CS265728B1

CS265728B1 - Automatic flow analyzer

Info

Publication number: CS265728B1
Application number: CS881714A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Rndr Csc Vozka; Jiri Ing Horalek; Hana Ing Kovarova; Stanislav Ing Knapp
Original assignee: Vozka Stanislav; Horalek Jiri; Hana Ing Kovarova; Stanislav Ing Knapp
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS171488A1

Abstract

Automatický průtokový analyzátor sestávající z vícecestného ventilu, smyčkového dávkovače, kontinuálního čerpadla nosné kapaliny a přesného pístového čerpadla. Sestava je propojena tak, aby ve smyčce dávkovače bylo možné sestavovat různé sekvence vzorku a reagentů, které jsou potom po přepnutí dávkovače unášeny nosnou kapalinou do detektoru.An automatic flow analyzer consisting of a multi-way valve, a loop dispenser, a continuous carrier fluid pump and a precision piston pump. The assembly is interconnected so that it is possible to assemble various sequences of sample and reagents in the dispenser loop, which are then carried by the carrier fluid to the detector after switching the dispenser.

Description

Vynález se týká automatického průtokového analyzátoru. Rychlý rozvoj analytických metod používaných především ve zdravotnictví, ale i v průmyslu a zemědělství, vyžaduje stálo vyšší automatizaci těchto relativně jednoduchých rutinních postupů, které jsou však aplikovány na velký počet vzorků. Většinou se jedná o stanovení fotometrickou detekcí reakčllího |M'< ’< hik I u , nelni o stanovení, která jnoy založena na mia I ýze i otnte 1 ek li vn íw í elektrodami (Na, K).The invention relates to an automatic flow analyzer. The rapid development of analytical methods used primarily in health care, but also in industry and agriculture, has required higher automation of these relatively simple routine procedures, but these are applied to a large number of samples. Mostly, this is a photometric detection of the reaction reagent, not a determination based on mysis and rotating the outer electrodes (Na, K).

Jedna z metod, která byla navržena pro urychlení těchto analýz a snížení pracnosti, je průtoková injekční analýza. Analyzátory tohoto typu (např. FIA 05, výrobce k.p. Laboratorní přístroje Praha) pracují tak, že do proudu nosné kapaliny je dávkováno přesné množství vzorku a v dalším stupni se proud nosné kapaliny směšuje s proudem reagentu. Směs je vedena do detektoru, kde je většinou stanovován produkt reakce, jehož koncentrace je úměrná sledované látce ve vzorku. Délkou kapiláry mezi směšovačem a detektorem i průtokovou rychlostí se velí čas reakce. Systém je možno použít i pro směšování s druhým, případně i třetím reagentem, a tímto způsobem realizovat poměrně složité reakce. Roztok procházející reakční kapilárou do detektoru je možno zahřívat na požadovanou teplotu. Pro dávkování vzorku do proudu kapaliny se používá smyčkového dávkovače, do kterého se vzorek nasává druhým čerpadlem. Pro přísun vzorku k sacímu otvoru slouží podavač vhodného typu.One method that has been proposed to accelerate these analyzes and reduce laboriousness is flow injection analysis. Analyzers of this type (eg FIA 05, manufacturer k.p. Laboratory Instruments Prague) operate in such a way that the exact amount of sample is dosed into the carrier liquid stream and in the next stage the carrier liquid stream is mixed with the reagent stream. The mixture is led to a detector where the reaction product is usually determined, the concentration of which is proportional to the substance in the sample. The length of the capillary between the mixer and the detector, as well as the flow rate, increase the reaction time. The system can also be used for mixing with a second or even a third reagent, and in this way realize relatively complex reactions. The solution passing through the reaction capillary into the detector can be heated to the desired temperature. A loop dispenser is used to dispense the sample into the liquid stream into which the sample is sucked through a second pump. A suitable type of feeder is used for feeding the sample to the suction opening.

Popsaná metoda průtokové analýzy má řadu nevýhod. Je použitelná pouze pro jeden typ stanovení vzorku a přestavba na odlišné stanovení je časově náročná. Pro analýzu se spotřebuje relativně velké množství vzorku, protože nasávaný vzorek musí nejprve promýt vstupní kapiláru i vlastní smyčku. Teprve v době, kdy je zajištěno, že ve smyčce je skutečně vzorek kapaliny obsahující stanovenou koncentraci sledované látky, je možno sání ukončit. Běžná spotřeba vzorku je 0,5 až 2 ml. Pro analýzy jsou používány často drahé reagenty. Tím, že průtokový analyzátor dávkuje látky do systému nezávisle na přítomnosti vzorku, stoupá několikanásobně jejích spotřeba.The described method of flow analysis has a number of disadvantages. It is only applicable to one type of specimen determination and conversion to a different assay is time consuming. A relatively large sample is consumed for analysis because the aspirated sample must first wash the inlet capillary and the loop itself. Only when it is ensured that there is indeed a sample of liquid containing the specified concentration of the substance of interest in the loop, can suction be terminated. Normal sample consumption is 0.5 to 2 ml. Expensive reagents are often used for analysis. By delivering substances to the system independently of the presence of the sample, the flow analyzer increases its consumption several times.

Vlastní automatický dlouhodobý provoz je komplikován tím, že ve směšovací dochází k míšení dvou kanálů (nosná kapalina se vzorkem a reagent) a za určitých podmínek může dojít k přetlačení z jednoho kanálu do druhého, namísto vytlačení kapaliny do detektoru.The automatic long-term operation itself is complicated by the mixing of the two channels (carrier liquid with sample and reagent) and under certain conditions, it may be pushed from one channel to the other instead of pushing the liquid into the detector.

Z uvedených důvodů jsou dnes převážně používány namísto průtokových injekčních analyzátorů analyzátory diskrétní, založené na různých konstrukčních řešeních. V principu vždy zajištují dávkování vzorku a reagentu do vhodné kyvety, přídavek zředující složky, pokud to metoda vyžaduje, přesun kyvety do měřicího prostoru a změření absorpce při dané vlnové délce. Podle potřeby mohou zajistit i míchání vzorku a další operace. Pro analýzy pomocí ionselektivních elektrod jsou vybaveny přídavným čerpacím systémem, který zaručuje nasátí vzorku do elektrodového prostoru.For these reasons, discrete analyzers based on various design solutions are now mostly used instead of flow injection analyzers. In principle, they always ensure that the sample and reagent are dispensed into a suitable cuvette, the addition of a diluent component, if required by the method, to move the cuvette to the measurement space and measure the absorption at a given wavelength. They can also provide sample mixing and other operations as needed. For ionselective electrode analyzes, they are equipped with an additional pumping system to ensure that the sample is sucked into the electrode space.

Z uvedeného popisu je patrno, že se jedná o velmi složité aparáty pracující s robotickými prvky. Tomu odpovídá i jejich cena. V současnosti jsou dovedeny ke značné dokonalosti, mají však nevýhody, které spočívají v principu použité metody a není možno je odstranit.It is obvious from the above description that these are very complex apparatuses working with robotic elements. This corresponds to their price. At present they are brought to considerable perfection, but they have disadvantages, which lie in the principle of the method used and cannot be eliminated.

Kromě nepříjemně vysoké ceny je to především nutnost jednorázového použití, nebo složitého vymývání kyvet, u kterých musí být zaručena optická transparentnost. Analyzátory se vyznačuji vysokou rychlostí analýz, takže malá pracoviště nevyužívají celkové kapacity - přitom není možnost zálohování těchto složitých a často poruchových aparátů. Vzhledem k jednoúčelové konstrukci není možné využití pro jiné typy analýz, které vyžadují například elektrochemické detekce.In addition to the unpleasantly high price, it is above all the necessity of a single use or complicated washing of the cuvettes, for which optical transparency must be guaranteed. Analyzers are characterized by high speed of analysis, so small workplaces do not utilize the total capacity - yet there is no possibility to back up these complex and often breakdown apparatuses. Due to the single-purpose design, it is not possible to use it for other types of analyzes that require, for example, electrochemical detection.

Zhora uvedené nevýhody obou typů analyzátorů odstraňuje automatický průtokový analyzátor podle vynálezu. Princip analyzátoru je uveden na obr. 1. Analyzátor sestává z čerpadla 1 nosné kapaliny, smyčkového dávkovače 2, přesného pístového čerpadla 3, vícecestného ventilu 4 a vhodného detektoru 5. Pro přísun vzorku je užit podavač, který je schopen dopravit zásobník vzorku do bezprostřední blízkosti smyčkového dávkovače. Do systému mohou být zařazeny další jednotky, jako je mixer, ventil rozdělující tok kapaliny do více detektorů, termostat ohřívající reakční kapiláru a podobně (obr. 2).The above disadvantages of both types of analyzers are eliminated by the automatic flow analyzer according to the invention. The principle of the analyzer is shown in Fig. 1. The analyzer consists of a carrier liquid pump 1, a loop dispenser 2, a precision piston pump 3, a multi-way valve 4 and a suitable detector 5. A sample feeder is used to deliver the sample container to the immediate vicinity. loop dispenser. Other units may be included in the system, such as a mixer, a valve dividing the flow of liquid into multiple detectors, a thermostat to heat the reaction capillary, and the like (Fig. 2).

Funkce analyzátoru je následující. Bez přerušení je čerpána systémem nosná kapalina, která slouží k dopravě vzorku do detektoru 5 a promytí celého systému. Na jednotlivé vstupy vícecestného ventilu 4 jsou přivedeny jednotlivé používané reagenty, vzorek a nosná kapalina. Do kapiláry vedoucí ke smyčce dávkovače se nejprve pomocí pístového čerpadla 3 nasaje určitý objem nosné kapaliny a pak se postupně v kapiláře tvoří přepínáním vstupů ventilu vhodná sekvence vzorku a reaqentů. Na závěr se opět nasaje určitý objem nosné kapaliny tak, aby ·'«· | i . i, μ i , 11 i.j ,,-1. V, .IV.·· iluril.i t.i ,1«. < 1 á v k <»v. i.¹ I muycky. Typicky použil»* iiekvonoe )η»ηι zobrazeny na obr. 3. Dávkovači smyčka so přepne do proudu nosné kapaliny a požadované sekvence je dopravována do detektoru. Po zpětném přepnuti smyčky se vícecestný ventil 4 nastaví nad odpadní výstup a příslušný objem válce čerpadla se vytlačí do odpadu. Pokud je třeba, nasaje se pístovým čerpadlem 2 nosná kapalina a vypláchne se sací jehla vzorku (opět přepnutím vácecestného ventilu 4j. Tak je systém připraven k další analýze. Oplachování jehly odpadá, jestliže je používáno stejného vzorku pro jiný typ analýzy.The function of the analyzer is as follows. Without interruption, the carrier fluid is pumped through the system to deliver the sample to the detector 5 and wash the entire system. Individual reagents, sample and carrier liquid are supplied to the inlets of the multi-way valve 4. First, a certain volume of carrier liquid is sucked into the capillary leading to the dispenser loop by means of a piston pump 3 and then a suitable sample and reagent sequence is formed in the capillary by switching the valve inlets. Finally, a certain volume of the carrier liquid is sucked in again so that it is sealed i. i, μ i, 11 ij ,, -1. V, .IV. ·· iluril.i ti, 1 «. <1 á vk <»vi ¹ I muycky. Typically, the dosing loop is switched to the carrier liquid stream and the desired sequence is conveyed to the detector. After the loop has been switched back, the multi-way valve 4 is set above the waste outlet and the corresponding volume of the pump cylinder is discharged into the waste. If necessary, the carrier liquid is sucked in by the piston pump 2 and the sample suction needle is rinsed (again by switching the multi-way valve 4j. This makes the system ready for further analysis.) The needle rinsing is omitted if the same sample is used for another type of analysis.

Vícecestný ventil 4_ umožňuje používat řady reagentů, aniž je nutno složitě přestavovat systém. Ve spojení s detektorem se stavitelně proměnnou vlnovou délkou je tedy možno pomocí analyzátoru provést několik různých analýz podle předem stanoveného programu. Ve smyčce je možno vytvořit sekvenci R-S-R, která je používána nejčastěji. Při průchodu systémem dojde k promíchání reagentů a vzorku a výsledek je vhodně detekován. Kromě toho je možno nastavit sekvenci S-R^-CS-R₂, kdy dojde k okamžitému promísení se vzorkem (reagent R*) a teprve v určité vzdálenosti od dávkovače je do systému zařazen pasivní mixer ]_, který promíchá vzorek s druhým reagentem. Tak je možno provádět dvoustupňové reakce. Sekvenční dávkování do smyčky může samozřejmě sloužit i ke zřeďování vzorku. Zřeďování je možno provádět i zařazováním mixeru 2 do hydraulické cesty (obr. 2).The multi-way valve 4 allows the use of a series of reagents without the need for a complicated system change. Thus, in conjunction with a variable wavelength detector, several different analyzes according to a predetermined program can be performed using an analyzer. An RSR sequence that is most commonly used can be generated in a loop. When passing through the system, the reagents and the sample are mixed and the result is appropriately detected. In addition, it is possible to set the sequence SR 1 -CS-R ₂ , which immediately mixes with the sample (reagent R *) and only at a certain distance from the dispenser is a passive mixer 1 in the system that mixes the sample with the second reagent. Thus, two-step reactions can be carried out. Sequential dosing into the loop can of course also serve to dilute the sample. Dilution can also be done by incorporating the mixer 2 into the hydraulic path (Fig. 2).

Pro použití různých typů detektorů, které je uvedeno na obr. 2 slouží větvicí ventil 6, který umožňuje podle programu větvit tok kapaliny do různých detektorů. Kromě běžně používaných optických a elektrochemických systémů je možno použít destruktivních detektorů (sprayování do plamene apod.). Průtokový systém umožňuje rovněž využití katalytických systémů na pevném nosiči (at už anorganického typu, nebo enzymatických), případně přímo reagujících .látek ve formě pevné fáze, které jsou naplněny do vhodného typu kolony 2·For the use of the various types of detectors shown in FIG. 2, a branching valve 6 is provided, which, according to the program, allows the flow of liquid to be branched into the various detectors. In addition to commonly used optical and electrochemical systems, it is also possible to use destructive detectors (flame spraying, etc.). The flow-through system also allows the use of solid-state catalyst systems (whether inorganic or enzymatic) or solid-phase reactive substances which are packed into a suitable column type.

Systém obsahuje řídicí a vyhodnocovací jednotku, která přijímá signál detektoru a vyhodnocuje maximum píku. Podle vloženého programu je možno v okamžiku maxima píku zastavit tok kapaliny a použít přístroje k měření kinetiky reakce, nebo k měření metodou end point.The system includes a control and evaluation unit that receives the detector signal and evaluates the peak peak. Depending on the program, the flow of liquid can be stopped at the moment of peak peak and instruments can be used to measure the reaction kinetics or end point.

V paměti řídicí jednotky může být uložena řada programů pro různé typy analýz, metody pro vyhodnocení kalibračních křivek a další programové vybavení obvyklé pro automatické analyzátory. Řídicí jednotka může rovněž zprostředkovávat styk s centrálním počítačem a tiskárnou dat.A number of programs for various types of analyzes, calibration curve evaluation methods, and other software common to automated analyzers can be stored in the controller memory. The control unit can also communicate with the central computer and the data printer.

Analyzátor umožňuje kromě popsané funkce i práci klasickou metodou průtokové injekční analýzy, která byla popsána Růžičkou a Hansenem, i když se většinou nepředpokládá její použití. Do systému mohou být vřazeny i systémy umožňující difúzi plynu, který je produktem reakce vzorku. V tom případě se rovněž využije klasického principu průtokové analýzy a vzorek je veden přes difuzní kyvetu do odpadu, zatímco druhý kanál čerpadla je využit pro dávkování kapaliny, která reaguje s difundujícím plynem a je vedena do detektoru.In addition to the described function, the analyzer also allows the classical flow injection analysis method described by Růžička and Hansen, although it is not usually expected to be used. Systems permitting diffusion of the gas produced by the reaction of the sample may also be included. In this case, the classical principle of flow analysis is also used, and the sample is routed through the diffusion cuvette to the drain, while the second pump channel is used to dispense the liquid that reacts with the diffusing gas and is fed to the detector.

Příklad provedení:Example:

Analyzátor byl sestaven z části ze sériově vyráběných prvků, zčásti bylo použito prvků vlastní konstrukce. Pro dávkování nosné fáze by bylo použito prvků vlastní konstrukce. Pro dávkování nosné fáze by bylo použito peristaltického čerpadla. Pro sání sekvencí do smyčky bylo použito pístové byrety vlastní konstrukce.The analyzer was assembled in part from series-produced elements, in part the elements of own construction were used. Self-designed elements would be used for dosing the carrier phase. A peristaltic pump would be used to dispense the carrier phase. A piston burette of its own design was used to suck the sequences into the loop.

Vícecestný ventil rotačního typu, poháněný krokovým motorem, byl vlastní konstrukce.The rotary type multi-way valve, driven by a stepper motor, was self-constructed.

Pro detekci byl použit UV detektor s mřížkovým monochromátorem a motoricky přesouvatelnou mřížkou. Řídicí jednotka byla realizována na bázi procesoru Z 80. Použité mixery byly pasivní.A UV detector with a grid monochromator and a motorically movable grid was used for detection. The control unit was based on the Z 80 processor. The mixers used were passive.

2(,5728 rf rotačním rozvodem kapaliny. Větvicí ventil byl odvozen od smyčkového dávkovače. Reakční kolony byly vyrobeny z polypropylenu - byly použity výlisky určené pro separační kolony. Jako druhy detektor byl použit amperometrický detektor vybavený průtočnou celou s měděnou elektrodou.2 (, 5728 rf by rotating liquid distribution. The branching valve was derived from a loop dispenser. Reaction columns were made of polypropylene - moldings for separation columns were used. An amperometric detector equipped with a flow cell with a copper electrode was used as a detector.

ul «ι . I : !'.i In μι,ι I*y< 11 ηit I I«hé|n» '.'..i| »<» j«’h I .1 nn I y ·.·ti 1 < 11 u I - čerpadlo nosné kapaliny,ul «ι. I:! '. I In μι, ι I * y <11 ηit I I «hé | n»'. '.. i | - <1 u 11 - I carrier pump,

2- smyčkový dávkovač2-loop dispenser

- přesné pístové čerpadlo,- precision piston pump,

- vícecestný ventil- multi-way valve

- detektor- detector

Obr. 2: Zapojení s přepínacím ventilem (SV), mixerem (Μ), reakční kolonou (C) a třemi typy detektorůGiant. 2: Connection with a changeover valve (SV), mixer (Μ), reaction column (C) and three types of detectors

Obr. 3: Různé sekvence vzorků (S), reagentů (R) a nosné kapaliny (CS) pro analýzyGiant. 3: Different sequences of samples (S), reagents (R) and carrier liquid (CS) for analysis

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Automatic flow rates. A fluidiser consisting of a continuous pump, a loop dispenser, a piston pump, a multi-way valve and a detector, characterized in that the continuous pump (1) is connected hydraulically to the carrier liquid reservoir on the suction side and the loop dispenser (2) the valve (3) is connected to the inlet sulfur tank with sample, carrier liquid and reagent reservoirs, as well as the waste reservoir n at the outlet, then with a loop dispenser (2), which is further connected to the piston pump (4) and detector (5) A reaction loop, a branching valve (6), a mixer (7) or a column (8) is optionally provided between the loop dispenser (2) and the detector (5).