DE3343176C2

DE3343176C2 -

Info

Publication number: DE3343176C2
Application number: DE3343176A
Authority: DE
Inventors: Kyoko Makiguchi; Hisayuki Katsuta Jp Sagusa; Yasushi Mito Jp Nomura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-12-01
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1991-03-07
Also published as: US4684252A; DE3343176A1; JPS59100862A

Description

Die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur kolorimetrischen Bestimmung der Konzentration eines gelösten Stoffes gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie z.B. aus der DE-A-30 31 430 bekannt ist.

Aus der DE-A-20 53 007 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher Fehlbestim mungen der Konzentration des gelösten Stoffes z.B. aufgrund der Trübung des Mediums durch Messung der Lichtabsorption in zwei verschiedenen Wellenlängenbe reichen und entsprechende Differenzbildung korrigiert werden.

Aus der DE-A-27 57 197 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher Störungen in der Absorptions-Photometrie, welche durch Trübung der Probenlösung hervorgerufen werden, durch eine von einem Streulichtsensor erzeugtes Warnsignal angezeigt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß Störungen der Absorptions- Photometrie, welche durch eine Trübung der Probenlösung hervorgerufen werden, korrigiert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angeführt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte teilgeschnittene Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Spektralphotometer zusammen mit einem Blockdiagramm der Signalverarbeitungs schaltung,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Form eines Streulichtsensors und dessen Positionsbeziehung zum Eintrittsschlitz bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer abgeänderten Ausführungsform des Streulichtsensors,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der gemessenen Konzentration von IgG und der In tensität des Streulichtes,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der gemessenen Beziehung zwischen der Absorption und Streulichtintensität und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge zugefügter Latexteilchen und der gemessenen Konzentration an Cholesterin.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird schematisch der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform des automatisierten Ana lysengerätes beschrieben. Eine Reaktionsscheibe 1 ist in der Nähe ihres Umfangsrandes mit einer Vielzahl von (z.B. 40) in Umfangsrichtung in gleichem Abstand angeordneten Probemeßzellen 2 versehen und wird intermittierend im Uhr zeigersinn um eine Drehachse 3 gedreht. Ein Probentisch 4 ist ebenfalls in der Nähe eines Umfangsrandes mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung in gleichem Abstand angeordne ten Probenbehältern 5 versehen und wird in ähnlicher Weise im Uhrzeigersinn um eine Drehachse 6 gedreht. Probenlö sungen werden von den Probenbehältern 5 zu den Meßzellen 2 durch die Kombination einer Pipetteneinrichtung 7 und eines Probenentnahmefühlers 8 überführt. Erforderliche Rea genzien werden durch Ausgabeeinrichtungen 9 und 10 abge geben. Ein erstes Reagenz 14a wird an einer ersten Ausgabe position 17a durch die erste Ausgabeeinrichtung 9 in die Meßzellen 2 und ein zweites Reagenz 14b wird an einer zwei ten Ausgabeposition 17b durch die zweite Ausgabeeinrichtung 10 abgegeben.

Ein von einer Lichtquelle 12, welche aus einer weißen Lampe besteht, ausgesandter Lichtstrahl 13 durchdringt die in die gegenüberliegende Position gebrachte Meßzelle 2 und fällt dann auf ein Spektralphotometer 11. Der Lichtstrahl 13 durch dringt die Meßzelle 2, wenn die Peaktionsscheibe 1 während ihrer intermitterenden Drehung zeitweilig angehalten wird. Zwischen der Position, an welcher der Lichtstrahl 13 die Meßzelle durchdringt, und einer Probeneinführposition 15 sind ein Lösungsausgaberohr 19 und ein Zellenreinigungs rohr 21 angeordnet. Die in der Meßzelle 2 enthaltene Proben lösung, welche der Messung unterworfen worden ist, wird durch eine Lösungsausgabeeinheit 18 nach Durchströmen des Ausgaberohrs 19 abgegeben. Anschließend wird Reinigungs wasser, welches von einer Zellenreinigungseinheit 20 zuge führt wird, durch das Reinigungsrohr 21 in die Meßzelle 2 eingespritzt, um das Innere der Meßzelle zu säubern. An der Position 16 wird ein Teil einer Probenlösung, welche in dem Probenbehälter 5 auf dem Probentisch 4 enthalten ist, durch den Probenentnahmefühler 8 abgezogen. Dieser Proben entnahmefühler 8 führt eine hin- und hergehende Schwenk bewegung zwischen der Probenentnahmeposition 16 und der Probenausgabeposition 15 durch, um die Probenlösung in die Meßzelle zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt werden sowohl der Probentisch 4 wie auch der Reaktionstisch 1 zeitweilig an gehalten.

In Fig. 2 ist ein Blockdiagramm dargestellt, welches Einzel heiten des Aufbaus des photometrischen Systems in dem in Fig. 1 gezeigten Gerät zeigt. Die gleichen Bezugszeichen be zeichnen gleiche Teile wie in Fig. 1. Der von der weißen Lampe 12 ausgesandte Lichtstrahl 13 wird durch eine Konden sorlinse L gesammelt bzw. gebündelt und der konvergente Lichtstrahl 13 fällt auf die Meßzellen 2 in einer Proben kammer 22, welche die Form eines schwarzen Kastens aufweist, nachdem der Lichtstrahl durch einen ersten Eintrittsschlitz S₁, der in der Außenwand der Kammer 22 geformt ist, hindurch getreten ist. Der durch die Meßzelle hindurchgetretene Licht strahl 13 tritt dann durch einen zweiten Längsschlitz S₂, der in der Trennwand W ausgebildet ist, welche die Probenkammer 22 von einem Spektroskop 26 trennt, und fällt dann auf ein konkaves Beugungsgitter 24, durch welches der Lichtstrahl gebeugt wird, um ein Spektralbild auf einer Photodioden anordnung eines Photosensors 25 zu bilden, der eine gleich zeitige Messung einer Vielzahl von Wellenlängen vornehmen kann. Das Spektroskop 26 weist ebenfalls die Form eines schwarzen Kastens auf, wobei seine innere Oberfläche z.B. mit einer schwarzen mattierenden Farbe beschichtet ist, um hierdurch die innere Reflektionn von Licht minimal zu halten. Ein solches Spektralphotometer ist allgemein bekannt und z.B. in der US-PS 43 13 735 offenbart.

In der Nähe und um den Eintrittsschlitz S₂ herum ist ein ringförmiger Streulichtsensor 23 montiert, z.B. in einer in Fig. 3 gezeigten Art und Weise. Dieser Sensor 23 erfaßt das Licht, das durch die Meßzelle 2 nach vorn innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs gestreut wird. Die Ausgangssignale des Durchlichtsensors 25 und des Streulichtsensors 23 werden einem Multiplexer 28 zugeführt, nachdem sie vorzugsweise durch zugeordnete Verstärker (nicht gezeigt) verstärkt wor den sind, und dann in digitale Signale durch einen A/D- Wandler 29 umgewandelt. Die digitalen Signale vom A/D-Wand ler 29 werden durch eine zentrale Verarbeitungseinheit 30 verarbeitet, um in einer geeigneten Anzeigeeinrichtung, z.B. einer Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 31 angezeigt zu werden. Im Falle der Messung von biochemischen Tests werden nur die Photodioden, welche zwei Arten von vorbestimm ten, nahe beieinanderliegenden Wellenlängen erfassen, unter Steuerung durch die zentrale Verarbeitungseinheit 30 abge tastet und die Ausgangssignale von diesen Dioden verarbei tet. Im Falle der Messung biochemischer Tests wird also eine Zwei-Wellenlängen-Photometrie durchgeführt. Ein Ver arbeitungssystem zur Verarbeitung einzelner Ausgangssignale solcher Sensoren ist allgemein an sich bekannt und z.B. in der US-PS 42 63 512 offenbart.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht des Streulicht sensors 23 gezeigt. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hat dieser Sensor 23 eine Ringform und einen äußeren Durchmesser von ungefähr 10 mm und einen inneren Durchmesser von ungefähr 2 mm, wobei der zweite Eintrittsschlitz S₂, der in der Trenn wand W ausgebildet ist, in der mittigen Öffnung des Sensors 23 angeordnet ist. Der Streulichtsensor 23 kann eine Photo zelle, eine Siliciumdiode oder dergleichen sein.

Die Form des Streulichtsensors 23 ist nicht auf die in Fig. 3 gezeigte Form beschränkt. Das Ziel der vorliegenden Er findung kann in ähnlicher Weise erreicht werden, wenn ein Sensor der in Fig. 4 gezeigten Art benutzt wird. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind in der Nähe und um den zweiten Ein trittsschlitz S₂ herum eine Vielzahl solcher Sensoren 23 angeordnet. Der Streulichtsensor oder die Sensoren 23 kön nen direkt an der Oberfläche der Trennwand W oder an einer im Abstand von dieser angeordneten Position befestigt sein.

Der zweite Eintrittsschlitz S₂ hat eine langgestreckte Form, da das optische Bild des Glühfadens F der Lichtquelle 12 eine langgestreckte Form aufweist, welche dem Aufbau des Glühfadens F zugeordnet ist. Die Form dieses zweiten Ein trittsschlitzes S₂ ist daher abhängig von der Form des op tischen Bildes des Glühfadens F der Lichtquelle 12.

Im nachfolgenden wird nun die Betriebsweise des automati sierten Analysengerätes mit dem oben erwähnten Aufbau er läutert. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden die Meßzellen 2 in den vorbestimmten Positionen auf der Reaktionsscheibe 1 montiert und die Probenbehälter 5, welche die zu prüfen den Probenlösungen enthalten, werden in den vorbestimmten Positionen auf dem Probentisch 4 montiert. Die Pipetten einrichtung 7 wird betätigt, um die Probenlösung abzuziehen, welche in dem Probenbehälter 5 enthalten ist, der zu die sem Zeitpunkt in die Probenentnahmeposition 16 gebracht worden ist, und um die Probenlösung in den Probenentnahme fühler 8 zu bringen. Anschließend wird der Probenentnahme fühler 8 in die Position verschwenkt, welche der Meßzelle 2 gegenüberliegt, die zu diesem Zeitpunkt in die Probenein führposition 15 gebracht worden ist, um eine vorbestimmte Menge der Probenlösung in die Meßzelle 2 zu bringen. Der oben erwähnte Betrieb wird durchgeführt, während sowohl der Probentisch 4 als auch die Reaktionsscheibe 1 zeitweilig während der intermittierenden Drehung angehalten werden.

Wenn die Meßzelle, welche die eingespritzte Probenlösung enthält, zu der ersten Reagenzausgabeposition 17a gebracht wird, nachdem die Reaktionsscheibe eine vollständige Drehung zuzüglich eines Teilungsschrittes im Uhrzeigersinn durchge führt hat, wird die erste Ausgabeeinrichtung 9 betätigt, um eine vorbestimmte Menge des ersten Reagenz 14a abzu ziehen und zu der in der Meßzelle 2 befindlichen Probenlö sung zuzufügen. Wenn dann anschließend die Meßzelle 2 zu der zweiten Reagenzausgabeposition 17b gebracht wird, wird die zweite Ausgabeeinrichtung 10 betätigt, um eine vorbe stimmte Menge des zweiten Reagenz 14b abzuziehen und um die se der Mischung der Probenlösung und des ersten Reagenz 14a in der Meßzelle 2 hinzuzufügen. Die Reaktionsscheibe 1 wird um 360° plus einem Teilungsschritt in jedem Zyklus gedreht, so daß ihre Position nach jedem Zyklus um einen Teilungsschritt verschoben ist. Die Betriebsweise der Reaktionsscheibe 1 ist z.B. derart, daß sie für 9,5 Sekun den angehalten und 20,5 Sekunden gedreht wird, um einen Zyklus von 30 Sekunden zu vervollständigen. Die Durchläs sigkeit der Reaktionslösung und die Intensität des durch die Reaktionslösung gestreuten Lichtes werden jeweils in einem Zeitabstand von 30 Sekunden gemessen, um die Reak tionsgeschwindigkeiten der analysierten Komponenten zu berechnen, welche in der Probenlösung enthalten sind, wo durch die quantitative Analyse der Komponenten ermöglicht wird.

Durch das obige Analysenverfahren werden die Analyse bio chemischer Tests gemäß der Endpunktmethode und der Raten methode und die Analyse immunchemischer Tests gemäß der Lichtstreumethode wirksam durchgeführt. Vom photometrischen Gesichtspunkt aus wird sowohl die Durchlässigkeitsphoto metriebetriebsart als auch die Streulichtphotometriebetriebs art eingesetzt. Das eine automatisierte Analysengerät für biochemische Tests kann daher in zwei Photometriebetriebs arten mit großer Genauigkeit betrieben werden, ohne daß zusätzliche Geräte erforderlich sind.

In Tabelle 1 sind Beispiele von Reagenzien gezeigt, welche für die Messung biochemischer Tests und immunitätsbezogener Tests, basierend auf dem oben beschriebenen Photometrie prinzip, benutzt werden. Insbesondere zeigt die Tabelle 1 Beispiele von Reagenzien, wenn Glutamat-Oxaloacetat-Trans aminase (GOT) und Immunoglobulin G (IgG) jeweils als bio chemischer Test und immunitätsbezogener Test gemessen wer den.

Tabelle 1

Tabelle 2 zeigt die analytischen Meßbedingungen der in Ta belle 1 gezeigten Tests.

Tabelle 2

In Tabelle 3 sind Meßergebnisse gezeigt, wenn sowohl die biochemischen Tests wie auch die immunitätsbezogenen Tests unter den in Tabelle 2 gezeigten analytischen Bedingungen ge messen werden. In Tabelle 3 werden Reagenzien bei der Me ssung der immunitätsbezogenen Tests verwendet, welche in der Laser-Nephlometrie benutzt werden.

Tabelle 3

In Tabelle 3 stellen GPT, IgA, IgM, CRP, RA und CHO Abkür zungen für Glutamat-Pyruvat-Transaminase, Immunoglobulin A, Immunoglobulin M, C-reaktives Protein, Rheumatoid-Antigen- Arthritis-Faktor und Cholesterin dar.

Anmerkungen: Die Einheiten der gefundenen Werte sind fol gende:

GOT, GPT
mU/ml
CHO	mg/dl
GRP, IgG, IgA, IgM	mg/dl
RA	U/ml

Es wird hierdurch bestätigt, daß die Messung sowohl von biochemischen Tests als auch vom immunitätsbezogenen Tests, mit dem vorliegenden automatisierten Ana lysengerät durchgeführt werden kann. Die immunitätsbezogenen Tests, welche zusammen mit den biochemischen Tests gemessen werden können, sind fol gende:

IgG, IgA, IgM, Komplement 3 (C₃), Komplement 4 (C₄), CRP, RA, Fibrinogen, Transferin und α₁-Antitrypsin.

Es kann erwartet werden, daß die Zahl von meßbaren immuni tätsbezogenen Tests weiter erhöht werden kann, wenn die Rea genzien, welche für die quantitative Analyse solcher Tests auf der Grundlage der Streulichtphotometrie verwendbar sind, in Zukunft weiter entwickelt werden.

Die Ungenauigkeit wurde festgestellt durch 20faches Messen von IgG an der gleichen Probe. Die Meßergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Gemäß den Meßergebnissen von IgG, gezeigt in Tabelle 4, ist die Standardabweichung (SD) 3,36 und die Koeffizientenver änderung (CV) gleich 2,05%. Diese Werte von SD und CV sind im wesentlichen kompatibel mit den Meßergebnissen der Un genauigkeit in einem Experiment, in welchem ein Lasernephlo meter benutzt wird. Auch in Bezug zur Arbeitskurve sind die Meßergebnisse den Meßergebnissen ähnlich, welche durch ein Lasernephlometer erzielt werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration von IgG und der Intensität des Streulichtes. In Fig. 5 stellt die horizontale Achse die Konzentration von IgG in mg/dl und die vertikale Achse die Intensität des Streulichtes in mV dar. Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Kurve mindestens bis zu einer Konzentration von 2000 mg/dl geradlinig ansteigt.

Obwohl ein Spektralphotometer mit einer weißen Lampe als Lichtquelle als eine Ausführungsform gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein solches Spektralphoto meter beschränkt. Die Lichtquelle kann auch eine Lampe sein, welche einen monochromatischen Lichtstrahl mit einer speziel len Wellenlänge aussendet, oder eine Kombination einer wei ßen Lampe und eines Filters, der nur eine spezielle Wellen länge durchläßt, so daß sowohl die Durchlässigkeit als auch die Streulichtintensität durch ein herkömmliches Photometer gemessen werden kann, ohne daß das Licht in seine Spektral komponenten wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbei spiel zerlegt werden muß.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel werden die Durch lässigkeit der Reaktionslösung und die Intensität des von der Reaktionslösung gestreuten Lichtes nicht gleichzeitig gemessen, sondern abwechselnd in einem Zeitabstand von 30 Sekunden. Wenn jedoch die Durchlässigkeit und die Streulicht intensität im wesentlichen gleichzeitig gemessen werden. kann ein Meßfehler der Durchlässigkeit auf der Basis des Meßwertes der Intensität des durch die Reaktionslösung ge streuten Lichtes verbessert werden, so daß die Durchlässig keit genauer bestimmbar ist.

Im nachfolgenden wird nunmehr eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Durchlässigkeit auf der Grund lage des Meßwertes der Streulichtintensität korrigiert wird.

In der Absorptionsmeßtechnik wird Licht zu einer Probenlö sung gerichtet und die Rate der Lichtabsorption an einem Punkt gemessen, welcher einen vorbestimmten Abstand auf dem Strahlengang von der Lichtquelle aus hat, um die Durchlässig keit zu messen, wie dies allgemein auf dem vorliegenden Ge biet bekannt ist. In dem vorliegenden Spektrometer kann ebenfalls Licht vom Probenbehälter 2 in das Photometer ein geführt werden, um die Durchlässigkeit auf der Grundlage der eingeführten Lichtmenge zu messen. Wie allgemein bekannt ist, ist es eine absolute Bedingung der Absorptionsmeßtech nik, daß die Probenlösung in dem Probenbehälter 2 licht durchlässig oder permeabel ist. Wenn genügend Teilchen in der Probenlösung vorhanden wären, um eine Lichtstreuung zu verursachen, würde das Streulicht so betrachtet, als ob es durch den in der Probenlösung aufgelösten Stoff absorbiert worden wäre, und es würde sich ein Fehler in der Messung gemäß der Absorptionsmeßtechnik ergeben.

Dieses Problem tritt häufig während der Messung eines li pämischen Serums auf, welches in Seren gefunden wird, welche z.B. in klinischen Laboratorien gehandhabt werden. (Der Be griff "lipämisches Serum" bezeichnet ein milchiges Serum, welches aufgrund einer hohen Konzentration von Fettsub stanzen in dem Serum trübe wird.)

Um das oben genannte Problem durch Verwendung des Photo meters gemäß der vorliegenden Erfindung zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung Untersuchungen und Studien durchgeführt und gefunden, daß das Ausgangssignal des Photometers auf der Basis des Ausgangssignals des Sen sors 23, das für die Messung der Intensität des Streu lichtes vorgesehen ist, korrigiert werden kann. In Fig. 6 ist die Beziehung zwischen der Absorption und der Streulichtintensität (angezeigt durch das Ausgangssignal des Sensors 23) gezeigt, welche experimentell bei verschie denen lipämischen Seren bestimmt worden ist. In Fig. 7 sind die Ergebnisse eines Experimentes gezeigt, bei welchem die Meßwerte von Cholesterin in verschiedenen Seren unter Verwendung der Beziehung gemäß Fig. 6 korrigiert worden sind. Bei diesem Experiment wurden Latexteilchen mit einem Durch messer von 0,114 µ verwendet, um Trübung zu erzeugen. Aus Fig. 7 geht hervor, daß das die Durchlässigkeit repräsentie rende Ausgangssignal des Photometers auf der Grundlage des Ausgangssignals des Streulichtsensors 23, welches zusammen mit dem ersten Ausgangssignal auftritt, korrigiert werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur kolorimetrischen Bestimmung der Konzentration eines gelösten Stoffes mit einer Einrichtung zum Bewegen einer Folge von Probenmeßzellen durch ein Photometer, welches eine Lichtquelle und einen Durchlichtsensor zum Erfassen mindestens eines Teils des Absorptionsspektrums aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Photometer einen Eintrittsschlitz (S2) für den von der Probenmeßzelle (2) kommenden Lichtstrahl (13) aufweist, daß ein Streulichtsensor (23) um den Eintrittsschlitz herum angeordnet ist, welcher das aufgrund einer Trübung in der Probenmeßzelle gestreute Licht erfaßt, und daß eine Einrichtung (28, 29, 30) vorhanden ist, welche mit Hilfe des vom Streulichtsensor erhaltenen Signals die Meßwerte des Durchlichtsensors (25) korrigiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulichtsensor (23) ringförmig ausgebildet ist und daß der Eintrittsschlitz (S2) in der mittigen Öffnung des Sensors angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulicht sensor (23) eine Vielzahl von Photozellen aufweist, welche in der Nähe und um den Eintrittsschlitz (S2) herum angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streulichtsensor (23) an einer Wand (W) befestigt ist, in welcher der Eintrittsschlitz (S2) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Folge von Probenmeßzellen (2) durch einen schwarzen Kasten (22) bewegt, der im wesentlichen von äußerem Umgebungslicht isoliert ist.