DE3343176C2 - - Google Patents
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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 2 zeigt die analytischen Meßbedingungen der in Ta
belle 1 gezeigten Tests.
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.
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.
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 (5)
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.
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