DE69415739T2

DE69415739T2 - Verahren und vorrichtung zur schrittweisen bewegung von gegenstaenden

Info

Publication number: DE69415739T2
Application number: DE69415739T
Authority: DE
Inventors: Stephen Frye; Michael Huber; John Mazza
Original assignee: Dade Behring Inc
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics Inc
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: WO1994024570A1; JP3350731B2; DE69415739D1; CA2133477A1; EP0635133B1; JPH07506197A; AU6238894A; US5352612A; EP0635133A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fördersysteme. Die vorliegende Erfindung ist speziell bei Fördersystemen für Probenanalysengeräte wie etwa chemische Analysengeräte anwendbar, um Eigenschaften von Körperflüssigkeiten zu untersuchen.

Stand der Technik

Automatische Analysengeräte für die chemische, immunchemische und/oder biologische Untersuchung von Proben, die von Patienten entnommen sind, sind wohlbekannt. Chemische oder physikalische Untersuchungen werden an biologischen Flüssigkeiten wie etwa Urin, Blutserum, Plasma, Gehirn- und Rückenmarksflüssigkeit und dergleichen durchgeführt. Eine Probe der Flüssigkeit wird charakteristisch mit einer präparierten Reagensflüssigkeit, Pufferflüssigkeit und/oder Verdünnungsflüssigkeit vereinigt und danach auf einer geregelten Temperatur gehalten, bis analytische Messungen etwa mit einem Photometer durchgeführt werden können. Beispielsweise analysiert der Meßvorgang die Anwesenheit einer gegebenen biochemischen Substanz oder Charakteristik in der Originalprobe.
Es gibt einige Bauarten automatischer Probenanalysengeräte. Bevorzugt nimmt jedes Analysengerät nur ein Minimum an Raum ein, hat einen hohen Durchsatz, analysiert sowohl dynamische als auch zu Ende geführte Reaktionen und optimiert die Anordnung von Geräteeinheiten. Eine Bauart eines Analysengeräts hat eine Vielzahl von parallelen, gleichzeitig wirksamen Kanälen, von denen jeder angeordnet ist, um eine bestimmte Untersuchung durchzuführen. Die Analysen können identisch sein, um den Durchsatz zu maximieren, oder sie können verschieden sein, um viele verschiedene Untersuchungen zu ergeben. Eine zweite Bauart arbeitet in Serie und hat einen einzigen Verarbeitungskanal zur Durchführung einer bestimmten Analyse. Proben werden nacheinander zugeführt und sequentiell in Übereinstimmung mit der dem Gerät zugeordneten bestimmten Analyse analysiert. Bei beiden Systembauarten ist die physische Positionierung der verschiedenen Verarbeitungseinrichtungen wie etwa Probenaufgabeeinheiten, Reagenszugabeeinheiten, Reagensmischeinheiten und Probenentladeeinheiten im Fall kleiner Systeme stark eingeschränkt. Solche Verarbeitungsvorrichtungen müssen relativ nahe beieinander positioniert sein, so daß jede Einheit ihre gewünschte Funktion zum richtigen Zeitpunkt in der Untersuchungsfolge ausführen kann. Bei großen Analysengeräten sind Verarbeitungseinheiten, die aufgrund von geforderten Abständen voneinander physisch beabstandet sein könnten, häufig zu weit vom Ausgangspunkt entfernt, als daß eine Probe innerhalb der erforderlichen Reaktions- oder Meßzeit verarbeitet werden könnte. Bei herkömmlichen Probenanalysengeräten gibt es also sowohl enge physische Beschränkungen als auch zeitliche Einschränkungen. Begrenzungen, die durch besondere Analysenabläufe wie etwa für dynamische Reaktionen erzeugt werden, begrenzen ferner die Konstruktion und den Betrieb von Analysengeräten. Diese physischen und zeitlichen Einschränkungen vermindern den Probendurchsatz und verhindern die maximale Nutzung von mechanischen Einrichtungen oder die Anzahl von Vorgängen, die in einem bestimmten Zeitraum oder bei einem Schritt verfügbar sind.
Es gibt daher einen Bedarf für ein Probenanalysengerät und ein -verfahren, wobei der Probendurchsatz erhöht wird, die Analyse von dynamischen Reaktionen möglich ist und Vielfachabtastungen einer gegebenen Probe durchführbar sind, die Nutzung von Verarbeitungseinrichtungen und die Anzahl von Vorgängen, die während des Ablaufs auftreten, maximiert werden, die Verweildauer einer gegebenen Probe in dem System optimiert wird und eine große Anzahl Proben mit einem einzigen Analysengerät untersucht wird. Ferner besteht ein Bedarf für ein Probenanalysengerät, das physische und zeitliche Räume voneinander trennt, das z. B. die logischen Verarbeitungsschritte von den physischen Begrenzungen eines gegebenen Systems trennt, so daß einzelne Verarbeitungseinheiten über die Architektur des Systems verteilt werden können und die Verarbeitungseinheiten trotzdem den räumlichen und zeitlichen Anforderungen für das Analysengerät entsprechen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und eine Vorrichtung anzugeben, um sowohl hinsichtlich Zeit als auch Raum Proben oder andere zu verarbeitende Gegenstände effizient zu transportieren, einen hohen Durchsatz zu erzielen, die Nutzung und Positionierung von Verarbeitungseinheiten zu maximieren, die Anzahl von Vorgängen innerhalb eines gegebenen Zeitraums zu maximieren und die Verweildauern von Proben oder anderen Gegenständen und ihre Analysenschritte zu optimieren. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Trennung von logischen und physischen Räumen in bezug auf die zu analysierenden Proben oder sonstigen Gegenstände und in bezug auf die Verarbeitungseinheiten und die Möglichkeit einer Einwirkung auf eine große Anzahl von Proben oder Gegenständen mit einer einzigen Verarbeitungseinheit. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Probenanalysengerät anzugeben, das Proben eine Vielzahl von Malen bewegt und einen Vorgang wie etwa Abtasten für sämtliche Proben jedesmal dann, wenn die Proben bewegt werden, durchführen kann. Eine zusätzliche Aufgabe ist die Bereitstellung eines Probenanalysengeräts, das leere Probenbereiche zum Zweck der Kalibrierung oder sonstigen Verarbeitung verfolgen kann.
Die veröffentlichte JP-Patentanmeldung JP-A-63073155 zeigt ein automatisches chemisches Analysengerät, bei dem eine ungerade Zahl n von Reaktionsröhrchen mit einem Winkelabstand p in einem Drehtisch angeordnet ist. Der Tisch wird als Serie von Zyklen gedreht. Jede Drehung erfolgt um eine Winkelstrecke von 1/2(n ± 1)p, um zu ermöglichen, daß Waschpositionen für die Röhrchen gemeinsam angeordnet sein können.
Die veröffentlichte EP-Patentanmeldung EP-A-0316 766 beschreibt eine automatische Verarbeitungseinrichtung zur Analyse von Reaktionslösungen, wobei Reaktionsbehälter als Gruppen in einer Reaktionsscheibe angebracht sind. Während sich die Scheibe dreht, bewegen sich die Reaktionsbehälter aufeinanderfolgend durch verschiedene Positionen zum Ausgießen einer Probe, zur Zugabe von Reagens und für die Analyse. Das Rotationsmuster der Reaktionsscheibe ist so ausgelegt, daß die Verarbeitung der Proben in den Behältern möglich ist, wenn die Reaktionsdauern für die jeweiligen Reaktionsbehälter in derselben Gruppe ganzzahlige Vielfache der Minimalreaktionsdauer in der Gruppe sind. Das erfolgt, damit sämtliche Reaktionen in einer Gruppe gleichzeitig abgeschlossen werden, so daß die Behälter sämtlich gleichzeitig geleert und ausgewaschen werden können.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Probenanalysengerät zum Analysieren einer Vielzahl von Proben an, das folgendes aufweist: einen beweglichen Probenträger, der M Proben, die in M Probenbehältern in einer Sequenz angeordnet sind, zur Bewegung in einer ersten Richtung haltert, wobei die Proben in g Gruppen mit n Proben in jeder Gruppe angeordnet sind, so daß M gleich dem Produkt aus g und n ist; eine Schaltantriebsanordnung, die die Proben in dem Probenträger in der ersten Richtung als eine Sequenz von Primärverschiebungen und, bei n > 1, Sekundärverschiebungen bewegt, wobei: jede Primärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers in der ersten Richtung um P Probenhalterpositionen, ausgehend von einer aktuellen Probengruppe, ist; jede Sekundärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers innerhalb der aktuellen Probengruppe ist; die Werte P und M relativ prime Werte sind, d. h. keine anderen Faktoren als Eins gemeinsam haben; der größte gemeinsame Faktor zwischen dem Wert (P + n - 1) und M gleich n ist; so daß jede der g Gruppen einmal die aktuelle Gruppe ist, bevor der Probenträger in eine Ausgangsposition zurückkehrt.
Die Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zum Steuern eines Analysengeräts für eine Vielzahl von Proben an, das die folgenden Schritte aufweist:
a) in einem beweglichen Probenträger werden M Proben in M Probenhaltern in g Gruppen mit n Proben in jeder Gruppe angeordnet, so daß M gleich dem Produkt aus g und n ist;
b) die Proben werden in dem Probenträger in einer ersten Richtung als eine Sequenz von Primärverschiebungen bewegt, wobei
d) jede Primärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers in der ersten Richtung um P Probenhalterpositionen, ausgehend von einer aktuellen Probengruppe, ist;
e) jede Sekundärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers innerhalb der aktuellen Probengruppe ist;
f) die Werte P und M relativ prime Werte sind, d. h. keine anderen Faktoren als Eins gemeinsam haben;
g) der größte gemeinsame Faktor zwischen dem Wert (P + n - 1) und M gleich n ist; so daß jede der g Gruppen einmal die aktuelle Gruppe ist, bevor der Probenträger in eine Ausgangsposition zurückkehrt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Trennung von logischem Raum von physischem Raum in dem System und erlaubt größere Freiheit bei der Plazierung von mechanischen Einrichtungen, während gleichzeitig eine richtige Sequenzierung von Vorgängen sowohl räumlich als auch zeitlich zugelassen wird. Ein solches System kann außerdem die Verweildauer für die betroffenen Gegenstände optimieren. Im Zusammenhang mit einem Probenanalysengerät, das eine Abtasteinrichtung oder andere Meßeinrichtung verwendet, erlaubt das Probenanalysengerät gemäß der vorliegenden Erfindung die Abtastung von Proben mit jedem Vorschub oder Inkrement. Nachdem das System und seine Steuerung definiert sind, können Ort und Bewegung jeder Probe zu jedem gegebenen Zeitpunkt ohne weiteres bestimmt werden.
Als ein Beispiel einer bevorzugten Konfiguration, die sich als besonders zweckmäßig erwiesen hat, bildet die erste Vielzahl von Haltern 90 paarweise gruppierte Halter. Die Menge von Inkrementen bildet zwei Inkremente, und zwar ein erstes Inkrement, das eine Bewegung von 103 Probenhaltern umfaßt, was eine Nettobewegung von 13 Probenhaltern darstellt, und ein zweites Inkrement, das eine Bewegung von 91 Probenhaltern umfaßt, was eine Nettobewegung von einem Probenhalter darstellt. Bei dieser Konfiguration ist die Zahl der Inkremente zwei, und die zusammenaddierte Menge von Inkrementen ergibt eine Summe von 194, was eine Nettobewegung des Probenträgers um einen Betrag gleich 14 entspricht, der größer als ein Halter und weniger als die erste Vielzahl 90 ist. Infolgedessen ist der größte gemeinsame Faktor zwischen der zweiten Vielzahl 14 und der ersten Vielzahl 90 gleich 2, also der Anzahl von Inkrementen in der Menge.
Bei einer bevorzugten Form der Erfindung ist der Probenträger ein im wesentlichen rundes Präzessionsrad, das um eine Achse in einem Kreis rotiert, um eine Probe an einer Vielzahl von Verarbeitungseinheitsstationen zu präsentieren. Beispielsweise kann ein Photometer verwendet werden, um jede davor angeordnete Probe abzutasten. Probenhalter sind in 45 Paare gruppiert (insgesamt 90 Proben), so daß der Schaltantrieb das Präzessionsrad in Rotationspaaren vorwärtsbewegt oder verlagert. Die erste Rotation ist ein erstes Inkrement oder eine große Drehung, die 103 Probenpositionen darstellt, also eine vollständige Drehung von 90 Probenpositionen plus 13 Probenpositionen, und die zweite Rotation ist ein zweites Inkrement oder eine kleine Rotation, die 91 Probenpositionen darstellt, also eine vollständige Rotation plus eine Probenposition. Bei dieser Konfiguration rotiert eine gegebene Probe an dem Photometer oder sonstigen Abtastinstrument einmal bei jeder Umdrehung vorbei und kehrt nach einem Zyklus von 45 Rotationspaaren in seine ursprüngliche Anfangsposition zurück. Da die gesamte Nettoverlagerung von 14 Probenpositionen und die 90 Positionen an dem Präzessionsrad einen größten gemeinsamen Faktor von zwei haben, also die Anzahl von Inkrementen in einer Menge, kehrt die Probenposition erst in die Anfangsposition zurück, nachdem 45 Rotationspaare aufgetreten sind, d. h. eine erste große Rotation mit einem Nettoinkrement von 13 und eine zweite kleine Rotation mit einem Nettoinkrement von 1. Ebenso findet der gleiche Zyklus für jede zweite Probenposition statt.
Durch Drehen des Präzessionsrads, so daß es bei jeder Rotation jede Probe vor dem Photometer präsentiert, können sämtliche Proben während jeder Rotation abgelesen bzw. gemessen werden. Infolgedessen können zeitabhängige Reaktionen ständig überwacht werden, ohne daß die Abfolge und zeitliche Steuerung anderer Vorgänge unterbrochen wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat ein Probenanalysengerät eine Vielzahl von Arbeitsstationen, an denen einzelne mechanische Geräteeinheiten wie Sensoren, Zugabestationen, Mischstationen und dergleichen positioniert sind. Die Stationen sind zwar physisch voneinander getrennt, aber sie sind um das Präzessionsrad herum in Übereinstimmung mit der lo gischen oder zeitlichen Abfolge positioniert, der die Proben für die ordnungsgemäße chemische Analyse folgen sollen. Daher brauchen mechanische Einrichtungen um das Probenträgerrad herum nicht ausschließlich als eine Funktion davon positioniert zu sein, wann beispielsweise während einer Zehn-Minuten-Reaktion die Probe abgetastet, vermischt oder anderweitig verarbeitet werden muß. Wenn beispielsweise die Abtastung nach dem Vermischen stattfinden soll, braucht sich die Abtasteinheit nicht unbedingt physisch nahe dem Mischer zu befinden, um zeitlich als nächste vorhanden zu sein. Das Probenanalysengerät nach der vorliegenden Erfindung erlaubt die Trennung von logischem oder zeitlichem Raum von physischem Raum, so daß mechanische Einrichtungen nicht nur als eine Funktion davon positioniert sein können, wie viel Raum die Einrichtung einnimt und wie lange die mechanische Einrichtung auf eine gegebene Probe einwirkt, sondern auch als eine Funktion davon, wie häufig zu der mechanischen Einrichtung Zugang beispielsweise durch Servicepersonal erforderlich ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Probenanalysengerät zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung, wobei verschiedene Geräteeinheiten vorgesehen sind, die mit dem Probenanalysengerät zusammenwirken.
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das Probenanalysengerät nach einem Aspekt der Erfindung, wobei ein bewegbares Präzessionsrad und eine Vielzahl von Probenhaltern gezeigt sind.
Fig. 3 ist eine schematische lineare Darstellung eines Endlosförderers wie etwa eines Präzessionsrads, wobei räumliche und zeitliche Beziehungen für die Bewegung des Präzessionsrads in einzelnen Inkrementen von dreizehn gezeigt sind.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf das Präzessionsrad von Fig. 1 und zeigt Gerätestationen.
Fig. 5 ist eine Fig. 3 ähnliche schematische lineare Darstellung und zeigt räumliche und zeitliche Beziehungen für die Bewegung des Präzessionsrads in Paaren von Inkrementen, und zwar zuerst einem Nettoinkrement von dreizehn und dann einem Nettoinkrement von eins.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Probenanalysengerät und ein Verfahren zum Betrieb eines Probenanalysengeräts beschrieben, das Verarbeitungsschritte ausführt, die sequentiellen aneinandergrenzenden logischen Ereignissen oder "Positionen" entsprechen, die physisch getrennt sein können, wodurch die Nutzung von verfügbarem Platz und verfügbaren mechanischen Einrichtungen maximiert wird, während gleichzeitig eine optimale physische Anordnung dieser Geräte ermöglicht wird. Gleichzeitig wird ein optimaler Probenuntersuchungsprozeß angegeben, bei dem Proben wiederholt abgetastet oder analysiert werden, während sich die Probe auf dem Analysengerät befindet. Die wiederholte Abtastung oder Untersuchung kann mit einer großen Zahl von Proben und sogar unter Verwendung nur eines einzigen Analysengeräts erreicht werden.
Ein Probenanalysengerät 100 gemäß der vorliegenden Erfindung untersucht die Charakteristiken einer Vielzahl von Proben (Fig. 1). Das Probenanalysengerät ist typischerweise der Hauptteil einer insgesamt automatisierten Diagnosevorrichtung, die bevorzugt nur ein Minimum an Überwachung oder Eingreifen durch Menschen benötigt. Das Probenanalysengerät nimmt eine Vielzahl von Proben auf, fügt zugehörige Reagenzien und/oder Lösungen zu, vermischt die Probenlösung, mißt gegebenenfalls die gewünschte Reaktion oder Charakteristik und beseitigt dann die Probe. Die optimale Koordination und Steuerung dieser Schritte sowie die optimale Positionierung zur Durchführung dieser Schritte wird bei der Erfindung berücksichtigt. Bevorzugt sind die durch die Erfindung gegebene Koordination und Steuerung in einem großen Bereich von Prozessen und Konfigurationen anwendbar. Die Erfindung berücksichtigt Änderungen der Anzahl diskreter Vorgänge, die in bezug auf eine bestimmte Probe auszuführen sind, die Größe der verwendeten Einrichtung, den verfügbaren Platz, den gewünschten Probendurchsatz, die Arten und die Anzahl von Reaktionen oder anderen Schritten, die auszuführen und zu messen sind, gegebenenfalls Reaktionszeiten und Wartungsanforderungen.
Das Probenanalysengerät 100 umfaßt einen Probenträger, bevorzugt in Form eines Endlosförderers wie etwa eines Präzessionsrads 102. Das Präzessionsrad 102 umfaßt bevorzugt eine erste Vielzahl von Probenhaltern 104 zum Halten einzelner Reaktionsbehälter oder Probenbehälter, die in den Probenhaltern anzuordnen und mit dem Präzessionsrad zu transportieren sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform hält jeder Probenhalter 104 bevorzugt ein Paar von einander zugeordneten diskreten Reaktionsbehältern oder Küvetten. Beispielhafte Küvetten, die mit dem Analysengerät, wie es hier beschrieben ist, verwendet werden können, sind in der US-PS 4 815 978 angegeben.
Küvetten oder andere Behälter für die Probenanalyse können auf das Präzessionsrad 102 von einer Küvettenaufgabeeinheit 106 aufgegeben werden, die Küvetten von einer Küvettenzuführ- und -vorbereitungseinheit 108 zu einem leeren Probenhalter an dem Präzessionsrad transportiert, wenn das Präzessionsrad an der Küvettenaufgabestation 110 einen leeren Halter präsentiert. Die Küvettenaufgabestation 110 ist eine einer Vielzahl von Stationen, an denen jeder Probenhalter auf dem Präzessionsrad auf einer zyklischen Basis präsentiert wird. Jede Küvette oder, bei der bevorzugten Ausführungsform, jede Küvette in einem ge koppelten Paar von Küvetten wird an einer Reihe von anderen diskreten Stationen präsentiert, an denen verschiedene Einrichtungen positioniert sind, um bestimmte Vorgänge an jeder davor positionierten Küvette auszuführen. Es gibt zwar eine Reihe von Geräteeinheiten, die mit dem Probenanalysengerät der Erfindung verwendet werden können, aber die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erörterten Geräteeinheiten umfassen ein Photometer, eine Probenabgabeeinheit, eine Probenmischeinheit, ein ISE-Instrument (eine ionenempfindliche Elektrode), eine Reagenszugabeeinheit und eine Reagensmischeinheit. Jede andere geeignete Geräteeinheit kann jedoch verwendet werden. Jede Geräteeinheit ist an einer jeweiligen Station positioniert, die an ausgewählten Stellen um das Präzessionsrad herum orientiert sind.
Es ist zwar möglich, daß das Präzessionsrad so gedreht werden kann, daß jede Küvette um einen Kreis herum um jeweils eine Küvettenposition vorwärtsbewegt wird, aber ein solcher Ablaufvorgang würde erfordern, daß ein großer Teil der Geräteeinheiten, die mit dem Probenanalysengerät verwendet werden, sehr nahe an der Probenaufgabestation 110 positioniert sein müßte, um erforderliche Schritte innerhalb des erforderlichen Zeitintervalls auszuführen. Wegen der zeitabhängigen Beschaffenheit vieler Probenreaktionen müssen viele der Prozesse, die von den anderen diskreten Geräteeinheiten auszuführen sind, zeitlich relativ nahe beieinander ausgeführt werden. Die Anwendung von schrittweisem Vorschub des Präzessionsrads, um jede Küvette mit jeder Bewegung um eine Position zu bewegen, würde erfordern, daß die diskreten Geräteeinheiten physisch eng beieinander angeordnet sind, so daß die zusammengehörigen Prozesse zeitlich eng beieinander ausgeführt werden können. Es ist bedeutsam, daß die vorliegende Erfindung zuläßt, daß die verschiedenen Geräteeinheiten relativ zueinander um das Präzessionsrad herum räumlich getrennt sind, während es gleichzeitig möglich ist, daß ihre zusammengehörigen Arbeitsschritte zeitlich eng benachbart stattfinden. Daher erlaubt die vorliegende Erfindung die Trennung von logischem und zeitlichem Raum in bezug auf den Systembetrieb und die zeitlichen Anforderungen des physischen Raums im Hinblick nicht nur auf die diskrete Positionierung von Geräteeinheiten, sondern auch auf die Optimierung der Anzahl von Proben, die auf dem Präzessionsrad gehandhabt werden kann, die Anordnung von Geräteeinheiten unter Gesichtspunkten wie etwa Serviceanforderungen und die optimale Nutzung von einzelnen Geräteeinheiten.
Die an der Aufgabestation 110 aufgegebenen Küvetten können leere trockene Küvetten sein, oder sie können Lösungen, Reagenzien oder andere Materialien enthalten, die der Küvette bereits vor der Aufgabe auf das Präzessionsrad zugefügt werden. Jede Anzahl von Schritten kann in der Küvettenzuführungs- und -vorbereitungseinheit 108 oder vor dieser durchgeführt werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Küvettenzuführungs- und -vorbereitungseinheit 108 kann in Form irgendeiner Anzahl von Vorrichtungen vorgesehen sein, um getrennt oder kombiniert eine Küvette zur Aufgabe auf das Präzessionsrad zu präparieren.
Zusätzliche Geräte zur Durchführung der Probenanalyse sind um das Präzessionsrad herum an solchen Stellen verteilt, daß die erforderlichen Vorgänge innerhalb der zeitlichen Begrenzungen möglich sind, die durch die eventuellen Reaktionen und Analysen, die vom Probenanalysengerät durchgeführt werden, und auch durch räumliche Beschränkungen vorgegeben sind. Ein Sensor wie etwa ein Kurzdauerimpuls-Photometer 112 ist bevorzugt an einer ersten Station 113 abstromseitig von der Küvettenaufgabestation 110 angeordnet, so daß der erste an der gerade aufgegebenen Küvette durchgeführte Vorgang eine Photometerabtastung der Küvette und ihres Inhalts ist, wonach sich das Präzessionsrad in einer ersten Gegenuhrzeigerrichtung entsprechend Pfeil 114 bewegt, bevor der Küvette Probenlösung oder ein anderes Reagens zugefügt wird. Das Photometer tastet außerdem jede Küvette bei ihrem Vorbeilauf ab, wie noch im einzelnen beschrieben wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform erhält eine Probenabgabeenheit 118 eine Probe von einer Probenzuführungsanordnung 118 und gibt einer einzelnen Küvette, die an einer Probenabgabestation 120 präsentiert wird, einen Probenanteil zu. Die Probenabgabeeinheit 116 ist in Fig. 1 schematisch gezeigt, es versteht sich jedoch, daß die Probenabgabeeinheit irgendeine der vielen dem Fachmann bekannten Formen haben kann. Probenteilmengen können aus Behältern entnommen werden, die in der Probenzuführungsanordnung 118 gehalten sind, und direkt zu einer Küvette überführt werden, die zur Aufnahme des Probenanteils bestimmt ist, oder die Probenabgabeeinheit 116 kann den Probenbehälter physisch aus der Probenabgabeanordnung entnehmen und danach einen Teil der Probe aus dem Behälter in die Küvette überführen.
Ein Probenmischeinheit 122 ist bevorzugt an einer Probenmischstation 124 abstromseitig von der Probenabgabestation 120 positioniert, um den gerade der Küvette zugefügten Probenanteil mit irgendeinem Material zu vermischen, das in der Küvette bereits vorhanden war. Die Probenmischeinheit kann jede für diesen Zweck verwendete wohlbekannte Einheit sein.
Eine Küvettenentladeeinheit 126 ist bevorzugt abstromseitig von der Probenmischeinheit 122 angeordnet, um ein Küvettenpaar aus seinem zugehörigen Probenhalter zu entnehmen, wenn das Küvettenpaar an der Küvettenentladestation 128 präsentiert wird. Bevorzugt wird jede Küvette dicht verschlossen, bevor sie in einem geeigneten Behälter oder einer anderen Beseitigungseinheit beseitigt wird. Wie aus der nachstehenden Erörterung ersichtlich ist, ist die Küvettenentladeeinheit nicht die nächste Einheit, die sofort einen Vorgang an der Küvette ausführt, wenn die Küvette die Mischeinheit 122 verläßt. Die Küvettenentladeeinheit 126 ist entfernt von der Probenzuführungsanordnung 118 und der Küvettenaufgabestation 110 positioniert, so daß der Behälter mit entladenen Küvettenpaaren für Techniker leicht zugänglich ist. Obwohl sich die Küvettenentladeeinheit 126 der Probenmischeinheit 122 benachbart befindet, finden die von diesen beiden Einheiten an derselben Küvette durchgeführten Vorgänge zeitlich weit entfernt voneinander statt. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Küvettenentladeeinheit 126 an einer Reihe von physischen Stellen um das Präzessionsrad herum angeordnet sein und dennoch Küvetten von dem Präzessionsrad nahe dem Ende eines gegebenen Zyklus entladen, wobei ein Zyklus beginnt, wenn eine bestimmte Küvette in einen Probenhalter aufgegeben wird, und endet, wenn derselbe, nunmehr leere Probenhalter in dieselbe Position zur Aufgabe einer frischen Küvette zurückkehrt.
Eine ISE-Ansaugeinheit 130 befindet sich abstromseitig von der Küvetteentladeeinheit, um weitere Schritte an einzelnen, vor ihr plazierten Küvetten vorzunehmen, wenn das Präzessionsrad anhält. Die ISE-Ansaugeinheit ist eine ionenempfindliche Elektrode, die von Baxter Healthcare erhältlich ist, um Eigenschaften einer Lösung wie etwa der Lösung in einer Küvette zu bestimmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine gegebene Küvette, bei der soeben ein Vermischen durch die Mischeinheit 122 beendet wurde, als nächstes der ISE-Ansaugeinheit 130 an der ISE-Station 132 präsentiert. Die ISE-Einheit 130 ist zwar physisch der Küvettenentladeeinheit 126 benachbart, aber die gesteuerte Abfolge von Vorgängen an einer gegebenen Küvette plaziert die Küvette an der ISE-Station 132, nachdem die Küvette die Mischstation 124 verlassen hat und bevor dieselbe Küvette an der Entladeeinheit 126 präsentiert wird. Wie noch ersichtlich wird, wird bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine gegebene Küvette zuerst dem Photometer 112 präsentiert, nachdem sie auf das Präzessionsrad aufgegeben wurde, und wird dann an der Probenabgabeeinheit 116, der Probenmischeinheit 122 und danach der ISE-Einheit 130 präsentiert.
Eine Reagenszugabeeinheit 134 ist physisch abstromseitig von der ISE-Einheit 130 positioniert, um erforderlichenfalls Reagenzien zu Küvetten zuzugeben, die an einer Reagenszugabestation (138, 140) präsentiert werden. Die Reagenszugabeeinheit 134 entnimmt Reagens aus einem Reagensvorrat 136 und gibt es erforderlichenfalls einer Küvette zu, die an einer ersten Reagenszugabestation 138 präsentiert wird. Die gleichen oder verschiedene Reagenzien können erforderlichenfalls Küvetten zugefügt werden, die an einer zweiten Reagenszugabestation 140 präsentiert werden, und zwar entweder von einer zusätzlichen Reagenszugabeeinheit oder durch die erste Reagenszugabeeinheit 134 unter geeigneter Modifizierung der Einheit. Wie noch ersichtlich wird, kann eine einzige Reagenszugabeeinheit verwendet werden, um der Küvette Reagens an der Zugabestation 138 zuzufügen, und kann auch verwendet werden, um Reagens an der Reagenszugabestation 140 zuzugeben. Die Reagenszugabestationen 138 und 140 sind physisch einander benachbart, sind aber zeitlich ebenfalls weit voneinander entfernt, weil die Küvette an der Station 138 nicht im unmittelbar nächsten Schritt zu der unmittelbar benachbarten Küvettenposition an der Station 140 verlagert wird. Daher kann eine einzige Reagenszugabeeinheit zwei Stationen anstatt nur einer abdecken.
Eine Reagensmischeinheit 142 ist physisch abstromseitig von der Reagenszugabeeinheit 134 und vor der Küvettenaufgabestation 110 positioniert. Die Reagensmischeinheit 142 kann an einer Küvette wirksam sein, die an der ersten Reagensmischstation 144 präsentiert wird, und kann außerdem an einer zweiten Reagensmischstation 146 wirksam sein. Die Reagensmischeinheit 142 kann eine herkömmliche Einrichtung sein, wie sie dem Fachmann bekannt ist.
Das Probenanalysengerät umfaßt weiterhin einen Schaltantrieb 148, um das Präzessionsrad 102 bevorzugt in der ersten Richtung 114 in einer Menge von einem oder mehr Inkrementen zu drehen.
Die Inkremente dienen dazu, eine gegebene Küvette entsprechend der bevorzugten Zeitplanung vorwärtszubewegen und die gegebene Küvette an den geeigneten Stationen zu präsentieren, so daß die Einheiten an jeder Station ihre jeweiligen Arbeitsschritte im Hinblick auf diese Küvette ausführen können. Der Schaltantrieb 148 wird von einer Steuereinheit 150 nach Maßgabe von Software- Firmware- oder Hardware-Befehlen oder -Schaltungen gesteuert, um das Präzessionsrad entsprechend der bevorzugten Menge von Inkrementen weiterzuschalten.
Ein Inkrement ist ein Betrag, um den das Präzessionsrad weiterbewegt wird. Das Inkrement ist unter Bezugnahme auf einen einzelnen Küvettenhalter oder sein Äquivalent wie etwa Bogengrad für das Präzessionsrad definiert. Daher ist bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der das Präzessionsrad 90 Küvettenhalter oder 45 Paare von Küvettenhaltern aufweist, ein Inkrement von einem Küvettenhalter diejenige Bewegungsstrecke des Präzessionsrads, die erforderlich ist, um einen einzigen Küvettenhalter von einer aktuellen Position zu der nächstbenachbarten Einzelküvettenposition im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen. Ferner versteht es sich, daß ein Inkrement, das einen Nettobetrag eines Küvettenhalters bildet, auch eine Präzessionsradbewegung von exakt 360º plus einer Strecke gleich einem Küvettenhalter aufweisen könnte, also mit anderen Worten insgesamt 91 Küvettenhalterpositionen bei einer bevorzugten Ausführungsform. Das Endergebnis besteht in jedem Fall darin, den gegebenen Küvettenhalter um eine Strecke einer Küvettenhalterposition weiterzubewegen, zu verlagern oder zu inkrementieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Küvettenhalter in dem Präzessionsrad in einer ersten Richtung in einer Menge von Inkrementen verlagert, wobei jedes Inkrement eine Bewegung der Küvetten um eine Strecke, die einer Anzahl von Proben entspricht, darstellt. Insbesondere gibt es zwei Inkremente in der Menge von Inkrementen, und das erste In krement repräsentiert eine Bewegung der Küvetten um eine Strecke, die 103 Küvetten entspricht, und das zweite Inkrement bildet eine Bewegung der Küvetten um eine 91 Küvetten entsprechende Strecke. Die Bewegung der Küvetten mit den beiden Inkrementen in der Menge von Inkrementen ergibt nach Addition eine Summe von 194, was eine Nettobewegung der 14 Küvetten des Präzessionsrads bildet. 14 Küvetten sind größer als eine Küvette und kleiner als die 90 Küvetten, und der größte gemeinsame Faktor zwischen den 14 Küvetten und den 90 Küvetten ist 2, die Anzahl von Inkrementen in der Menge. Die Steuereinheit 150 steuert den Schaltantrieb 148 so, daß das Präzessionsrad 102 um einen ersten Nettobetrag von 13 Haltern und dann einen zweiten Nettobetrag von 1 Halter vorwärtsbewegt wird. Die Nettostrecke von 14 Haltern ist größer als ein Halter und außerdem kleiner als die erste Vielzahl von 90 Haltern. Ein Nettoinkrement von 14 Haltern mit 2 Inkrementen in einer Menge, das eine von 13 und das andere von 1, plaziert jede Küvette an jeder der 90 Küvettenpositionen einmal an einem Punkt während des Zyklus, und zwar ohne Duplizierung, weil zwischen 14 und 90 der größte gemeinsame Faktor 2 ist. Das gesamte Nettoinkrement von 14 Haltern bringt ferner einen gegebenen Küvettenhalter nach 90 Präzessionsradrotationen oder 45 Paaren zu der Küvettenaufgabestation zurück.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfaßt ein Inkrement 90 Probenhalter plus einen oder mehr Probenhalter, so daß jede Verlagerung des Präzessionsrads 102 größer als 360º ist. Dieses bevorzugte Inkrement erlaubt dem Photometer 112, jede einzelne Küvette abzutasten, wenn die Küvette an der Photometerstation 113 vorbeiläuft. Obwohl der Nettobetrag der Verschiebung kleiner als 90 ist, steuert die Steuereinheit 150 den Schaltantrieb 148 so, daß das Präzessionsrad um 90 vollständige Probenhalterposition plus einen Nettobetrag, bevorzugt gleich 14, weiterbewegt wird. Durch Abtasten sämtlicher Küvetten, die in Probenhaltern anwesend sind, und aller leeren Probenhalter, die noch zu beladen sind, können dynamische Reaktionen regelmäßig überwacht werden. Wiederholtes Abtasten mit dem Photometer ermöglicht außerdem die Abtastung einer großen Vielzahl von Reaktionen, selbst wenn die Reaktionen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu Ende geführt werden. Die Abtastung leerer Probenhalter liefert eine Steuergröße. Daher gewährleistet die wiederholte Abtastung, die mit jeder Verschiebung des Präzessionsrads gekoppelt ist, die ordnungsgemäße Abtastung von vielen verschiedenen Reaktionen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform liefert die Steuereinheit 150 Steuersignale an den Schaltantrieb 148 entsprechend einer Änderung der folgenden arithmetischen Modulobeziehung:
R = I mod M Gl. (1)
mit
I = das Inkrement oder die Verlagerung, um die sich das Präzessionsrad bewegt; Gl. (2)
M = die Gesamtzahl von Positionen an dem Präzessionsrad;
und Gl. (3)
R = die Anzahl von Positionen, die verbleiben, nachdem die Anzahl von Positionen M in das Inkrement I aufgeteilt ist. Gl. (4)
Wie unter Anwendung der Theorie der modularen Arithmetik auf einfache Weise gezeigt werden kann, wird dann, wenn I und M relativ prime Zahlen sind, d. h. wenn sie keine anderen gemeinsamen Faktoren als Eins haben, das Präzessionsrad von dem Schaltantrieb M-mal in einem Zyklus weitergeschaltet, bevor ein gegebener Probenhalter in seine Ausgangsposition zurückkehrt, von der er am Zyklusbeginn gestartet ist. Die Beziehung zeigt außerdem, daß vor der Rückkehr des Probenhalters in seine Startposition der Probenhalter an sämtlichen Positionen, die den übrigen 89 Probenhalterpositionen an dem Präzessionsrad entsprechen, anhält. Bei dieser Beziehung für M = 90 sind daher 90 Verlagerungen für einen gegebenen Probenhalter erforderlich, damit er in seine Startposition zurückkehrt, und jeder Probenhalter wird an jedem einzelnen Ort um den Umfang des Präzessionsrads herum einmal präsentiert, bevor der Zyklus endet. Wenn der größte gemeinsame Faktor von M und I k ist, kehrt das Rad in seine Startposition von M/k Verlagerungen der I-Position zurück. Daher können Geräte um den Umfang des Präzessionsrads herum angeordnet sein, da jeder Probenhalter einmal - und nur einmal - in einem gegebenen Zyklus von 90 Verlagerungen an einer gegebenen Position anhält.
An diesem Punkt ist der einzige unbestimmte Parameter der genaue Zeitpunkt, zu dem ein gegebener Probenhalter an einer bestimmten Position um den Umfang des Präzessionsrads herum präsentiert wird. Dieses Zeitelement ist erstens von der Strecke der Vorwärtsverlagerung, "I", dem für jede Vorwärtsverlagerung erforderlichen Zeitintervall und dem Beginn der als nächstes folgenden Vorwärtsverlagerung abhängig. Als Beispiel und unter momentaner Vernachlässigung des Zeitintervalls für jede Vorwärtsverlagerung und der Verzögerung bedeutet eine Nettovorwärtsverlagerung eines Probenhalters, daß der Probenhalter an einer Position, die physisch nahe der Startposition ist, innerhalb einer relativ kurzen Zeit ankommt. Ebenso bedeutet eine Position, die von der ursprünglichen Startposition weit entfernt ist, daß der Probenhalter eine entsprechend längere Zeit benötigt, um an dieser Position bei Nettoverlagerungen von nur einem Probenhalter anzukommen. Umgekehrt bringt eine größere Vorwärtsverlagerung, beispielsweise ein erster Nettobetrag von 13 Probenhaltern, die Probenhalterposition zeitlich relativ nah. Die Probenhalterposition 26 ist die nächstnaheliegende, usw. Daher könnte bei einer Nettoverlagerung von 13 Probenhaltern ein Vorgang, der relativ bald nach der Plazierung in dem Präzessionsrad an der Probenhalterposition 1 durchgeführt werden müßte, an der Probenhalterposition 14 plaziert werden.
Das vorstehende Beispiel geht von nur einer Inkrementgröße in dem Zyklus aus. Die Gleichung (1) kann für Fälle, in denen das Präzessionsrad durch ein Paar von Inkrementen oder durch irgendeine Menge von Inkrementen, die größer als Eins ist, verallgemeinert werden. Eine Vielzahl von Inkrementen ist beispielsweise nützlich, wenn die Küvetten in Küvettenpaaren zusammengehören, wenn also beispielsweise zwei Küvetten zur leichteren Handhabung über einen physischen Steg miteinander gekoppelt sind, und wenn jeder Vorgang an einer Küvette bevorzugt als nächstes an der zugeordneten Küvette durchgeführt wird. Wenn die Arbeitsfolge anders wäre, vervielfacht sich die Schwierigkeit der Handhabung der zweiten Küvette und ihrer zugeordneten Arbeitsschritte und kann zu einem ineffizienten System führen. Daher folgt eine Beziehung, die auf eine Menge von Inkrementen anwendbar ist, die mehr als ein Inkrement haben:
GCF (Stot, M) = n Gl. (5)
mit
GCF = größter gemeinsamer Faktor;
n = Anzahl von Küvettenpositionen in einer Gruppe; Gl. (6)
Stat = S' + Summe über j von Sj"
(d. h. die Primärpositions-Nettoverlagerung plus der Nettowert der Summe aller Sekundärpositionsverlagerungen) Gl. (7)
M = g . n; Gl. (8)
g = Anzahl von "Gruppen" von Küvetten auf dem Rad. Gl. (9)
Eine Primärverlagerung ist hier als eine Nettoverlagerung des Rads von einer Gruppe von Proben zu einer anderen definiert, wogegen eine Sekundärverlagerung eine Nettoverlagerung des Rads ist, die an einer neuen Position immer noch innerhalb derselben Gruppe endet. M ist die Gesamtzahl von zugeordneten Radpositionen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist S total eine Nettoverlagerung von 14 Küvettenpositionen, gebildet von einer Primärposition-Nettoverlagerung S' von 13 plus der Nettosumme aller Sekundärpositionsverlagerungen Sj", also eines einzelnen Nettoinkrements von 1, was ein S total von 14 ergibt. Der Wert von M ist 90, so daß der größte gemeinsame Faktor zwischen 14 und 90 "n" oder 2 ist. Insbesondere ist die Anzahl von Inkrementen in der Menge von Inkrementen "n" gleich 2, was bei der bevorzugten Ausführungsform durch die Anzahl von Küvetten bestimmt ist, die einander zugeordnet sind, d. h. 2, wie durch ein Küvettenpaar bestimmt ist. Der Beziehung in Gleichung (8) wird ebenfalls genügt, da "m" 90 ist, die Anzahl von "Gruppen" oder "g" von Küvetten auf dem Rad 44 ist und "n" gleich 2, die Anzahl von Küvettenpositionen in einer Gruppe ist.
Mit den vorstehenden Beziehungen wird der Schaltantrieb 148 durch Signale von der Steuerung 150 so gesteuert, daß sich das Präzessionsrad entsprechend der folgenden allgemeinen Sequenz dreht:
1. Positionieren des Präzessionsrads an der Probenhalterposition 1 (Start)
2. Drehen von S (Primärverlagerung zu neuer Gruppe)
3. Arbeitsschritt ausführen
4. j = 1
5. Wenn j kleiner als n,
6. Präzessionsrad um einen Betrag S. drehen (Sekundärverlagerung innerhalb aktueller Gruppe)
7. Arbeitsschritt ausführen;
8. j = j + 1
9. j beenden
10. Zu Zeile 2 gehen.
Um die durch diese Beziehungen definierten räumlichen und zeitlichen Beziehungen zu verdeutlichen, wird ein Beispiel für n = 1 erörtert, gefolgt von einer Erörterung eines Beispiels, bei dem n = 2. Ein Präzessionsrad 102 (Fig. 2) ist in Ruhe in einer Startkonfiguration gezeigt, wobei jede fünfte Probenhalterposition numeriert ist, und zwar mit 5, 10, 15 usw. Das Numerierungssystem entspricht physischen Probenhalterpositionen relativ zu anderen ortsfesten Einrichtungen, so daß, wenn eine in der Probenhalterposition 1 angeordnete Küvette durch Rotation des Präzessionsrads verlagert wird, die "Probenhalterposition 1" immer noch so ist, wie in Fig. 2 gezeigt, auch wenn die physische Probe oder Küvette, die diese Position ursprünglich eingenommen hat, im Gegenuhrzeigersinn verlagert worden ist. Insbesondere bleiben die Probenhalter-Positionsnummern auch dann ortsfest, wenn sich das Präzessionsrad bewegt. Zum Verständnis und zur besseren Verdeutlichung sind die Probenhalterpositionen für das Präzessionsrad in drei lineare 30- Segment-Reihen (Fig. 3) aufgetrennt, wobei die Nummern der Probenhalterpositionen in die Kästchen eingetragen sind. Fig. 3 ist zwar eine lineare Darstellung der Probenhalterpositionen, es versteht sich jedoch, daß Fig. 3 eine lineare Darstellung des in Fig. 2 gezeigten kontinuierlichen Endlosfördersystems ist.
Um geeignete Orte für Geräteeinheiten zu bestimmen, wird davon ausgegangen, daß eine einzelne Probenküvette zuerst in die Probenhalterposition "1" aufgegeben wird. Verschiedene Geräteeinheiten führen entsprechende Arbeitsschritte an Küvetten aus, wenn die Küvetten vor jeder Geräteeinheit präsentiert werden. Bei "M" gleich 90 kann ein Inkrement oder eine Vorwärtsverlagerung von "103" gewählt werden. Die Vorwärtsverlagerung von "103" resultiert in einer Nettobewegung von 13. Der größte gemeinsame Faktor zwischen 13 und 90 ist 1. Die Gründe für die Wahl einer Nettoverlagerung gleich 13 ergeben sich im Zusammenhang mit der folgenden Erörterung der bevorzugten Ausführungsform relativ zu den Fig. 4 und 5. Es versteht sich zwar, daß die bevorzugte Verlagerung oder Vorwärtsbewegung gleich "103" ist, aber der Klarheit halber wird nur die Nettoverlagerung von 13 verwendet. Wenn eine erste Küvette in die Probenhalterposition "1" aufgegeben ist, bringt die erste Nettoverlagerung von 13 Probenhalterpositionen die Küvette in die Probenhalterposition "14" (Fig. 3). Nach der zweiten Nettoverlagerung von 13 wird die Küvette an der Probenhalterposition "27" präsentiert. Jede Nettoverlagerung ist durch eine Schrittanzahl identifiziert, und diese Schrittanzahlen sind in die entsprechenden Positionen gemäß Fig. 3 eingetragen. Da jeder Zyklus 90 Rotationen bis zur Komplettierung benötigt und um den Küvettenhalter in seine Startposition zurückzubringen, sind dies 90 Schritte und 90 Schrittzahlen. Wie nachstehend noch im einzelnen unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform erörtert wird, repräsentiert die Schrittzahl auch ein Zeitintervall. Wenn man davon ausgeht, daß die Präzessionsrad-Umdrehungsdauer für eine Verlagerung von "103" und die Präzessionsrad-Anhaltezeit konstant sind, repräsentiert die Schrittzahl auch den Zeitraum, der seit dem Start in bezug auf die erste Küvette vergangen ist.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die von der ersten Küvette eingenommenen Positionen nach jeder der ersten sechs Verlagerungen relativ gleichmäßig um den Umfang des Präzessionsrads verteilt. In einer hypothetischen Situation, in der sechs Geräteeinheiten vorhanden sind, können daher alle sechs gleichmäßig um den Umfang des Präzessionsrads herum verteilt sein, und dabei wird die erste Küvette immer noch an allen sechs Stationen in den ersten sechs Zeitintervallen plaziert. Wenn außerdem festgestellt wird, daß sämtliche Reaktionen nach 6 Zeitintervallen beendet sind, kann die Küvettenentladestation an einer Küvettenhalterposition angeordnet sein, die einem der Zeitintervalle zwischen Zeitintervallen oder Schrittzahlen 61 und 89 entspricht. Beispielsweise ist eine geeignete räumliche Position für eine Küvettenentladestation die Probenhalterposition 74, die von der Probenhalterposition 79, die die sechste Geräte einheit haben kann, um fünf Küvettenpositionen entfernt ist. Die Probenentladeeinheit kann also zwar physisch nahe an der sechsten Geräteeinheit sein, sie sind aber zeitlich weit voneinander getrennt.
Hypothetische Geräteeinheiten sind um das Präzessionsrad herum positioniert, so daß sechs Einheiten, und zwar die Photometermeß-, die Probenabgabe-, die Probenmisch-, die Sensor-zwei-, die Reagenszugabe- und die Regensmischeinheit räumlich relativ gleichmäßig um den Umfang des Präzessionsrads herum verteilt sind. Diese Einheiten sind so angeordnet, daß die erste Küvette vor jeder der sechs Einheiten in den ersten sechs Schritten oder Inkrementen von insgesamt 90 Schritten präsentiert wird. Eine solche Anordnung trennt die logische Abfolge der Küvettenbewegung von der physischen Positionierung einer Küvette auf dem Präzessionsrad. Sie erlaubt ferner eine optimale physische Plazierung der Geräteeinheiten und die optimale Plazierung von Einheiten wie etwa einer Küvettenentladeeinheit an jedem gewünschten Ort um das Präzessionsrad herum, den die Küvette nahe dem zeitlichen Ende ihres Zyklus von 90 Positionsverlagerungen aufsucht. Wenn also davon ausgegangen wird, daß die Probenhalterpositionsnummern 55 bis 75 sich an der Vorderseite des Probenanalysengeräts befinden und die Küvettenentladeeinheit an der Position 74 angeordnet ist, ist die Küvettenentladeeinheit leicht für Servicearbeiten zugänglich.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist ersichtlich bei Betrachtung der Reagenszugabe- und Reagensmischeinheiten, die in den Fig. 2 und 3 gezeigt sind. Mit einer Reagenszugabeeinheit, die zu zwei verschiedenen Orten relativ zu den Probenhalterpositionen an dem Präzessionsrad, beispielsweise den Probenhalterpositionen 66 und 68, Zugang hat, kann eine einzige Reagenszugabeeinheit verwendet werden, um Arbeitsvorgänge an der Probenküvette auszuführen, wenn sie an der Position 66 präsentiert wird und wenn sie später an der Posi tion 68 präsentiert wird. Da die Küvette bei diesem Beispiel an der Position 66 an der fünften Schrittnummer oder nach dem fünften Zeitintervall präsentiert wird und dieselbe Küvette nach dem 19. Zeitintervall an der Position 68 präsentiert wird, hat die Reagenszugabeeinheit nach dem Schritt in der Position 66 ausreichend Zeit zur Vorbereitung auf die Durchführung eines Schritts an der Position 68. Speziell hat die Reagenszugabeeinheit ungefähr 14 Zeiteinheiten zur Verfügung, um sich auf die Ankunft der ersten Küvette an der Position 68 vorzubereiten. Infolgedessen kann eine einzige Geräteeinheit an einer physischen Position relativ zu dem Präzessionsrad angeordnet sein und zwei oder mehr Arbeitsschritte ausführen, die zu verschiedenen Zeiten stattfinden. Dasselbe gilt für die Reagensmischeinheit oder andere Geräteeinheiten, die verwendet werden können. Umgekehrt können Arbeitsschritte, die zeitlich nahe beieinander ausgeführt werden sollen, weit voneinander beabstandet sein. Beispielsweise findet der Probenabgabevorgang, der an der Probenhalterpositionsnummer 27 erfolgt, nur zwei Zeiteinheiten vor der Analyse der Probe an der Sensor-zwei-Einheit an der Probenhalterpositionsnummer 53 statt. Diese räumliche Trennung erlaubt eine optimale Positionierung von Geräteeinheiten und die effiziente Nutzung von Platz um das Präzessionsrad herum. Somit sind physischer Ort und zeitlicher Ort voneinander getrennt.
Bei einer Verlagerung oder Weiterbewegung von "103" passiert jede Küvette die Photometermeßstation innerhalb der Spanne jedes Verlagerungs- oder Zeitintervalls. Infolgedessen kann die Photometereinheit dynamische Reaktionen in jeder Küvette überwachen, beginnend mit der ersten Verlagerung nach Abgabe einer Probe an der Probenabgabeeinheit an der Probenhalterposition 27. Die Reaktion in jeder Küvette wird danach mit jeder Verlagerung des Präzessionsrads überwacht, bis die Küvette an der Probenhalterposition 74 entladen wird.
Die große räumliche Trennung von Geräteeinheiten erlaubt es, daß jederzeit eine relativ große Anzahl von Proben auf dem Präzessionsrad gehalten werden kann. Das ergibt einen sehr hohen Probendurchsatz in dem Probenanalysengerät. Außerdem maximiert es die Anzahl von Arbeitsvorgängen, die mit jedem Schritt auftreten, da mechanische Einrichtungen nach Wunsch um den Umfang des Präzessionsrads herum unter Anwendung eines Formats positioniert sein können, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Nachdem die in Fig. 3 gezeigten Beziehungen definiert und die Zeitintervalle festgelegt sind, ist jeder Vorgang und der Ort jeder Probe zu jedem gegebenen Zeitpunkt bekannt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden Probenküvetten paarweise gehandhabt, wobei jeweils zwei Küvetten über einen Steg miteinander verbunden sind. Das Küvettenpaar wird dann auf das Präzessionsrad an der Küvettenaufgabestation 110 aufgegeben, so daß die vordere oder "A"-Küvette sich in der Probenhalterposition 2 und die folgende Küvette "B" in der Probenhalterposition 1 befindet (Fig. 4 und 5). Es ist zwar deutlich, daß die Handhabung der Probe und des Reagens in der Küvette "A" unter dem oben im Hinblick auf die Fig. 2 und 3 erläuterten Schema rasch erfolgen können, aber die zweite Küvette "B" des Paars ist dabei nicht berücksichtigt. Die Behandlung der zweiten Küvette "B" ist daher bevorzugt mit der Verarbeitung der Küvette "A" gekoppelt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform verlagert sich das Präzessionsrad um eine Menge von zwei Inkrementen für jedes Küvettenpaar. Die Menge "n" ist 2. Das erste Inkrement in der Menge verlagert die Küvette "A" so, daß die Küvette vor einer bestimmten Geräteeinheit präsentiert wird, wonach sich das Präzessionsrad um das zweite Inkrement der Menge bewegt, um die zweite Küvette "B" vor derselben Geräteeinheit zu präsentieren. Daher verarbeitet dieselbe Geräteeinheit zuerst die Küvette "A" und unmittelbar danach die zweite Küvette "B", so daß jede Küvette des Paars einzeln nacheinander in dieselbe Präzessionsposition gelangt. Das vermeidet die Notwendigkeit für zwei Photometereinheiten, und zwar einer für jede Küvette des Paars, sowie für doppelte Geräteeinheiten an anderen Gerätestationen. Nachdem also bei der bevorzugten Ausführungsform ein Küvettenpaar an der Küvettenaufgabestation 110 aufgegeben ist, dreht sich das Präzessionsrad um ein Inkrement oder große Rotationen von 103 Probenhalterpositionen, was in einer Nettoverlagerung von 13 Probenhalterpositionen resultiert, so daß die erste Küvette "A" an der Probenhalterposition 15, nämlich der Photometerstation 113 plaziert wird. Nachdem die Küvette "A" anhält und von dem Photometer 112 abgetastet ist, dreht sich das Präzessionsrad um ein zweites Inkrement oder eine kleine Rotation von 91 Probenhaltereinheiten, um die zweite Küvette "B" an der Photometerstation 113 zur Abtastung zu präsentieren. Die Nettoverlagerung für die große und die kleine Rotation Stot ist 14 Probenhaltereinheiten. Das Präzessionsrad führt dann eine zweite Menge von großen und kleinen Rotationen aus, um nacheinander die erste und die zweite Küvette vor der Probenabgabestation 120 an der Probenhalterposition 29 zu präsentieren. Eine dritte Menge von großen und kleinen Rotationen bringt die erste und die zweite Küvette nacheinander vor die Probenmischstation 124 an der Probenhalterposition 43. Eine vierte Menge von großen und kleinen Rotationen bringt die erste und die zweite Küvette vor die ISE-Station 132 an der Probenhalterposition 57. Die erste und die zweite Küvette werden dann der Reagens-1- Zugabestation 138 an der Probenhalterposition 71 nach einer fünften Menge von großen und kleinen Rotationen präsentiert, wonach die erste und die zweite Küvette an der Reagens-1- Mischstation 144 an der Probenhalterposition 85 präsentiert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird jede Küvette in dem Präzessionsrad einschließlich der ersten und der zweiten Küvette "A" und "B" während jeder großen und kleinen Rotation abgetastet, weil jede Verlagerung mindestens 90 Probenhalter positionen beträgt. Jede Küvette wird von dem Photometer 112 abgetastet, während sich das Präzessionsrad dreht.
Wie Fig. 5 zeigt, werden nach 18 Schritten die erste und die zweite Küvette vor der Reagens-2-Zugabestation 140 an der Probenhalterposition 73 präsentiert und danach vor der Reagens-2- Mischstation 146 an der Probenhalterposition 87 präsentiert. Nach 42 Mengen von großen und kleinen Rotationen wird das Küvettenpaar an der Küvettenentladeposition 128 in den Probenhalterpositionen 49 und 50 präsentiert, um verschlossen und von dem Präzessionsrad abgenommen zu werden. Die Probenhalter, die den entfernten Küvetten entsprechen, bleiben für die verbleibenden drei Mengen von großen und kleinen Rotationen leer, bis das Paar von Probenhaltern erneut nach der 45. Menge von großen und kleinen Rotationen vor der Küvettenaufgabestation 110 präsentiert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform tastet das Photometer 112 die leeren Probenhalter als Kalibrier- und Systemüberprüfung bei jeder großen und kleinen Rotation nach dem Entladen des Küvettenpaars ab.
Es ist zu beachten, daß die Schrittnummern, die in Fig. 5 gezeigt sind, jeder Menge oder jedem Paar von großen und kleinen Rotationen entsprechen. Daher kehrt der Probenhalter, der der ersten und der zweiten Küvette entspricht, nach 45 Mengen oder Paaren von großen und kleinen Rotationen zu der Küvettenaufgabestation 110 zurück. Nur die erste große Rotation jeder Menge ist durch die Schrittnummern in Fig. 5 veranschaulicht. Jede kleine Rotation in der Menge bewegt die Küvette um eine Probenhalterposition weiter. Beispielsweise wird die erste Küvette "A" bei einer großen Rotation zu der Probenhalterposition 15 verlagert. Nach der kleinen Rotation von 91 ist die erste Küvette "A" an der Probenhalterposition 16 positioniert, während die zweite Küvette "B" an der Photometermeßposition entsprechend der Probenhalterposition 15 positioniert ist. Anschlie ßende Mengen von großen und kleinen Rotationen resultieren in gleichartigen Verlagerungen.
Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird den Gleichungen (1) bis (7) genügt, wobei die Anzahl "M" von Positionen 90 ist, das Inkrement oder die Vorwärtsverlagerung "I" 103 für die große Rotation ist, "n" gleich 2 ist und die Anzahl von Inkrementen in einer Menge 2 ist. Die Menge Stot ist gleich 14, die Summe der Nettoprimärpositionsverlagerung S' von 13 und des Nettowerts der Summe der einzelnen Sekundärpositionsverlagerung, die gleich 1 ist. Die Zahl "g" ist 45 Gruppen von Küvetten auf dem Rad, und "n" ist gleich 2, so daß der Gleichung (8) genügt ist. Der größte gemeinsame Faktor zwischen Stot (14) und M (90) ist daher 2. Diese Werte werden dann genutzt, um den Schaltantrieb entsprechend dem oben beschriebenen allgemeinen Verfahren zu betätigen. Der diese Werte verwendende Prozeß wird nachstehend demonstriert.
Nachdem das Küvettenpaar an der Küvettenaufgabestation 110 nach einer kleinen Rotation von 91 zur Plazierung der ersten und der zweiten Küvette entsprechend Fig. 4 aufgegeben wurde, rotiert das Präzessionsrad durch eine erste Rotation "S'", die einer Nettovorwärtsbewegung von 13 entspricht. Das Photometer 112 tastet dann an der Photometerstation 113 die erste Küvette "A" ab. Während "j" gleich 1 ist, was kleiner als n = 2 ist, dreht sich dann das Präzessionsrad um eine kleine Rotation von 91 entsprechend "j", wonach die zweite Küvette "B" von dem Photometer 112 abgetastet wird. Der Index "j" wird inkrementiert, so daß er gleich "j" plus 1 ist, womit "j" nicht mehr kleiner als n ist. Der Prozeß springt dann zu Schritt 2 zurück, in dem das Rad eine große Rotation "S'" ausführt, und der Prozeß wird fortgesetzt. Es ist zu beachten, daß dieser Prozeß mit Tripletts von gekoppelten Küvetten und jeder Anzahl von Küvetten, bei der der Gleichung (8) genügt ist, durchgeführt werden kann. Ferner ist zu beachten, daß die große Rotation eine andere Nettoverlagerung als 13 haben kann, solange der größte gemeinsame Faktor von Stot und "M" "n" ist.
Die Beziehung der Gleichung (5) ergibt eine Reihe von Vorteilen. Bei der in den Fig. 4 und 5 gezeigten speziellen Ausführungsform erlaubt eine Nettoverlagerung bei der ersten großen Rotation von 13 Probenhalterpositionen dem Photometer, im Abstand von der Küvettenaufgabeeinheit angeordnet zu sein. Ferner erlaubt sie es, daß der erste Vorgang für die frisch aufgegebene Küvette eine Photometerabtastung ist, um eine Standard oder Kalibriermessung für die Küvette zu ergeben. Die zweite, kleine Rotation von 91 Probenhalterpositionen betrifft die zweite Küvette des Küvettenpaars, das an der Küvettenaufgabeposition 110 aufgegeben wurde. Diese Nettoverlagerungen des Präzessionsrads erlauben auch den übrigen Geräteeinheiten, im Abstand voneinander um den Umfang des Präzessionsrads herum angeordnet zu sein, wobei der Probenabgabevorgang, der Probenmischvorgang, der ISE-Vorgang, der Reagens-1-Zugabevorgang und der Reagens-1-Mischvorgang immer noch nacheinander innerhalb einer relativ kurzen Zeit stattfinden. Da aber jede Küvette in anschließenden Rotationen demselben allgemeinen Bogenbereich oder Sektor wie jede dieser sechs Geräteeinheiten präsentiert wird, können diese Geräteeinheiten so positioniert sein, daß sie einen Vorgang an der Küvette in nahezu jedem ausgewählten Schritt oder Zeitintervall während des Zyklus, in dem sich die bestimmte Küvette auf dem Präzessionsrad befindet, ausführen können. So kann die Entladeeinheit 126 praktisch überall an dem Präzessionsrad innerhalb der Begrenzungen angeordnet sein, die durch die räumlichen Einschränkungen der anderen Geräte und die Notwendigkeit einer Wartung des Geräts an der Entladestation 128 definiert sind. Da ferner jede Küvette einen gegebenen Sektor auf dem Präzessionsrad zu mehreren verschiedenen Zeitpunkten innerhalb des Zyklus erneut aufsucht, kann eine gegebene Geräteeinheit so ausgebildet sein, daß sie zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen, aber relativ nahen Probenhalterpo sitionen wirksam ist. Beispielsweise können die Reagenszugabe- und die Reagensmischeinheit bevorzugt an den Probenhalterpositionen 71 und 73 bzw. den Probenhalterpositionen 85 und 87 wirksam sein (Fig. 5). Daher kann der logische und der zeitliche Raum von dem physischen Raum getrennt sein. Dadurch wird außerdem die Nutzung der Geräteeinheiten maximiert. Zusätzlich kann durch Beabstanden der Geräteeinheiten um den Umfang des Präzessionsrads herum die Anzahl von Vorgängen, die mit jeder Verlagerung stattfinden, maximiert werden.
Wie Fig. 5 zeigt, wird ein Küvettenpaar von den Probenhalterpositionen 49 und 50 nach Beendigung des 42. Schritts oder Rotationspaars entladen. Während der nächstfolgenden Rotation gibt es sechs leere Probenhalter, die von dem Photometer 112 abgetastet werden, um eine Grundlinien-, Standard- oder Kalibriermessung zu erhalten. Ein gegebenes Paar von Probenhalterpositionen bleibt während drei Paaren von großen und kleinen Rotationen leer, bevor ein neues Küvettenpaar nach dem 45. Rotationspaar aufgegeben wird.
Jedes Rotationspaar resultiert im allgemeinen darin, daß an der Küvettenaufgabestation 110 ein frisches Küvettenpaar aufgegeben wird. Nachdem beispielsweise die erste und die zweite Küvette "A" und "B" in die Probenhalterpositionen 15 und 14 verlagert sind, werden die leeren Probenhalter, die sich an den Probenhalterpositionen 77 und 78 befanden, nach einer großen Rotation zuerst in die Probenhalterpositionen 90 und 1 und dann nach einer kleinen Rotation in die Positionen 1 und 2 verlagert. Nach der kleinen Rotation und während die Küvette "B" an der Photometerstation 113 gemessen wird, wird daher an der Aufgabestation 110 ein frisches Küvettenpaar aufgegeben. Dieses zweite Küvettenpaar folgt dann dem gleichen Ablauf, wie er oben in bezug auf die Küvetten "A" und "B" beschrieben wurde. Der Ablauf wird so lange fortgesetzt, wie ein Bedarf für Probenanalysen vorhanden ist. Probenanalysengeräte können aber, wie dem Fachmann bekannt ist, so programmiert werden, daß sie mit der Aufgabe von Küvetten aufhören, wenn kein Bedarf vorliegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die erste Vielzahl von Probenhaltern "M" bevorzugt 90. Eine Gesamtzahl von 90 Probenhalterpositionen ergibt eine relativ große Zahl von Positionen für den gewünschten Probendurchsatz des Probenanalysengeräts. Außerdem wird bei den gegebenen Rotationsparametern und der gegebenen Größe des Präzessionsrads für 90 Halter durch die Vorrichtung und das Verfahren zur Durchführung der Verlagerungen eine Anordnung geschaffen, die einen Zyklus annähernd in der gleichen Zeit beendet, die benötigt wird, bis die erwartete längste Reaktion eintritt. Neunzig Positionen erlauben auch eine geeignete Zahl von Verlagerungen oder Weiterbewegungen des Präzessionsrads, und zwar sechs bei der bevorzugten Ausführungsform, bevor ein gegebenes Küvettenpaar zu dem gleichen allgemeinen Bereich oder Sektor zurückkehrt, aus dem es gestartet ist. Beispielsweise hält das erste Küvettenpaar an den Probenhalterpositionen 15, 29, 43, 47, 71 und 85 (Fig. 5) an, bevor es zu dem allgemeinen Sektor zwischen den Positionen 1 und 15 zurückkehrt, also bevor es in dem siebten Schritt zu der Position 9 zurückkehrt. Daher können die sechs Geräteeinheiten in adäquater Weise um den Umfang des Präzessionsrads herum angeordnet sein. Im Fall einer größeren Verlagerung ist es möglich, weniger Geräteeinheiten um den Umfang des Präzessionsrads herum anzuordnen und doch zeitlich so eng zu arbeiten wie das Photometer 112, die Probenabgabeeinheit 116, die Probenmischeinheit 122 und die ISE-Einheit 130. Ein Inkrement für die große Rotation, das kürzer als 13 ist, kann es erforderlich machen, daß Geräteeinheiten näher aneinander angeordnet werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden sechs Geräteeinheiten in dem Probenanalysengerät zusätzlich zu der Aufgabe- und der Entladeeinheit verwendet. Bei sechs Geräteeinheiten an sechs verschiedenen Stationen um das Präzessionsrad herum und 90 Probenhalterpositionen ist der Quotient von 90 dividiert durch 16 gleich 15. Wenn das Präzessionsrad mit Küvettenpaaren arbeitet, ist die Anzahl von Inkrementen in jeder Mengen gleich 2. Eine kleine Rotation ergibt ein Nettoinkrement von 1, so daß für die große Rotation ein Nettoinkrement von 14 verbleibt (15 = 14 + 1). Eine Stot von 15 erfüllt nicht die Beziehungen der vorstehenden Gleichungen und wird daher nicht angewandt, wenn alle 90 Probenhalterpositionen verwendet werden sollen. Eine Menge von zwei Inkrementen, die eine Gesamtverlagerung von 16 ergibt, wobei eine große Rotation eine Nettoverlagerung von 15 hat, kann verwendet werden, weil 16 den vorstehenden Gleichungen nicht genügt. 14 wäre jedoch eine geeignete Zahl, die die Summe der Nettoverlagerungen der großen und kleinen Rotation repräsentiert, wie oben erörtert wird. In Abhängigkeit von Größe und Anzahl der Geräteeinheiten ist eine Nettoverlagerung für eine große Rotation zwischen 10 und 20 Probenhalterpositionen adäquat.
Es kann durch Experimentieren festgestellt werden, daß es eine Reihe von Werten für "Stot" gibt, die den obigen Gleichungen genügen. Diese Werte sind zwar theoretisch möglich, es versteht sich aber, daß aus dem einen oder anderen Grund nicht alle praktikabel sind. Werte für Stot", die den obigen Gleichungen genügen, umfassen 2, 4, 8, 14, 16, 22, 26, 28, 32, 34, 38, 44 usw., wobei es sich versteht, daß das Präzessionsrad sich um zwei vorwärtsbewegen oder um 88 rückwärtsbewegen kann und immer noch auf die gleiche Weise wirkt.
Typische Reaktionsdauern für Analysen, die an Proben wie menschlichem Blutserum, Plasma und dergleichen durchzuführen sind, sind ungefähr 10 Minuten. Bei einer Rotationsdauer einschließlich der Stationärzeit für sowohl die große als auch die kleine Rotation von ungefähr 7 1/2 Sekunden, wobei jede Küvette einmal bei jeder Rotation abgetastet wird, ergeben 10 Minuten je Reaktion mal 60 Sekunden je Minute, dividiert durch 7,5 Se kunden je Rotation, ungefähr 80 Rotationen oder 40 Rotationspaare, um zu gewährleisten, daß sämtliche Reaktionen zu Ende geführt sind, bevor ein gegebenes Küvettenpaar entladen wird. Daher ist ein Entladen von Küvettenpaaren nach 42 Rotationspaaren adäquat. Zusätzlich verbleiben beim Betrieb innerhalb dieser Parameter bei 90 Probenhalterpositionen leere Probenhalterpositionen für drei Rotationspaare für Kalibrierzwecke.
Nachstehend werden weitere Charakteristiken der oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschriebenen speziellen Ausführungsform erläutert. Bei der bevorzugten Ausführungsform überspannt jedes Küvettenpaar acht Bogengrade an dem Präzessionsrad. Dabei sind es 3,395º innerhalb eines Küvettenpaars von Mitte zu Mitte, und es sind 4,605º zwischen Küvettenpaaren von Mitte zu Mitte. Die Distanz über ein Küvettenpaar ist bevorzugt 0,943 inch. Die Distanz zwischen den Mitten der Küvetten innerhalb eines gegebenen Paars ist 0,4 inch, während die Distanz zwischen den Mitten der Küvetten zwischen Paaren 0,543 inch ist. Es dauert 0,1163 Sekunden, um ein Küvettenpaar zu traversieren, und 0,04937 Sekunden, um von Mitte zu Mitte innerhalb eines Küvettenpaars zu traversieren. Es dauert 0,06696 Sekunden, um von Mitte zu Mitte zwischen Küvettenpaaren zu traversieren. Die kleine und die große Rotation finden mit derselben Winkelgeschwindigkeit statt. Die hier angegebenen Zahlen gehen davon aus, daß Beschleunigungs- und Verlangsamungszeiten für sämtliche Rotationen Null sind. Eine große Rotation von 103 Küvetten- oder Probenhalterpositionen dreht 51 Küvettenpaare plus 1 Zwischenpaardistanz. Eine kleine Rotation von 91 Küvetten- oder Probenhalterpositionen dreht 45 Küvettenpaare plus 1 In-Paar-Distanz. Eine große Rotation ist 412, 605º, und eine kleine Rotation ist 363,395º. Eine große Rotation ist in 6,0 Sekunden beendet, und eine kleine Rotation ist in 5,2844 Sekunden beendet. Es dauert 5,2350 Sekunden, um eine Rotation des Präzessionsrads um 360º zu beenden. Der Radius des Präzessionsrads ist bevorzugt 8,75 inches.
Die Tabelle I zeigt die Beziehungen zwischen der Zeitdauer vom Zeitpunkt Null bis zu der Winkelverlagerung des Präzessionsrads und den Operationen, die von den verschiedenen Geräteeinheiten ausgeführt werden. Die Tabelle geht davon aus, daß die Zeit Null für ein Küvettenpaar als der Beginn der Rotation unmittelbar nach der Aufgabe des Paars auf das Präzessionsrad definiert ist. Wie oben erörtert, führt das Präzessionsrad 45 Rotationspaare aus, bevor eine gegebene Probenhalterposition in exakt die gleiche Position zurückkehrt. Die Zeitdauer für die Durchführung dieser Rotationen ist 675 Sekunden (45 Rotationspaare mal 15 Sekunden je Rotationspaar).
Die zeitliche Beziehung zwischen einem Küvettenpaar und dem Küvettenpaar, das im Gegenuhrzeigersinn das nächste ist, ist:
T(i+1)&(j+1) = Ti&j + 195 (Sekunden) mod 675 Gl. (10)
Die Verlagerung von 195 Sekunden kann aus den nachstehenden Beziehungen bestimmt werden.
(Verlagerung · N) mod "M" = I Gl. (11)
wobei die Verlagerung von der Tatsache abgeleitet ist, daß alle 15 Sekunden 7 Küvettenpaare bewegt werden und "M" 45 Küvettenpaaren entspricht. Der gewünschte Index ist 1, und die nächste Küvette ist in Gegenuhrzeigerrichtung. Daher wird die Gleichung zu
(7 · N) mod 45 = 1 oder Gl. (12)
N = (45 · K + 1)/7 Gl. (13)
wobei "N" und "K" ganze Zahlen sind. Die kleinsten Werte von "K" und "N", die Lösungen dieser Gleichung sind, sind K = 2 und N = 13. Die Multiplikation von "N" mit der zum Weiterschalten eines Paars erforderlichen Zeit ist 13 mal 15 oder 195 Sekunden.
Die Tabelle I zeigt ferner eine Spalte, die angibt, ob das Präzessionsrad bewegt wird (M) oder angehalten (S) ist, wenn der jeweilige Vorgang durchgeführt ist. Eine Spalte ist ferner vorgesehen, die die Rotationsgröße zeigt, und zwar eine große Rotation von 103 Probenhalterpositionen oder 91. Die letzte Spalte zeigt die Schrittzahl, die den in Fig. 5 gezeigten Schrittnummern entspricht. Es ist zu beachten, daß nur die großen Rotationen mit der Schrittgröße identifiziert sind, so daß die großen und kleinen Rotationen als ein Paar einen Schritt bilden. Ferner ist zu beachten, daß in der Tabelle I die Schrittnummer gegenüber der Rotationsgröße, die gemäß der Tabelle gerade stattfinden soll, positioniert ist.
Aus der Tabelle I ist ersichtlich, daß jede Küvette von dem Photometer wenigstens alle 7,5 Sekunden gemessen wird, und daß jede von der ersten und der zweiten Küvette nach der Aufgabe vor dem Photometer, der Probenabgabeeinheit, der Probenmischeinheit, der ISE-Einheit, der Reagens-1-Zugabeeinheit und der Reagens-1-Mischeinheit innerhalb von eineinhalb Minuten präsentiert wird. TABELLE I TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE TABELLE
Die oben beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren geben eine Methode an, um die physische Position jeder sequentiellen logischen oder zeitlichen Operation zu bestimmen. Die Vorrichtung optimiert die Nutzung mechanischer Geräte und optimiert ferner die Anzahl mechanischer Vorgänge, die jedesmal beim Anhalten des Präzessionsrads stattfinden. Nachdem die gewünschte Bezie hung zwischen den Verlagerungswerten, der Anzahl und dem Ort mechanischer Geräte und der Anzahl von Probenpositionen ermittelt ist, sind Ort und Sequenz aller Proben zu jedem gegebenen Zeitpunkt bekannt. Geräteeinheiten können um das Präzessionsrad oder sonstige Fördersystem wie erforderlich verteilt werden, um die gewünschten Vorgänge auszuführen. Außerdem erlaubt eine vollständige 360º-Rotation bei jeder großen und kleinen Rotation ein wiederholtes Abtasten jeder Küvette, wenn sie an der Photometerstation vorbeiläuft.
Es versteht sich, daß die hier offenbarten Ausführungsformen der Erfindung die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen und daß andere Modifikationen angewandt werden können, die im Rahmen der Erfindung liegen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die präzise gezeigten und in der Beschreibung erläuterten Ausführungsformen, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Probenanalysengerät (100) zum Analysieren einer Vielzahl von Proben, das folgendes aufweist:

einen beweglichen Probenträger (102), der M Proben, die in M Probenhaltern (104) in einer Sequenz angeordnet sind, zur Bewegung in einer ersten Richtung haltert, wobei die Proben in g Gruppen mit n Proben in jeder Gruppe angeordnet sind, so daß M gleich dem Produkt aus g und n ist;

eine Schaltantriebsanordnung (148), die die Proben in dem Probenträger in der ersten Richtung als eine Sequenz von Primärverschiebungen und, bei n > 1, Sekundärverschiebungen bewegt, wobei:

jede Primärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers in der ersten Richtung um P Probenhalterpositionen ausgehend von einer aktuellen Probengruppe ist;

jede Sekundärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers innerhalb der aktuellen Probengruppe ist;

die Werte P und M relativ teilerfremd sind, d. h., keine Faktoren außer Eins gemeinsam haben;

der größte gemeinsame Faktor zwischen dem Wert (P + n - 1) und M der Wert n ist;

so daß jede der g Gruppen einmal die aktuelle Gruppe ist, bevor der Probenträger in eine Ausgangsposition zurückkehrt.

2. Analysengerät nach Anspruch 1, das folgendes aufweist: ein Photometer (112), das relativ zu dem Probenträger (102) so positioniert ist, daß es immer dann eine Charakteristik der Probe analysiert, wenn eine Probe vor dem Photometer vorbeiläuft und

eine Charakteristik-Analysenanordnung, die eine vorbestimmte Charakteristik jeder Probe bei jedem Vorschub der Probenhalterung analysiert.

3. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgendes aufweist:

eine Probenladestation (110), die an einer ersten Position relativ zu dem Probenträger positioniert ist; und

eine Vielzahl von Arbeitsstationen (122, 124, 126, 132, 138, 140, 144, 146), die in der ersten Richtung in einer räumlichen Sequenz im wesentlichen gleichmäßig um den beweglichen Probenträger herum an definierten Positionen verteilt sind, die sequentiell in der ersten Richtung ausgehend von der Probenladestation beabstandet sind, so daß eine gegebene Probe, die in einer zeitlichen Sequenz an jeder Arbeitsstation zu präsentieren ist, an wenigstens einer Arbeitsstation in einer zeitlichen Sequenz präsentiert wird, die von der räumlichen Sequenz der Arbeitsstationen verschieden ist.

4. Analysengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgendes aufweist: eine Einsatzeinheit für einen leeren Probenbehälter und einen von der Einsatzeinheit für den leeren Probenbehälter beabstandeten Probenabtaster, wobei ein Abstand zwischen der Einsatzeinheit und dem Probenabtaster einer Anzahl von dazwischen befindlichen Halterungen entspricht, so daß eine einzige Bewegung der Schaltantriebsanordnung einen leeren Probenbehälter aus der Einsatzeinheit zum Abtasten vor dem Abtaster plaziert.

5. Analysengerät nach Anspruch 4, das eine Vielzahl von Analysenstationen aufweist, die über das Rad verteilt sind, wobei wenigstens ein Probenbehälter in dem Rad nicht an allen Stationen in sequentieller positionsmäßiger Reihenfolge präsentiert wird, während sich das Rad dreht.

6. Verfahren zum Steuern eines Analysengeräts für eine Vielzahl von Proben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) in einem beweglichen Probenträger (102) werden M Proben in M Probenhaltern (1, 2, ..., 90) in g Gruppen mit n Proben in jeder Gruppe angeordnet, so daß M gleich dem Produkt aus g und n ist;

b) die Proben werden in dem Probenträger in einer ersten Richtung als eine Sequenz von Primärverschiebungen bewegt,

c) bei n > 1 werden die Proben in dem Probenträger als eine Sequenz von Sekundärverschiebungen weiter bewegt, wobei:

d) jede Primärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers in der ersten Richtung um P Probenhalterpositionen, ausgehend von einer aktuellen Probengruppe, ist;

e) jede Sekundärverschiebung eine Nettobewegung des Probenträgers innerhalb der aktuellen Probengruppe ist;

f) die Werte P und M relativ teilerfremd sind, d. h., keine Faktoren außer Eins gemeinsam haben;

g) der größte gemeinsame Faktor zwischen dem Wert (P + n - 1) und M der Wert n ist; so daß jede der g Gruppen einmal die aktuelle Gruppe ist, bevor der Probenträger in eine Ausgangsposition zurückkehrt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei jeder Primär- und Sekundärverschiebung jede Probe an einem Detektor (112, 113) vorbeibewegt wird, indem der Probenhalter um mehr als M Probenhalterpositionen bewegt wird.