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Analyseautomat
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Analyseautomaten zur Verwendung
bei der Untersuchung von Komponenten des lebenden Körpers in klinischen Untersuchungen
sowie bei allgemeinen technischen Analysen, insbesondere auf einen Analyseautomaten,
bei dem die verschiedenen Analysegegenstände mit einem einzigen Automaten analysierbar
sind.
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Konventionelle Analyseautomaten dieser Art umfas-sen einen kreisrunden
Reaktionstisch, auf dem eine Mehrzahl Reaktionsbehälter kozyklisch angeordnet ist.
Der Reaktionstisch ist in regelmäßigen Zeitabständen drehbar, so daß die Reaktionsbehälter
in regelmäßiger Aufeinanderfolge gefördert werden. Wenn ein Reaktionsbehälter die
Probenzuführposition erreicht, wird diesem Probenbehälter von einer Probenzuführvorrichtung
eine bestimmte M-enge der Probe zugeführt. Wenn dann der die Probe enthaltende Reaktionsbehälter
an der Reagenzienzuführposition ankommt, wird ihm von einer Reagenziendosiervorrichtung
ein Reagens zugeführt,
das für den erwünschten Analysegegenstand
notwendig ist. Zwischen der Probe und dem Reagens in dem Reaktionsbehälter findet
eine chemische Reaktion statt, und nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit erreicht
der Reaktionsbehälter die Analyseposition. Wenn der Reaktionsbehälter die Analyseposition
erreicht, wird die Reaktionslösung aus dem Behälter in ein gesondert angeordnetes
Fotometer überführt, das die- Extinktion der Reaktionslösung erfaßt, woraus die
erwünschten Daten für den speziellen Analysegegenstand abgeleitet werden.
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Mit jeder Schrittdrehung des Reaktionstischs wird eine Runde der Probenanalyse
beendet.
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Im allgemeinen sind die Reagenzien entsprechend den Analysegegenständen
festgelegt, aber in manchen Fällen wird für einen Analysegegenstand eine Mehrzahl
verschiedener Reagenzien benötigt. Da die Reaktionszeit sich von einem Reagens zum
anderen ändert, muß die richtige zeitliche Einstellung für die Zuführung des Reagens
berücksichtigt: werden.
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Da bei den konventionellen Analyseautomaten der Rcaktiofstisch so
gesteuert wird, daß er sich in bestimmten Zeitintervallen dreht, wird zunächst der
Analysegegenstand festgelegt, und dann wird das für diesen erforderliche Reagens
ausgewählt. Die Position, in der das Reagens in jeden Reaktionsbehälter eingeführt
wird, wird in Abhängigkeit von der Reaktionszeit des jeweiligen Reagens festgelegt.
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Bei diesen konventionellen Andlyseautomaten ist es jedoch notwendig,
bei einer Änderung des Analysegegenstands die Reagenzienzuführposition zu ändern;
eine solche Änderung ist mit vielen mechanischen Schwierigkeiten verbunden.
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@s war daher bisher praktisch unmöglich, den Analysegegenstand ohne
einen Wechsel des Analysiergeräts zu ändern, und die konventionellen Analyseautomaten
haben eine sehr geringe Flexibilität.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines hochflexiblen Analyseautomaten,
mit dem die Zuführung von dosierten Reagenzien in einer gemeinsamen Reagenzienzuführposition
durchführbar, und zwar unabhängig von Art und Anzahl der Analysegegenstände sowie
von Art und Anzahl der für einen bestimmeten Analysegegenstand erforderlichen Reagenzien;
dabei soll ferner ein einfaches Ändern des Analysegegenstands ohne Änderung der
Analysiergerätmechanik möglich sein.
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Der Analyseautomat nach der Erfindung weist eine Reaktionsstation
auf, die ausgelegt ist zum Transport einer Serie von Reaktionsbehältern, die eine
geschlossene Schleife bilden, und zum Positionieren der erwünschten Reaktionsbehälter
aufeinanderfolgend in vorbestimmten Zeitintervallen in der Analyseposition, und
wenn eine Probenanalyse unter Einstellen des vorbestimmten Zeitintervalls als eine
Analyseperiode biw. ein Analysezyklus durchgeführt wird, wird vorher eine gemeinsame
Reagenzienzuführposition für die Jeweiligen Reagenzien bestimmt, und die Reaktionsstation
wird nach Maßgabe eines Programms gesteuert derart, daß die Reaktionsbehälter, denen
das Reagens (oder die Reagenzien) entsprechend dem Analysegegenstand und nach Maßgabe
der Reaktionszeit in einer Analyseperiode zuzuführen ist, aufeinanderfolgend in
der gemeinsamen Reagenzienzuführposition positioniert werden.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 schematische Ansichten eines Ausführunys-und 2 beispiels des Analyseautomaten
nach der Erfindung; Fig. 3 eine Erläuterung der 3ewegung des Reaktionstischs in
dem Analyseautomaten nach den Fig. 1 und 2; Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung
der Aufeinanderfolge der Analysevorgänge; und Fig. 5 eine schematische Ansicht eines
weiteren Ausführungsbeispiels des Analyseautomaten.
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Die Fig. 1 und 2 sind eine Draufsicht bzw. eine Teilschnittansicht
des Analyseautomaten.
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Der Analyseautomat umfaßt einen Reaktionstisch 10, der betriebsmäßig
mit einem Antrieb 12 verbunden ist, der einen Schrittmotor aufweist, so daß der
Reaktionstisch vorwärts oder rückwärts drehbar ist. Auf dem Reaktionstisch 10 ist
eine Serie Probenbehälter 14, die eine zu untersuchende Probe enthalten, zyklisch
so angeordnet, daß eine geschlossene Schleife gebildet ist, und auf der Innenseite
dieses Kreises von Probenbehältern ist in gleicher Weise eine entsprechende Serie
von Reaktionsbehältern 16 dilyL'-ordnet. Die Reaktionsbehälter 16 tauchen mit ihren
Unterabschnitten in einen thermostatgeregelten Wasserbehälter 18 ein, so daß sie
auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten werden. Dem Reaktionstisch 10 benachbart
ist eine Dosiervorrichtung 22 angeordnet, die von einem Antrieb 20 gedreht sowie
auf und ab bewegt wird. Die Dosiervorrichtung 22 weist eine Düse 32 auf, die eine
ltea(enziellflasche 28 mit einem ReinitJun(1sfliissi(keitsberlälter 30
über
ein Stellorgan 24 und eine Dosierpumpe 26 verbindet.
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Mit dem SteLlorgan 24 ist Ferner eine Düse 36 verbund-en, die mit
einer weiteren Reagenzienflasche 34 in Verbindung steht. Das Reagens in der Reagenzienflasche
28 und die Probe in einem Probenbehälter 14 werden jeweils in einer bestimmten Menge
durch die Dosierpumpe 26 zum Ende der Düse 32 angesaugt und in einen Reaktionsbehälter
16 überführt. Dem Reaktionstisch 10 benachbart ist ferner eine Düse 40 angeordnet,
die zueiner Saugvorrichtung 38 gehört; die Düse 40 ist über eine Küvette 44 eines
Fotometers 42 mit einer Saugpumpe 46 verbunden. Ein iteinigungsflüssigkeitsbehälter
48 ist ferner nahe dem Reaktionstisch 10 angeordnet.
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in einer ormalbetriebsart des Analyseautomaten wird zunächst eine
bestimmte Dosis des Reagens aus der Reagenzienflasche 28 zum Ende der Düse 32 angesaugt,
während außerdem eine bestimmte enge der zu untersuchenden Probe zu dem Düsenende
angesaugt wird, so daß die Probe zusammen mit dem Reagens in einen Reaktionsbehälter
16 ausgestoßen wird. Die auf diese Weise-in den Reaktionsbehälter 16 überführte
Probe ist mit dem Reagens in ausreichender Weise vermischt bzw. verdünnt.
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Erwünschtenfalls kann Reinigungsflüssigkeit aus dem Reinigungsflüssigkeitsbehälter
30 durch Betätigung der Dosierpumpe 26 hochgefördert werden, um die Innenwandung
der Düse 32 zu reinigen. Das Reinigen der Düse 32 erfolgt an der Position des Reinigungsflüssigkeitsbehälters
48.
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Wenn eine gleiche Analyse unter Einsatz des gleichen Reagens durchgeführt
wird, genügt es, da eine bestimmte Probenmenge durch Ausstoßen zusammen mit dem
Reagens zugeführt wird, die an dem Düsenende haftenden Probenre ste einfach dadurch
abzuwaschen, daß das Düsenende nach jedem Untersuchungsvorgang in den Behälter 48
getaucht wird, und es ist nicht immer erforderlich, die Innenwandung der Düse 32
mittels Durchspülung mit Reinigungswasser zu reinigen.
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Die Düse 36 dient zur Dosierung eines zweiten Reagens.
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Durch Umschalten des Absperrorgans 24 kann eine bestimmte Dosis des
Reagens aus der Reagenzienflasche 34 angesaugt und durch Betätigen der Dosierpumpe
26 in die Reaktionsbehälter 16 überführt werden. Diese Düse 36 kann im Fall einer
Einkomponentenanalyse entfallen. Selbst im Fall einer Zweikomponentenanalyse kann
die Düse 32 so angeordnet sein, daß sie für die Zuführung des zweiten Reagens benutzbar
ist, so daß die Düse 36 entfallen kann und der ganze Dosiervorgang unter Verwendung
nur der Düse 32 durchqeführt wird; es ist jedoch in diesem Fall notwendig, die Innenwandung
der Düse zu reinigen, indem nach jedem Durchlauf Waschflüssigkeit durchgeschickt
wird, um eine Verunreinigung des ersten und des zweiten Reagens zu verhindern, sa
daß der Dosiervorgang zeitaufwendiger ist, Die Probe, die einer Reaktion unterworfen
wurde, wird durch eine Düse 40, die in den Reaktionsbehälter 16 eingeführt wird,
von einer Saugvorrichtung 38 angesaugt und dann von der Saugpumpe 46 zur Küvette
44 des Fotometers 42 gefördert, wo die Probenkonzentration gemessen wird. Die Analyseergebnisse
werden automatisch von einer Aufzeichnungsvorrichtung od. dgl. aufgezeichnet.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird die Arbeitsweise des Analyseautomaten
erläutert. Fig. 3 erläutert die Lagebeziehung zwischen dem Reaktionstisch 10 und
den jeweiligen Betriebsstellungen wie der Reagenzienzufuhrlage und der Analyselage,
und Fig. 4 verdeutlicht den Operationsablauf während eines Analysezyklus.
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß den Reaktionsbehältern 14 aufeinanderfolgende
Buchstaben des Alphabets (Großbuchstaben) A-T zugeordnet sind, während den Probenbehältern
16 ebenfalls die entsprechenden aufeinanderfolgenden Buchstaben des Alphbets (Kleinbuchstaben)
a - t zugeordnet sind. α bezeichnet den Analysebeginn, ß die
gemeinsame
Reagenzienzufuhrstellung, an der das erste Reagens 28 und das zweite Reagens 34
in einen Reaktionsbehälter 14 eingegeben werden, Y die Stellung, an der ein Reaktionsbehälter
zur Zugabe des zweiten Reagens 34 ankommt, 5 die Lage des Fotometers und -Ç das
zeitliche Ende der Analyse.
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Die Anzahl zu untersuchender Proben und die Anzahl der entsprechenden
Reaktionsbehälter kann in Abhängigkeit von der Größe der Vorrichtung veränderbar
sein, normalerweise beträgt diese Anzahl bevorzugt etwa 40. Um jedoch im vorliegenden
Fall die Erläuterung zu vereinfachen, wird angenommen, daß nur 20 Reaktionsbehälter
vorgesehen sind.
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Die hier durchgeführte Analyseart ist eine Geschwindigkeitsbestimmung
einer Verbindung wie Transaminase, und der gesamte Analysevorgang dauert 7,5 min.
Zunächst werden eine Probe und ein Reagens in einen Reaktionsbehälter abgemessen,
und 6 min später wird ein zweites Reagens zugefügt. 1,5 min später, also nach Ablauf
von insgesamt 7,5 min seit Beginn der Untersuchung, wird die Probe in das Fotometer
gesaugt, und die Sauerstoffumsetzungsgeschwindigkeit wird erfaßt.
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Es sei angenommen, daß die für einen Analysezyklus erforderliche Zeit
30 s beträgt, und daß die Reaktionsbehälter nacheinander in die Stellung & des
Fotometers oder die Analysestellung in Abständen von 30 s gebracht werden.
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Ndch Fig. 3 wurde dem Heaktionsbehälter -A bereits die abgemessene
Probenmenge sowie das erste und das zweite Reagens zugeführt, und die Reaktionslösung
in dem Reaktionsbehälter A ist bereit, in die Küvette 44 des Fotometers 42 gesaugt
zu werden. Dieser Reaktionsbehälter A bleibt an der Position s des Fotometers. Die
nachfolgenden
Reaktionsbehälter B und C, bei denen die Zuführung
der Probe -und der beiden Reagenzien bereits beendet ist, stehen bereit für anschließenden
Analysevorgang, der in zeitlichen Intervallen von jeweils 30 s durchgeführt werden
soll. Der Reaktionsbehälter D bleibt an der Stellung Y . Dieser Reaktionsbehälter
D hat also die Probe und das erste Reagens bereits erhalten und ist bereit zur Aufnahme
des zweiten Reagens. Die Inhalte der Behälter E bis 0, die sämtlich bereits die
Probe und das erste Reagens bereits erhalten haben, unterliegen gerade einer chemischen
Reaktion, und das zweite Reagens wird ihnen in Abständen von jeweils 30 s zugeführt.
Der Reaktionsbehälter P an der Stellung X befindet sich in einem Zustand, in dem
die Probe und das erste Reagens noch zuzufügen sind.
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Unter Bezugnahme auf den Reaktionstisch 10 nach Fig. 3 sei angenommen,
daß die Pfeilrichtung die Vorwärtsdrehung des Tischs bedeutet.
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Die Betriebsweise des Analyseautomaten wird konkreter unter Bezugnahme
auf das Flußdiagramm nach Fig. 4 erläutert. Dabei wird angenommen, daß jeder Analysezyklus
mit dem Reaktionstisch 10 in der Position nach Fig. 3 beginnt.
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Schritt 1 Die Reaktionslösung in dem Reaktionsbehälter A an der Fotometerposition
5 wird durch die Düse 40 in die Küvette 44 des Fotometers 42 gesaugt, und das Fotometer
42 führt eine fotometrische Erfassung der Färbung der Reaktionslösung durch.
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Schritt 2 Der Reaktionstisch 10 bleibt in der Stellung nach Fig. 3.
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Die Dosiervorrichtung 22 wird betätigt und taucht die Düsen 32 und
36 in einen Behälter 48 zur Reinigung der Düsenenden. Erforderlichenfalls werden
auch die Innenseiten beider Düsen 32 und 36 mit einer Reinigungsflüssigkeit gereinigt,
die von einer Pumpe 26 aus einem Behälter 30 für REinigungsflüssigkeit hochgefördert
wird. Nach dem Reinigen der Düsen 32 und 36 wird die Dosiervorrichtung 22 wiederum
betätigt, so daß sie die Düsen 32 und 36 hebt und dann anhält.
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Schritt 3 Der Reaktionstisch 10 wird in Richtung des Pfeils nach Fig.
3 um fünf Schritte gedreht. Infolgedessen wird der Reaktionsbehälter P in die Reagenszufuhrstellung
ß gebracht. Ferner wird der Reaktionsbehälter Aindie Stellung X , der Reaktionsbehälter
I in die Stellung T und der Reaktionsbehälter F in die Stellung 8 gebracht.
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Schritte 4-6 Die über dem Behälter 48 befindlichen Düsen 32 und 36
bewegen sich in die erste Reagenzienflasche 28 bzw. in die zweite Reagenzienflasche
34, und das erste Reagens wird durch die Düse 32 von der Dosierpumpe 26 hochgefördert.
Nach dem Fördern des ersten Reagens taucht die Düse 32 in den Probenbehälter p an
der Stellung ß und saugt etwas von der Probe aus dem Behälter p an.
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Die Düse 32, in der das erste Reagens und die Probe enthalten sind,
taucht in den Reaktionsbehälter P und gibt in diesen die Probe und das erste Reagens
ab.
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Schritt 7 Nach Abgabe der genannten Materialien in den Reaktionsbehälter
P tauchen beide Düsen 32 bzw. 36 wieder in die erste bzw. die zweite Reagenzienflasche
28 bzw. 34 und halten dort an.
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Schritt 8 Der Reaktionstisch 10 dreht sich weiter um acht Schritte
in Pfeilrichtung gemäß Fig. 3, so daß der Reaktionsbehälter D in die Reagenzienzufuhrlage
ß gebracht wird.
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Schritte 9-11 Das Absperrorgan 24 wird umgeschaltet, und das zweite
Reagens 34 wird durch die Düse 36 von der Pumpe 26 hochgefördert. Die Düse 36 gibt
das zweite Reagens in den Reaktionsbehälter D ab und bewegt sich dann in die Lage
über dem Behälter 48.
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Schritt 12 Der Reaktionstisch 10 dreht sich in Pfeilrichtung weiter
um acht Schritte, so daß der Reaktionsbehälter B in die Fotometerstellung &
gebracht wird. Selbstverständlich kann die gleiche Situation dadurch erzielt werden,
daß der Reaktionstisch entgegen der Pfeilrichtung von Fig. 3 um 12 Schritte gedreht
wird.
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Schritt 13 Wenn der Reaktionsbehälter B an der Fotometerstellung 5
ankommt, beginnt die Analyse für den Inhalt des Behälters B. Vorher wird geprüft,
ob die Analyse des Inhalts des Reaktionsbehältcrs A ordnungsgemäts beendet ist.
Wenn die Beendigung dieser Untersuchung bestätigt wird, kehrt die Operation zu Schritt
1 zurück und beginnt die Analyse hinsichtlich des Reaktionsbehälters B; wenn jedoch
die Analyse des Inhalts des Behälters A noch nicht
beelldeL ist,
geitt: die ()perdLion nicht zu Scli-ritt 1 zurück, bis die Analyse hinsichtlich
des Behälters A beendet ist.
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Die erläuterten Schritte 1-13 bilden einen Analyse zyklus bzw. eine
Analyseperiode, und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einstellung
so getroffen, daß dieser eine Analysezyklus in genau 30 s beendet ist.
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Auf diese Weise werden die jeweiligen Reaktionsbehälter A-T aufeinanderfolgend
der Analysebehandlung unterworfen, so da(3 die crwünschtc Untersuchung mit einer
Geschwindigkeit von einer Probe/30 s durchgeführt wird.
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Während des Anfangsstadiums der Operation erfolgt die Zufuhr von Probe
und Reagenzien zu den ersten paar Reaktionsbehältern (also denjenigen mit den erste.n
Buchstaben des Alphabets), und während dieses Stadiums ist es nicht erforderlich,
einen Auslöser vorzusehen oder Probensaug- und -analysearbeiten durchzuführen. In
diesem Fall erfolgt somit noch kein voller Analysebetrieb, s-ondern es werden nur
die Reaktionsbehälter nacheinander mit: vorbestimmten zeitlichen Abständen voneinander
vorwärtsbewegt. Die Serie der programmierten analytischen Operationen wird durchgeführt}
wobei der Fortgang der Analyse der Probe in jedem Reaktionsbehälter von einem Computer
aufweisenden Steuersystem überwacht wird.
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Das erläuterte Ausführungsbeispiel kann die Analysen mit unterschiedlichen
Analysebedingungen wie Reaktionszeit, Zuführzeit des zweiten Reagens usw. durchführen.,
indem einfach das Programm des Steuersystems geändert wird.
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Auch müssen die Proben auf dem Reaktionstisch nicht unbedingt in der
vorgegebenen Reihenfolge analysiert werden, sondern können auch willkürlich untersucht
werden,
so daß die Analyse einer bestimmten, dringlich zu untersuchenden
Probe vorgezogen werden kann. Da ferner ein sog. Reagenzienpipettsystem verwendet
wird, wobei immer eine bestimmte Dosis jedes Reagens in eine Düse aus einer Reagenzienflasche
angesaugt und in jeden Reaktionsbehälter gefüllt wird, ist es möglich, unverzüglich
zur nächsten Analyse von anderer Art überzugehen, indem einfach die Reagenzienflasche
ausgetauscht wird.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Analyseautomaten.
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Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Probenbehälter
14 auf dem Reaktionstisch 10 angeordnet, und die jeweiligen Proben werdcn in die
cntspreclrenden Rcaktiollsbehälter 16 eingegeben; bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 5 sind die Probenbehälter 14 auf einem gesonderten Probentisch 50 angeordnet,
und es ist auch eine gesonderte Dosiervorrichtung 52 für die Zumessung des zweiten
Reagens vorgesehen, die eine Düse 58 aufweist., deren eines Ende in einen Waschwasserbehälter
54 eintaucht, und die ferner ebenfalls eine Dosierpumpe 56 umfaßt. Nahe der Dosiervorrichtung
52 sind ferner eine Reagenzienflasche 60 und ein Reinigungsbehälter 62 angeordnet.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, die Probenbehälter
14 und die Reaktionsbehälter 16 in eine bestimmte aufeinander abgestimmte Anordnung
zu bringen. Es ist somit möglich, den Reaktionstisch erwünschtenfalls auszutauschen,
während der Probentisch 50 eine erwünschte Anzahl Drehungen ausführt. Der Analysegegenstand
kann ferner bei jeder Rotation des Probentischs 50 geändert werden, so daß die Einrichtung
eine erforderliche Analyse jeder erwünschten Probe auf dem Probentisch 50 durchführt.
Gegenüber dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
ist dasjenige
nach Fig. 5 zwar relativ komplex hinsichtlich der Mechanik, es bietet jedoch einen
größeren Freiheitsgrad der Analyse und eine verbesserte Behandlungskapazität zusätzlich
zu den Vorteilen de-s vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Auch ist es möglich,
eine Düse undloder eine Dosiervorrichtung für ein drittes Reagens vorzusehen, wodurch
der Wirkungsgrad noch weiter gesteigert wird.
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Durch Angabe einer Startbezugsposition auf dem Reaktionstisch und
Treffen der Anordnung derart, daß die Bezugs position sowie die Einstellpositionen
und die Anzahl Probenbehälter erfaßt werden können, kann die Gesamtanordnung in
einem Speicher gespeichert werden, indem der Reaktionstisch vor Beginn der Analyseoperation
gedreht wird, so daß bei der tatsächlichen Durchführung einer Analyse eine korrekte
Einstellung der Serie von Probenanalysenbedingungen ermöglicht ist.
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Es wird also ein Analyseauto-mat mit einem hohen Freiheitsgrad angegeben,
bei dem die Reagenszumessung zu einer Serie von kozyklusch angeordneten Reaktionsbehältern
aus einer gemeinsamen Reagenzienzuführstellung erfolgt, wobei eine einfache Änderung
des Analysegegenstands,kder Analysezeit und anderer Bedingungen einfach durch Programmänderung
erfolgen kann.