DE3042915A1

DE3042915A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen analyse von fluidproben

Info

Publication number: DE3042915A1
Application number: DE19803042915
Authority: DE
Inventors: Jack Mamaroneck N.Y. Isreeli; Milton H. Chappaqua N.Y. Pelavin; William J. Canterbury Conn. Smythe
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1979-11-21
Filing date: 1980-11-14
Publication date: 1981-09-03
Also published as: IT8026089A0; SE465390B; IT1134355B; CH654416A5; AU6415380A; FR2470385A1; FR2470385B1; NL8005809A; JPS56124052A; US4253846A; JPH0230471B2; SE8007044L; CA1139125A; GB2064114B; AU529407B2; BE886132A; GB2064114A

Description

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, VStA

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Analyse von Fluidproben

Die Erfindung betrifft ein Analysesystem zur Bestimmung eines oder mehrerer Bestandteile in aufeinanderfolgenden Fluidproben, die als kontinuierlicher Strom durch eine Leitung strömen, und insbesondere ein Verfahren und Vorrichtungen zum Einführen genauer aliquoter Teile von Reagenzien in genau bestimmte Abschnitte der Fluidproben in jeder beliebigen Reihenfolge, um eine größere Wirksamkeit- und einen größeren Durchsatz bei der Verarbeitung der Proben zu erzielen.

Systeme mit kontinuierlichem Durchfluß von der Art, wie sie aus der US-PS 3 241 432 bekannt sind, dienen zur quantitativen Analyse biologischer Proben. Bei derartigen Systemen werden im allgemeinen zahlreiche Flüssigkeitsabschnitte nacheinander in Form eines kontinuierlichen Stroms in einer Leitung befördert, wobei ^eder Probenabschnitt durch Luftabschnitte oder Abschnitte aus anderen inerten Fluiden von anderen Probenabschnitten abgetrennt ist. Ein derartiges Abtrennungsmuster trägt dazu bei, die einzelnen Probenabschnitte zu durchmischen sowie ein gleichförmiges Strömungsmuster aufrecht zu erhalten. Die Luftabschnitte verringern auch die Verunreinigung zwischen aufeinanderfolgenden Probenabschnitten, indem sie ein überschleppen (carryover) verhindern, d.h. eine Verunreinigung von nachfolgenden Probenabschnitten durch Reste eines vorhergehenden Probenabschnittes, die an der Leitungswand haftengeblieben sind. Die Luftabschnitte dienen auch dazu, die Wände der Leitung von diesen Resten freizuwäschen, um auch dadurch eine überschleppung zu verringern. Außerdem

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wird zwischen aufeinanderfolgende Probenabschnitte ein Abschnitt aus einer Waschflüssigkeit eingeführt, um die Möglichkeit einer Verunreinigung weiter zu verringern.

Bei bekannten Systemen mit kontinuierlichem Durchfluß wird die Einführung von Verdünnungsmittel und bzw. oder von Reagenzien in den Probenstrom im allgemeinen dadurch bewirkt, daß man den Probenstrom mit einem kontinuierlich strömenden Verdünnungsmittel und bzw. oder Reagenz zusammenfließen läßt. Als Ergebnis werden Reagenz und bzw. oder Verdünnungsmittel auch in solche Abschnitte des kontinuierlichen Stroms eingeführt, an denen keine Probenabschnitte vorhanden sind, und somit verschwendet. Außerdem erhöht das Vorhandensein vieler Abschnitte von sowohl Luft, Waschflüssigkeit und Probensubstanz die Verarbeitungszeit für die aufeinanderfolgenden Proben. Schließlich erfordert es der Betrieb dieses Systems mit kontinuierlichem Durchfluß, daß jede zu bestimmende Substanz in einer Probe in einem eigenen Kanal analysiert wird, d.h. daß für Mehrfachbestimmungen eine Anzahl analytischer Kanäle erforderlich ist.

Außerdem wird bei diesen bekannten Systemen die Gefahr des Überschleppens von Resten nicht vollständig eliminiert, sondern sie beruht lediglich auf der reinigenden Wirkung der Luftsegmente, die die Leitungswand von etwa übriggebliebenem vorhergehenden Reagenz säubern.

Aus der US-PS 3 635 680 ist ein System zur Peststellung der Blutgruppe bekannt, bei dem die Reagenzaufnahme bzw. der Reagenzverbrauch dadurch reduziert wird, daß Abschnitte aus verschiedenen Reagenzien phasenweise und in fester Reihenfolge derart eingeführt werden, daß sie mit unterschiedlichen Abschnitten der selben Probe, die in einem kontinuierlichen Strom fließt, zusammenfließen. Zwar wird bei diesem System der Reagenzverbrauch stark

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verringert, jedoch das Überschleppen von Resten nicht vollständig eliminiert und eine Selektivität hinsichtlich der für dieselbe Probe durchzuführenden Analyse nicht gewährleistet, d.h. dieselben Tests werden für jede Probe durchgeführt, selbst wenn sie nicht verlangt oder erwünscht sind. Auf diese Weise ist dieses System ebenfalls durch viel Verschwendung und Unwirksamkeit beim Verarbeiten der Proben gekennzeichnet.

Aus der US-PS 3 479 141 ist ein System mit kontinuierlichem Durchfluß beschrieben, bei dem das Überschleppen zwischen aufeinanderfolgenden Proben in einer kontinuierlichen Strömung wirksam verhindert wird. Bei diesem System werden die Proben- und Luftabschnitte mit einem unmischbaren Fluid eingekapselt. Das unmischbare Fluid benetzt mit Vorzug die Innenflächen der Leitungswände, so daß die wäßrigen Proben davon ausgeschlossen werden und das Überschleppen von Resten von einer zur nachfolgenden Probe vollständig eliminiert wird. Die Reagenzien werden jedoch in herkömmlicher Weise eingeführt.

Die vorliegende Erfindung findet ihren besonderen Anwendungsbereich bei Systemen, wie sie aus der zuletzt genannten US-PS 3 479 141 bekannt sind, und dient dazu, den Reagenzverbrauch auf ein Minimum herabzudrücken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Analyse von Proben nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchflusses (Verfahren und Vorrichtung) zu schaffen, bei dem weniger Reagenz verbraucht wird, der Durchsatz des Systems verbessert wird, eine beliebige Auswählbarkeit für die mit aufeinanderfolgenden Proben durchzuführenden Analysen gewährleistet wird und daß nur sehr geringe Erfordernisse an die Probe gestellt werden, damit Analysen auf mehrere zu bestimmende Stoffe möglich werden.

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Gegenstand der Erfindung sind das in Anspruch 1 beschriebene System, das in Anspruch 15 gekennzeichnete Verfahren sowie die in Anspruch 22 gekennzeichnete Vorrichtung.

Die Einsparung von Reagenz erfolgt also dadurch, daß man mehrere Reagenzien in genau gesteuerten Mengen und in einer vorgewählten Reihenfolge in eine beliebige Anzahl verschiedener Abschnitte einer und derselben Probe, die in einem kontinuierlichen Strom fließt, injiziert. Die Fähigkeit, selektiv gesteuerte Volumina unterschiedlicher Reagenzien in diskrete Probenabschnitte zu injizieren, die sich in einer Leitung entlangbewegen, begrenzt den Reagenzverbrauch auf ein Minimum. Außerdem ermöglicht die variable (beliebige ) Anordnung der Aufeinanderfolge der Reagenzinjektion, gekoppelt mit der Einführung nur derjenigen Anzahl von Abschnitten jeder Probe, die für die gewünschten Analysen erforderlich sind, eine beträchtliche Erhöhung des Durchsatzes des Systems.

Die Erfindung bezieht sich also auf ein Probenanalysiersystem und ein automatisiertes Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung verschiedener in einer Fluidprobe vorhandener Bestandteile. Jede Probe wird in ein derartiges System in Form einer Anzahl diskreter, aufeinanderfolgender Abschnitte eingeführt, die durch Luftsegmente voneinander getrennt sind, wobei die Anzahl der Anzahl an zu untersuchenden Bestandteilen entspricht. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein unmischbares Trägerfluid in das System eingeführt, das die Leitungswände so stark benetzt, daß die Probensegmente von einer Benetzung ausgeschlossen werden. Die Wirkung davon besteht darin, daß das Trägerfluid jeden Probenabschnitt, während er in dem System entlangwandert, einkapselt, so daß ein überschleppen von Verunreinigungen eliminiert wird. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren

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auch in einem herkömmlichen System für kontinuierlichen Durchfluß durchgeführt werden, wie es beispielsweise in der bereits erwähnten US-PS 3 241 432 erwähnt ist. Jeder Probenabschnitt wird an einer Reagenzinjektionsstation vorbei durch das System transportiert, wo in jeden diskreten Probenabschnitt selektiv eines oder mehrere Reagenzien injiziert werden.

Das System gemäß der Erfindung umfaßt also grundsätz-V^ lieh eine Leitung, die einen Ströraungsweg für eine Probe bildet, Mittel zur Beförderung einer Vielzahl von diskreten Probenabschnitten längs dieser Leitung, Mittel zur selektiven Einführung genauer aliquoter Teile von Reagenz in die diskreten Probenabschnitte sowie Mittel zum Analysieren der diskreten Probenabschnitte.

Das Verfahren, durch das die Reagenzien in die Probenabschnitte eingeführt werden, umfaßt die folgenden Schritte: Strömenlassen aufeinanderfolgender Probenabschnitte längs einer Leitung, Einführen einer gesteuerten Menge eines Reagenzes in ausgewählte Abschnitte während ihres Strömens längs der Leitung sowie Analysieren der ausgewählten Abschnitte. In einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird das Reagenz dadurch eingeführt, indem man die unmischbare Fluidschicht, die die ausgewählten Probenabschnitte einkapselt, durchbohrt. Die unmischbare Fluidschicht bildet sich nach der Injizierung wieder neu, so daß die Integrität der Probe aufrecht erhalten und eine Überschleppung von Verunreinigungen zwischen aufeinanderfolgenden Proben verhindert werden.

In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Reagenz mittels einer Anzahl Spindel- oder Kegelventile bewirkt, die- um den Umfang der Leitung herum oder in dichter Nachbarschaft axial längs eines Teils der Leitung angeordnet sind. Die Spindelventil-

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anordnung ist dafür bestimmt, das einzuführende Reagenz in den Probenabschnitt mit großer Kraft unter Druck zu injizieren, so daß die unmischbare Fluidschicht während ihres Durchtritts längs des Leitungsabschnittes durchbohrt wird. Die Spitze des Spindelventils besteht aus demselben Material wie die Innenwand der Leitung und ist auch der Innenwand angeschmiegt bzw. bildet einen Teil dieser Innenwand, wenn es geschlossen ist, so daß die erneute Bildung der durchbohrten unmischbaren Fluidschicht um den Probenabschnitt herum erleichtert und ein Uberschleppen von Verunreinigungen verhindert werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert, worin

F I G . 1 eine schematische Darstellung von Proben, die in einem Analysiersystem nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchflusses entlangströmen,

F I G . 2 eine schematische Darstellung in Form eines Fließschemas des nach dem Prinzip des kontinuierlichen Durchflusses arbeitenden Analysiersystems gemäß der Erfindung,

F I G . 3 einen Querschnitt des Reagenzinjektors gemäß Fig. 2 und

F I G . 4 bis F I G . 6 schematische Darstellungen, die die Betriebsabfolge des Reagenzinjektors gemäß Fig. 2 erläutern,

darstellen.

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Das Analysiersystem gemäß Fig. 2 transportiert eine Anzahl voneinander getrennter, abwechselnd angeordneter Probenabschnitte 41 und Luftabschnitte.42 in Form eines kontinuierlichen Stroms durch Leitung 40. In einer bevorzugten Durchführungsform ist jeder Abschnitt in einem unmischbaren Trägerfluid 43 eingekapselt, wie in der vergrößerten Ansicht eines Abschnittes von Leitung 40 zusätzlich dargestellt und im einzelnen aus der oben genannten US-PS 3 479 141 bekannt. Das Trägerfluid 43 ist mit den Probenabschnitten 41 unmischbar und benetzt die Innenwandoberfläche von Leitung 40 bevorzugt, so daß eine Verunreinigung zwischen aufeinanderfolgenden Probenabschnitten ausgeschlossen wird. Die Lüftabschnitte 42 dienen dazu, ein geeignetes Strömungsmuster des Probenstromes längs Leitung 40 aufrechtzuerhalten.

Da es kein Überschleppen von Resten zwischen aufeinanderfolgenden Probenabschnitten 41 gibt, steht jeder Abschnitt zur Analyse zur Verfügung, und es wird lediglich ein einziger Probenstrom benötigt, um die verschiedenen Bestandteile in einer Probe zu untersuchen.

Das System gemäß Fig. 2 enthält ferner eine Steuerungseinrichtung 58 zum Steuern der selektiven Injektion von Reagenzien in bestimmte Probenabschnitte 41. Dies wird dadurch bewirkt, daß non Information über den einzelnen Probenzugang speichert, die die für jede derartige Probe durchzuführenden Analysen umfaßt, und anschließend, die selektive Injizierurig der erforderlichen Reagenzien steuert, wenn die entsprechenden Abschnitte jede dieser- Proben der Reagenzeinspritzungszone zugeführt werden.

Die Steuerungseinrichtung 58 kann ein für allgemeine Zwecke geeigneter Digitalrechner mit einem Speicherprogramm (fixierten Programm) sein..Die. peripheren Geräte können aus einem Oszillographen zum Unterrichten und Infor-

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mieren der Bedienungsperson, einem Einstellwerk zum Empfangen der Information und einem Drucker zur Aufzeichnung · der Versuchsdaten für jede Analyse bestehen (diese Geräte sind in der Zeichnung nicht dargestellt). Es gibt in dem System drei Arten von Informationsspeichern: Festwertspeicher (ROM, leistungslos); Speicher mit direktem Zugriff (RAM, Arbeitsdaten) sowie Plattenspeicher (Masse, leistungslos). Der Festwertspeicher (ROM) enthält das Programm zum Überwachen des Probeneintritts oder Probenzugangs (Ansaugen der Probe) sowie der Probenwanderung durch die Leitung 40. Die beim überwachen erhaltenen Daten werden dazu verwendet, um die Reagenzinjektoren und die Analysatorstation zu steuern. Der Plattenspeicher überträgt Verzögerungsparameter in den Arbeltsspeicher (RAM) zur Verwendung für das Führen der Reagenzinjektoren, wenn die Probenabschnitte in die Reagenzeinspritzungszonen eintreten.

Weil sämtliche Strömungsdaten, die von dem Steuerungssystem empfangen werden, auf der Grundlage einer Sequenz erhalten werden (Erfassen eines Abschnittes nach dem andern) besitzen die Daten, die in dem Plattenspeicher enthalten sind, feste Parameter für die Injektionszeiten sowie die Steuerung der Analysatoren. Natürlich sind aber auch andere Speicherverteilungen im Zusammenhang mit der Erfindung möglich.

Die Steuerungseinrichtung 58 verwendet gespeicherte Standardalgorithmen zum Umwandeln optischer Daten, die aus einem Kolorimeter oder anderen Nachweisgerät erhalten worden sind, in Analyseninformationen, die auf dem Oszillographen erscheinen und bzw. oder vom Drucker auf Papier ausgedruckt werden können.

Um den Probeneintritt zu bewirken, besitzt das System gemäß Fig. 2 einen (nicht dargestellten) Probenindi-

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zierungstisch, der durch Rotation (in Richtung der Pfeile 53) oder auf andere Weise jeden Probenbehälter 45 nacheinander unter ein Ansaugrohr 46 bringt.

Durch das Ansaugrohr 46 werden Luft und Probensubstanz alternierend angesaugt; dazu taucht das Rohr 46 periodisch in den Probenbehälter 45 (Pfeile 44). Das unmischbare Fluid 43 wird durch einen (nicht dargestellten) Einbringmechanismus in das Einlaßende 47 des Rohrs 46 eingeführt und zusammen mit Luft zwischen aufeinanderfolgenden Eintauchvorgängen in die Probe angesaugt, um das in Fig. 1 erläuterte Strömungsmuster zu bilden. Der Indizierungstisch und das Ansaugrohrsystem sind im einzelnen in der US-PS .. .. ... (Serial No. 57 541/1979) beschrieben.

Jeder Probenbehälter 45 besitzt eine an ihm befestigte Markierung 54. Die Markierung 54 enthält einen geeigneten Code, der anzeigt, welche Analysen im einzelnen mit der Probe durchgeführt werden sollen. Die Markierung 54 wird vom Detektor 49 gelesen, der diese Information an die Steuerungseinrichtung 58 weitergibt. Die Steuerungseinrichtung 58 speichert diese Information und steuert die Injizierung der für die Tests, die auf der Markierung 54 angegeben sind, erforderlichen Reagenzien in die Probenabschnitte zum geeigneten Zeitpunkt. Die Steuerungseinrichtung 58 steuert außerdem den Ansaugmechanismus 57» so daß lediglich eine solche Anzahl von Probenabschnitten 41 in das Rohr 46 gezogen und mit Abschnitten 42 bzw. 43 aus Luft und unmischbarem Fluid voneinander getrennt werden, die der Anzahl von zu bestimmenden Bestandteilen entspricht. Auf diese Weise werden in das System keine überzähligen Probenabschnitte eingeführt. Jedem Probenabschnitt wird ein geeignetes Verdünnungsmittel zugesetzt, bevor das Reagenz in ihn mit einem (nicht dargestellten) Injektionsmechanismus eingespritzt

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Die voneinander getrennten Probenabschnitte werden in Form eines kontinuierlichen Stroms an zwei Reagenzinjektionszonen, die als Zonen 1 und 2 bezeichnet sind, durch Mechanismus 57 vorbeibefördert. Das Reagenz wird nicht kontinuierlich in den Probenstrom, der in der Leitung 40 entlangströmt, eingeführt, wie dies bisher üblich war. Stattdessen wird ein vorherbestimmtes, gesteuertes Volumen des Reagenzes selektiv unter Druck durch die Schicht des einkapselnden unmischbaren Fluids 43 hindurch in einen ausgewählten Probenabschnitt 41 injiziert. Das unmischbare Fluid 43 wird dabei durchstoßen und bildet sich selbst nach der-Injizierung des Reagenzes zurück, so daß die Integrität des Probenabschnittes aufrechterhalten und eine Verunreinigung eines nachfolgenden Probenabschnittes 41 vermieden werden.

Die Reagenzien werden selektiv in jeden Probenabschnitt 41 injiziert, wenn die einzelnen Probenabschnitte 41 an den Zonen 1 und 2 vorbeiströmen. Jede Zone umfaßt einen Block 99, der eine innere Leitung 40» enthält, die mittels geeigneter Dichtungen mit der äußeren Leitung 40 verbunden ist. Die innere Leitung 40· besitzt eine Anzahl Reagenzinjektoren 55, die an Stellungen um ihre Peripherie herum angeordnet sind und die im einzelnen mit 55a bis 55c und 55d bis 55g bezeichnet sind. Jeder Reagenzinjektor ist, wie im folgenden beschrieben, dazu bestimmt, ein vorherbestimmtes Volumen eines Reagenzes in die Leitung 40' einzuführen. Beispielsweise kann der Injektor 55a ein Reagenz zur Analyse von Glycose enthalten, der Injektor 55b ein Reagenz zur Analyse von Blutharnstoff-Stickstoff , der Injektor 55c ein Reagenz zur Analyse von Lactatdehydrogenase usw. Wenn lediglich die drei genannten Tests durchgeführt werden sollen, dann werden drei Probenabschnitte 41 durch das Rohr 46 unter Steuerung durch die Steuerungseinrichtung 58 angesaugt. In jeden dieser Probenabschnitte wird anschließend ein vorherbestimmtes Vo-

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lumen des geeigneten Reagenzes durch die Injektoren 55a, 55t) und bzw. oder 55c in beliebiger Reihenfolge unter Steuerung durch die Steuerungseinrichtung 58 injiziert. Die Injektoren 55 können in den Zonen 1 bzw. 2 angeordnet sein. Detektoren 50 bzw. 51 erfassen das Vorderende jedes Luftabschnittes 42, das in die Zonen 1 und 2 eintritt und geben der Steuerungseinrichtung 58 ein Steuerungssignal. Alternativ kann das vordere Ende jedes Flüssigkeitsabschnittes 41 ein Steuerungssignal an die Steuerungseinrichtung 58 liefern. Die Steuerungseinrichtung 58 betätigt nach einer entsprechenden Verzögerung und im Einklang mit den von der Markierung 54 gelieferten Informationen den entsprechenden Reagenzinjektor 55, so daß ein vorherbestimmtes Volumen des ausgewählten Reagenzes in den nach dem festgestellten Luftsegment 42 kommenden Probenabschnitt 41 eingeführt wird. Die Reagenzien werden in den entsprechenden Probenabschnitt gesteuert und selektiv injiziert. Beispielsweise kann Injektor 55a, der der erste der Injektoren 55 ist, 0,5 s nach dem das vordere Ende eines Luftabschnittes 42 erfaßt worden ist, in Tätigkeit treten. Wenn stattdessen der Injektor 55b zum Tätigwerden programmiert ist, dann kann er nach einer Verzögerungszeit von 0,6 s und analog Injektor 55c nach einer Verzögerungszeit von 0,7 s Reagenz injizieren usw.

Die selektive Injizierung des Reagenzes kann in folgender Weise ablaufen:

(a) Ein (nicht dargestellter) Markierungsabschnitt kann periodisch in Leitung 40, beispielsweise durch Eintauchen des Rohres 46 in einen Behälter, der eine wäßrige Flüssigkeit.mit charakteristischen optischen Eigenschaften enthält, eingeführt werden. Der Detektor 50 erfaßt diesen Markierungsabschnitt und liefert die entsprechende Information an die Steuerungseinrichtung 58.

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(b) Der Detektor 50 erfaßt das vordere Ende jedes Luftabschnittes 42 in herkömmlicher Weise, das jeden Probenabschnitt 41 vom nächsten trennt, und die Steuerungseinrichtung setzt verschiedene Injektoren 55a, 55b, 55c usw., von denen jeder die entsprechenden Reagenzien enthält, zur richtigen Zeit in Tätigkeit, d.h. wenn sich der entsprechende Probenabschnitt 41 gegenüber oder bei dem zugehörigen Injektor 55 befindet.

(c) Die Steuerungseinrichtung 58 zählt jeden Luftabschnitt 42 unter Verwendung des Markierungsabschnittes als Kontrolle, so daß sie im Stande ist, jedem einzelnen Probenabschnitt 41 zu folgen. Das Erfassen des periodischen Durchtritts von Markierungsabschnitten trägt dazu bei, daß die Steuerungseinrichtung 58 jedem einzelnen Satz aus Probensegmenten folgen kann, wie dies in der US-PS (Serial

No. 21 034/1979) beschrieben ist. Die Markierung liefert einen Bezugswert um den jeder Probensatz angeordnet werden kann.

Nach der Injizierung der Reagenzien in den ausgewählten Probenabschnitt 41 werden Probe und Reagenzien miteinander umgesetzt, während sie in dem segmentierten Muster in Richtung auf die Analysierstation 56 strömen, die stromabwärts von den Reagenzinjektionszonen 1 und 2 angeordnet ist. Die Analysierstation erfaßt die Reaktion der Probenreagenzien und bestimmt den gewünschten Bestandteil in der Probe quantitativ.

Die Analysierstation 56 kann ein (nicht dargestelltes) Kolorimeter oder einen anderen Detektor enthalten, der jede Reaktion bei einer geeigneten Wellenlänge optisch analysiert. Die Steuerungseinrichtung 58 stellt das Kolorimeter auf die geeignete Wellenlänge ein, die für jeden

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im einzelnen umgesetzten Probenabschnitt erforderlich ist. Der Detektor 52 erfaßt das vordere Ende jedes Luftabschnittes 42 zwischen jedem umgesetzten Probenabschnitt, und die Steuerungseinrichtung 58 stellt das Kolorimeter nach Berechnung einer geeigneten Verzögerungszeit ein. Alternativ kann das Steuerungssignal "on line" von einem Infrarotdetektor (IR Detektor), der dem Detektor 52 analog ist, und der an der Kolorimeterdurchflußzelle angeordnet ist, abgeleitet werden. Die Steuerungseinrichtung 58 zählt wiederum die Luftsegmente 42 und erfaßt geeignete Markierungssegmente, um jedem einzelnen Probenabschnitt innerhalb jedes Satzes von Probenabschnitten zu folgen.

Das in Fig. 2 dargestellte Analysiersystem gemäß der Erfindung zeigt zwei Reagenzinjektionszonen 1 und 2, jedoch kann auch eine einzige Zone vorgesehen sein, falls die Injektoren 55 bequem innerhalb des Raumes, der für die Injektion vorgesehen ist, untergebracht werden können. Entsprechend können auch mehr als zwei Reagenzzonen erforderlich sein, um eine Vielzahl von Reaktionen durchzuführen. In bestimmten Fällen können drei oder mehr Reagenzien zu injizieren sein, von denen jedes eine ausgedehnte Inkubationszeit vor der darauf folgenden Reagenzinjektion benötigt. Daher können auch mehrere, voneinander i_m Abstand angeordnete Injektionszonen erforderlich sein.

Die Einführung des Reagenzes verursacht, daß sich der Probenabschnitt innerhalb der Leitung 40' ausdehnt, und diese Ausdehnung verursacht Änderungen im Zeitablauf und in der Strömung hinsichtlich der weiter stromabwärts erfolgenden Reagenzeinführung und der Analysen. Daher wird bevorzugt, sämtliche Injektoren 55 kompakt, d.h. um den Umfang der Leitung 40 herum an jeder Injektionsstelle anzuordnen, wie dies in den Fig. 3 und 4 bis 6 veranschaulicht ist. Die Zonen 1 und 2 weisen sieben Reagenzinjektionsstellen mit je drei Injektoren auf, so daß insgesamt

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21 einzelne Reagenzinjektoren 55 vorhanden sind. Somit kann man gemäß dem dargestellten Beispiel in jeden ausgewählten Probenabschnitt eines oder mehrere von 21 unterschiedlichen Reagenzien injizieren.

Die Probenabschnitte, in die in Zone 1 Reagenz injiziert worden ist, können außerdem eine zweite Injektion mit einem anderen Reagenz in Zone 2 erfordern. Nachdem in den Probenabschnitt in Zone 1 ein Reagenz injiziert worden ist, wird der Abschnitt länger, jedoch wird der Zeitpunkt der zweiten Injizierung wegen des Detektors 51 trotzdem richtig gewählt. Der Detektor 51 erfaßt das vordere Ende des entsprechenden Luftabschnittes 42, der dem entsprechenden Probenabschnitt, in den bereits injiziert worden ist, vorausgeht, wenn er sich der Zone 2 nähert. Detektor 51 informiert die Steuerungseinrichtung 58 über die Annäherung des Probenabschnittes 41, und die Steuerungseinrichtung 58 sorgt für den Ablauf der zweiten Injizierung mit dem erforderlichen Zeitverzug. Wenn erforderlich, würde eine dritte Zone einen ähnlichen Aufbau erfordern.

Um einen kompakten Durchfluß zu gewährleisten, Strömungsänderungen auf ein Minimum herabzudrücken und Reagenzmaterialien zu sparen, kann man auch geringste Reagenzvolumina verwenden, d.h. allgemein, jedoch nicht notwendigerweise 5 bis 15% Reagenz je Probenvolumen einschließlich Verdünnungsmittel.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine Ausführungsform eines Reagenzinjektors 55 gemäß Fig. 2 erläutert. Das zu verwendende Reagenz ist in einem Behälter 60 aufbewahrt, der über Leitung 61 mit der Kammer 62. verbunden ist. Die Kammer 62 besitzt ein Spindelventil 63, das gegenüber dem Ventilsitz 64 von Kammer 62 dicht abschließt. Wenn das Spindel- oder Kegelventil 63 von dem Sitz 64 abgezogen

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wird, wie durch Pfeil 67 in Fig. 4 angedeutet, besteht eine Fluidverbindung von Kammer 62 über Leitung 65 zu Kammer 66. Die Kammer 66 enthält ebenfalls ein Spindeloder Kegelventil 68, das gegenüber dem Sitz 70 von Kammer 66 dicht abschließt. Eine Spitze 69 des Kegelventils 68 ragt durch eine Öffnung 79 in Leitung 40^! des Analysiersystems gemäß Fig. 2 hindurch. Die Spitze 69 des Kegelventils kann, wie dargestellt, konvex sein, sie kann aber auch mit der Innenwand 81 der Leitung 40· fluchten.

Während der Kegel 63 gemäß Pfeil 67 zurückgezogen wird, wird in dem Hohlraum 84 hydraulischer Druck abgesenkt, so daß ein Kolben 75 in Leitung 72 gemäß dem Pfeil 71 durch Einwirkung der Feder 76 weggezogen wird und dadurch einen Kolben 82 gegen das Widerlager 83 treibt. Beim entgegengesetzten Hub kommt der Kolben 82 am Widerlager 85 zur Ruhe, wodurch der Hub des Kolbens 75 bestimmt wird. Leitung 72 steht mit Leitung 65 an dem Abzweigungsknie 73 in Verbindung. Die Leitung 72 füllt sich aus dem Behälter 60 mit dem Reagenz bis zum Ende des Kolbens 75. Das Widerlager 83 ist so einstellbar, daß die Hubhöhe des Kolbens 75» durch die das Volumen des aliquoten Teils an Reagenz, das aus Leitung 72 in Leitung 40' injiziert wird, bestimmt wird, verändert werden kann.

Nachdem Kolben 82 fest gegen das Widerlager 83 drückt, wird das Kegelventil 63 in Richtung des Pfeiles 74 (Fig. 5) gegen seinen Sitz 64 gedrückt. Der Injektor ist nunmehr bereit, eine vorherbestimmte Menge oder einen aliquoten Teil an Reagenz aus der Leitung 72 zu injizieren.

Wenn der ausgewählte Probenabschnitt 41, in den injiziert werden soll, an dem Injektor 55 vorbeiströmt, wird das Kegelventil 68 von seinem Sitz 70 zurückgezogen, wie durch den Pfeil 78 in Fig. 6 dargestellt. Der Kolben 75 wird im Sinne des Pfeiles 80 in Leitung 72 gegen die Kraft der Feder 76 durch an der Öffnung 100 ausgeübten hydrauli-

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sehen Druck nach vorn getrieben. Dabei wird eine gegebene. Reagenzmenge unter Druck in dem Probenabschnitt 41 in der Leitung 40' injiziert. Das unmischbare Fluid 43 wird dabei durch das unter Druck eingespritzte Reagenz durchbohrt und der Probenabschnitt vergrößert sein Volumen innerhalb Leitung 40'.

Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Vorrichtung ist ein vorbereiteter Injektor, der auf Kommando der Steuerungseinrichtung 58 (Fig. 2) rasch eine aliquote Menge Reagenz in den Probenabschnitt einspritzen kann. Die Hubhöhe und der Durchmesser des Kolbens 75 bestimmt die Reagenzmenge, die Leitung 72 füllt und daher nach dem Schließen des Ventils 63 in den Probenabschnitt 41 injiziert wird.

Die Spitze 69 des Spindel- oder Kegelventils spielt bei der Injektion des Reagenzes in dem Probenabschnitt eine bedeutende Rolle. Die Spitze 69 besteht vorzugsweise aus demselben Material wie die Leitung 40', so daß das unmischbare Fluid 43 ebenfalls bevorzugt die Spitze 69 benetzt. Die Spitze 69 ist so ausgebildet, daß sie ein Teil der Leitungswandung 81 ist, so daß eine richtige Strömung an unmischbarem Fluid 43 über die Innenwandoberfläche von Leitung 40· aufrecht erhalten und die erneute Bildung der Schicht aus unmischbarem Fluid 43 um den Probenabschnitt herum, die durch das Reagenz durchstoßen worden ist, beschleunigt wird. Außerdem ist die Spitze 69 derart ausgebildet, daß sie entweder mit der Innenwand 81 von Leitung 40' in Flucht liegt oder leicht konvex ist, so daß Fluide, wie beispielsweise Reagenzien nicht in irgendeiner konkaven Vertiefung festgehalten werden, die sich in der Wand 81 von Leitung 40' bilden könnte.

Es ist von großer Bedeutung, daß die Fluiddynamik beim Durchstoßen und Neubilden der unmischbaren Fluidschicht in der richtigen Weise erzielt wird, so daß jeder Probenab-

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schnitt in eine Schutzhülle aus unmischbarem Fluid sowohl vor als auch nach der Injizierung eingekapselt bleibt. Dies ist, wie oben erwähnt, deshalb notwendig, um die Integrität der Probe aufrecht zu erhalten und eine Verunreinigung durch Überschleppen von Reststoffen zwischen aufeinanderfolgenden Probenabschnitten 41 zu verhindern.

Für die erfindungsgemäßen Zwecke kann das unmischbare Fluid 43 ein Fluorkohlenstofföl sein, und sowohl die Leitungswandung 81 als auch die Spitze 69 des Kegelventils kann aus Polytetrafluorethylen bestehen. Das Fluorkohlenstofföl benetzt die Wand 81 und die Spitze 69 vorzugsweise unter Ausschluß der wäßrigen Probenflüssigkeit.

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Claims

PateniaawälS·

Reichelu-Keichel

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Paxk,iarol3

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA

Patentansprüche

1 J Kontinuierliches System zum Analysieren einer Anzahl flüssiger Proben, enthaltend:

eine Leitung (40), die einen Ströraungsweg für die Probe definiert,

Mittel (57) zur Beförderung der Proben nacheinander in Form eines Satzes diskreter Probenabschnitte (41) längs des Strömungsweges,

längs des Strömungsweges angeordnete Mittel (55) zum selektiven Einführen genauer aliquoter Teile unterschiedlicher Reagenzien in variabler Reihenfolge in ausgewählte Probenabschnitte(41) aus jedem dieser Sätze und

längs des Strömungsweges angeordnete Mittel (56) zum Analysieren der Proben.
2. System gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine mit den Mitteln (55) zum Einführen von Reagenzien verknüpfte Steuerungseinrichtung (58) zum Steuern der Reihenfolge, in der die verschiedenen aliquoten Anteile von Reagenzien eingeführt werden, enthält.
3. System gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem entlang des Strömungsweges angeordnete Mittel (50, 51) zum Erfassen der Strömung der Probenabschnitte (41) längs des Strömungsweges enthält, wobei die Steuerungseinrichtung (58) auf die Mittel zum Erfassen ansprechen.

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4. System gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem Mittel (53) zum Einführen der diskreten Probenabschnitte (41) in den Strömungsweg sowie Mittel (49), die mit den Probeneinführungsmitteln (53) verbunden sind, zum Angeben der verschiedenen, bei den einzelnen Probenabschnitten (41) in jedem der Sätze durchzuführenden Analysen umfaßt, wobei die Steuerungseinrichtung (48) auf die Mittel zur Angabe (49) anspricht.
5. System gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (53) zur Einführung der Proben auf die Anzahl der Probenabschnitte (41) ansprechen, um einen Satz aus so vielen Probenabschnitten zu bilden, die der Anzahl der unterschiedlichen Analysen, die für eine bestimmte Probe durchzuführen sind, entspricht.
6. System gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (53) zur Einführung der Proben Mittel (57) zum Ansaugen der aufeinanderfolgenden Probenabschnitte, von denen jeder von dem anderen durch mindestens einen Abschnitt aus einem inerten Fluid getrennt ist, umfaßt.
7. System gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (53) zum Einführen der Proben Mittel zum Einführen eines unmischbaren Fluids in den Strömungsweg umfaßt, wobei das unmischbare Fluid die Oberflächen der Leitung mit Vorrang unter Ausschluß einer Benetzung durch die Probenabschnitt benetzt.

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8. System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Angabemittel (49) Mittel zum Ablesen einer Markierung (54), die mit jedem Probensatz verbunden ist, umfassen.
9. System gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Markierung (54) einen Code zur Angabe der unter-¹^ schiedlichen Analysen, die für jeden Satz aus Probenabschnitten durchzuführen sind, umfaßt.
10. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (55) zur Einführung des Reagenzes aliquote Mengen an Reagenz einführen, die im allgemeinen zwischen 5 und 15$ des Volumens der Probenabschnitte (41) einschließlich Verdünnungsmittel ausmachen.
11. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

r- daß die Mittel (56) zum Analysieren der Proben ein Kolorimeter umfassen, das jeden mit einem entsprechenden Reagenz versehenen Probenabschnitt bei der entsprechenden Wellenlänge analysiert.
12. System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin längs des Strömungsweges angeordnete Mittel (52) zum Erfassen der entsprechenden, mit Reagenz versehenen Probenabschnitte umfaßt, die sich auf das Kolorimeter zubewegen, sowie Mittel (58), die auf die Mittel zum Erfassen ansprechen, um die Wellenlänge, bei der das Kolorimeter mißt, entsprechend dem im einzelnen zugeführten, mit Reagenz versehenen Probenabschnitt abzuändern.

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13. System gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin Mittel (53) zum Einführen einer Markierungssubstanz in den Strömungsweg zum Überwachen der Anzahl der Probensätze, die den Strömungsweg entlanggeführt werden, umfaßt.
14. System gemäß Anspruch 13,

dad u r ch gekennzeichnet, daß es außerdem entlang des Strömungsweges angeordnete Mittel (50) zum Erfassen der Markierungssubstanz umfaßt.
15. Verfahren zur quantitativen Analyse von Bestandteilen in diskreten Flüssigkeitsproben, wobei man die Proben nacheinander in Form von Sätzen aus aufeinanderfolgenden diskreten Flüssigkeitsabschnitten durch eine Leitung wandern läßt,

dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) die diskreten Probenabschnitte durch die Leitung strömen läßt,

(b) in ausgewählte dieser Probenabschnitte in jedem der Sätze in variabler Folge eine bestimmte Menge mindestens eines einer Mehrzahl von Reagenzien einführt, um bestimmte Bestandteile in jeder der Probenabschnitte zu bestimmen, und

(c) die ausgewählten Probenabschnitte jedes dieser Sätze analysiert.
16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem aufeinanderfolgende Probenabschnitte durch mindestens einen Abschnitt aus einem inerten Fluid voneinander trennt.

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Λ Λ f*

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17. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem das Reagenz einführt, während man die Probenabschnitte die Leitung entlang strömen läßt.
18. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem zwei oder mehr Reagenzien in einer Ebene oder in mehreren Ebenen einführt, die quer zu der Leitung stehen.
19. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei oder mehr Reagenzien an getrennten Stellen längs der Leitung einführt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem ein unmischbares Fluid einführt, das die Oberflächen der Leitung mit Vorzug unter Ausschluß der Benetzung durch die Probenabschnitte benetzt.
21. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem ein unmischbares Fluid einführt, das die Oberflächen der Leitung mit Vorzug unter Ausschluß einer Benetzung der Oberflächen durch die Probenabschnitte und die Abschnitte aus dem inerten Fluid benetzt.

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22. Vorrichtung zur quantitativen Analyse eines oder mehrerer Bestandteile in einer Anzahl diskreter Proben, enthaltend:

eine Leitung (40),

Mittel (53) zur Verteilung der Proben in Sätze aus diskreten Probenabschnitten,

Mittel (57) zum Strömenlassen der Sätze aus diskreten Probenabschnitten (41) durch die Leitung (40) nacheinander in Form eines kontinuierlichen Stromes,

eine Reagenzinjektionsstation, die längs eines Teiles der Leitung angeordnet ist und Mittel (55) zum selektiven Einführen von aliquoten Teilen von Reagenzien in Probenabschnitte (41), die den Leitungsabschnitt passieren,

Mittel (58) zum selektiven Steuern der Injektionsstation, um ausgewählte Reagenzien in den Abschnitt der Leitung einzuführen, die sich mit einem bestimmten der Probenabschnitte (41) vermischen sollen, und

eine stromabwärts von der Injektionsstation angeordnete Anälysierstation (56) zum Analysieren der Probenatschnitte.
23. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Probenabschnitte (41) voneinander durch mindestens einen Abschnitt (42) aus einem inerten Fluid getrennt sind.
24. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (53) zum Einführen eines unmischbaren Fluids in die Leitung umfaßt, das die Oberflächen der Leitung mit Vorzug unter Ausschluß der Benetzung der Oberflächen durch die Probenabschnitte (41) benetzt.

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25. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem längs der Leitung angeordnete Mittel (50, 51) zum Erfassen des Aufenthaltsortes der mit Reagenz zu versehenden Probenabschnitte (41) umfaßt.
26. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzinjektionsstation eine Anzahl Kegelventile (68) aufweist, die um die Leitung (40') angeordnet sind und von denen jedes eine Spitze (69) aufweist, die einen Teil der Leitungswandung (81) bildet.
27. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spitzen (69) im wesentlichen mit der Leitungswandung (81) fluchtet oder leicht konvex ausgebildet ist.
28. Vorrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelventile (68) ringförmig um die Leitung (40') angeordnet sind.
29. Vorrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (69) der Kegelventile (68) aus demselben Material bestehen wie die Leitungswandung (81).
30. Vorrichtung gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Mittel (53) zum Einführen eines unmischbaren Fluids in die Leitung (40) aufweist, das die Oberflächen der Leitung und die Spitzen (69) der Kegelventile (68) mit Vorzug unter Ausschluß einer Benetzung dieser Teile durch die Probenabschnitte (41) benetzt.

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