DE2740952A1

DE2740952A1 - Probenzufuehrung zu automatischen analysatoren

Info

Publication number: DE2740952A1
Application number: DE19772740952
Authority: DE
Inventors: Elo Harald Hansen; Jaromir Ruzicka
Original assignee: BIFOK AB
Current assignee: BIFOK AB
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1978-03-16
Also published as: FR2364445A1; SE414228B; US4177677A; GB1591467A; JPS5336289A; FR2364445B1; DE2740952C2; SE7610110L

Description

HOFFMANN · KITI-.I5 «!fc PARTNER

PAT E N TAN WALTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . D I PL.-I N G. W. E ITLE · D R. R E R. NAT. K. H O F FM AN N ·

DIPL.-ING. K. FOCHSLE ■ DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · D-8000 MO N C H E N 81 · TE LE FO N (089) 911087 ■ TE LEX 05-29619 (PATHE)

Anwaltsakte 29 723

BIFOK AB, SOLLENTUNA / SCHWEDEN

Probenzuführung zu automatischen Analysatoren

-Ansprüche-

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Die Erfindung betrifft automatische Analyseeinrichtungen und insbesondere die Zufuhr von Proben zu denselben.

Der ständig steigende Bedarf nach Analysen auf den medizinischen, landwirtschaftlichen, pharmazeutischen und verschiedenen anderen Gebieten hat in der Entwicklung einer großen Anzahl von ver-

für
schiedenen Apparaten'die automatische Analyse ihren Niederschlag gefunden. Die damit erzielten Vorteile liegen in einer erhöhten Genauigkeit, reduzierten Kosten pro Probe und der größeren Betriebssicherheit der automatischen Einrichtung. Die Hauptentwicklung ist nunmehr darauf gerichtet, derartige Analyse-Apparate zu vereinfachen und ihre Kapazität zu vergrößern.

Die automatischen Analysatoren können in zwei Gruppen eingeteilt werden, nämlich in Chargenanalysatoren und Daueranalysatoren.

Bei Chargenanalysatoren wird jede Prcbe in einen individuellen Behälter gegeben und verbleibt darin während der ganzen Analyse.Der Behälter wird durch den Apparat auf einem bewegbaren Band oder dergleichen transportiert, die Reagenzien werden zu vorbestimmten Zeitpunkten zugefügt und schließlich wird, wenn die Probe die Meßdatenempfangsanlage erreicht, beispielsweise ein Spektrophotometer, Flammeriphotometer oder dergleichen, die Probe in eine Küvette gegeben, in der die Messung durchgeführt wird. Da die individuellen Proben während des ganzen Prozesses vollständig voneinander getrennt sind, kann eine hohe Analysegeschwindigkeit von mehr als 150 Proben pro Stunde ohne Risiko für eine Durchmischung oder eine gegenseitige Verunreinigung der Proben durchgeführt- werden. Die Nachteile derartiger Chargenanalysatoren sind in ihren zusammengesetzten, bewegbaren Teilen zu sehen, die während der Benutzung der

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verschlissen werden, und darin,daß Probleme mit dem Auswaschen oder der Beseitigung der Behälter nach der Benutzung entstehen können. Schließlich ist die Anpassungsfähigkeit schlechter als bei DaueranaIysatoren.

Bei den Daueranalysatoren werden die Proben fortlaufend aus den individuellen Behältern in einen Schlauch oder in ein Rohr abgezogen, in dem die Proben bewegt werden, bis die Analyse beendet ist. Auf diese Weise werden die Proben einer ununterbrochenen Flüssigkeitsströmung ausgesetzt, der dauernd mit bestimmten Strömungsgescnwindigkeiten an vorbestimmten Stellen Reagenzien hinzugefügt werden. Die zubereitete Flüssigkeitsströmung erreicht dann schließlich die Meßzelle, beispielsweise einen Spektrometer, in dem die quantitative Messung durchgeführt und das Ergebnis ständig aufgezeichnet werden. Der Transport der gesamten Flüssigkeiten in derartigen Daueranalysatoren wird durch eine Pumpe gesteuert, die ebenfalls für den Transport der Proben aus dem Analysator Sorge trägt.

Der größte Vorteil der Daueranalysatoren besteht in ihrer Einfachheit und ihrer Anpassungsfähigkeit, die eine einfache Datensteuerung der Flüssigkeitsströmung zuläßt, die beispielsweise für bestimmte verschiedene Analysen aufgeteiIt werden kann. Die Nachteile sind hauptsächlich die potentielle Möglichkeit des Durchmischens und das dadurch bedingte Einbringen von Luftblasen in den Flüssigkeitsstrom , wodurch die ununterbrochene Analyse praktisch möglich gemacht wird; L. T.Skeggs, AM. J. Clin. Pathol., 2£ (1957) Seite

Die Aufgabe des Lufteinschlusses besteht darin, die Strömung in Abschnitte aufzuteilen und ein Durchmischen der Proben in den Leitungen des Daueranalysators zu verhindern, d. h., das Risiko einer Verunreinigung zu verringern. Die Analysegeschwindigkeit erreicht annähernd den Wert von 100 Proben pro Stunde, wenngleich 60 Proben

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die übliche Geschwindigkeit ist. Schnellere Folgen können nur mit Mühe erzielt werden, da ein Stetigkeitszustand für jede individuelle Messung erzielt werden muß.

Bei Untersuchungen der Dauersysteme und der kinetischen Parameter derartiger Systeme wurde herausgefunden, daß alle fallenden und ansteigenden Kurvenäste bei einem vorgegebenen System eine übereinstimmende Gestalt aufweisen. Somit ist es nicht erforderlich, den Stetigkeitszustand zu erzielen, solange wie die Probe dem ununterbrochenen Bewegungsfluß während einer genau festgelegten Zeitdauer hinzugegeben wird. Diese Genauigkeit der Probenzufuhr hat es jedoch unmöglich gemacht, wirtschaftliche Systeme zu schaffen, bei denen eine Probenentnahme durch eine peristaltische Pumpe (Schlauchpumpe) erzielt wird, welche die Proben aus ihren indiviuellen Behältern abzieht und danach schließlich durch das System pumpt, wo den Proben, nach ihrer Aufteilung in Abschnitte durch die Lufteinschlüsse an vorbestimmten Stellen, für die speziellen Analysen Reagenzlösungen zugeführt werden. Die Gründe für die mangelhafte Genauigkeit sind darin zu finden, daß a) Schwierigkeiten bei der genauen Zeiteinstellung für die Bewegung des Probenrohres aus der Probenentnahme-Position in die Wasch-Position auftreten, und der Pegel der flüssigen Probe in allen Probenbehältern übereinstimmen muß, da sonst unterschiedliche Luftmengen und somit unterschiedliche Proben dem Probenentnahmerohr zugeführt werden, daß b) Unregelmäßigkeiten bei der Pumpenwirkung der peristaltischen Pumpe auftreten, die von dem Abstand zwischen den Rollen abhängen, welche die Rohre gegeneinander drücken, wobei diese Unregelmäßigkeiten wie periodische Schwingungen in Erscheinung treten, und daß c) Lufteinschlüsse vorhanden sind, die neben der Aufteilung der Strömung in ABschnitte, ebenfalls aufgrund der Kompressibilität der Luft Schwingungen verursachen.

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Ein neuartiger Analysator, der ohne derartige segmentierende Lufteinschlüsse arbeitet, wird in der US-PS 4 022 575 beschrieben. Dieser Analysator basiert auf einer diskreten Einspritzung sorgfältig bestimmter Probenvolumina in eine ununterbrochene Reagenzienströmung. Diese Einspritzung wird während einer genau bestimmten, kurzen Zeitperiode durchgeführt und erzeugt geometrisch gut ausgeprägte Segmente einer Probenlösung in der Flüssigkeitsströmung, die danach zu der Indikatoreinheit gelangt. Diese Technik hat es ermöglicht, eine Reproduzierbarkeit bei den Messungen, welche besser als plus minus 1% ist und eine Geschwindigkeit bis zu 180 Proben pro Stunde zu erreichen. Außerdem sind nur sehr kleine Probenvolumina erforderlich, nämlich 0,5ml oder weniger, da diese unverzügliche Probenzugabe gut ausgeprägte, eng beieinanderliegende Probensegmente schafft, die zu entsprechend gut erkennbaren Detektorenanzeigen führen.

Es hat sich herausgestellt, daß es für die Probenzugabe vorteilhaft ist, die unverzügliche diskrete Probezugabe durch eine Injektionsspritze durchzuführen, die gleichzeitig als Pipette für eine Messung des Probenvolumens dient. Die Einspritznadel wird zur rechten Zeit durch die Wand eines elastischen Schlauches an einer vorbestimmten Stelle gestochen und die Probe wird in die Trägerströmung, die durch den Schlauch hindurch strömt, eingespritzt. Mechanische Einrichtungen für ein beschleunigtes Einbringen und Einspritzen können auf einfache Weise bewerkstelligt werden, aber erstaunlicher Weise wurde eine manuelle Probenzugabe ermittelt, die sehr zufriedenstellend arbeitet.

Daß ein Bedarf an einer Weiterentwicklung existiert, wird nun- im folgenden aufgezeigt. Die meiste Anwendung fand der automatische Analysator vorher in dem landwirtschaftlichen Bereich. Aber seine zunehmende Verwendung im medizinischen Bereich hat zunehmend den Bedarf nach Analysen von sehr kleinen Probenmengen hervorgerufen.

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Folglich muß ein automatischer Analysator in einem klinischen Laboratorium in der Lage sein, mit Probenvolumina zwischen 200 und 20μ1 zu arbeiten, während dieselbe Reproduzierbarkeit und Genauigkeit wie bei größeren Proben beibehalten werden. Die Analysegeschwindigkeit muß ebenfalls weiter vergrößert werden. Die Erfindung schafft eine derartige verbesserte Probezufuhr. Der Vorteil der manuellen Einspritzung ist ihre Einfachheit, und solange wie eine ausreichende Menge an Probenmaterial exsistiert und eine beschränkte Anzahl von Proben eingespritzt werden sollen, ist das Verfahren vollständig zufriedenstellend. Jedoch sind Einwegspritzen von 1ml weder ausreichend genau für Einspritzungen von Proben von weniger als 200μ1 geeignet noch ist die Verwendung von unter Federspannung stehender Mikrospritzen zufriedenstellend. Gemäß der Erfindung wird nun ein automatisches Probenzugabe-Verfahren geschaffen, bei dem die Probenmenge in einem großen Bereich auf einfache Weise durch Ändern des Volumens der Probeentnahmeleitung geändert werden kann. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind ebenfalls;vorteilhafter Weise bei kommerziellen automatischen Analysatoren verwendbar, die eine in Abschnitte aufgeteilte Strömung aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung näher beschrieben, die eine schematisch dargestellte, automatisierte Probenzuführeinrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Die flüssige Probe 1 wird aus dem Probenbehälter 2 durch eine Pumpe 5 über ein Rohr 3 in eine Probenentnahmeleitung 4 abgezogen, die in Form einer Leitungsschleife ausgebildet ist. Der Überschuß der Probe wird durch die Leitung 6 ausgespült. Während der Probenentnahme ist das Anschlußstück 7 8 geöffnet und das Anschlußstück 8 9 geschlossen, wodurch die Trägerströmung 10, die durch die Pumpe 5 über das Rohr 11 zugeführt wird, durch die Nebenschlußleitung 12 in die Leitung 13 zu dem Analysator (hier nicht gezeigt) gedrückt werden. Ist die Probenentnahmeleitung 4 gefüllt, werden die An-

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schlußstücke 8a - 9a und 8b - 9b geöffnet, wohingegen die Anschlußstücke 7a - 8a und 7b - 8b geschlossen werden. Da die Nebenschlußleitung 12 so ausgelegt ist, daß sie einen viel größeren Strömungswiderstand aufweist als die Leitungsschleife 4, wird die Probe in die Leitung 13 für die Trägerströmung zu dem Analysator 14 wie ein entsprechend vorgesehener Pfropfen gedrückt. Eine Veränderung der Länge und des inneren Durchmessers der Leitungsschleife 4, die aus einem Polyäthylenrohr besteht, und der Nebenschlußleitung 12 ist sehr einfach, da diese Einzelteile als auswechselbare Teile vorgesehen sind. Die Anpassungsfähigkeit der Leitungsschleife 4 und ihrer Verwendung in Verbindung mit einer vollständig automatischen Probenentnahme wurde auch durch die Kombination mit einem Probenkarussell erreicht. Die Anschlüsse zwischen der Leitungsschleife 4 und den verschiedenen Leitungen laufen über Magnetventile 7a und b,8a und b sowie 9a und b. Das System selbst wird durch synchronisierte Impulse an das Probenkarussell und an die Magnetventile gesteuert. Die Ventile 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b können aus 6 einwegigen Ventilen bestehen, die sowohl manuell als auch automatisch betätigbar sind, beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder dergleichen. Es hat sich aber herausgestellt, daß es am vorteilhaftesten ist, entweder zwei Dreiwegeventile oder ein einzelnes Vierwege-Ventil zu verwenden, das in einer seiner Positionen die Leitungsschleife 4 zwischen den Probenbehälter und die Pumpe schaltet, und das in seiner anderen Stellung die Leitungsschleife 4 an den Trägerströmungskreis anschließt.

Durch den Dämpfungseffekt der Nebenschlußleitung 12 werden sprunghafte Änderungen in der Trägerströmung vermieden,die für eine manuelle Einspritzung charakteristisch sind. Dadurch können der Trägerströmung in dichter Folge verschiedene Proben zugeführt werden, ohne daß nachteilige Störgrößen bei den Strömungsparametern in Kauf genommen werden müssen, wenn eine langsame chemische Reaktion eine lange Leitung erfordert. Die wiederholbare Einspritzung von

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Mikrovolumina ist außerdem nicht nur wichtig, was eine sparsame Verwendung von Probematerial anbetrifft, sondern sie läßt auch eine des öfteren erforderliche, automatische Verdünnung des Probematerials zu.

Die Probffizuführung gemäß der Erfindung wird beim Ermitteln von anorganischen Phosphat und Clorid in der Blutflüssigkeit angewendet, da diese Verbindungen, was ihre Konzentration im Blut anbetrifft, zwei Extremwerte darstellen, nämlich ungefähr 100 Milliäquivalente Cl/1 für Chlor und 3,5 Milligramm P/100 Milliliter für Phosphor in einem üblichen Serum. Beide Messungen werden üblicherweise bei Serumproben vorgenommen, die der Dialyse unterworfen werden.

Es ist wichtig, daß die Dialyse nicht die Geometrie des Probenpropfens ändert, der während der Einspritzung gebildet wird, was bedeutet, daß das dialysierbare Material einen identischen aber verdünnten und proteinfreien Probenpfropfen auf der anderen Seite der Dialysemembran bilden wird, welche mit der Rezipientströmung nach vorne bewegt wird. Die automatische Probenverdünnung muß bis auf einen Wert von 1:100 bei einer Reproduzierbarkeit mehrmaliger Einspritzungen von 1%oder mehr ansteigen.

Vergleichsversuche zwischen einer manuellen und einer automatischen Einspritzung wurden bei fünf Serumproben durchgeführt, nämlich Auto-ref,Moni-trol I, Moni-trol II, Technicon SMA 2 und Serum Pool. Die gemessenen Werte sind auf Moni-trol I als eine innere Norm bezogen, die den Wert 102 Milliäquivalente Cl/1 aufweist.

Tabelle 1 gibt das Meßergebnis von Chlor bei manueller und automatischer Probenzufuhr sowohl mit als auch ohne Dialyse wieder. Für die manuelle Einspritzung wurden Proben von

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200 μΐ verwendet, wohingegen die automatische Einspritzung mit 60 μΐ und 30 μΐ Proben durchgeführt wurde.

Tabelle 1

Serum probe	ermittelte Werte	Mit Dialyse	automatische Einspritzung 60 μΐ Milliäquiva lente Cl/1	102	Ohne Dialyse
Auto-ref	(+ 2 Meßstreuung) Milliäquivalente Cl/1	manuelle Ein spritzung 200 μΐ Mi11!äquivalente Cl/1	-	113	automatische Einspritzung 30 μΐ Milliäquiva lente Cl/1
Moni-trol I	102 + 3	101	105	-
Moni-trol II	102 + 3	102	101	102
Technicon SMA2	116 + 4	116	-
Pool	103	-	105
101	102	99

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist die Chlormessung wenigstens ebenso fehlerfrei bei der automatischen Probenzufuhr wie bei der manuellen Einspritzung trotz der Tatsache, daß die Probenmenge nahezu auf ein Zehntel reduziert werden kann.

Entsprechende Messungen wurden ebenfalls mit Phosphor durchgeführt. Diese Meßergebnisse sind in Tabelle 2 festgehalten.

Tabelle 2

Serum probe	ermittelte Werte (+ 2 Meßstreuung) Milligramm P/100 ml	veränderliche Ver dünnung manuelle Einspritzung 200 μΐ Milligramm P/100 ml	mit Dialyse automatische Ein spritzung 100 μΐ Milligramm P/100 ml
Auto-ref	4.5 + 0.3	4.0	-
Moni-trol I	3.4 + 0.2	3.5	3.4
Moni-trol II	4.6 + 0.3	4.3	5.0
Technicon SMA2	5.4	-	4.8
Pool	5.4	3.4	3.4

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Die Analyse-Genauigkeit ist hier ebenso völlig gleich der Genauigkeit bei einer manuellen Einspritzung trotz der Tatsache, daß nur die Hälfte der Probenmenge verwendet wurde.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Zuführen von Proben zu einer ununterbrochen strömenden Trägerlösung für eine automatische Analyse, dadurch gekennzeichnet, daß eine geeichte Probenentnahmeleitnng mit einer vorbestimmten Länge wechselweise an eine Einlaßleitung für die Probe und an den Strömungspfad der strömenden Trägerlösung angeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeleitung an den Strömungspfad der Trägerlösung parallel zu einer Nebenschlußleitung angeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic hn e t, daß die Nebenschlußleitung derart dimensioniert wird? daß sie einen Flüssigkeitswiderstand aufweist, der beträchtlich den Flüssigkeitswiderstand der Probeentnahmeleitung übersteigt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenentnahmeleitung für die Möglichkeit ver-

ist

schiedener Probenvolumina auswechselbar'', und daß die Nebenschlußleitung austauschbar ist, so daß ihr Strömungswiderstand an die verschiedenen Probenentnahmeleitungen anpaßbar ist.
5. Vorrichtung zum Zuführen von Proben zu einer ununterbrochen strömenden Trägerlösung für eine automatische Analyse, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Probenkreis^· lauf mit einem Probenbehälter (2), einem Einlaßrohr (3), Ventilen (7a, 8a), mit einer Probenentnahmeleitung (4),die ein vorbestimmtes Volumen hat, Ventilen (8b, 7b), mit einer Pumpe (5) und mit einer Auslaßleitung (6) und einen TrägerStrömungskreis aufweist, der aus einem Einlaßrohr (10), einer Pumpe (5),einer Leitung (11), einem

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Ventil (9b), einer Nebenschlußleitung (12) und aus einem Auslaß (14) besteht, wobei die Ventile (7a,7b; 8a, 8b; 9a, 9b) derart angeordnet sind, daß sie an die Probenentnahmeleitung (4), die parallel zu der Nebenschlußleitung (12) verläuft, auswechselbar und von dieser trennbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Probenentnahmeleitung durch die Ventile (8a, 8b) genau begrenzbar ist und daß die Probenentnahmeleitung für die Zufuhr verschiedener Probenvoluminar austauschbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeic hn e t, daß die Nebenschlußleitung (12) für eine Anpassung des Strömungswiderstandes der Nebenschlußleitung an den der Probenentnahmeleitung auswechselbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a, b; 8a, b; 9a, b) Magnetventile sind und daß eine gemeinsame Steuerung durch elektrische Impulse zum Anschließen des Probenbehälters (2),für die Bedienung des Einlaßrohres (3) und für die Steuerung der Ventile (7a, b; 8a, b; 9a,b) vorgesehen ist, so daß in gewünschten Intervallen eine automatische Probenzufuhr zu der ununterbrochen strömenden Trägerlösung stattfindet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a, 8a, 9a und 7b, 8b_f 9b) als Dreiwege-Ventile ausgelegt sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (7a, b; 8a, b; 9a, b) aus einem einzelnen Vierwege-Ventil bestehen.

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