DE3838049C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Spektrophotometer, das Messungen von zeitlichen Änderungen des Absorptionsvermögens von einer großen Anzahl von Proben machen kann, während diese Proben umgerührt werden.

Als eine herkömmliche Einrichtung zum Umrühren der Proben oder Probenstücke in einem Behälter des Spektrophotometers ist eine Umrührvorrichtung für eine Probe bekannt, in der ein Magnet unmittelbar unter dem Probenbehälter angeord­ net ist, der die Probe und das Rührwerk mit einem kleinen Magneten aufnimmt, wobei der vorhandene Magnat in einer festgelegten Lage rotiert, um das Rührwerk in dem Probenbehälter zu bewegen, um dadurch die Probe umzurühren.

Wenn eine Vielzahl von Proben in den Probenbehältern gleichzeitig aufgerührt werden muß, besteht das herkömmliche Verfahren darin, eine gleiche Anzahl von Rührvorrichtungen für Einzelproben zu kombinieren.

Die in der JP-AS 57-45342 beschriebene Vorrichtung kann als ein Beispiel dafür gelten.

Die herkömmliche Technik jedoch, die einfach eine Anzahl von Einzelproben- Rührvorrichtungen kombiniert, die in der Anzahl den zu untersuchenden Proben entspricht, hat die folgenden Nachteile:

Die Meßvorrichtung, die ein Spektrophotometer verwendet, hat im allgemeinen nur einen einzigen Lichtweg. Demnach müssen, wenn eine große Anzahl von Proben zur gleichen Zeit gemessen werden soll, Probenbehälter hintereinander einer nach dem anderen in diesen Lichtweg hinein bewegt werden und in einer korrek­ ten Lage eingestellt werden. Während des Zuführens wird der Probenbehälter vom Magneten wegbewegt, der unmittelbar unter dem Probenbehälter rotiert. Es gibt somit einen Augenblick, von dem an die magnetischen Kraftlinien des rotierenden Magneten nicht mehr auf das Innere des Probenbehälters einwirken, mit der Folge, daß die Reaktionspartner, die in der Probe gemischt sind, sich im Behälter ab­ setzen können, wodurch es unmöglich gemacht wird, eine korrekte Messung auszuführen.

Im folgenden sind weitere Beispiele für den Stand der Technik angegeben:

Die DE 36 39 399 A1 zeigt ein automatisches chemisches Analysegerät mit einem stufenweise drehbaren Küvettenrad, das eine Vielzahl von Küvetten aufnehmen kann. Des weiteren ist ein Kolorimeter zum Messen der optischen Dichten der in den Küvetten enthaltenden Prüfflüssigkeiten vorgesehen.

Die US-PS 36 45 506 zeigt ein Rührsystem für eine Vielzahl von Probenbehältern, die auf dem Umfang einer Scheibe angeordnet sind. Das Umrühren der Proben erfolgt durch erste Magnete, die sich (lose) in den Probenbehältern befinden, in Verbindung mit zweiten Magneten, die für die Ausrichtung der ersten Magnete sorgen.

Die GB 20 68 542 A zeigt ein automatisches Analysegerät, bei dem Probenbehäl­ ter während einer Messung ihre Position beibehalten, während der Lichtweg bewegt wird.

Die GB 14 93 776 zeigt ein Rührwerk, das Erhebungen an beiden Seiten der Ober- und der Unterseite des Rührwerks aufweist. Das Rührwerk kann aufgrund der Ausgestaltung nicht mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden und wird während des Drehens nach oben und unten und auch nach links und rechts bewegt, so daß der Behälter beschädigt werden kann.

Die DE 31 45 692 A1 und DE 31 27 560 A1 zeigen eine in einen Meßkanal eingeführte Meßküvette. Eine Drehung erfolgt durch eine Magnetrühreinrichtung. In der Meßküvette befindet sich eine Metallkugel, durch die die Probe gemischt wird. Zur Auswertung des Meßergebnisses ist ein Rechner vorgesehen.

Die Erfindung geht von einem Stand der Technik aus, wie er in der DE- AS 23 02 448 gezeigt ist. In dieser Druckschrift ist eine Probenzelle mit Rühr­ werk beschrieben, die in ein Spektralphotometer einsetzbar ist. Das Rührwerk besteht aus einem in die Probenzelle eingesetzten magnetischen Rührelement sowie aus einer drehbar angeordneten magnetischen Vorrichtung zum Drehantrieb des Rührelements, die sich unterhalb der Probenzelle befindet. Bei Einsatz der Probenzelle mit Rührwerk in einem spektralphotometrischen Gerät läßt sich die Änderung des Lichtabsorptionsvermögens von Proben bestimmen, während diese umgerührt werden. Durch die lose Anordnung des magnetischen Rührelements, das während der Drehbewegung vom Boden der Probenzelle beabstandet gelagert ist, kann eine Blasenbildung bei der umgerührten Probe vermieden werden. Das Rührelement ist als Stab ausgebildet, der sich nach Anheben aus einer Ruheposi­ tion um eine horizontale Drehachse dreht. Dabei kann es aufgrund der losen Anordnung des Rührelements vorkommen, daß es, während es bewegt wird, an die Innenwände der Probenzelle stößt und diese beschädigt. Das kann zu einer fehlerhaften Messung führen, wenn die für die Messung maßgeblichen Seiten der Probenzelle beschädigt werden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Spektrophotometer zu schaffen, mit dem korrek­ te Messungen mit hoher Genauigkeit erhalten werden.

Diese Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen Spektrophotometer gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Rührwerke des Spektrophotometers haben eine kreuzförmige Ausnehmung an der oberen Oberfläche. In den Rührwerken ist jeweils ein kleiner Magnet vor­ gesehen, der durch die magnetische Beeinflussung zweiter Magneten gedreht wird. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die Probenflüssigkeit umgerührt wird, ohne daß die Gefahr besteht, den Probenbehälter zu beschädigen. Durch die Ausbildung der Rührwerke wird eine Auf- und Abbewegung sowie eine Hin- und Herbewegung verhindert. Durch die in den Rührwerken untergebrachten kleinen Magnete erfolgt aufgrund der Beeinflussung durch den Satz von zweiten Magneten das Umrühren der Probe. Eine Auf- und Abbewegung des Rührwerks, die eine fehlerhafte Messung zur Folge haben könnte, ist deshalb ausgeschlossen, weil die Schwerkraft des Rührwerks größer als die Abstoßkraft zwischen den kleinen Magneten und den zweiten Magneten ist.

Das Spektrophotometer zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß eine Vielzahl von Magneten entlang eines Umfangs auf einer rotierenden Scheibe angeordnet sind; daß eine Vielzahl von Probenbehältern, von denen jeder eine Probe und ein Rührwerk mit einem kleinen Magneten enthält, oberhalb entweder innerhalb oder außerhalb eines Kreises angeordnet sind, der die Zentren der Magnete verbindet; ferner daß die Scheibe rotiert, um ständig das Rührwerk durch die gegenseitige Einwirkung der magnetischen Kraftlinien von den Magneten und den kleinen Magneten in den Probenbehältern in Rotation zu versetzen, wodurch die Proben in den Behältern mit einer konstanten Geschwindigkeit und zur gleichen Zeit aufgerührt werden, wobei zeitliche Änderungen im Absorptionsvermögen der Proben gemessen werden.

Deshalb stoßen bzw. ziehen die magnetischen Pole N und S der Magnete, die auf der rotierenden Scheibe angeordnet sind, die magnetischen Pole N und S des kleinen Magneten, der in dem Rührwerk in einer Vielzahl von Probenbehältern eingebaut ist, zu bestimmten Zeitabschnitten in Synchronismus mit der Rotation der drehenden Scheibe ab bzw. an, wodurch ein Drehmoment auf das Rührwerk in den Probenbehältern ausgeübt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rührwerkes erhöht sich mit der Rotationsgeschwindigkeit der drehenden Scheibe. Da die Wirkung der magnetischen Kraftlinien von der rotierenden Scheibe über den gesamten Umfang auf der drehenden Scheibe gleichförmig ist, bleibt das Drehmo­ ment konstant, das auf den kleinen Magneten in dem Probenbehälter wirkt, wenn der Probenbehälter in Richtung des messenden Lichtweges bewegt wird, so daß verhindert wird, daß das Rührwerk aussetzt, während der Probenbehälter bewegt wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des Spektrophotome­ ters, bei dem das optische Meßsystem weggelassen ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die rotierende Scheibe 5 nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie I-I von Fig. 1, wobei das optische Meßsystem hinzugefügt ist;

Fig. 4(a), (b) und (c) detaillierte Erläuterungszeichnungen für das Rührwerk 14 von Fig. 1, wobei Fig. 4(b) die Draufsicht auf Fig. 4(a) ist und Fig. 4(c) die Querschnittsansicht entlang der Linie II-II von Fig. 4(b) ist; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die zeitliche Änderung des Absorptionsvermögens zeigt.

In bezug auf Fig. 1, die einen wichtigen Teil einer Ausführungsform des Spek­ trophotometers zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motor, der direkt mit einer Riemenscheibe 2 gekoppelt ist. Die Riemenscheibe 2 ist mit einer anderen Riemenscheibe 4 durch einen Riemen 3 verbunden. Die Riemenscheibe 4 ist sicher an einer rotierenden bzw. drehenden Scheibe 5 befestigt, die, wie in Fig. 2 gezeigt wird, acht Magnete 6 hat, die auf ihr befestigt sind. Die Antriebskraft des Motors 1 wird über die Riemenscheibe 2 und den Riemen 3 auf die Scheibe 5 übertragen, die dann mit hoher Geschwindigkeit in Rotation versetzt wird. Die Magnete 6, die auf der drehenden Scheibe 5 befestigt sind, sind mit abwechselnden Polen angeordnet.

Obwohl in der gezeigten Ausführungsform die drehende Scheibe 5 durch einen Motor 1 über die Riemenscheibe 2, den Riemen 3 und die Riemenscheibe 4 angetrieben wird, kann der Motor 1 direkt unter der rotierenden Scheibe 5 installiert werden, wenn dort, unter der rotierenden Scheibe 5, Platz ist, um den Motor anzubringen.

Die Probenbehälter 7 werden auf einen Probenbehälter 8 gestellt. Die Probenbehälter 7 werden durch einen Motor 9 über eine Riemenscheibe 10, einen Riemen 11 und eine Riemenscheibe 12 in Rotation versetzt und hintereinander einem messenden Lichtweg 13 (vgl. Fig. 3) zugeführt. Der Lichtweg 13 ist ein Weg, entlang dem Licht von der Lichtquelle 17, wie z. B. einer Wolframlampe oder einer Deuteriumentlandungsröhre, durch den Probenbehälter hindurchtritt, bis es einen Detektor 18 erreicht. Der Probenbehälter 7 hält in einer Position in dem Lichtweg 13 für die Probenmessung an, um die zeitliche Änderung des Absorp­ tionsvermögens in dem Probenbehälter 7 zu messen. Die gemessenen Absorp­ tionsvermögen werden als Absorptionsvermögen a1, a2, a3 und a4 zu dem Zeit­ punkt t1, t2, t3, t4, wie in Fig. 5 gezeigt wird, erhalten.

Das Rührwerk 14 mit einem kleinen Magneten, das in jedem der Probenbehälter 7 eingerichtet ist, ist so ausgebildet wie in Fig. 4 gezeigt wird. Ganz gleich ob die Probenbehälter 7 stehen oder ob sie zusammen mit dem Probenbehälterhalter 8 bewegt werden, fährt das Rührwerk 14 fort, sich mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit der drehenden Scheibe 5 durch die gegenseitige Beeinflussung der magnetischen Kraftlinien der Magneten 6 auf der Scheibe 5 und der des Magneten 21 des Rührwerks 14 zu drehen. Deshalb werden die Proben in den Behältern 7 durch die Rotation der Rührwerke 14 umgerührt.

Wie in Fig. 4 gezeigt wird, hat das Rührwerk 14 einen kleinen Magneten 21, der in einem Kunststoffkörper 20 untergebracht ist. Das Rührwerk 14 hat eine kreuzförmige Ausnehmung, die an der oberen Oberfläche ausgebildet ist und die Effektivität des Umrührens verbessert.

In dieser Ausführungsform ist die Zentrallinie bzw. Drehachse 15 jedes Probenbe­ hälters 7 entweder innerhalb oder außerhalb eines Kreises angeordnet, der die Zentrallinien 16 der einzelnen Magnete 6 verbindet, die auf der sich drehenden Scheibe 5 befestigt sind, um die gegenseitige magnetische Beeinflussung zu erhalten. Das wird deshalb gemacht, weil der Magnet 6 und der kleine Magnet 21 sich gegenseitig abstoßen, was eine Auf- und Abbewegung des kleinen Magneten 21 in dem Probenbehälter 7 verursacht, wenn die Zentrallinie 15 des Probenbehälters 7 und die Zentrallinie 16 des Magneten 6 auf der drehenden Scheibe 5 auf der gleichen geraden Linie liegen.

Der Aufbau des Spektrophotometers wird im nachfolgenden angegeben. Eine Vielzahl von zweiten Magneten 6 werden äquidistant nebeneinander entlang eines Umfangs auf der Scheibe 5 angeordnet; eine Vielzahl von Probenbehältern 7, von denen jeder eine Probe und ein Rührwerk 14 enthält, wird oberhalb außerhalb oder innerhalb des Kreises angeordnet, der die Zentren der äquidistant angeord­ neten zweiten Magneten 6 verbindet. Wenn die Scheibe 5 in Rotation versetzt ist, dreht sich der kleine erste Magnet 21 in dem Probenbehälter 7 durch die gegen­ seitige Beeinflussung der magnetischen Kraftlinien der zweiten Magnete 6 der Scheibe 5 und des ersten kleinen Magneten 21, wobei die Drehgeschwindigkeit des ersten kleinen Magneten 21 von der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 5 abhängt, unabhängig davon, ob die Probenbehälter 7 angehalten sind oder zu­ sammen mit dem Probenbehälterhalter 8 bewegt werden, so daß die Proben in den Behältern 7 umgerührt werden. Genauer gesagt stoßen sich die magnetischen Pole N und S der äuqidistant angeordneten zweiten Magnete 6 auf der drehenden Scheibe 5 und die magnetischen Pole N und S des ersten kleinen Magneten 21 in den Probenbehältern 7 abwechselnd ab bzw. ziehen sich gegenseitig zu konstanten Zeitintervallen in Synchronismus mit der Drehung der Scheibe 5 an, wodurch ein Drehmoment auf den kleinen Magneten 21 in den Probenbehälter 7 ausgeübt wird. Somit wird auch dann, wenn der Probenbehälter 7 in Richtung des messen­ den Lichtweges 13 bewegt wird, der kleine erste Magnet 21 nicht mit der Rotation aussetzen, weil die magnetischen Kraftlinien von der sich drehenden Scheibe 5 über den gesamten Umfang der Scheibe 5 gleichförmig sind und das Drehmoment konstant ist, das auf den kleinen ersten Magneten 21 einwirkt. Deshalb kann durch die fortdauernde Rotation des kleinen ersten Magneten 21 verhindert werden, daß die Reaktionspartner, die in der Probenflüssigkeit suspendiert sind, sich absetzen, wodurch es ermöglicht wird, die Proben gleichzeitig zu messen, um eine zeitliche Änderung des Absorptionsvermögens mit hoher Genauigkeit festzustel­ len.

In dem Spektrometer mit dem oben beschriebenen Aufbau kann die Scheibe 5, die gleichzeitig die kleinen ersten Magnete 21 in Rotation versetzt, die jeweils in den zugeordneten Probenbehältern 7 enthalten sind, die auf der Halterung 8 aufgesetzt sind, durch ein Antriebssystem mit einer Drehgeschwindigkeit in Rotation versetzt werden, die von der Art der Proben abhängt.

Des weiteren ist es durch eine Vergrößerung der Intensität der magnetischen Kraft der zweiten Magnete 6 auf der drehenden Scheibe 5 möglich, die Effektivität der Probenumrührung zu erhöhen. Es ist auch möglich, eine sehr große Anzahl von Proben gleichzeitig umzurühren.

Fig. 3 stellt einen Fall dar, in dem das optische Meßsystem feststeht und die Probenbehälter in Rotation versetzt werden, um den Lichtweg zu kreuzen. Dies kann in einen Aufbau umgewandelt werden, bei dem der Lichtweg 13 bewegt wird und die Behälter 7 feststehen. Dies erzeugt die gleiche Wirkung.

Claims (5)

1. Spektrophotometer zum Messen einer Änderung in dem Lichtabsorptionsver­ mögen von Proben mit einer Vielzahl von Probenbehältern, die durch erste Magnete gedrehte Rührwerke zum Umrühren der Probe in den Probenbehäl­ tern enthalten, und mit einem optischen Meßsystem zum Erzeugen eines Lichtweges, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Vielzahl von Probenbehältern (7) auf einem ersten Umfang so angeordnet ist, daß die Probenbehälter (7) entlang des ersten Umfangs bewegt werden können, daß
• (b) die Körper (20) der Rührwerke (14), in denen die kleinen ersten Magnete (21) untergebracht sind, jeweils einen kreisförmigen Umfang, einen konvexen unteren Teil und einen flachen oberen Teil aufweisen, wobei in der Oberfläche des oberen Teils eine kreuzförmige Ausnehmung ausgebildet ist, daß
• (c) sich ein Satz zweiter Magnete (6) entlang eines zweiten Umfangs bewegt, wobei die zweiten Magnete (6) entfernt von den Drehachsen (15) der Probenbehälter (7) unter den Probenbehälter (7) angeordnet sind, um die Rührwerke (14) zu drehen, und daß
• (d) entweder die Probenbehälter (7), wenn sie entlang des ersten Umfangs bewegt werden, den optischen Lichtweg kreuzen, oder der Lichtweg, wenn er bewegt wird, von den Probenbehältern (7) gekreuzt wird.

2. Spektrophotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz zweiter Magnete (6) innerhalb oder außerhalb eines Kreises bewegt wird, der die Zentrallinien bzw. Drehachsen (15) der Probenbehälter (7) verbindet.

3. Spektrophotometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk (14) aus einem nichtmagnetischen Körper (20) und dem ersten kleinen Magneten (21) besteht.

4. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Satz zweiter Magnete (6) entlang des zweiten Umfangs mit einer Drehgeschwindigkeit bewegt, die von der Art der Proben in den Probenbehäl­ tern (7) abhängt.

5. Spektrophotometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz zweiter Magnete (6) auf einer sich drehenden Scheibe (5) angeordnet ist.