitpunkt gestattet, wo es konstant ist. Das erfindungsgemäße System ist zuverlässig und gewährleistet einen erheblichen Schutz gegen die Anzeige falscher Signale in einem automatischen System*

Die vorliegende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zeigt ferner, daß durch die Erfindung eine Bereichsüberschreitungs-Nachweisschaltung geschaffen wird, welche die Anzeige von in der genannten Weise durch Bereichsüberschreitungen falschen Signalen verhindert. Das erfindungsgemäße System hat den weiteren Vorteil, daß es zur Verwendung für die Analyse von Reaktionen mit anderen als den oben genannten Enzymen angepaßt werden kann und auch zur Verwendung bei der Differentialbzw. Änderungsgesehwindigkeitsanalyse anderer Arten von elektrischen Signalen, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche

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Claims (5)

14107 Beckinan Instruments Inc. Pullerton, CaI«,, USA Patentansprüche

1. Auf die Xndermigsgesichwindigkeit eines Parameters einer zu analysierenden Reaktionsgemischsprobe ansprechendes Analysesystem, mit einer elektrischen Differenzierschaltung, welcher ein den jeweiligen Wert des betreffenden Parameters in der zu analysierenden Probe wiedergebendes elektrisches Signal zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein dem Differential bzw, der Snderungsgeschwindigkeit des Parameters entsprechendes elektrisches Differential- bzw. finderungsgeschwindigkaitssignal erzeugt, sowie mit einer der elektrischen Differenzierschaltung zugeordneten Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung zur wahlweisen Anzeige bzw. Wiedergabe eines dem Differentialbzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal proportionalen Wertes, gekennzeichnet durch eine auf das Probensignal (31) ansprechende BeiOiehsüberschreitungiJ-NachwQisschaltung sur Peststellung für die Analysezwecke unbrauchbarer unzulässiger We:rf.e de« überwachten Pi-obenparameters, sowie durch eine auf die Bereichsüherschreitungs-überwachungsschaltvaig ansprechende Eereichsüberschreitungs-IiOgikschaltung (501. welche beim Auftreten eines für die Analysezwecke unbrauchbaren unzulässigen Probensignals ein Leer-

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taet- bzw« Löschsignal zur Sperrung der Anzeige bzw. Wiedergabe (48) erzeugt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsübersehreltung3-Nachweisschaltung wenigstens einen ersten, auf das Probensignal (31) ansprechenden Komparator (95) zur Feststellung eines unzulässigen Werts der Gesaretänderung (ÄAj. .*J des Probensignals innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, sowie eins zweite Komparatorschaltung (94 bzw. 92) zum Nachweis eines für Analysezwecke unbrauchbaren^ unzulässigen Pegels des Probensignals aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsüberschreitung-Logikschaltung (5O, Fig. 2) wenigstens ein UND-Gatter (230) aufweist, das durch ein Zeitverzögerungssignal (80) derart aktivierbar ist, daß es die Ausgangsgröße der Logikschaltung (50) nur in einem vorgegebenen Zeitverzögerungsintervall nach der Zufuhr des Probensignals zu dem System durchläßt. .

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsüberschreitung-Logikschaltung (50) eine Schaltung zur Peststellung dafür aufweist, ob die zweite Kc.-nparatorschaltung (94 bzw. 92) auf einen oberha3.b oder unterhalb des anfänglichen Pegels des Probensignals liegenden Probensignalpegel anspricht.

5. System nach einsm oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichaüberschreitungs-Nachweisschaltung einen dritten Komparator (91> aufweist, dem das Differential- bzw» Änderun/rageschwindigkeitssignal zugeführt wird und der anspricht, sobald dieses Signal einen für Analysezwecke unbrauchbaren, unzulässigen Pegel" annimmt. .

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