DE19750642C2 - Analysator mit Pipettiersonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Analysator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Ein solcher Analysator ist aus der US 4970468 bekannt.

Werden Proben von Körperflüssigkeiten, wie Blut, Urin oder der­ gleichen, unter Verwendung eines automatischen Analysators auf bestimmte Analyseziele hin analysiert, wird eine bewegliche Pipettiersonde verwendet, um Flüssigkeit aus einem Proben- Behälter oder einer Reagenzienflasche in einen Reaktionsbehälter zu überführen. Wird die Pipettiersonde tiefer in die zu überfüh­ rende Flüssigkeit eingetaucht, so vergrößert sich die Flüssig­ keitsmenge, die an der äußeren Wand der Sonde hängenbleibt und dementsprechend steigt die Kontamination. Um die Eintauchtiefe der Pipettierprobe in die Flüssigkeit soweit als möglich zu ver­ ringern, werden in den U. S.-Patenten 4970468 und 4818492 beson­ dere Pipettieranordnungen beschrieben.

Bei den beiden vorstehend genannten Pipettieranordnungen wird eine Pipettiersonde elektrisch mit einem elektrischen Schalt­ kreis verbunden, um Änderungen in der elektrostratischen Kapazi­ tät zu ermitteln. Wird die Pipettiersonde abwärts in einen Pro­ ben-Behälter oder einen Reagenzienbehälter bewegt und kommt die Sonde in Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche, so wird die Ab­ wärtsbewegung der Sonde beendet und die Flüssigkeit in die Sonde gesaugt.

Die Erfahrung zeigt aber, daß bei Verwendung der Pipettiersonde selbst als Detektorelektrode für den Flüssigkeitspegel und ins­ besondere bei geringer Luftfeuchtigkeit in der umgebenden Atmo­ sphäre häufig ein fehlerhaftes Meßsignal bezüglich des Flüssig­ keitspegels erzeugt wird. Es wird vermutet, daß eine solche feh­ lerhafte Ermittlung des Flüssigkeitspegels darauf zurückzuführen ist, daß der Proben-Behälter und/oder der Reagenzienbehälter aus nicht-leitendem Material, wie einem Kunststoff oder Glas, beste­ hen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei Analysatoren der hier in Rede stehenden Art die Häufigkeit von fehlerhaften Mes­ sungen des Flüssigkeitspegels unter Verwendung einer Pipettier­ sonde deutlich zu reduzieren und zwar insbesondere auch dann, wenn die Feuchtigkeit der Atmosphäre gering ist.

Der diese Aufgabe erfindungsgemäß lösende Analysator ist im Pa­ tentanspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Analysators sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Nachfolgend wird der Analysator anhand der Zeichnung mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau eines automatischen Analysators mit Pipettiersonde;

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Be­ triebs einer Pipettiereinrichtung mit Ermittlung des Flüssigkeitspegels;

Fig. 3 eine Erläuterung von Störsignalen, die beim Ermitteln des Flüssigkeitspegels auftreten können;

Fig. 4 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltungsanord­ nung zur Verwendung in einer Flüssigkeitspegelmeßein­ richtung in einem Analysator gemäß Fig. 1;

Fig. 5 eine zeitliche Darstellung der Signalpegel einschl. Störsignale, ohne die Entladeeinrichtung; und

Fig. 6 eine Zeitfolge von Signalpegeln bei einer Messung mit im Prinzip ähnlichen Störsignalen wie bei Fig. 5, die jedoch unter Anwendung der Entladeeinrichtung reduziert sind.

Gemäß Fig. 1 ist eine Reaktionsscheibe 109 drehbar auf einem Wasserbad angeordnet, welches auf konstanter Temperatur gehalten wird. Mehrere Reaktionsbehälter 106 sind auf einem Kreis auf der Reaktionsscheibe 109 angeordnet und werden in vorgegebenen Zeitintervallen schrittweise bewegt. Eine Pipettiersonde 105 für Proben ist an einem beweglichen Arm befestigt und pipettiert Flüssigkeitsproben aus Probenschälchen 101, die auf einer Pro­ benscheibe 102 angeordnet sind, und überführt die Proben zu den Reaktionsbehältern 106. Weiterhin ist eine Pipettiersonde 110 für Reagenzien an einem beweglichen Arm befestigt und pipettiert Reagenz-Lösungen aus Reagenzienflaschen 112, die auf einer Rea­ genzienscheibe 125 angeordnet sind, und überführt diese zu den Reaktionsbehältern 106.

Die Pipettiersonde 105 für Proben führt einen Ansaugvorgang und einen Entladevorgang in bezug auf die flüssige Probe aus, und zwar durch Betätigung einer Pumpe 107 für die Probennahme. Die Pumpe 107 kann in der Art einer Spritze mit Kolben ausgeführt sein. Die Pipettiersonde 110 für Reagenzien führt ebenfalls ei­ nen Ansaugvorgang und einen Entladevorgang in bezug auf die Rea­ genzien-Lösung durch, und zwar durch Betätigung einer Pumpe 111 für Reagenzien, die ebenfalls wie eine Spritze mit Kolben ausge­ führt sein kann. Jede der Pipettiersonden 105 und 110 besteht aus einem chemisch resistenten Metall und dient auch als Elek­ trode für die Ermittlung des Flüssigkeitspegels. Jede der Pipet­ tiersonden 105 und 110 ist elektrisch mit einem entsprechenden elektrischen Detektorschaltkreis verbunden. Die Probenscheibe 102 und die Reagenzienscheibe 125 sind jeweils so drehbar, daß der gewünschte Behälter bzw. das gewünschte Schälchen in einer Flüssigkeitsansaugstellung positionierbar sind.

Analyseziele für jede zu untersuchende Probe werden über eine geeignete Eingabeeinrichtung, wie z. B. eine Tastatur 121, ein­ gegeben. Der Betrieb jeder Einheit der Gesamtvorrichtung wird mittels eines Computers 103 gesteuert.

Die Pipettiersonde 105 für Proben wird nach unten in ein Proben­ schälchen 101 bewegt, welches mittels der Probenscheibe 102 in die Proben-Absaugstellung gebracht worden ist. Die Abwärtsbewe­ gung der Pipettiersonde 105 für Proben wird beendet, wenn das untere Ende der Sonde 105 in Kontakt mit der Flüssigkeitsober­ fläche der Probe kommt. Sodann wird eine vorgegebene Menge der Probe durch die Sonde 105 in den Reaktionsbehälter 106 abgege­ ben. Dann wird der Reaktionsbehälter 106 mit der darin enthalte­ nen Probe an eine Position gebracht, an der ein Reagenz hinzuge­ fügt wird, und es wird die einer besonderen Analyse entsprechen­ de Reagenz-Lösung mittels der Pipettiersonde 110 für Reagenzien hinzugefügt. Vor der Hinzufügung des Reagenz wird eine vorgege­ bene Menge des Reagenz in die Sonde 110 aus der entsprechenden Reagenzienflasche 112 gesaugt. Beim Pipettieren der Probe und des Reagenz wird der Flüssigkeitspegel der Probenflüssigkeit in der Probenschale 101 und der Flüssigkeitspegel des Reagenz in der Reagenzflasche 112 gemessen und die Abwärtsbewegung jeder Sonde wird entsprechend dem gemessenen Flüssigkeitspegel gesteuert.

Die Mischung aus Probe und Reagenz im Reaktionsbehälter 106 wird mit einem Agitator 113 umgerührt. Die Reaktionskammer 106 pas­ siert einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle 114 abgegeben wird, sobald die Reaktionskammer weitergeführt wird. Dabei wird die Absorption in der Reaktionslösung mittels eines Photometers 115 gemessen. Das Absorptionssignal wird über einen Analog/ Digital-Wandler 116 und eine Schnittstelle 104 in den Computer 103 eingegeben. Der Computer berechnet dann die Konzentration einer Analysesubstanz. Das Analyseergebnis wird über einen Druc­ ker 117 ausgedruckt oder auf einem Bildschirm 118 angezeigt. Auch hier wird die Schnittstelle 104 benutzt. Gleichzeitig wird das Analyseergebnis im Speicher einer Festplatte 122 gespei­ chert. Nach Beendigung der photometrischen Messung wird der Re­ aktionsbehälter 106 in einer anderen Stellung mittels einer Rei­ nigungseinrichtung 119 gewaschen. Eine Waschpumpe 120 führt Waschwasser in den Reaktionsbehälter und entfernt auch das ver­ wendete Waschwasser daraus.

Fig. 2 zeigt eine Pipettieranordnung 20, die sowohl für das Pipettieren der Probe als auch für das Pipettieren des Reagenzes eingesetzt wird.

Eine Halte- und Übertragungseinrichtung 4, wie z. B. die Proben­ scheibe oder die Reagenzienscheibe, hält einen Behälter 3, der eine Flüssigkeit 5 enthält, wie z. B. eine Probe oder ein Rea­ genz. Die Halteeinrichtung 4 weist ein elektrisch leitfähiges Bauteil auf, z. B. ein Metallteil, das im Bereich der Außenwand des Behälters 3 angeordnet ist und diesen zumindest teilweise umgibt. Dieses elektrisch leitfähige Bauteil ist elektrisch ge­ erdet. Dies bewirkt, daß die Halteeinrichtung 4 als eine Elek­ trode für den Flüssigkeitspegeldetektor dient. Die Pipettierson­ de 6 für z. B. Proben oder Reagenzien ist an einem beweglichen Arm 2 befestigt, der vertikal bewegbar und horizontal drehbar ist. Der bewegliche Arm 2 wird durch eine Antriebseinheit 1 be­ tätigt, wobei letztere von dem Computer 103 gesteuert wird. Wird die Pipettiersonde 6 nach unten bewegt und kommt sie in Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche, so wird die Bewegung der Sonde 6 nach unten gestoppt und es wird sodann eine vorgegebene Menge der Flüssigkeit in die Sonde 6 gesaugt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein Phenomen der Einschleichung von Störsignalen erläutert. Die Behälter 3, wie z. B. die Probenschälchen 101 oder die Reagenzienflaschen 112, bestehen aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. Glas oder Kunststoff. Die Pipettiersonde 6 wirkt als Detek­ torelektrode für den Flüssigkeitspegel und besteht aus einem leitfähigen Material, wie z. B. einem Metall. Da der Behälter einen größeren Widerstand hat, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß statische Ladungen sich auf der Oberfläche des Behälters an­ sammeln, dies gilt insbesondere dann, wenn die Feuchtigkeit in der Umgebungsluft gering ist. Die Aufladung ist bei Kunststoff­ behältern größer als bei Glasbehältern. Wird eine Pipettiersonde 6 nach unten bewegt und nähert sie sich einem Behälter 3, der statisch aufgeladen ist, so läuft eine elektrische Entladung über die Sonde 6.

Dieses Phenomen einer elektrischen Entladung tritt auf, bevor die Spitze der Pipettiersonde 6 in Kontakt mit der Flüssigkeits­ oberfläche der Flüssigkeit 5 kommt. Dieses elektrische Entlade­ signal wird von dem elektrischen Detektorschaltkreis, der mit der Sonde 6 verbunden ist, gemessen. Fig. 5 zeigt schematisch ein Beispiel für ein solches elektrisches Entladesignal. Auf der Abszisse von Fig. 5 ist die Zeit aufgetragen, in der die Pipet­ tiersonde 6 abwärts bewegt wird. Diese Zeit entspricht der Weg­ strecke, die die Pipettiersonde 6 bei der Abwärtsbewegung zu­ rücklegt. Auf der Ordinate von Fig. 5 ist der Signalpegel auf­ getragen, d. h. die Größe des Signals. Ein Signalpegel A bedeu­ tet, daß kein Meßsignal vorliegt, und ein Signalpegel B bedeu­ tet, daß ein Meßsignal vorliegt. Treten die beschriebenen elek­ trischen Entladungen auf, so wird fälschlich angezeigt, daß das untere Ende der Pipettiersonde 6 den Flüssigkeitspegel erreicht hat, obwohl dies noch nicht der Fall ist.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß jeder der elektrischen Schaltkrei­ se der Schaltungsanordnung für die Messung des Flüssigkeitspe­ gels gemäß Fig. 4 als gedruckte Schaltung auf einer Platine ausgeführt ist. Es ist aber auch möglich, andere Anordnungen als gedruckte Schaltungen vorzusehen. Ein Paar von Entladeelementen 11a, 11b und ein Schaltkreis 8 für die Flüssigkeitspegelermitt­ lung einschließlich eines Detektorschaltkreises 16 für die Ände­ rungen der elektrostatischen Kapazität werden aber bevorzugt als gedruckte Schaltungen ausgeführt. Ein Wechselstromsignal, das von einem Wechselstrom-Oszillator 7 abgegeben wird, wird in ei­ nen Detektorschaltkreis 8 für den Flüssigkeitspegel eingegeben, um Änderungen des elektrostatischen Kapazitätswertes zu ermit­ teln, die über die Sonde 6 festgestellt werden. Es ist zwar vor­ zuziehen, daß das Wechselstromsignal Sinusform hat, jedoch ist es auch möglich, eine Rechteck-Welle oder eine Dreieck-Welle zu verwenden. Der Detektorschaltkreis für die elektrostatische Ka­ pazitätänderung enthält dem Fachmann bekannte elektrische Schaltkreise, wie z. B. ein Brückenschaltkreis. Hierzu wird auf die U.S. 4818492 verwiesen.

Im Detektorschaltkreis 8 für den Flüssigkeitspegel wird das Wechselstromsignal der nachgewiesenen elektrostatischen Kapazi­ tätsänderung verstärkt und das verstärkte Signal wird in einen Gleichrichterschaltkreis 9 eingegeben. Im Gleichrichterkreis 9 wird das eingegebene Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal gewandelt und das Gleichstromsignal wird in einen Komparator­ schaltkreis 10 eingegeben. Im Komparatorschaltkreis 10 wird das eingegebene elektrostatische Kapazitätsänderungssignal mit einem Wert vor der Änderung verglichen, um ein Meßsignal 15 zu erhal­ ten, das anzeigt, ob ein Kontakt zwischen der Sonde 6 und der Flüssigkeitsoberfläche der Flüssigkeit im Behälter 3 gegeben ist, oder nicht. Der Unterschied drückt sich z. B. im Vorhanden­ sein oder in der Abwesenheit des Flüssigkeitspegel-Signals aus. Der Komparatorschaltkreis wird mit Gleichstrom betrieben, da hierdurch der Schaltkreis einfacher aufgebaut sein kann.

Das Paar von Entladeelementen 11a und 11b aus leitfähigem Mate­ rial liegt auf der gedruckten Schaltung einander direkt gegen­ über mit einem Abstand von etwa 0,1 mm. Die einander zugekehrten Enden der beiden Elemente sind spitz, so daß es an dieser Stelle zu einer Entladung der statischen Elektrizität kommen kann. Ei­ nes der Entladeelemente 11a ist elektrisch geerdet. Das andere Entladeelement 11b ist elektrisch an die Pipettiersonde 6 und weiterhin an den Meßkreis 16 für die elektrostatische Kapazi­ tätsänderung angeschlossen.

Durch diese Anordnung wird das oben erläuterte Störsignal, wel­ ches die Messung beeinflussen könnte und welches durch statische Aufladung bedingt ist, die über die Sonde 6 abgeleitet wird, über die Entladeelemente 11a, 11b zur Erde abgeleitet und folg­ lich wird die Übertragung des Störsignals zum Detektorschalt­ kreis 16 für die elektrostatische Kapazitätsänderung verhindert. Eine Induktivität 12 ist zwischen dem Entladeelement 11b und dem Detektorschaltkreis 16 für die elektrostatische Kapazitätsände­ rung angeordnet. Die Induktivität 12 (Spule) hat eine hohe Impe­ danz bei einem hochfrequenten Signal. Dadurch wird bewirkt, daß das Störsignal zur Erde abgeleitet wird und die Übertragung des Störsignals zum Detektorschaltkreis 16 für die elektrostatische Kapazitätsänderung weiter unterdrückt ist. Dementsprechend wird die Wahrscheinlichkeit einer fälschlichen Messung aufgrund des Störsignals bei der Flüssigkeitspegelmessung wesentlich redu­ ziert.

Das Ausgangssignal des Schaltkreises 16 für die elektrostatische Kapazitätsänderung passiert einen Operationsverstärker 13. Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 13 beträgt im all­ gemeinen einige 10 bis einige 100, hängt jedoch davon ab, auf welche minimale Nachweiskapazität die Vorrichtung ausgelegt ist. Das Wechselstrom-Ausgangssignal des Operationsverstärkers 13 wird durch einen Gleichrichterschaltkreis 9 gleichgerichtet.

Eine herkömmliche Gleichrichtung wandelt den Wechselstrom in ei­ nen Gleichstrom um durch Integration des Wechselstromes entspre­ chend der Kondensator-Entladung. Da jedoch ein solches Integra­ tionsverfahren auch kurzzeitige Signale, wie statische elektri­ sche Störsignale und andere Störsignale integriert, könnte es zu einem fehlerhaften Meßsignal bezüglich des Flüssigkeitspegels kommen.

Deswegen ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 für die Gleichrichtung vorgesehen, daß das Ausgangssignal des Opera­ tionsverstärkers 13 sowohl in positiver als auch in negativer Richtung durch Zener-Dioden 14 eingeschränkt ist, so daß Störsi­ gnale, wie statische elektrische Entladungen oder andere Störsi­ gnale (also nicht erwünschte Signale), nicht durch Übertragung auf den Gleichrichterschaltkreis 9 integriert werden. Durch den Aufbau der Schaltung gemäß Fig. 4 wird erreicht, daß bei einer Entladung statischer Elektrizität von der Oberfläche des Behäl­ ters 3, wie sie im Beispiel gemäß Fig. 5 schematisch gezeigt ist, die zeitliche Breite der Störsignale, die im Detektor­ schaltkreis 16 für die elektrostatische Kapazitätsänderung auf­ treten, gemäß Fig. 6 reduziert wird. Dies bedeutet, daß ein derartiges Störsignal praktisch nicht mehr im nachgewiesenen Meßsignal 15, das vom Komparatorschaltkreis 10 abgegeben wird, enthalten ist, da es nicht integriert worden ist. Dementspre­ chend ist es möglich, die elektrostatische Kapazitätsänderung, die dann erzeugt wird, wenn die Pipettiersonde 6 in Kontakt mit der Flüssigkeitsoberfläche kommt, genau zu messen. Bei dem Er­ gebnis gemäß Fig. 5, wo die Entladeeinrichtung nicht ver­ wendet wird, beträgt die zeitliche Signalbreite des Störsignals einige 10 Millisekunden. Andererseits wird bei Verwendung der Entladeeinrichtung ein Ergebnis gemäß Fig. 6 erhalten, wonach die zeitliche Signalbreite der Störsignal auf wenige Mil­ lisekunden oder noch weniger reduziert ist.

Claims (5)

1. Analysator mit einer Einrichtung zum Pipettieren einer Flüssigkeit aus einem ersten Behälter (3; 101, 112) in ei­ nen zweiten Behälter (106) unter Verwendung einer Pipet­ tiersonde (6; 105, 110), wobei die Pipettiersonde als Elek­ trode zum Ermitteln eines Flüssigkeitspegels einer Flüssig­ keit im ersten Behälter dient und eine im zweiten Behälter enthaltene Substanz durch eine Meßeinrichtung (114, 115) vermessen wird, und wobei der Analysator folgendes auf­ weist:
eine geerdete Halteeinrichtung (4; 102, 125) zum Halten des ersten Behälters (3; 101, 112); und
einen elektrischen Schaltkreis (16) zum Ermitteln einer Än­ derung der elektrostatischen Kapazität zwischen der Pipet­ tiersonde und der Halteeinrichtung; gekennzeichnet durch
ein Paar von einander direkt gegenüberliegenden Entladeele­ menten (11a, 11b), von denen ein Entladeelement (11a) elek­ trisch geerdet und das andere Entladeelement (11b) einer­ seits mit der Pipettiersonde (6) und andererseits über eine Induktivität (12) mit dem Schaltkreis (16) für die Ermitt­ lung der elektrostatischen Kapazitätsänderung verbunden ist, so daß hochfrequente, an der Pipettiersonde (6) auf­ tretende Störsignale über das geerdete Entladeelement (11a) abgeleitet werden und eine Übertragung der Störsignale zum Schaltkreis (16) für die Ermittlung der elektrostatischen Kapazitätsänderung unterdrückt ist.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Entladeelementen (11a, 11b) und der Schaltkreis (16) für die Feststellung der elektrostatischen Kapazitätsänderung als gedruckte Schaltungen ausgebildet sind.

3. Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeelemente (11a, 11b) jeweils angespitzt sind und daß sich die Spitzen gegenüberliegen.

4. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß als Induktivität (12) eine Spule mit hoher Impedanz vorhanden ist.

5. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine Überführungseinrichtung (102, 125) für die Überführung der Behälter aufweist, um die ge­ nannten ersten Behälter in einer Flüssigkeitsansaug­ position zu positionieren.