DE2635582C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Probenuntersuchung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist bekannt aus der DE-OS 24 53 120. Diese Offenlegungsschrift beschreibt eine Vorrichtung, die sich auf die Erzeugung eines Abtaststrahls und auf ein Gerät mit einer solchen Vorrichtung zur Untersuchung von Proben bezieht. Sie befaßt sich mit einer Anordnung, bei der die Probenbehälter in einem Drehtisch angeordnet sind, der in dem Vorrichtungsrahmen gedreht wird. Während der Drehung des Drehtisches dreht sie ein anderes Teil der Vorrichtung um die gleiche Achse wie der Drehtisch. Eine am Vorrichtungsrahmen befestigte Lampe führt durch das andere Teil der Vorrichtung Licht zu, um die Probenbehälter abzutasten. Das hindurchgetretene oder abgelenkte Licht wird von einem ortsfesten Photodetektor zwecks Auswertung, insbesondere zwecks Erzeugung eines Ausgangssignals, empfangen. Ein Problem, das sich bei dieser Vorrichtung ergibt, besteht darin, daß sich die gewonnenen Daten einer Probenanalyse nur auf eine Wellenlänge bzw. nur auf ein einziges Wellenlängenband beziehen. Im Hinblick darauf schlägt die DE-OS 24 53 120 vor, das aus einer zweiten, faseroptischen Lichtführung austretende Licht in zwei oder mehr Lichtbündel zu unterteilen und verschiedene Filter anzuordnen, die von den Lichtbündeln durchlaufen werden, bevor diese auf die zugehörigen Photodetektoren treffen.

Nachteilig ist, daß die bei der oben beschriebenen Vorrichtung auftretenden zwei Bewegungsarten Fehlausrichtungen hervorrufen, da die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor am Rahmen der Vorrichtung ortsfest angeordnet sind. Ferner ist es nachteilig, daß in der oben beschriebenen Vorrichtung aufgrund unterschiedlicher Winkelstellungen bezüglich eines jeweiligen Probenbehälters Strahlungsintensitätsänderungen auftreten. Diese geringen Änderungen sind jedoch ausreichend, um sich negativ auf die Meßgenauigkeit und damit die Reproduzierbarkeit des Meßsystems auszuwirken.

Gemäß der DE-OS 24 47 152 ist ein tragbares chemisches Prüfgerät bekannt, das auch insbesondere als automatisches Gerät zur Untersuchung von verchiedenen Bestandteilen von Blutserum bezeichnet ist. Bei diesem Gerät sind eine einzige Strahlungsquelle, mehrerer Probenbehälterstellungen und jeweils einzelne Strahlungsdetektoren für jede Probenbehälterstellung vorgesehen, die alle ortsfest mit dem Vorrichtungsrahmen verbunden sind. Gegenüber der Vorrichtung gemäß der DE-OS 24 53 120 ist also das bisher bewegbare Teil (Drehtisch) nicht mehr verwendet. Ferner tritt bei dieser bekannten Vorrichtung keine Relativbewegung zwischen Probenbehälter und Strahlenbündel auf.

Die DE-OS 23 10 004 beschreibt eine Vorrichtung zur Auswertung des Strahlendurchganges durch flüssige Medien. Für eine große Anzahl von Probelösungen soll das Erhalten von Strahlendurchlässigkeitsdaten vereinfacht werden. Bei dieser Vorrichtung werden mehrere ortsfeste Probengefäße sequentiell durch ein sich bewegendes photomechanisches System abgetastet. Die Probenbehälter werden vor einer Abtastung simultan gefüllt und anschließend nach der Abtastung simultan entleert. Das Füllen und Entleeren der Probenbehälter erfordert ziemlich komplizierte Anordnungen für Strömungswege. Bei Anwendung auf ein gattungsgemäßes System wäre daher eine äußerst komplizierte Anordnung erforderlich, bei der die Gefäße bewegt werden, weil nämlich das Füll- und Entleerungssystem für mehrere Probenbehälter sehr kompliziert würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, daß bei sicherer Vermeidung einer Fehlausrichtung hochgenaue und reproduzierbare Serien-Meßergebnisse erreichbar sind.

Die Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung ist durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß unter Rückgriff von einer fortschrittlich erscheinenden Lösung (Lichtleiter, DE-OS 24 53 120) auf Merkmale einer komplizierten Lösung (Übertragung elektrischer Signale von einem bewegten Teil auf ein ruhendes Teil) diese Merkmale dahingehend weitergebildet wurden, daß die Strahlungsquellen (mindestens zwei) und die zugehörigen Detektoren (mindestens zwei) auf einem Träger angeordnet sind, der gegenüber dem bewegbaren Träger der Probenbehälter zyklisch bewegbar ist. Erst hierdurch kann die gewünschte hohe Meßgenauigkeit bei hoher Reproduzierbarkeit erreicht werden.

Ferner ist es von Vorteil, daß die Abtasteinrichtungen so ausgebildet sind, daß die Probenbehälter nacheinander mit jedem von jeweils mehreren Strahlenbündeln abgetastet werden können.

Unter optischer Strahlung wird hier jede Strahlung verstanden, deren Wellenlänge größer ist als diejenige von Röntgenstrahlen, jedoch kleiner ist als diejenige von Mikrowellen, d. h. sowohl sichtbare Strahlung als auch Infrarot- und Ultraviolettstrahlung.

Die Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei deren Anwendung als Teil eines automatischen Blutanalysators; und

Fig. 2 den II-II-Schnitt in Fig. 1.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 kann benutzt werden, um bei Reaktionen zwischen Blutproben und einem oder mehreren Reagenzien kolorimetrische bzw. fluorimetrische Messungen sowie Trübungsmessungen durchzuführen. Zu der Vorrichtung gehört ein nur teilweise dargestelltes ortsfestes Gestell 1, das ein hohles, stehend angeordnetes Buchsenteil 2 trägt. In dem Buchsenteil 2 ist gleichachsig damit eine drehbare Hohlwelle 3 gelagert, die an ihrem oberen Ende durch eine Riemen- und Riemenscheibenanordnung über ein Getriebe 13 mit einem auf dem Gestell 1 angeordneten Elektromotor 4 gekuppelt ist. Das Buchsenteil 2 ist von einer ebenfalls gleichachsig damit angeordneten zweiten drehbaren Hohlwelle 5 umschlossen, die nahe ihrem unteren Ende einen waagerechten runden Drehtisch 6 trägt und nahe ihrem oberen Ende durch eine weitere Riemen- und Riemenscheibenanordnung mit einem zweiten Elektromotor in Gestalt eines Schrittmotors 14 gekuppelt ist.

Der Mittelpunkt des Drehtisches 6 liegt auf der gemeinsamen Achse des Buchsenteils 2 und der beiden Hohlwellen 3 und 5, und über den Umfang des Drehtisches sind mehrere Glasfläschchen als Probenbehälter 15 in gleichmäßigen Abständen verteilt. Die Probenbehälter 15 können an dem Drehtisch 6 befestigt sein, doch sind sie vorzugsweise herausnehmbar in entsprechenden Ausschnitten des Drehtisches 6 angeordnet.

Die Hohlwelle 3 trägt eine in Fig. 2 gesondert dargestellte sich bewegende Baugruppe 16 mit (hier) sechs an der Hohlwelle befestigten, zusammen mit ihr drehbaren Armen 17. Anstelle der Arme 17 kann auch eine runde Scheibe vorhanden sein.

Ferner gehört zu der Vorrichtung ein optisches System mit einer Strahlungsquelle 10, die auf der gemeinsamen Achse des Buchsenteils 2 und der Hohlwellen 3 und 5 angeordnet und zusammen mit der Hohlwelle 3 drehbar ist; die Wand der Hohlwelle 3 weist (hier) sechs in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte Öffnungen 7 auf, die der Strahlungsquelle 10 gegenüberliegen, so daß beim Gebrauch der Vorrichtung sechs optische Strahlen entstehen, deren Wege oberhalb der Arme 17 und parallel zu diesen verlaufen; zu den weiteren Teilen des optischen Systems gehören sechs Strahlformungseinrichtungen 8 auf den verschiedenen Armen 17 und sechs auf den freien Enden der Arme angeordnete Photodetektoren 9. Gemäß Fig. 1 und 2 sind die Probenbehälter 15 in die Wege der verschiedenen optischen Strahlen eingeschaltet. Jede der optischen Einrichtungen 8 dient dazu, den zugehörigen Strahl auf den jeweiligen Probenbehälter 15 zu fokussieren, wenn dieser den Weg der Strahlung durchläuft; zu diesem Zweck sind gewöhnlich entsprechende Linsen vorhanden. Bei den Photodetektoren 9 handelt es sich z. B. um Photovervielfacherröhren oder Festkörperdetektoren.

Sie sind mit verschiedenen optischen Filtern versehen, so daß jeder Photodetektor auf eine andere optische Wellenlänge oder ein anderes Wellenlängenband anspricht.

Schließlich ist die Vorrichtung so aufgebaut, daß während jeder Stillstandsperiode des Drehtisches 6 zwischen aufeinanderfolgenden Drehbewegungsschritten, die durch den Schrittmotor 14 hervorgerufen werden, der Motor 4 die Baugruppe 16 um mindestens 360° dreht.

Befindet sich die Vorrichtung zum Analysieren von Blut in Betrieb, wird der Drehtisch 6 durch den Motor 14 schrittweise an einer nicht dargestellten Abgabestation vorbeigedreht, an der während jeder Stillstandszeit des Drehtisches 6 zwischen seinen aufeinanderfolgenden Drehbewegungsschritten jeweils an einen Probenbehälter 15 eine Blutprobe und eine gewisse Menge eines Reagens sowie ggf. ein Verdünnungsmittel und/oder ein Färbemittel abgegeben werden. Gleichzeitig wird durch den Motor 4 die Hohlwelle 3 während jeder solchen Stillstandszeit mindestens einmal gedreht, so daß die Arme 17 gedreht werden, damit jeder der sechs Strahlen bzw. jedes Strahlungsbündel mindestens einmal auf jeden Probenbehälter 15 geleitet wird. Die von den Flüssigkeiten in den Probenbehältern 15 durchgelassene Strahlung wird von den Photodetektoren 9 empfangen, die jeweils eine Ausgangsspannung erzeugen, wenn sie von Strahlung getroffen werden. Die Größe dieser Ausgangsspannungen richtet sich nach der Intensität der von den Probenbehältern 15 durchgelassenen Strahlung. Die Photodetektoren 9 sind an einen nicht dargestellten Rechner angeschlossen, der die Ausgangsspannungen der Photodetektoren 9 repräsentierende Daten speichert. In der Praxis ist es zweckmäßig, den Motor 4 kontinuierlich arbeiten zu lassen, statt ihn nur während jeder Stillstandsperiode des Drehtisches 6 zu betrieben. In diesem Fall wird der Rechner so betrieben, daß er die betreffenden Daten nur während der Stillstandszeiten abfragt. Ferner ist der Rechner vorzugsweise so eingerichtet, daß er dann, wenn die Hohlwelle 3 während der Stillstandszeiten des Drehtisches 6 eine nicht ganzzahlige Anzahl von Umdrehungen ausführt, Daten nur innerhalb der nächstliegenden ganzzahligen Anzahl von Umdrehungen der Hohlwelle 3 unterhalb der tatsächlich ausgeführten Drehung annimmt.

Unter diesen Betriebsbedingungen dient die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 zu kolorimetrischer Analyse der Blutproben. Nimmt man eine geringfügige Änderung vor, ist es jedoch auch möglich, die Vorrichtung bei Lichtstreuungsanalysen, fluorimetrischen Analysen oder Trübungsmessungen an Blutproben zu benutzen. Diese Abänderung ist in Fig. 1 mit Strichlinien angedeutet und besteht darin, daß mindestens einer der Photodetektoren 9 durch einen ähnlichen Photodetektor 9′ ersetzt wird, dessen Eingangsende senkrecht unter dem Probenbehälter 15 angeordnet ist und sich im rechten Winkel zu dem auf den Probenbehälter 15 gerichteten Lichtstrahl erstreckt. Zu jedem dieser Photodetektoren 9′ gehört ein anderes Farbfilter, so daß sich die Ausgangsspannung eines jeweiligen Photodetektors 9′ nach der Intensität richtet, mit der aus dem einfallenden Lichtstrahl stammendes Licht bei einer durch das Filter bestimmten Wellenlänge bzw. innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbandes gestreut wird.

Bei einer anderen Weiterbildung wird die Lampe 10 durch eine andere Lampe ersetzt, die auf der Achse der Hohlwelle 3 nahe ihrem oberen Ende und gegenüber der Hohlwelle ortsfest angeordnet ist. Mit Hilfe entsprechender faseroptischer Lichtführungen, die zusammen mit der Hohlwelle 3 und der Lampe drehbar sind, wird beim Betrieb der Vorrichtung durch diese Lampe erzeugtes Licht längs der gemeinsamen Achse des Buchsenteils 2 und der Hohlwellen 3 und 5 nach unten und dann radial nach außen zu den Eingängen der verschiedenen optischen Einrichtungen 8 geführt. Bei einer anderen Anordnung könnte man die optischen Einrichtungen radial außerhalb der Probenbehälter 15 anordnen und entsprechende faseroptische Lichtführungen in der Weise vorsehen, daß die von der Lampe abgegebene optische Strahlung an den Probenbehältern 15 radial nach innen umgelenkt wird; hierbei würden die Photodetektoren 9 wiederum so angeordnet sein, daß sie das von den Probenbehältern 15 durchgelassene Licht empfangen. Bei Lichtstreuungsanalysen, fluorimetrischen Analysen und Trübungsmessungen würden jedoch die Photodetektoren 9′ in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise angeordnet sein.

Man könnte die Lampe auch näher an das untere Ende der Hohlwelle 3 heranrücken und ihr wiederum entsprechende faseroptische Lichtführungen zuordnen. Alternativ könnte man jeden der Photodetektoren 9 bzw. 9′ auf dem zugehörigen Arm 17 näher an die Achse der Hohlwelle 3 heranrücken und die Photodetektoren z. B. unmittelbar unter den zugehörigen Armen und nahe der äußeren Umfangsfläche der Hohlwelle 3 anordnen; in diesem Fall würden sich die faseroptischen Lichtführungen über die ganze Länge der Arme 17 erstrecken, und ihre freien Enden würden radial nach innen gerichtet sein. Ferner könnte man die Lichtführungen durch entsprechende Spiegel- oder Prismensysteme ersetzen. Zwar ist das optische System vorzugsweise mit nur einer Lampe ausgerüstet, doch würde es auch möglich sein, mehrere Lampen für die verschiedenen Arme 17 der Baugruppe 16 vorzusehen.

Wenn sämtliche Lampen optische Strahlung im gleichen Wellenlängenband aussenden, sprechen die Photodetektoren 9, 9′ auf verschiedene Wellenlängen oder unterschiedliche Wellenlängenbänder innerhalb dieses Wellenlängenbandes der ausgesandten optischen Strahlung an. Bei einer anderen Anordnung senden die Lampen optische Strahlung bei bestimmten Wellenlängen oder innerhalb bestimmter Wellenlängenbänder aus; in diesem Fall spricht jeder Photodetektor 9, 9′ auf die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband der zugehörigen Lampe an, oder er kann auf ein breiteres Wellenlängenband ansprechen. Ohne Rücksicht auf die jeweils verwendete Anordnung werden für jeden Probenbehälter 15 bei den verschiedenen Wellenlängen oder Wellenlängenbändern Daten für jede Umdrehung der Baugruppe 16 gewonnen.

Ferner ist es möglich, daß die Wellenlänge bzw. das Wellenlängenband bei den ausgesandten Strahlen und bei den Photodetektoren 9, 9′ in allen Fällen gleich ist; in diesem Fall erhält man bei jeder Umdrehung der Läuferbaugruppe sechs Datensätze, so daß sich für jeden Probenbehälter 15 ein Mittelwert bestimmen läßt.

Zwar sprechen die Photodetektoren 9, 9′ vorzugsweise auf unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbänder an, doch ist es alternativ auch möglich, daß drei der Photodetektoren 9, 9′ für ein bestimmtes Wellenlängenband und die drei übrigen Detektoren 9, 9′ für ein anderes Wellenlängenband empfindlich sind. In diesem Fall läßt sich der Mittelwert der Ausgangsspannungen der auf die beiden Wellenlängenbänder ansprechenden Photodetektoren 9, 9′ bestimmen und eine höhere Genauigkeit erzielen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Probenuntersuchung, mit einem ersten Träger (5, 6) zur Halterung mehrerer zumindest teilweise strahlungsdurchlässiger Probenbehälter (15) zur Aufnahme einer jeweils zu untersuchenden Probe, einer Antriebseinrichtung (14) zum so Bewegen des ersten Trägers (5, 6), daß die Probenbehälter (15) nacheinander einen vorgegebenen Weg durchlaufen, einer Abtasteinrichtung (8, 10) mit einer Strahlungsquelle (10) und einer optischen Strahlformungseinrichtung (8), mittels der alle Probenbehälter (15) während eines Durchlaufs des vorgegebenen Weges nacheinander mittels Strahlung von der Strahlungsquelle (10) abtastbar sind, und einer mit der Abtasteinrichtung zusammenwirkenden Detektoreinrichtung (9, 9′), die die von den Probenbehältern (15) abgegebene Strahlung jeweils empfängt und davon abhängig jeweils Ausgangssignale abgibt, wobei ein mittels einer zweiten Antriebseinrichtung (4, 13) bewegbarer zweiter Träger (3, 17), der die Strahlformungseinrichtung (8) trägt, relativ zum ersten Träger (5, 6) so bewegbar ist, daß während des Durchlaufs der Probenbehälter (15) durch den vorgegebenen Weg die Detektoreinrichtung (9, 9′) Ausgangssignale von jedem Probenbehälter (15) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Träger (3, 17) mindestens zwei Abtasteinrichtungen (8, 10) einschließlich deren Strahlungsquelle (10) und die jeder Abtasteinrichtung (8, 10) zugeordnete jeweilige Detektoreinrichtung (9, 9′) trägt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (5, 6) mittels der ersten Antriebseinrichtung (14) schrittweise drehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (5, 6) ein um eine Mittelachse drehbarer Drehtisch (6) ist, der die Probenbehälter (15) so hält, daß sie gleich weit von der Mittelachse entfernt und in gleichen Winkelabständen um die Mittelachse verteilt sind und
daß die Abtasteinrichtungen (8, 10), mittels der alle Probenbehälter (15) abtastbar sind, eine gemeinsame Strahlungsquelle (10) aufweisen, die zentral in einer drehbaren Hohlwelle (3) und zusammen mit dieser drehbar angeordnet sind,
daß die Hohlwelle (3) in der gleichen Achse mit dem Drehtisch (6) angeordnet ist, und
daß mehrere Öffnungen (7) in der Hohlwellenwand derart angeordnet sind, daß sie der Strahlungsquelle (10) gegenüberliegen und die Strahlungsquelle (10) beim Betrieb der Vorrichtung mehrere radiale Lichtbündel erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Träger (5, 6) ein um eine Mittelachse drehbarer Drehtisch (6) ist, der die Probenbehälter (15) so hält, daß sie gleich weit von der Mittelachse entfernt und in gleichen Winkelabständen um die Mittelachse verteilt sind und daß zu den Abtasteinrichtungen (8, 10) eine Gruppe von getrennten, einzelnen Strahlungsquellen gehört, die ortsfest gegenüber einer Welle, die gleichachsig mit dem Drehtisch (6) drehbar ist, angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen (9, 9′) auf zugehörigen, an der Welle (3) befestigten Armen (17) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen auf einer an der Welle befestigten runden Scheibe angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Verwendung bei kolorimetrischen Analysen, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen (9) so angeordnet sind, daß sie die von den Abtasteinrichtungen (8, 10) ausgehende und von den Proben in den Probenbehältern (15) hindurchgelassene Strahlung aufnehmen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Verwendung bei Lichtstreuungsanalysen, fluorimetrischen Analysen oder Trübungsmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen (9′) so angeorndet sind, daß sie von den Abtasteinrichtungen (7, 8, 10) ausgehende und von den Proben in den Probenbehältern (15) gestreute Strahlung aufnehmen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Strahlungsbündel die gleiche Wellenlänge aufweisen oder im gleichen Wellenlängenband liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens zwei der Strahlungsbündel der von der Strahlformungseinrichtung (8) abgegebenen Strahlung bezüglich ihrer Wellenlänge oder ihres Wellenlängenbandes unterscheiden.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektoreinrichtung (9, 9′) ein im jeweiligen Lichtweg angeordnetes Farbfilter zugeordnet ist, das die Strahlung aller Wellenlängen, mit Ausnahme der in dem durch das Filter bestimmten Wellenlängenband liegenden Strahlung, ausfiltert.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Farbfiltern zugeordneten Wellenlängenbänder sämtlich voneinander verschieden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, in Abhängigkeit von Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Rechner, der die Ausgangssignale jeder Detektoreinrichtung (9, 9′) in Beziehung zur augenblicklichen Winkelstellung der Strahlung von der Strahlformungseinrichtung (8) gegenüber der Mittelachse setzt.