DE2319465A1 - Analysesystem - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. Ing. C.Wallach

Dipl. Ing. G. Koch

Dr. T. Haibach 2 3 1 9 A 6

8 München 2

Kaufingerstr.8,Tel.24O275

Beckraan Instruments Ine« 17· April I973

Fullerton, CaI., USA 14 106

AnaIysesystern

Die Erfindung betrifft ein auf das Differential- bzw«, die Snderungsgeschwindigkeit. eines Parameters eines xu analysierenden Reaktionsgemische ansprechendes Änalysssystem mit einer Probenzelle_P einer auf den zu überwachenden Parameter ansprechenden Detektorvorrichtung zur Erzeugung eines dem jeweiligen Wert des Parameters einer Reaktionskomponente in der Probenzelle proportionalen elektrischen Probensiignals, sowie mit einer elektrischen Differenziervorrichtung zur Differentiation des elektrischen Probenslgnals zur Erzeugung eines Differential™ bzw, Änderungsgeschwindigkeitssignals«

In verschiedenen. Systemen dient die Differential- hzw, Xnderungsgeschwindiqkijits-Analysa von Reaktionen zur Bestimmung der Werte interessierender Parameter. Beispielsweise wird bei einer Form der Analyse vcn Blut» oder Uringlukose in der Weise vorgegangen _e daB inan ^u Glukoseoxydase Blut- oder ürinpiroben zusetzt und die Lösung umrührt, derart, daß eine Reaktion abläuft, und zwar in Gegenv?art eines Detektors zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das in -linearer Abhängigkeit zur Sauerstoffkonzentration steht* Diese elektrische

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Größe wird sodann in ein der zeitlichen keit der Sauerstoffkonzentration proportionales signal umgewandelt und dieses Signal wird aufgezeichnet» Der Maximalwert des aufgezeichneten Sigj&als dient zur Bestimmung der anfangs vorhandenen Glukosemerige»

Bei anderen Arten von- Enssymanalysen werd-Sii. Probsn -von ge-"-pufferten Enzymen einem im Überschuß vorliegenden Substrat zugefügt, .und zwar wiederum in Gegenwart eines auf eine Konzentration ansprechenden Meßfühlers, Die elektrische Ausgangsgröße des Meßfühlers wird wiederum direkt in ein der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit entsprechendes Signal umgewandelt und dieses Signal aufgezeichnet, wobei der auf ge--^c zeichnete Maximalwert der Änderungsgeschwin&igkeit proportional der Enzymaktivität ist.

Bei bestimmten.Arten von photometrisehen Enaym-Änderungsgeschwindigkeitsanalysen wird dia Lichtabsorbtion einer Enzymreaktion in der Zelle bei'einer vorgegebenen Lichtwellenlänge laufend überwacht und die elektrische Ausgangsgröße des Photoimiltipliers oder anderseitigen Photoäetektors zur Gewinnung eines Differential- oder Änderungsgeschwindigkeitssignals differenziert. Untersucht man den konstanten Bereich des Differential- bzw. Änderungsgeschwlndlgkeitssigriais, so spiegelt dieser die Konzentration der Enzyme in der Probe, oder die Konzentration, von mit den Enzymen reagierenden Stoffen, :wider... "^;-.j-*.y,;:'_;;.: 1/-λ'/.. -■ ." ^.:^'_"-_} ."'■■; ■-"-■ _; . ~~-,.'-'[■ ''■''■'' ■

Bei diesen sSmfcllchen erwähnten Arten von Analysen ist es .■ möglich, daß das elektrische Differential- bzw. Xnderungsge— schwindigkeitssignal Schwankungen und Diskontinuitäten auf- Γ weist, wenn die Reaktion nicht wxa erwartet abgelaufen ist oder,das .Zellensiqnai nicht linear ist:* Die Messung und Wiedergabe eines mit derartigen Schwankungen und Diskontinuitäten

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behafteten Differential- bsw„ Ändermigsgescfrwindigkeitssignals kann zu falschen Ergebnissen führen. Beispielsweise können falsche Ergebnisse auftreten, wenn die Messing durchgeführt .wird, bevor.die Reaktion sich auf sine konstante Reaktionsgeschwindigkeit stabilisiert hau. Außerdem kann, je nach dom Typ der Reaktion _f äie Reakt£asisgesehvift&igfc-.;it -zunächst anfänglich einem linearen Verlauf folgen und -jedoch, sodann vom linearen.Verlauf abweichen« SchiieSlich ist et möglich, daß das von einer linearen Reaktion abgeleitet,® Zellensignal außerhalb eines empirisch bestimmten arinehsnfoaren oder zulässigen Pegelbereichs fällt, indem es entweder sau hoch oder 2u niedrig ist,, oder indem es eine, größere Gesamt änderung je Zeiteinheit aufweist, als zulässig ist»

Angesichts der vorstehend erwähnten Probleme besteht daher ein Bedürfnis naeh einer Möglichkeit, f es treteilen su können, vann eine gegebene Reaktion^-linear ist? und das Differentisl-• bssw. Snderungsgeschwindigkeitssignai einer derartigen Reaktion nur dann zu messen und wiederzugeben, wenn .das Signal konstant ist. Es besteht auch ein Bedürfnis nach einer Möglichkeit, ' feststellen zu können, wann falsche Signale in dem zu analysierenden Signal auftreten, derart, daß nur brauchbare Signale angezeigt baw. wiedergegeben werden. .

Die Erfindung betrifft somit, ein auf die Snderuagsgeschwincligfciit eines Parameters einer zu analysierenden Reaktionsgemischprobe ansprechendes Änalysesystam, mit ainer elektrischen . Differenzierschaltung, welcher ein den jeweiligen Wert des betreffendenFararaaters in der zu'analysäsreiiSen Probe wiedergebendes elektrisches Signal sugafüart wird und welche in Abhein^gigkeit hiervon ein dem Differential'bzw, der Änderungsgesehwindigkeit des. Parameters entspretihsndss elektrisches Diffsrentis.!— bzw_? iinde:cungsgs2chwindigk3.ltss;.or»al erzeugt, sovle mit siiisx' αεί' ssj-äktrlsehea Difit-s/eiazxe^schaltung zuge-

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ordneten Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung sur wahlweisen Anzeige bzw. Wiedergabe eines dem Differential- baw. Änderungsgeschwindigkeitssignal proportionalen Wertes.

(Fortsetzung Seite 5)

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Der Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Systems der vorgenannten Art zugrunde, bei dem zuverlässig gewährleistet ist, daß die Messung des Differential« bzw. Änderungsgeschwindigkeitssicmals nur im linearen Bareich des Reaktionsvarlaufes stattfindet unct die Anzeige und Wiedergabe des Änderungsgesahwindigkeitssignals nur dann erfolgt, warn* dieses Signal, einen konstanten Wert angenommen hat_P als Hinweis darauf, daß die Reaktion sich stabilisiert hat und die Messung im linearen Bereich erfolgt.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung bei einem System der vorstehend genannten Art vorgesehen, daß mit der ersten elektrischen Differenzierschaltung eine zweite elektrische Differenzierschaltung zur Erzeugung eines der Ableitung des

proportionalen Signals Differential- bzw* Anderungsgeschwindlgkeltssignals yVerbunden ist und daß eine auf die Ausgangsgröße der zweiten Differenzierschaltung ansprechende Logikschaltung vorgesehen ist, welche die Anzeige bzw. Wiedergabe des ersten Differentialbzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals nur zuläßt, solange das von der zweiten Differenzlerschaltung erzeugte, der Ableitung des ersten Differential» bzw, Knderungsgesehwindigkeitssignals entsprechende Signal betragsmäßig innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das System eine Probengelle und eine direkte Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Proben- oder Zellensignals auf, das proportional einem Parameter einer in der Probenzelle reagierenden Substanz ist» Es ist eine elektrische Diff»srengärvorrichtung zur Dl iferentiation des Probensignals und Erzeugung eines Differential- bzw, Änderungsgeschwindigkelessignals vorgesehen, sowie eine Vorrichtung zur Messung void Anzeige bzw. Wiedergabe dieses Xnderungsgeschwindlgkeifessigsials. ErfindungsgemäS ir; eine Konstant- Änderungsgasehwindigkeits-

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Nachweisschaltimg vorgesehen, welche eine elektrische Vorrichtung zur Bildung der Ableitung des Di£ferential- baw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals sowie eine Komparabohrvorrichtung aufweist, mittels welcher festgestellt werden kann? wann die Ableitung des Äs:idarungsgaschv>£..ißigkeitsslgE.ais sich innerhalb einer vorgegebenen Schwelle a®m w&rt. Null nähert,» Die AusgangsgröSe der Konstant-Ändermigsgesc-hosinäigkeits-Nachweisschaltung wird einer Logikseh a it ang srögeführt, welche einen Meß- und Wiedergabezyklus von vorgegebener Dauer einleitet und steuert.

Mittels der erfindungsgemäS vorgesehene η Konst-ant-Xnderungsgeschwindigkeits-Naehweissehaltung wird somit festgestellt, wann die Ableitung des Änderungsgeschwindlgkaitssiqxials sich Null nähert, als Anzeige dafür, daß das Ände-?ungsgeschwinäigkeitssignal dann konstant (und damit die Reaktion linear} ist* Die auf die Konstant-Änderungsgeschwiwdigkeitä-Nachweisschaltung ansprechenden Schaltungen,, insbesondere Lcgikschal-

tungen, welche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Nachweisschaltang einen MeS- und Änzeigeisykltis, in welchem die de?.s Haäerungsgesel-iwindigkeitssignal wiedergebenden Daten gesasfranelt und gegebenenfalls nach Mittelung wiedergegeben werden, auslösen, gewährleisten, daß die Messung und/oder An-seige bzw,. Wiedergabe nur für einen konstanten Wart des Kndsruftgsgösehwißdigkeitssignals, und dasfit zuverlässig im linearen Bereich das Reaktionsverlaufes erfolgen.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der. Zeichnung beschrieben? in dieser zeigenj

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Teiles eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig„ 2 das Blockschaltbild eines anderen Teiles des bevorzugten Au3f ilhrungsb<bij.spiels ■ aus Fig_o l.

Fig. 3 mehrere graphische Darstellungen zur Veranschaulichung verschiedener Wellenformen_P wie sie für bestimmte Enzymreaktionen in ά&τ Probengelle des beschriebenen bevorzugten Auslführungsbeispiels der Erfindung auftreten können_f

Fig. 4 eine Tabelle, in welcher ein Satz von Signalgrenzen zusammengestellt 1st, wie sie bei der Differentialbzw. Ändertingsgeschwtndigkeitsanalyse von Enzymreaktionen in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsqemäßen Systems verwendet werden.

Die nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist ein speziell zur überwachung von Enzymreaktionen zur Bestimmung der EnzymaktivitSt ausgebildetes Differentialbzw· Xnderungsgesehvindigkeits-Analyseinstrumentsystem auf. Im besonderen ist die bevorzugte Ausführungsform zur Messung eines elektrischen Signais unct zur Durchführung einer Differential- bzw. Knderungsgesehwindigkeitsanalyse auf der Grundlage dieses elektrischen Signals ausgebildet, das proportional der Lichtabsorption einer Enzymreaktion in einer Probenzelle als Anzeige für die Aktivität v_On Enzymen, und zwar insbesondere der Enzyme LDH, SGOl¹, SGPT, HBDH, CPH und AP ist. Es sei jedoch betont, daß die nachstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform in dieser Hinsicht nur Beispielscharakter besitzt

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und daß die Erfindung nicht auf dia Differential- bzw.' Änderungsgeschwindigkeitsanalyse dieser Enzyme oder überhaupt auf die Differentialanalyse von _ Enzymen.'allgemein .beschränkt ist. Vielmehr eignet sieh die Erfindung.zur Anwendung bei jedem Differential- bsw„ .SrtäerungsgeschwiriiiivTksits-Analyse-.· system, bei welchem die Feststellung, viaan ein Snderungsge- - ," sehwindigkeifes- oder Differentialsignal konstant wird, von Nutzen i3t. Ein derartiges System braucht nicht notwendigerweise Vorrichtungen zur Messung vors Lieht abs orbtionen auf zuweisen. Vielmehr hahn in Verbindung alt der bevorzugten ;.· .-";.-Ausführungsform der Erfindung jede beliebige andere Fühlbzw. Meßvorrichtung verwendet werden, die ein su analysierendes elektrisches Signal erzeugt, - . . --

In Fig» 3 ist eine Anzahl von Wellenformen veranschaulicht, welche das -Verständnis der bevorzugten Ausführtsngsform der -;..-.-..-. Erfindung erleichtern, Die graphischen Darstellungen A_p- C und" „ , E betreffen eine Reaktion, bei weicher ein Enzym, wie bei- _; ■ C spielsweise das Enzym LPH, eine Rolls spielt,- und zeigen die überwachung über eine vorgegebene Reaktionsdauer*wie ange- "deutet. Im einzelnen veranschaulicht die graphische Darstellung k das Äbsorptionssignal.la mV:in Abhängigkeit von der Reak-> tionsdauer." Wie ersichtlich,; ist das Absorptionsslgnai ein ^; , ■ elektrisches Analogsignal,,das vom Beginn der Reaktion an \ linear ansteigt und über die gesamte beobachtete oder-über^,. , ^ wachte Reaktionsdauer hin linear bleibt. Weiter isfc ersichtlich, daß das Äbsorptionssignal am-Ende der überwachungs--.-_Γ; ; -^: dauer einen bestimmten mV-Pegel erreicht., -wobei das Signal _: ·; . ' während der überwachungsdauer eine Gesamfeänderung ΔΑ erfährt, wie in der graphisshen_: Darstellung ä angedeutet.·;^-: V^ :-.;:; :, -;v'

Die graphisGhe Dai'Stallung.Cyeranscfiaulicht. die erste Ab- - . leitung des Absorptionssignals, d.h. das Differential- oder Xaderungsgeschwindiqkeitssignal für sine entsprechende Zeitdauer

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der gleichen Reaktion. Wie ersichtlich, weist das ünderungs- bzw. Differentialsignal eine vorübergehende Instabilität am Beginn der. Reaktion infolge von /·--.' Mischungs-Schwankun- -" " .-gen auf und sinkt dann auf einen konstantem Pegel ab. Dieses Verhalten ist zu erwarten, da das Absorptionssignal linear ist. ■ -.--.- ■-■': ■-■·; .'■ \'. - /■:..-·. -/ // ;■--^: - / / '■-: ■. '■ ' ■ . "

Die graphische Darstallung S veranschaulicht 'die Ableitung des Differential- oder Sftderungsgeschwindigkeitssignals, d.h., die zweite Ableitung des AbsorptionssignalSe Wie ersichtlich, fällt diese Ableitung des Differentialsignals, nach der vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reaktion/ gegen Null ab, wobei sie bald nach der als "Verzögerung¹ bezeiclmeten Zeitlinie einen Sehwellwert unterschreitet. Auch dieses Verhalten steht wiederum zu erwarten, da, wenn das bifferential- oder Änderungsgeschwindigkeitssignal konstant ist, die Ableitung dieses Differentialsignals Null ist. _Λ ·■

In den graphischen Darstellungen B, D und F sind die charakteristischen Eigenschaften einer CPK-Reaktion veranschaulicht. In der graphischen Darstellung B ist das von der Reaktion abgeleitete Absorptionssignal voll ausgezogen dargestellt. Wie ersichtlich, ist der Signalverlauf während einer erheblichen Zeitdauer nach dem Beginn der Reaktion konstant oder nahezu konstant und begießt sodann während eines mittleren " Bereichs des-Reaktionsverlaufas abzunehmen/ bevor er sich in einer linearen Phase stabilisierte/" / · ;-; ^: /^r ' '~^/:^^:' --ι- :_-":■'■

Das entsprechende DIfföreritlal" oder iinderungsgeschwindigkeitssignal ist in der graphisshiin Darstellung D veranschaulicht; man. ersieht, daß, riaeh der vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reakfcio /das Differential- oder Snderungsgeschwindigkeitssignal erheblich unter seinen späteren endgültigen

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Wert absinkt und sodann auf einen höheren konstanten Wert, der Änderungsgesehwindigkeit während des linearen Bereichs der Reaktion ansteigt«

In ähnlicher Weise beginnt,, wie a«s der graphischen Darstellung F ersichtlich, die Ableitung des Differential- oder Änderungsgesehwindigkeitssigaals mit einer vorübergehenden Instabilität zu Beginn der Reaktion ₉ nimmt sodann auf Null ab, worauf sie beträchtlich über den Schwellwert ansteigt, bevor sie schließlieh auf Null zurückkehrt _f sobald das Differential- oder Änderunqsgeschwindigkeitssignal konstant wird«,

Die Änderungen, welche die in den graphischen Darstellungen der Fig. 3 veranschaulichten charakteristischen Wellenformen zeigen, werden erfindungsgemäß sur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgenutzte um Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignale, welche <«ron abnormen Reaktionstypen abgeleitet sind oder solchen Reaktionstypen entsprechen, zu identifizieren und von der Aufzeichnung bzw. Wiedergabe auszuschließen«,

So stellt beispielsweise ixi der graphischen Darstellung Ά die mit A bezeichnete gestrichelte Linie das maximal zulässige Absorptionssignal einer normalen Reaktion dar, während der mit der geschwungenen Klammer umfaßte und mit ΔΑ.. . ■ bezeichnete Teil der Kurve die maximal zulässige Änderung des Absorptionssignals innerhalb der überwachsen Reaktionszeit wiedergibt« Falls der Verlauf άφτ Re&ktionskurve während der überdachten Zeitdauer aus einer dieser Grenzen herausfällt, so wird das entsprechend® Differential- oda: Änderungsgesshwindigkeitssignal siiehfe wiedergegeben _β Außerdem kann die in der graphischen Darstellung Ά betrachtete Reaktionskenniinie ©inen zulässigen W@rt der Änderung je Zeiteinheit

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wird zeigen, was ebenfalls festgestellt Amd gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung dazu dient, die Wiedergabe des Differentialsignals zu verhindern.

Entsprechend kann die in der graphischen Darstellung B wiedergegebene CPK-Reaktionskurve zu einem Absorptionssignal führen, das über die überwachte Reaktionsdauer hin einen unzulässig hohen Pegel annimmt. Ferner kann das CPK-Signal einen unzulässigen Wert der Änderung je Zeiteinheit zeigen. Falls einer dieser Zustände auftritt, werden sie erflndungsgemäb festgestellt und dazu ausgenutzt, die Wiedergabe des Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals zu verhindern.

Die in Fig. 3 veranschaulichten Kurvenverläufe sind exemplarisch für die allgemeinen charakteristischen Verläufe von Reaktionen mit den Enzymen LDH und CPH sowie mit den anderen, weiter oben genannten Enzymen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bestimmte andere Enzyme unterschiedliche charakteristische Eigenschaften und Verläufe zeigen können. Beispielswelse nimmt für bestimmte Enzyme das Absorptionssignal mit einer linearen Geschwindigkeit ab statt zu. Ferner können andere Enzyme in der "Verzögerungsphase" (lag phase) einen nach unten gerichteten Verlauf der Signale scwis auch einer Verlängsamungsphase entsprechende Signale aufweisen.

Außerdem zeigen die normalen Kennlinienverläufe der verschiedenen in Verbindung mit der bevorzugten Ausführangsform behandelten Enzyme nicht sämtlich die gleichen Reaktionsgeschwindigkeiten. Dementsprechend wurden die zulässigen Grenzen oder Kennwerte einer normalen Reaktion für jede der sechs oben genannten Enzyme nach empirischen und anderen Verfahren bestimmt. Fig. 4 veranschaulicht die zulässigen Werte

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für die Parameter, wie sie bei der baveirzugten Ausführungsform der Erfindung sur Identifikation der von abnormen Reaktionen stammenden Differential- bsw. Änderungsgesehwindigkeitssignale und zum Ausschluß dieser Signale von der Wiedergabe verwendet werden* Die Art and Weise _f in welcher dies erfolgt., wird nachfolgend im einseinen anhand der Schaltung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erläutert» Es sei jedoch betont, daß das System nach der bevorsugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit anderen als den genannten Enzymen verwendet werden kann und daß es sieh auch sur Verwendung in Verbindung mit Differential- bzw, Änderurtgsgeschwindigkeitsanalysen eiqnet, die 3ich auf nicht ensymische Reaktionen beziehen.

Im folgenden wird tmn anhand der Figuren 1 und 2 eine bevorzugte Aus führung.·? form eines erfindungsgemäßen Analyse sy stems beschrieben» Dieses System weist einen Analysator IO mit einer Probenzelle 12 zus? Aufnahme einer Probe einer die zu analysierenden Enzyme enthaltenden reaktiven Lösung auf» Des weiteren weist der Analysator eine monochromatische Lichtquelle 14 zur Erzeugung eines die Probenselle durchsetzenden Liehtbündels, sowie eine Photoiimltiplierröhre oder eine anderweitige Detektoranordnung 16 zur Messung des dureh die Zelle hind tar ch gehenden Lichts auf_a Diese Teile dienen als Beispiel für sin Einstrahl-Absorptionsanalyaegerät herkömmlicher Art. Es sei jedoch betont, daß selbstverständlich auch ein Sweistrahlsystem verwendet werden könnte,, ohne daß hierdurch der Rahmen der Er~ findung verlassen wird. Der Analysator umfaßt ferner einen Vorverstärker 18,y welchem die Ausgangsgröße der Photomultipiierröhre zugeführt wird _β sowie einen logarithmischen Verstärker 20, dem die Ausgangsgröße des Vorverstärkers 18 augeführt wirdc Die ImsgangsgröSe des Aneilysators tritt an der Ausgangskleitane 31 auf und stellt ein elektrisches Signal dar, das proportional der Liehtabsorption der Probe ist. Es wird

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ein logarithmisehes Signal verwendet, da das Ausgangssignal des Photomultipliers der Lichtdurehlässigksit der Probe entspricht und das Absorptionsvermögen mit dem Logarithmus des Durehlaßvermögeßg in Beziehung steht.» Das a..i der Ausgangskleirane 31 auftretende resaitierenae. Sic?aäl bcsaitsit; alle Eigenschaften des LichtabsorptionsvsmiögeKa der ?ro£>e₅. einschließlich der linearen ftnd-sryng mit dsr Zeit for in der Zelle 12. ablaufende einfaehe ehemisch© Reaktionen erster Ordnung.

Das erfindungsgemSße System weist feraör eine Differenzierschaltung 34 auf, welche das νοη dem Analysator jsugsführte Absörptionssignal differenziert. Die Ausgangsgröße der Differenzierschaltung 34 besitzt entweder positive oder negative Polarität. Daher ist ein Glaiehricihter 35 vorgesehen _r welcher das ihm zugeführte bipolare Differentialsignal gleichrichtet» Die Differenzierschaltung und der Gleichrichter sind herkömmliche Schaltungen. Die Ausgangsgröße des Gleichrichters 35 wird einem Anschluß 36 zugeführt und stellt ein Differenz tial- oder Änderungsgeschwindigkeitssignal dar, das proportional der zeitlichen Änderungsgeschwindigkait der Lichtabsorption der Probe ist. Dieses Differential- oder Änderungsges-chwindigkeitssignal wird über eine Leitung 37 der zugeordneten Schaltung nach Fig. 2 zugeführt, die weiter unten noch beschrieben wird.

In Fig. 6 ist aueh eine Schaltung zum Nachweis einer konstanten Änderungsgesahwindigkeit "Konstantänderimgsgeschwiridigkeits-Nachweisschaltuncf" dargestellt» Diese weist eine Differenzierschaltung 60 auf, welcher das Differential- oder Xnderungsgeschwi.fidiqkeitssignal von der Anschlußklemme 36 über eine Leitung 38 zugeführt wird. Die Differenzierschaltung 6O 1st herkömmlicher Art und erzeugt eine Ausgangsgröße, welche die Ableitung dee Differential- bssw. Äßäerayiyageschwindigkeits-

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signals wiedergibt, d.h. die zweite Ableitung des Absorptionssignals.

Des weiteren ist eine Beruhigungszeit-S teuer schaltung 86 vorgesehen, welcher aus einer (nicht dargestellten) Programmiervorrichtung des Geräts ein Enzym-Schalter-Eingangssignal über eine Leitung 84 zugeführt wird. Dieses Enzym-Schaltsignal ist vorzugsweise ein digitaler Spannungspegel mit einer vorgegebenen Amplitude und steht in Beziehung zu einem bestimmten vorgewählten Enzym. In Abhängigkeit von diesem Enzym-Schaltersignal erzeugt die Beruhigungszeit-Steuerschaltung eine Ausgangsgröße, die über eine Leitung 88 der Differenzierschaltung 60 zugeführt wird. Dieses Beruhigungszeit-Ausgangssignal steuert die"Abfallzeit" der Differenzierschaltung zur Bestimmung der Geschwindigkeit, mit welcher die Ableitungsoder DifferentialausgangsgrÖBe sich ihrem endgültigen Wert annähert. Es ist notwendig, diese Abfallzeit der Schaltung 60 um unterschiedliche Beträge kurzzeitig zu verzögern, um den Reaktionen je nach den verschiedenen daran beteiligten Enzymen eine vorgegebene Beruhigungszeit zur Erreichung eines stabilen Reaktiönszustandes zu gewähren. So benötigen beispielsweise von den in Fig. 4 aufgeführten Enzymen das Enzym LDH eine kurze Beruhigungszeit, die Enzyme SGOT und SGPT mittlere Beruhigungszeiten· Das Enzymschaltsignal wird ferner auch direkt über eine Leitung 85 logischen Schaltungen in Fig. 2 zugeführt.

Die Ausgangsgröße der Differenzierschaltung 60 wird einem Gleichrichter zugeführt und in diesem das Ableitungssignal gleichgerichtet. Das gleichgerichtete Ableitsignal wird zur Äusfilterung sämtlicher Frequenskomponanten bis auf die niederfrequenten Komponenten einem Tiefpaßfilter 64 zugeführt.

Des weiteren ist ein herkömmlicher Komparator 66 mit negativen

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und positiven Einganersklemmen vorgesehen. Der Ausgang des Filters 64 ist mit dem negativen Eingang des Komparators verbunden. An seinem positiven oder Bezugseingang wird dem Komparator ein von dem Anschluß 36 abgeleitetes Signal zugeführt, dessen Säbrag durch die Impedanz eines Eingangswiderstands 67 bestimmt wird. Der Komparator 66 weist ferner auch ein dem positiven oder Bezugseingang zugeordnetes inneres Bezugssignal, beispielsweise die Ausgangsgröße einer Zener-Diode auf· In dem Komparator 66 wird dia Ausgangsgröße des Tiefpaßfilters 64 mit einer Bezugs- oder Schwellspannung verglichen, welche die Summe der Zener-Spannung und der Eingangsspannung von dem Widerstand 67 ist. Der Komparator erzeugt eine hohe Ausgangsgröße, wenn das der zweiten Ableitung entsprechende Eingangssignal kleiner oder gleich dem durch den Bezugseingang definierten Schwellwert 1st. Falls das die zweite Ableitung darstellende Signal qrößer als der Bezugswert ist, erzeugt der Komparator eine niedrige Ausgangsgröße« Der Schwellwert ist in den graphischen Darstellungen E und F in Fig. 3 wiedergegeben; wie ersichtlich liegt der Schwellwert geringfügig über Null. Es sei darauf hingewiesen, daß der Schwellwert sich etwas ändern kann infolge der veränderlichen Änderungstresehwindigkeltssignale für die verschiedenen Enzyme, wie sie Über den Eingangswidarsjtand 67 augeführt werden. Die Ausgangsgröße des !Comparators 66 wird als ein Endpunktsignal bezeichnet und über eino Leitung 68 einer in Fig. 2 dargestellten Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung zugeführt, wie weiter unten noch erläutert wird.

In Fig. 1 ist auch eine Schaltung zum Nachweis bzw. zur Feststellung einer Bereichsüberschreitang ("Bereichsüberschreitungs-Nachweisschaltung")("overrange detection circuit") veranschaulicht, die durch ein "Stari:-Le3e"-Signal betätigt wird. Das ^MStart-Lese"-Signal wird über eine Leitung 71, eben-

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falls von der Programmiervoiriehtaaq des Instruments zugeführt. Die Leitung 71 ist mit dem einen Eingang eines Steuer-Flip-Flops 74 verbunden, dem ferner aueh von der Programmiervorrichtung in einem geeigneten Intervall über eine Leitung 72 ein Zeitgebersignal ("elock Set Signal^;s) zugeführt wird«, Das Flip-Flop erzeugt beim Anliegen großer. Zeitgeber™ und Starfe-Lese-Signale eine Ausgangsgröße mit hohsm Pegel« Das Start-Lese-Signal wird aueh über ©ine Leitung 76 einer Zeitverzögerungssehaltung 78 augeführt. Die 2e£tv@rz6gerungssehaltung-78 bewirkt eine Verzögerung des ihr £«g®£üforten Start-Lese-Signals und erzeugt als Ausgangsgröße ein ^eifeverzögermigssignal auf einer Leitung 80,. die schließlich mit einer Konstant-Xnderungsgeschwindigkeits-LogiksGhaltuag und einer Bereichs«. Überschreitungs-Logiksehaltung in Fig_e 2 verbunden ist, '

Die Bereichsübersehreitisngs-Nachx'ireissöhaltiang weist ferner' eine Probennahme- und Halteschaltung 110 auf, welcher das Absorptionssignal von der Anschlußklemme 31 über eine'Leitung 103 zugeführt wird. Die Schaltung; 110 erhalt ferner amch über _: die Leitung 75 ein Steuersignal von dem Flip-Flop 74«, Die Probennahme- land Halteschaltung ist herkömmliche!⁵· Art und erzeugt, in einem 'vorgegebenen _t durch inner© Zeitverzögerung bewirkten Zeitabstand nach der Eufuhr d©s Steuersignals vom flip-Flop 74, ein Ausgangssignaip dessen Amplitude mit der Amplitude des vom Anschluß 31 zugefiähr-ten Siagangssignals übereinstimmt. Die Ausgangsgröße der Probenahme*-und Halteschaltung wird als die eine Eingangsgröße einem Differentialverstärker 112 zugeführt. An seinem anderen Eingang erhält der Differentialverstärker über Leitungen 103 und 105 das Absorptionssignal von der Anschlußklerara© 31-direkt. Somit erzeugt der Differenzialverstärker ein Ätssgangssigaal auf einer Leitung 115 _? das proportional dea? gesamten Änderung des Pegels des Absorptionssignals wShrss.d der durch die

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innere Verzögerung der Schaltung 110 definierten Periode ist. Gemäß der bevorzugten AusfOhrungsform der Erfindung ist die innere Zeitverzögerung der Schaltung 110 aus Gründen, die weiter unten noch erläutert werden, auf einen Wert von etwas weniger als 13 Sekunden eingestellt.

Ober eine Leitung 82 wird aus der Programmiervorrichtung ferner auch ein "one-shot"-Signal zugeführt und letztlich der Konstant-Xnderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung und der Bereichstiberschreitungs-Logiksehaltung für weiter unten noch zu erläuternde Zeitgeber- und Steuerzwecke zugeführt.

In Fig. 1 sind ferner mehrere herkömmliche Komparatorschaltungen 91, 92, 94 und 95 dargestellt. Diese Komparatoren sind herkömmlicher Art> sie können ein positives und ein negatives Eingangssignal zugeführt erhalten und erzeugen nur für geeignete Amplituden der Eingangssignale eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel. Der Komparator 91 erhält ein Differential- oder Änderungsgeschwindigkeits-Eingangssignal vom Anschluß 36 über die Leitung 101. Außerdem erhält der Komparator an seinem negativen Eingang eine Vollskala-Eingangsspannung von einer (nicht dargestellten) einstellbaren Spannungsquelle. Diese Vollausschlagsgröße ist so gewählt, daB sie den vollen Skalenausschlag einer in Fig, 2 enthaltenen Wiedergabeschaltung darstellt. Sina Ausgangsgröße hohen Pegels von dem Komparator 91 wird als U-AüS-Signal bezeichnet und über eine Leitung 96 den Logikschaltungen von Fig. 2 zugeführt. Eine 10 Volt-Eingai.gsspannung am Bezugseingang des Komparatora 91 stellt einen vollen Skalenausschlag von 2000 mlü für das Xnderungsgeschwindigkeitssignal dar.

Die Komparatoren 92 und 94 erhalten [Jeweils über die Leitungen 103, 105 und 107 das Absorptionssignal vom Anschluß 31

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zugeführt. Außerdem erhält der Komparator 92 an seinem anderen Eingang eine veränderliche Eingangsspannung ^A _iin· Dieses A . -Signal stellt annähernd einen MindestpageXCin mV) für ein noch zulässiges Absorptionssignal, von" einem Enzym mit einem abfallenden Verlauf des Absorptionssignals dar« Derartige abfallende Verläufe zeigess di© Enzyme SGoT₅, SGPT und HBDH, wie aus Pig, 4 ersichtlich, ist, in welcher die jeweiligen vergleichbaren. A . -Werte für diese Enayxne angegeben sind. Der Komparator 92 erzeugt auf der Leitung 97 eine Ausgangsgröße mit großem Pegel, sobald das Absorptions-»Eingangssignal des Komparators einen Wert gleich oder kleiner der A . -Eingangsgröße erreicht. Zu allen anderen Zeiten besitzt die Ausgangsgröße des Komparators 92 einen aiedrigsn Pegel«

Demgegenüber wird dem Komparator 94 an seinem negativen Eingang eine veränderliche Bezugseingangsspannung Ά zugeführt, welche annähernd dem maximal zulässigen Pegel (in mV) eines zulässigen Äbsorptionssignals von einem-Enzym mit ansteigender Charakteristik entspricht. Derartige ansteigende Verläufe treten für Üeaktionen mit den Ensymen LDH/ CPK und M» auf, wie wiederum aus der Tabelle in Pig« 4 ersichtlich, in welcher die entsprechenden vergleichbaren A , -Werte für diese Enzyme angegeben sind. Die Anordnung ist so qetroffen_? daß der Komparator 94 dann und nur dann ein© Ausgangsgröße mit' hohem Pegel erzeugt* wenn das Absorptionssignal gleich oder größer als die A^ --Eingangsgröße ist_e %xk allen sonstigen

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Zeiten besitzt der Komparator eine Ausgangsgröße mit niedrigem Pegel. Die Ausgangsgröße des Komparators 94 wird über eine Leitung 98 den Logikschaltuagen in Fig, 2 zugeführt»;

Der Komparator 95 erhält dia Ausgangsgröße des Verstärkers 112 als eine ProbenalngangsgrSßs zugeführt* Dein Beaugs- oder positiven Eingang des Komparators 95 wird ein ΔΛ._;,. . ^,-Signal, zuge-

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führt, das die Gesamtänderung {In mV) eines noch zulässigen Absorptionssignals gleichgültig ob mit abfallendem oder ansteigendem Verlauf darstellt. Der Wert von ΔΑ.. .. ist für die Enzyme SGPT, SGOT und HBDH auf 0,65 festgesetzt; für die Enzyme LDH, CPH und AP ist der AA₃. ,..-Wert auf 1,3 festgesetzt, wie aus der Tabelle gemäß Fig» 4 ersichtlich . Die Anordnung ist so getroffen,, daß der Komparator 95 dann und nur dann eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel erzeugt, wenn die tatsächliche Änderung der Absorption die durch den Wert von ^3. .*. wiederoegebene Bezugs- oder maximal zulässige Änderung übersteigt. Die Ausgangsgröße des !Comparators 95 wird über eine Leitung- 99 den Logik sch al tun gen in Fig. 2 zugeführt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel· ist die Anordnung so getroffen, daß zwischen den Bezugseingangsspannungen der Kemparatoren und den A . -, ^Am~V" ^^{1310 ÄA}limit~ Werten die Beziehung 5 V = 2 A besteht.

Im folgenden werden nun die Schaltungsteile in Fig„ 2 beschrieben» Das Differential- oder Knderungsgeschwindigkeitssignal wird von der Anschlußklemme 36 über die Leitung 37 dem Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers 40 zugeführt. Der Analog-Digital-Umsetzer 40 ist herkömmlicher Art und erzeugt nach Maßgabe des ihm zugeführten Differential- bzw« Änderungsgeschwindigkeitssignals eine entsprechende Diqltalinpuls-Ausgangsgröße. Der Umsetzer weist einen ihn steuernden inneren Zeitgeber 43 auf, welcher die Digitalausgangsimpulse während eines vorgegebenen Meßzyklus von 13 Sekunden durchläßt und danach die Ausgangsimpulse unterbricht. Der Zeitgeber wird durch ein GO-Signal in Gang gesetzt, das von der Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Logikschaltung 42 in weiter unten noch erläuterter Weise zugeführt wird. Am Ende des Meßzyklus von 13 Sekunden erzeugt der Zeitgeber ein END-Signal, das der Logikschaltung 42 zugeführt wird. Die Logikschaltung erzeugt in Abhängigkeit von dsm END-Impuls sin SET-Signal zur

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si? <i©s gsitaaiberso iSisQ K^Ssflsltasäa^QS· ^s® 13 Se tist üieh al® geeignet©· Pssrieäs sias da« BlffsifSEütlffil- bsftf. Knderssgsgeoeliiwincl die iffi des? ^ssaslcteae? b©scliri®baaQEi lasysireaktiosiosa Xnäeca raaa dia Ams«|aagsgroB© <fi®3 üesstsers über ©ißQa. gegebenen Meßsykius lila mittalt, werden Seteaalsmig^n der Ausgangsgröße infolge ^on Rauseiien und anderen Faktoren weitgofeisad verringert. Is sei betont, daß ±n Verbindiang mit des beschriebenen Schaltung aaeh andere Meflsykliasdauern ver&raiadet werden können» ohne daß hierdurch der Ralmsn der Erfinäeag verlassen wird.

Die Ausgangsimpulse des Analog-Digltal-Umsetgera 40 werden einem Akkumulatorregister 45 saq©führt_e Der Akkumulator 45 erhält ferner jeweils zu Beginn eines Mteßzyklus einen Löschiittpuls ("CLEAR") vom Zeitgeber 43 sowie am Ende jedes Meßzyklus einen Stellimouls ("SET") von der Schaltung 42 zugeführt.

Die Digital-Ausqangsgröße des Analog-Digital-Umsetzer wird einem Akkumulator 45 zugeführt, der mehrere zur Sammlung bzw. Speicherung der Ausgangsimpulse dienende Register aufweist. Der Akkumulator ist von herkömmlicher Art und erzeugt binär codierte Ausgangsgrößen an mehreren BCD-Ausgangsklexranen. Die binär codierten Dezimal-Ausgangssignale werden in Abhängigkeit von dem Stellimpuls ("SET") einer Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zugeführt. Die Anzeige weist vorzugsweise eine Leuchtziffern-Anzeigevorrichtung mit mehreren

auf
Sieben-Segment-Ausleseröhrenif wobei jede Röhre von einem verschiedenen BCD-Ausgangssignal beaufschlagt wird. Es sei jedoch betont, daß auch andere Anzeige- bzw. Wiedergabearten Anwendung finden könnten oder die Wiedergabe des Differentialbzw. Xnderungsgeschwindigkeits-Ausgangssignals gegebenenfalls auch mittels einer Druckers oder mit einer Registriervorrichtung erfolgen kann.

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Der Anieige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 können Löschsignale von einer Bereichsüberschreitungs-Logikschaltung 50 zugeführt werden, wodurch die Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung unwirksam gemacht wird» Außerdem leuchtet beim Auftreten eines Löachsignals eine Bereichstiberschreitunge-Anzeigeleuchte 52 an der Anzeigevorrichtung auf.

Die Konstant-Xndsrungsgeschwindigkeits-Logikschaltung 42 weist ein UND-Gatter 161 mit drei Eingängen auf, welchem an einem Eingang über die Leituncr 68 das END-Signal und an einem anderen Eingang Über eine Leitung 80 als Aktivierungs- oder Freigabesignal das Zeitverzögerungesignal zugeführt werden. Außerdem wird dem UND-Gatter 161 an seinem weiteren Eingang über die Leitung 82 das "One-Shot"-S.Lgnal zugeführt. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 161 wird über eine Leitung 164 dem einen Eingang eines UND-Gatters 171 mit zwei Eingängen zugeführt. Als andere Eingangsgröße wird dem UND-Gatter 171 über eine Leitung 173 das END-Signal vom Zeitgeber 43 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Gatters 171 stellt das Stell-Signal ("SET") dar, das über eine Leitung 174 dem Zeitgeber 43 und über die Leitungen 174, 176 dem Akkumulatorregister 45 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 161"stellt das GO-Signal dar, das über eine Leitung 178 dem Zeitgeber 43 zugeführt wird. Das Preimp.ch-Löschsignal ("CLEAR") wird dam Akkumulator 45 vom Zeitgeber 43 über eine Leitung 180 zugeführt. Die Anordnung ist jeweils so getroffen, da8 sämtliche UND-Gatter jeweils nur beim Anliegen von Eingangssignalen mit hohen Pegeln Ausgangsgrößen mit hohen Pegeln erzeugen.

Die Bereichsüberschreitungs-Lcgikschaltung 50 weist ein ODER-Gatter 2Ol mit drei Eingängen auf, dem als erstes Eingangssignal über eine Leitung 96 das U-AU£5-Signal vom Komparator 91 zugeführt" wird. Als zweite Eingangsgröße erhält das Gatter

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201 über elsMi Leittssig 99 das ^A, ^. -.-Signal vom Ausgang des Komparator« 95. Die dritte E£sigangsc?r8ß® für das Gatter 201 iit ein fi&er eine Leitung ioB zugeführtes Signal von einem UND-Gatter 210 mit zwei Eingängen oder einem UND-Gatter 211 mit swei Eingängen. Das Gatter 211 erhält das A .„-Signal vom Komparator 92 über eine Leitung 97 zugeführt. Das Gatter 210 erhält das A -Signal, vom Komparator 94 über eine Leitung 98. Eine Freigabe- oder Aktivierungsschaltung für die beiden Gatter 210,211 weist zwei invertierende Verstärker 214,220 auf. Der Inversionsverstärker 214 erhält das Enzym-Wählschalter-Signal über eine Leitung 85 zugeführt und invertiert es. Somit erzeugt ein Enzymwählsignal niedrigen Pegels eine hohe Ausgangsgröße des Verstärkers 214, welche das UND-Gatter 211 freigibt bzw. aktiviert. Die Ausgangsgröße des Verstärkers 214 wird jedoch als Eingangsgröße dem Inversionsverstärker 220 zugeführt und dessen Ausgangsgröße als Freigabe- bzw. Aktivierungseingangsgröße dem UND-Gatter 210. Somit wird ein Enzym-Wählschaltersignal von hohem Pegel durch den Verstärker 214 invertiert und durch den Verstärker 220 nochmale invertiert, wodurch ein Freigabe- bzw. Aktivierungssignal von hohem Pegel dem UND-Gatter 210 zugeführt wird.

Des weiteren ist ein UND-Gatter 230 mit drei Eingängen vorgesehen, das an einem seiner Eingänge Signale von dem ODER-Gatter 201 über eine Leitung 227 und an einem seiner anderen Eingänge Signale über eine Leitung 80 mit dem Zeitverzögerungssignal zugeführt erhält. Das andere Freigabe- oder Aktivierungs-Eingangssignal für das Gatter 230 ist das über die Leitung zugeführte "One-Shof-Signal. Die Ausgangsgröße des UND-Gatters 230 bildet das Bereichsüberschreitungssignal und wird über eine Leitung 240 dem Akkumulator 45 zugeführt. Die Ausgangsgröße des Gatters 230 wird ferner auch als Löschsignal und Bereichsüberschreitungs-Anzeigeleuchtsignal verwendet, die

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über Lei"^.:vinsii 241 hKw_?. 242 ctci? toCEdgs— a,iv- Wi^äe-'rgcJ.jK"../., "--richtung i^:> sugsführt, ^-mss.

Im folgenden wire* mm «Sie Wirkiaiiqswsiscs ΰ&ζ ?srs fcehead '.-. _s-_:- schriebener. Äusfu-irungsforF· eiaes ©ri^di!*: _:^:jerf.aS-3ii S^sr:··:;.: beschriebet;., Dabsi wird cta^on ausgagai-oisn, a&;j geeignete Steuerunger, und Steuersignale_P »Ils als tsol^ha iiich-ü Teil i.i_t; Erfindung sind, Torgeseiiea sind_F mn die Frobsrasufuhr tisifi/cäir die Einführung dar Probenzelle swisehssi! die Lichtquelle uni. die Phot omv It ip Ii ar röhre in Gang au s^-iE-ai:-. uxid die arider— weitigen,zur Ingaacrsetzung der Profoems^rsuchung erforclai; liehen Pronrammierungsschritt«=; auszulösen. Nachdem die ProbenuntersuchungsvorgSnge elngeleiiai sind, wird vom logarithmischen Verstarker 20 ein Ausgangssignal geliefert_e das ein der Lichtabsorption des Materials in der Probenzelle proportionales Analogsignal darstellt«, An diesem elektrischen Signal wird in der Schaltung 34 eine Differentiation vorgenommen; das so erhaltene Differential- bzw» Xndarungsgeschwindigkeitssignal wird als Ausgangsgröße dem Analog-Digital-Umsetzer 4Cs zugeführt.

Das erfindungsgemäße System hat die Aufgabe, einaidiesem Differential- bzw. Knderungsgeschwindigkeitssignal proportionalen numerischen Wert anzuzeigen bzw» wiederzugeben. Su diesem Zweck wird die Ausgangsgröße des Anälog-Digital-Umsetzers dem Akkumulator 45 und danach der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zucreführt, Hs soll jedoch nur der Mittelwert eines Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignals wiedergegeben werden, der über ein vorgegebenes Meßintervall verhältnismäßig konstant geblieben ist, da ein konstantes Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal eine Anzeige dafür darstellt, daß das Absorptionssignal linear ist. Es wurde festgestellt, daß Messungen, die mit einem linearen Absorptionssignal vorgenoiamen wurden, vorzuziehen

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sind? da sie eine Anzeige dafür darstellen, daß etla zu untersuchende Reaktion eine lineare Reaktionsgeschwindigkeit ange-· iiommen hat»

Das elektrische Differential- bzw. &nd@s:ungsgesch%?ind£gkeitseign&l enthält einige Rauschkomponenteni um eine genaue Messung des Xnderungageschwlndlgkeitsslgnals zu gewährleisten, ist es erwünscht^ das Änderungsgeschwlndigkeitssignal über ein vorgegebenes Zeitintervall zu mitteln. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Differential- bzw. Hnderungsgeschwindigkeltssignal über ein durch den Zeltgeber bestimmtes Meßintervall von 13 Sekunden Dauer hin gemessen odor gemittelt. Falls den anderen in das System eingebauten Begrenzungen genügt ist, werden die von dem Analog-Digital-Umsetzer während des 13-Sekunden-Intervalls dem Akkumulator sugeführtsn Daten sodann an die Anasei ge- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 durchgelassen, wo sie numerisch dargestellt werden. Die Konstant-Xnderungsgeschwindlgkeits-Nachweisschaltuncr und zugehörigen Logikschaltungen gewährleisten dabei, daß das Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeltssignal einen konstanten Wert angenommen hat, bevor der Meßzyklus ausgelöst wurde. Das Differential- bzw. Xnderungsgeschwindlgkeitssignal wird daher der zweiten Ableitungs- bzw«, Differenzierschaltung 60 zugeführt, welche eine Differentiation an dem Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal vornimmt und eine Ausgangsgröße liefert, die proportional der zweiten Ableitung des Absorptionssignals ist. Der-Betrag dieses zweiten Differentialsignals wird als Anzeige dafür überwacht, wann das erste Differential- bzw. Xnderungsgeschwindlgkeitssignal konstant wird, d.h. sobald die erste Ableitung einen konstanten Wert annimmt, wird das zweite Ableitungssignal Null.

Die Ausgangsgröße des Kombarators 66 besitzt einen niedrigen Wert, bis die Ableitung des Differential- oder Xnderungsge-

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echvindigkeitssignals gleich oder kleiner als die Schwell·» oder Bezugsspannung wird. Dann nimmt die Ausgangsgröße des Komparators €6 einen großen Wert an, der dem UND-Gatter 161 zugeführt wird. Die Ausgangsgröße des Komparators 66 bleibt solange groß, als das END-Signal innerhalb des Null-Schwellwertes bleibt.

Das von der Programmiervorrichtung zugeführte Start-Lese-Slgnal wird der Zeltverzögerungsschaltung 78 zugeführt. Die Schaltung 78 verzögert das Start-Lese-Signal um eine geeignete bestimmte Zeitdauer und liefert sodann als Ausgangsgröße ein Zeitverzögerungssignal, das als die zweite Eingangsgröße dem UND-Gatter 161 zugeführt wird und dieses aktiviert. Das Zeltverzögerungs-Signal soll verhindern, daß die Konstant-Änderungsgeschwindigkeita-Logikschaltung während einer vorgegebenen Zeitdauer nach der Ingangsetzung der Reaktion, wie sie durch die Verzöqerungslinie in der graphischen Darstellung C in Fig. 3 angedeutet ist, ein positives Ausgangssignal erzeugt.

Das von der Programmiervorrichtung augeführte "One-Shot"-Signal bildet eine weitere Freigabe- oder Aktivierungseingangsgröße für das UND-Gatter 161. Somit bewirkt das Vorliegen eines Endpunktsignals von hohem Pegel, eines Zeitverzögerungssignals von hohem Pegel und eines One-Shot-Signals von hohem Pegel, daß die Logikschaltung 42 ein GO-Signal von hohem Pegel erzeucrt und dem Zeitgeb€»r 43 zuführt. Das GO-Signal verbleibt solange auf einem hohen Pegel, wie alle drei vorerwähnten Signale auf einem hohen Pegelwert verbleiben. Das GO-Signal leitet den 13-Sekunden-Heßzyklus des Zeitgebers ein, dieser gibt, ein Freimach-Löschaignal an den Akkumulator, um sämtliche von dem vorhergehenden Meßvorgang in diesem enthaltenen Daten zu löschen. Falls während des 13-Sekunden-Intervalls das GO-Signal am Zeitgeber verschwindet, wird der Meß-

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ayklus unterbrochen« Falls jedoch der Mefizyklus von 13-Sekunden vollständig bis zu Ende abläuft, erzeugt der Zeitgeber ein END-Signal, das dem UND-Gatter 171 zucre£ührt wird. Da das One-Shot-Signal und das GO-Signal beide vorliegen und das Gatter 171 aktivieren, erzeugt dieses das Setz-Signal ("SET") für den Zeltgeber und für den Akkumulator 45. Dies signalisiert die Beendigung des Meßzyklus und gleichzeitig wird der Zeitgeber rückgestellt. Gleichzeitig werden die im Akkumulator gesammelten Daten vom Akkumulator an die.Anzeige- und Wiedergabevorrichtung abgegeben. Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß die Konstant-Änderungsgeschwindigkeits-Nachweisschaltung und zugehörige Logikschaltung gewährleistet, daß das Differential- bzw. Änderungsgeschwindlgkeit33ignal dann und nur dann gemessen und wiedergegeben wird, wenn es konstant ist.

Im Falle einer abnormalen Reaktion, welche zu einen Differential- bzw. XnderungHgeschwindigkeit33igr;al führt, das eine jJ? zulässige Änderung je Zeitdauer, d.h. den vollen Skalenwert übersteigt, erzeugt der Komparator 91 das U-AUS-Signal, das dem ODER-Gatter 201 der Bereichsüberschreitungs-Logikschaltung zugeführt wird. Das ODER-Gatter 201 erzeugt in Abhängigkeit hiervon eine hohe Ausgangsgröße, welche dem UND-Gatter 23O zugeführt wird. Das Zeitverzögerungssignal und das One-Shot-Signal aktivieren das UND-Gatter 230. Somit nimmt, wenn das U-AUS-Signal zu irgendeinem Zeitpunkt nach der Zeltverzögerungsperiode auftritt, das UND-Gatter 230 einen hohen Ausgangswert hat, der als Bereichsüberschreitungssignal dem Akkumulator 45 zugeführt wird. Außerdem wird die Ausgangsgröße des Gatters 23O als Lösch- oder Leertastsigral für die Anzeigevorrichtung 48 zur Löschung der Anzeige sowie als Bereichsüberschreitungs-Leuchtsignal zur Beaufschlagung der Anzeigeleuchte 52 an der Anzeigevorrichtung verwendet„

In ähnlicher Waise wird durch das erfindungsgemäße System

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das Auftreten eines Absorptionssignals, das die jeweils vorgewählten zulässigen A₄- oder A -Werte für das jeweilige betreffende Enzym übersteigt, festgestellt und durch das ODER-Gatter 201 durchgelassen, wodurch das Bereiehsüberschreitungs-Signal und das Löechsignal an den Akkumulatorb«w. die Anzeige- und Wiedergabevorrichtung geliefert werden.

Die Probennahne- und Halteschaltung 3.1O und der Verstärker 112 dienen zur Erzeugung einer Eingangsgröße für den Komparator 95, die proportional der gesamten Änderung des Absorptionssignals Innerhalb einer durch die eingebauten Zeitverzögerungscharakteristiken der Schaltung 110 bestimmten Zeitperiode ist. Der jeweils für ein bestimmtes ^Enssy^ml^_liinit-Wert --*·■- wird automatisch durch einen Enzymschalter an der Frontplatte vorgewählt und eine entsprechende Spannung am positiven Eingang des Koxnparators 95 entsprechend dem vorgewählten ΔΑ,. , -Wert zugeführt. Somit erzeugt der Komparator eine Ausgangsgröße mit hohem Pegel, wenn die tatsächliche Änderung der Absorption den zulässigen Grenzwert übersteigt. In diesem Falle wird die hohe Ausgangsgröße des Komparators 95 dem ODER-Gatter 201 zugeführt, worauf in der vorstehend erläuterten Weise dem Akkumulator bzw. der Wiedergabevorrichtung ein Bereichtiberschreitungs- bzw. ein Leer-Tast-Löschsignal zugeführt werden.

Falls keine der Ausgangsgrößen der Kcmparatoren 91, 92, 94 und 95 während der Meßperiode entsprechende Pegelwerte annehmen, wird der Ausgang des Akkumulators am Ende des Meßzyklus zur Betätigung der Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung 48 zugeführt, wodurch das Differential- bzw. Xnderungsgeschwindigkeitssignal angezeigt oder wiedergegeben wird.

Die Sichtanzeige in der Wiedergabevorrichtung 48 kann eine

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numerische Anzeige proportional dem mV~Pegel des Differentialbzw. Xnderungsgeschwlndigkeltssignals sein. Ss ist jedoch auch möglich, die Anzeige unmittelbar in den tatsächlichen Konzentrationen der jeweils untersuchten Enzyme oder in der Konzentration anderer Verbindungen _t die mit den Enzymen oder anderweitigen Verbindungen reagieren, zu eichen.

Aus der vorliegenden Beschreibung ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeits-Analysesystem geschaffen wird, das die Messung des Differentialbzw. Knderungsgeschwindigkeitssignals in einem Zeitpunkt gestattet, wo es konstant ist. Das erfindungsgemäße System ist zuverlässig und gewährleistet einen erheblichen Schutz gegen die Anzeige falscher Signale in einem automatischen System.

Die vorliegende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zeigt ferner, daß durch die Erfindung eine Bereichsüberschreitungs-Nachweisschaltung geschaffen wird, welche die Anzeige von in der genannten Welse durch Bereichsüberschreitungen falschen Signalen verhindert. Das erfindungsgemäße System hat den weiteren Vorteil, daß es zur Verwendung für die Analyse von Reaktionen mit anderen als den oben genannten Enzymen angepaßt werden kann und auch zur Verwendung bei der Differentialbzw. Xnderungsgesehwindigkeitsanalyse anderer Arten von elektrischen Signalen, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche

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Claims (5)

1. Beckman Instruments Inc. Fullerton, CaI., USA

   P aten tansprü ehe

   l./Auf die Änderungsgesehwindigkeit eines Parameters einer zu analysierenden Reaktionsgemischsprobe ansprechendes Analysesystem, mit einer elektrischen Differenzierschaltung, welcher ein den jeweiligen Wert des betreffenden Parameters in der zu analysierenden Probe wiedergebendes elektrisches Signal zugeführt wird und welche in Abhängigkeit hiervon ein dem Differential bzw. der Änderungsgesehwindigkeit des Parameters entsprechendes elektrisches Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal erzeugt, sowie mit einer der elektrischen Differenzierschaltung zugeordneten Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtuna zur wahlweisen Anzeige bzw. Wiedergabe eines dem Differentialbzw. Änderungsgeschwindigkeitssignal proportionalen Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten elektrischen Differenzierschaltung (34) eine zweite elektrische Differenzierschaltung (60) zur Erzeugung eines der Ableitung des

   _.-. . . , . _w , ' . _. , _J±_ proportionalen Signals Differential- bzw. XnderungsgeschwindigkeitsBlgnalsYverbunden ist und daß eine auf die Ausgangsgröße der zweiten Differenzierschaltung (60) ansprechende Logikschaltung (42) vorgesehen ist, welche die Anzeige bzw. Wiedergabe des ersten Differential- bzw. Xndtjrungsgeschwindigkeitssignals nur zuläßt, solange das von der zweiten Differenzierschaltung (60) erzeugte, der Ableitung des ersten Differential- bzw. Änderunasgeschwlndigkeitssignals ent-

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   sprechende Sianal betragsmäßig innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung einen Komparator (66), {Fig. !>, aufweist, dessen einem Eingang (bei 65) die Ausgangsgröße der zweiten Differenzierschaltung C60) und dessea anderem Eingang (bei 67) eine Schwellspannung zugeführt wird,, mit der Maßgäbe, daß der Komparator eine signifikante Ausgangsgröße nur dann erzeugt, wenn die Ausgangsgröße der zweiten Differenzierschaltung (60) (die Ableitung des ersten Differential- bzw. ÄnderungsgeschwindigkeitssignalsJ gleich oder kleiner als die Schwellwert-Eingangsgröße ist,
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerteingangsspannung des !Comparators |66) auf einen vorgegebenen "veränderbaren Wert einstellbar ist.
4. 4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logiksehaltung (42) wenigstens ein UND-Gatter (161, Flg. 2) aufweist, das durch ein von einer Programmiervorrichtung zugeführtes Zeitverzögerungssignal (SO) aktivierbar ist, derart, daß es die Ausgangsgröße (68) des !Comparators (66) nur in einem vorgegebenen zeitlichen Versögerangsabstand nach dem Beginn des ersten Differential- bzw. Änderungsgeschwindigkeitssignals durchläßt.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf das erste Differential- bzw. Snderungsgeschwindigkeitssignal (37) ansprechender Signalurasetzer (4O) mit Zeitgeber (43) vorgesehen ist? der in Abhängigkeit vori Ausganqssignal des UND-Gatters "(161) ein vergegebenes Meßintervall auslöst, daß das erste Differential- bzw. Knderttngsgeschwindigkeitssignal über diese vsrgegebene MeSzyklusdauer •hin gemitteit wird (45) und der gamittelte Wert soi~äcm ier Anzeige- bzw. Wiedergabevorrichtung (48) zugeführt ./ird«

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