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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsprobenehmer und ein
Verfahren zum Aufnehmen einer Flüssigkeitsprobe
sowie ein Diagnoseverfahren, das die Aufnahme von Urin beinhaltet.
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Es
ist gut bekannt, dass das Nehmen von Urinproben ein wirksames Forschungs-
und Diagnosewerkzeug bei der Untersuchung des physischen Zustands
einer Person sein kann.
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Die
US 3982898 offenbart eine
Vorrichtung zum Nehmen und Testen von Urinproben. In einer Ausgestaltung
einer Vorstromaufnahmeanordnung ist ein Paar teleskopisch verbundene
Röhren
in einer Kammer angeordnet. Die obere Röhre nimmt ein Trichterelement
auf und hat einen zur Seite öffnenden
Nippel, der in einen Kanal verläuft.
Die untere Röhre
dient als Aufnahmekammer und enthält eine Schwimmkugel. Wenn
der Urinvorstrom in die untere Röhre
eintritt, dann schwimmt die Kugel und drückt gegen das untere Ende der
oberen Röhre,
so dass die untere Röhre
verschlossen wird. Weiterer Urinfluss geht durch den Kanal.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung stellt in einem ersten Aspekt einen Flüssigkeitsprobenehmer und ein
Verfahren zum Nehmen einer Flüssigkeitsprobe
gemäß Definition
in den beiliegenden Hauptansprüchen
bereit. Bevorzugte oder vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
dargelegt.
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Wie
oben erwähnt,
ist die Durchführung
von Diagnosetests an Urinproben bekannt. In einem zweiten Aspekt
der Erfindung erkennt der Erfinder jedoch, dass erhebliche Vorteile
erzielt und neue Diagnosetests implementiert werden können, wenn
eine Probe nur des ersten Teils des von einer Person abgegebenen
Urins getestet oder untersucht wird. Der erste Urinteil kann als
Erststromurin bezeichnet werden.
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Es
gibt jedoch ein Problem damit, Erststromurin zu isolieren, ohne
dass er durch den Rest des Inhalts der Blase des Patienten zu stark
verdünnt wird.
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So
kann eine bevorzugte Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung
vorteilhafterweise einen Probenehmer zum Nehmen einer Probe eines ersten
Teils eines Flüssigkeitsstroms
bereitstellen. Der Flüssigkeitsstrom
tritt in einen Einlass des Probenehmers ein. Die Probe fließt vom Einlass
durch ein Ventil in eine Probenkammer, dann schließt das Ventil,
so dass der Rest des Flüssigkeitsstroms
zu einem Überlauf
oder einem Abflusskanal abgelenkt wird. Das Ventil umfasst einen
mit dem Probenehmereinlass gekoppelten Ventileinlass, einen Ventilauslass, der
in die Probenkammer mündet
und beim Gebrauch im Wesentlichen unterhalb des Ventileinlasses
positioniert ist, eine Absperrkammer, die den Ventilauslass vom
Ventileinlass trennt, und einen Ventilüberlauf, der aus der Absperrkammer
hinaus führt.
Wenn die Flüssigkeit
in der Probenkammer auf einen vorbestimmten Pegel ansteigt, dann
wird der Strom von Flüssigkeit
durch den Ventilauslass unterbrochen und weiterer Strom wird durch
den Ventileinlass in die Absperrkammer und durch den Ventilüberlauf
abgeführt.
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Eine
weitere Ausgestaltung stellt vorteilhafterweise einen Probenehmer
für Erststromurin
bereit, der von einem Benutzer beim Abgeben einer Urinprobe in einen
Trichter bequem gehalten werden kann, wobei der Probenehmer ferner
ein Ventil umfasst, das automatisch ein gewünschtes Volumen an Erststromurin
in eine Probenkammer und den Rest der Urinprobe zur Entsorgung in
einen Abflusskanal leitet.
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Der
Urinprobenehmer ermöglicht
es dem Benutzer somit, kontinuierlich Urin abzugeben, ohne die Blase
kontrollieren oder den Auffangbehälter aus dem Urinstrom nehmen
zu müssen,
was potentiell zu Verschmutzung führen kann.
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Das
in dem Probenehmer vorgesehene Ventil kann die Probenkammer nach
dem Aufnehmen des ersten Teils des Flüssigkeitsstroms oder des Erststromurins
verschließen,
bis die Probenkammer vom Probenehmer entfernt ist, selbst dann,
wenn der Probenehmer gekippt oder mit angebrachter Probenkammer
umgedreht wird.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen kann der Probenehmer vorteilhafterweise
die ersten 2 bis 5 ml oder 10 ml eines Flüssigkeitsstroms oder einer
Urinprobe aufnehmen, obwohl die Parameter des Probenehmers variiert
werden können,
um andere Flüssigkeitsvolumen
aufzunehmen. Die aufgenommene Probe kann auch bis zu einem gewissen
Grad mit Flüssigkeit
oder Urin verdünnt
werden, die/der dem Flüssigkeitsstrom
oder der Urinprobe später
zugeführt
wird. Diese Verdünnung
hängt von
der Betriebsgeschwindigkeit und der Wirksamkeit der Ventilaktion des
Probenehmers ab und kann auch von anderen Parametern wie z. B. der
Zuführungsgeschwindigkeit des
Flüssigkeitsstroms
oder der Urinprobe abhängen.
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Der
Probenehmer kann natürlich
auch bei der Probenahme des ersten Teils eines beliebigen Flüssigkeitsstroms
Anwendung finden. Die Technik ist nicht auf eine Urinprobenahme
begrenzt.
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Die
Erfindung betrifft zwar hauptsächlich
Vorrichtungen und Verfahren (und ist mit Bezug darauf beschrieben),
die zum Nehmen einer Probe eines ersten Teils eines Flüssigkeitsstroms
(d. h. Erststromurin) geeignet sind, aber die Vorrichtungen und Verfahren
können
auch zum Aufnehmen von einer oder mehreren späteren Proben nach dem Aufnehmen
eines ersten Teils verwendet werden. So kann die Flüssigkeit
vom Überlauf
für jeden
nachfolgenden Zweck ganz oder teilweise unabhängig davon aufgefangen werden,
ob der erste Probenteil gewünscht
ist oder einfach entsorgt werden soll. Bei der Durchführung von
Urindiagnosetests kann Erst- und
Folgestromurin (z. B. Mittelstromurin) aufgenommen werden und beliebige
oder alle Proben können
getestet werden.
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Beschreibung spezieller Ausgestaltungen
und des besten Modus
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Spezielle
Ausgestaltungen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug
auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
Dreiviertelansicht eines die Erfindung ausgestaltenden Urinprobenehmers;
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2 eine
Rückansicht
des Probenehmers von 1;
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3 eine
linksseitige Ansicht des Probenehmers von 1;
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4 eine
Frontansicht des Probenehmers von 1;
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5 eine
Draufsicht auf den Probenehmer von 1;
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6 eine
Bodenansicht des Probenehmers von 1;
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7 einen
Vertikalschnitt des Probenehmers von 1;
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8 eine
Seitenansicht eines Probenehmers, im Wesentlichen identisch mit
der von 1, die die Positionen der in
den 9, 10 und 11 gezeigten
Querschnitte zeigt; und
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12 bis 26 Senkrechtschnitte
eines mittleren Teils des Probenehmers von 1 in verschiedenen
Phasen der Urinaufnahme.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung stellt einen Urinprobenehmer her, der aus
Plastikkomponenten gefertigt ist, wie in den 1 bis 6 und
in 7 im Schnitt gezeigt ist. Ein im Wesentlichen
identischer Probenehmer, der sich nur in Konstruktionsdetails unterscheidet,
ist in den 8 bis 11 dargestellt.
Die Probenehmer dieser Ausgestaltungen sind aus maschinell bearbeitetem
Acryl gefertigt. Für
eine Massenproduktion ist möglicherweise
zu bevorzugen, den Probenehmer durch Spritzformen herzustellen und
ein anderes Plastikmaterial zu verwenden, das zum Formen geeignet
ist.
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Die
Abmessungen des Probenehmers der nachfolgend beschriebenen Ausgestaltung
wurden für
das Acrylmaterial entwickelt. Wenn der Probenehmer aus einem anderen
Material hergestellt wird, dann sind einige Modifikationen der Probenehmerabmessungen
denkbar, besonders dann, wenn die Benetzungseigenschaften des Materials
(für die
Flüssigkeit,
von der Proben genommen werden sollen) sich von denen von Acryl
stark unterscheiden. Die Betriebsgrundsätze des Probenehmers sind materialunabhängig und
nur eine routinemäßige, nicht
erfindungsgemäße Entwicklung
im Rahmen des Kompetenzbereichs der Fachperson wäre nötig, um einen Probenehmer aus
einem anderen Material oder für eine
andere Flüssigkeit
im Hinblick auf die Lehren hierin herzustellen.
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Der
Probenehmer 2 umfasst einen oberen Abschnitt 4,
einen Ventilabschnitt 6 und eine Probenkammer 8.
Der Ventilabschnitt wird auf das untere Ende des oberen Abschnitts
gepresst, erzeugt einen flüssigkeitsdichten
Verschluss und wird von einer Raste 10 festgehalten. Die
Probenkammer wird auf den Ventilabschnitt gepresst und erzeugt einen
flüssigkeits-
und luftdichten Verschluss. Die Raste gewährleistet, dass die Probenkammer
entfernt werden kann, ohne den oberen und den unteren Ventilabschnitt
versehentlich zu trennen.
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Der
Probenehmer der Ausgestaltung ist für den Gebrauch in einer im
Wesentlichen vertikalen Orientierung ausgelegt, mit der Probenkammer
am Boden. Der nachfolgende Text beschreibt ihn in dieser Orientierung.
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Das
obere Ende des oberen Abschnitts bildet einen Trichter 12 für die Aufnahme
von Urin. Ein Griff 14 ist vorgesehen, damit ein Benutzer
den Probenehmer halten kann, während
er eine Urinprobe abgibt. In dem Trichter befindet sich eine Ablenkplatte 16, um
den Urinstrom zu modulieren und Turbulenzen am Trichterauslass 18 zu
reduzieren. Der Griff, die Ablenkplatte und ein Abschnitt des Trichters
können als
separate Komponente geformt und mit einer Klammer 19 am
Rest des oberen Abschnitts befestigt werden, um die Herstellung
zu erleichtern.
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Der
Trichterauslass 18 geht in ein erstes Auffangreservoir 20 im
oberen Abschnitt des Probenehmers. Das erste Auffangreservoir ist
im Wesentlichen zylindrisch, ausgenommen am unteren Ende, wo es durch
eine sich kegelstumpfförmig
verjüngende
Sektion 22 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Ventileinlass 24 verbunden
ist, der vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat. Wenn
eine Urinprobe in den Trichter eindringt, dann läuft sie in das erste Auffangreservoir
und fließt
durch den Ventileinlass in einem zylindrischen Strom aus dem oberen
Teil des Probenehmers ab. Die Fließgeschwindigkeit wird hauptsächlich durch
Querschnitt und Länge
des Ventileinlasses und der konischen Sektion sowie durch die Druckhöhe der Flüssigkeit
im ersten Auffangreservoir bestimmt.
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Unterhalb
der Höhe
des Trichterauslasses und am oberen Ende des ersten Auffangreservoirs führt ein
Hauptüberlauf 26 zu
einem vertikalen Abflusskanal 28, der nach unten im Wesentlichen
parallel zum ersten Auffangreservoir und zum Ventileinlass verläuft.
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Wenn
der obere Abschnitt des Probenehmers am Ventilabschnitt befestigt
ist, bildet der Ventileinlass die oberste Komponente eines Ventils 30. Der
Aufbau des Ventils ist in den Schnittansichten der 7, 9 10 und 11 zu
sehen.
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Am
unteren Ende führt
der Ventileinlass in eine Absperrkammer 32. Der horizontale
Querschnitt dieser Kammer ist größer als
der des Ventileinlasses und seine Seitenwände sind von den Wänden des Ventileinlasses
zurückgesetzt,
damit sie den Strom von Urin aus dem Ventileinlass nicht beeinträchtigen. Die
Absperrkammer verläuft
horizontal zu einem Absperrkammer-Überlauf 34, der in
den Abfluss 28 abfließt.
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Ein
konischer Kanal 38 verläuft
von der Absperrkammer nach unten und führt zu einem engeren, im Wesentlichen
zylindrischen Ventilauslass 36, der in die Probenkammer
mündet.
Der Ventilauslass ist auf den Ventileinlass ausgerichtet und hat
einen vorzugsweise kreisförmigen
Querschnitt mit einem Durchmesser, der etwas größer ist als der des Ventileinlasses.
So kann beim Gebrauch ein Urinstrom vom Ventileinlass zunächst durch
die Absperrkammer und den Ventilauslass fließen, ohne die Wände der
Absperrkammer oder des Ventilauslasses zu berühren.
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Der
Ventilauslass ist geringfügig
von einer Seite der Probenkammer versetzt. Dies schafft Raum für eine Entlüftungsröhre 40,
die sich innerhalb der Probenkammer nach oben durch die Absperrkammer erstreckt
und an ihrem oberen Ende 42 in eine Entlüftungsröhrentasche 44 mündet. Das
untere Ende der Entlüftungsröhre ist
blind, aber ein oder mehrere Entlüftungslöcher 46 sind in einer
Seitenwand der Entlüftungsröhre in der
Nähe ihres
unteren Endes definiert. Die Löcher öffnen vorzugsweise
nicht zur Mitte der Probenkammer und des Ventilauslasses oder in
der entgegengesetzten Richtung zum nächstliegenden Teil der Probenkammerwand
hin, sondern öffnen seitlich
in die oder aus der Querschnittsebene in 7. Dies
verringert das Risiko, dass Flüssigkeit
in der Probenkammer spritzt und die Entlüftungslöcher vorzeitig blockiert.
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Die
Entlüftungsröhre wird
als Teil des Ventilteils des Probenehmers geformt und, wenn der
Probenehmer zusammengefügt
ist, ihr oberes Ende tritt in die Entlüftungsröhrentasche ein, die eine geformte Aussparung
im oberen Abschnitt des Probenehmers ist. Nach dem Zusammenfügen des
Probenehmers ist die Entlüftungsröhrentasche
mit der Absperrkammer verbunden und verläuft davon nach oben, wobei das
obere Ende der Entlüftungsröhre in die
Tasche entlang dem Ventileinlass 24 verläuft.
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Wie
im Querschnitt von 11 gezeigt, braucht die Entlüftungsröhre keinen
kreisförmigen Querschnitt
zu haben, sondern hat vorteilhafterweise einen länglichen oder bogenförmigen Querschnitt, um
den Querschnittsbereich der Entlüftungsöffnung zu
maximieren und sie dabei vom Ventilauslass und von dem in die Probenkammer
laufenden Urinstrom beabstandet zu halten. Es ist vorteilhaft, wenn
die Probenkammer frei entlüftet
wird, damit der Erststromurin so schnell wie möglich in die Probenkammer laufen
kann. Dadurch wird die Gefahr verringert, dass Erststromurin sich
mit späteren
Teilen der Urinprobe im ersten Auffangreservoir vermischt.
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Die 12 bis 26 illustrieren
den Betrieb des Probenehmers der Ausgestaltung beim Aufnehmen eines
Erststromurinteils einer Urinprobe. Alle Figuren zeigen den Probenehmer
im Querschnitt, wobei das obere und das untere Ende weggelassen
wurden, um sich auf den Ventilbetrieb zu konzentrieren. 12 zeigt
Komponenten des Probenehmers kennzeichnende Bezugsziffern, in den 13 bis 26 wurden
sie jedoch der Deutlichkeit halber weggelassen.
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13 zeigt
eine Urinprobe 100, die in den Trichter eintritt und zwischen
dem Trichter und der Ablenkplatte in die erste Kammer fließt. Zunächst strömt der Urin
durch den Ventileinlass 24 und läuft als zylindrische(r) Säule oder
-strahl 102 in die Probenkammer. Der Durchmesser der/des
Urinsäule oder
-strahls 102 wird vornehmlich durch Form und Größe des Ventileinlasses
bestimmt und ist so angeordnet, dass die Säule in dieser Phase direkt
durch die Absperrkammer und den Ventilauslass passiert.
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Die
Fließgeschwindigkeit
durch den Ventileinlass wird so eingestellt, dass sie geringer ist
als die Fließgeschwindigkeit
in den Trichter, und daher beginnt, wie in 14 gezeigt,
die Flüssigkeitsfüllhöhe in der
ersten Kammer 20, 22 über dem Ventileinlass wie in
den 14 bis 16 gezeigt
anzusteigen, bis sie einen Pegel 104 unmittelbar unterhalb des
Hauptüberlaufs 26 erreicht,
wie in 16 gezeigt. Während dieser
Zeit steigt der Flüssigkeitspegel 106 in
der Probenkammer an. Nach diesem Punkt beginnt, wie in 17 gezeigt,
Urin 108 in den Hauptüberlauf
und den Abfluss 28 zu fließen, so dass der Flüssigkeitspegel
im Probenehmer nicht weiter ansteigen kann.
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Etwa
in dieser Phase steigt, wie in 17 gezeigt,
die Flüssigkeit 110 in
der Probenkammer so weit an, dass sie die Entlüftungslöcher 46 am Ende der
Entlüftungsröhre 40 bedeckt.
Dies tritt in 17 etwa zur selben Zeit ein,
wie die Flüssigkeit
im ersten Auffangreservoir durch den Hauptüberlauf überläuft. Dies ist aber nicht unbedingt
immer der Fall. Wenn beispielsweise die Urinprobe schneller gegeben
wird, dann läuft
das erste Auffangreservoir über, bevor
die Flüssigkeit
in der Probenkammer die Entlüftungslöcher bedeckt.
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Während sich
die Probenkammer bis zu dem Punkt füllt, an dem die Entlüftungslöcher bedeckt werden,
strömt
die von der Flüssigkeit
verdrängte Luft
durch die Entlüftungslöcher entlang
der Entlüftungsröhre durch
die Entlüftungsröhrentasche
und entweicht durch den Absperrkammerüberlauf aus der Probenkammer.
Wenn die Entlüftungslöcher jedoch bedeckt
sind, dann kann auf diesem Weg keine Luft mehr entweichen. Der einzige
Ausweg ist dann nach oben durch den Ventilauslass (entlang der in
die Probenkammer eintretenden Urinsäule) und durch den Absperrkammerüberlauf.
Wenn die Luft in der Probenkammer gegen die Strömungsrichtung des Urins aus
dem Ventilauslass strömt
und der Luftdruck in der Probenkammer ansteigt, wird die Urinsäule gestört, wölbt sich
und berührt
die Wände
des Ventilauslasses. Das anfängliche
Wölben
der Urinsäule
ist bei 112 in 17 zu
sehen.
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Wenn
die Urinsäule
den Ventilauslass um seinen gesamten Umfang benetzt, kann keine
weitere Luft mehr aus der Probenkammer entweichen. Die Kombination
aus der Kapillaranziehung zwischen dem Urin und der Wand des Ventilauslasses
und dem höheren
Luftdruck in der Probenkammer verhindert einen weiteren Fluss von
Urin 114 durch den Ventilauslass, wie in 18 gezeigt
ist.
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Dadurch
wird das Ventil 30 effektiv geschlossen. Wie in den 18 bis 20 gezeigt,
tritt kein weiterer Urin mehr in die Probenkammer ein und die Absperrkammer
wird mit Urin gefüllt,
der durch den Ventileinlass aus dem ersten Auffangreservoir fließt. Diese
Flüssigkeit
bedeckt das untere Ende der Entlüftungsröhrentasche
und bewirkt eine weitere Abdichtung, um zu verhindern, dass Luft
die Probenkammer verlässt.
Wie in 20 gezeigt, entweicht diese
Flüssigkeit 116 durch
den Absperrkammerüberlauf.
Gleichzeitig entweicht, wenn weiterhin Urin in den Trichter eintritt,
eventueller Überschuss 118 am
oberen Rand des Auffangreservoirs durch den Hauptüberlauf.
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Wenn
die Urinprobenzufuhr in den Trichter aufhört, dann läuft, wie in 21 gezeigt,
jegliche Flüssigkeit 120 oberhalb
des Hauptüberlaufs
durch den Hauptüberlauf
ab, während
Flüssigkeit
im ersten Auffangreservoir und der Absperrkammer durch den Absperrkammerüberlauf
abfließt.
Dieser Vorgang wird wie in den 22 bis 25 gezeigt
fortgesetzt, bis das erste Auffangreservoir und die Absperrkammer
leer sind. Die endgültige
Konfiguration des Probenehmers ist in 26 dargestellt,
wo die gewünschte
Probe in der Probenkammer ist und ein kleines Urinvolumen 122 im
Ventilauslass bleibt, durch Kapillaranziehung gehalten. Die Probenkammer
kann dann vom Rest des Probenehmers gelöst werden, ohne die Flüssigkeit 122 im
Ventilauslass zu verdrängen,
zur Analyse oder für
andere Zwecke.
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Man
sieht, dass die Urinprobe in der Probenkammer vorteilhafterweise
einen großen
Anteil an Erststromurin enthalten kann, wobei nachfolgende Teile
der Probe in den Abfluss 28 geleitet wurden.
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Man
sieht auch, dass die Probe in der Endkonfiguration des Probenehmers,
in 26 gezeigt, fest in der Probenkammer gehalten
wird, selbst dann, wenn der Probenehmer gekippt oder umgedreht wird.
Wenn der Ventilauslass durch Kapillaranziehung blockiert wird und
die Entlüftungslöcher von
der Probe bedeckt werden, dann kann die Luftschleuse in der Probenkammer
vorteilhafterweise verhindern, dass die Probe durch den Ventilauslass
oder durch die Entlüftungsröhre entweicht.
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Merkmale und Funktionen des Probenehmers
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Trichter 12
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Der
Winkel des Trichters wird so gewählt, dass
ein effizienter Strom in das erste Auffangreservoir gefördert wird.
Wenn der Trichterwinkel zu flach ist, dann kann es zu einem unerwünschten
Vermischen von Urin im Trichter kommen; ist der Trichterwinkel jedoch
zu steil, dann kann Urin zu schnell in das erste Auffangreservoir
gedrängt
werden, was Turbulenzen und Vermischungen im Reservoir verursacht.
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In
der Ausgestaltung ist der Trichterwinkel zwischen zwei gegenüberliegenden
Wänden
des Trichters 40 Grad.
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Ablenkplatte 16
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Die
Ablenkplatte sollte verhindern, dass Urin direkt in das erste Auffangreservoir
strömt,
was ein Vermischen verursacht würde,
oder in den Überlauf, so
dass die Gefahr bestünde,
dass der Erststromurin verloren geht. Das Profil der Ablenkplatte
sollte so gewählt
werden, dass ein Tangentialfluss anstatt ein Vertikalfluss im Probenehmer
gefördert
wird, um Vermischen zu reduzieren und einen Fluss in den Hauptüberlauf
zu fördern,
wenn das erste Auffangreservoir gefüllt ist. Dies hilft dabei,
die Aufgabe des Probenehmers zu erfüllen, nämlich die ersten paar Milliliter
Urin in der Probe aufzunehmen.
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Beim
ersten Eintreten in den Probenehmer strömt die Urinprobe in das erste
Auffangreservoir und beginnt sofort, in die Probenkammer zu fließen. Der
Ventileinlass beschränkt
die Urinfließgeschwindigkeit
und somit steigt, während
sich die Probenkammer füllt,
der Urinpegel im ersten Auffangreservoir. Es ist daher wünschenswert,
das Vermischen von Urin im ersten Auffangreservoir zu begrenzen,
da sich sonst spätere
Teile der Urinprobe mit dem Erststromurin am unteren Ende des ersten
Auffangreservoirs vermischen und in die Probenkammer gelangen könnten, was
die Probe nachteiligerweise verdünnen würde. Der
Aufbau der Ablenkplatte kann dabei helfen, ein solches Vermischen
zu reduzieren, indem horizontale anstatt vertikale Strömungsrichtungen
im Probenehmer und besonders im ersten Auffangreservoir gefördert werden.
Eine Begrenzung des vertikalen Stroms kann vorteilhafterweise zu
einer Schichtung des Urins im ersten Auffangreservoir führen, mit
konzentrierterem Erststromurin, der in die Probenkammer fließt, unten
und Urin, der einen höheren
Anteil von späteren
Teilen der Urinprobe enthält,
oben.
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In
der Ausgestaltung sollte der Abstand zwischen dem Ablenkplattenende
und der Innenseite des Trichters zwischen 1,5 mm und 3,0 mm liegen. Ein
Abstand von weniger als 1,5 mm neigt dazu, den Durchfluss zu beschränken, und
führt dazu,
dass sich Urin über
der Ablenkplatte sammelt, was den Fluss in den Probenehmer stört. Ein
Abstand von mehr als 3 mm neigt zu dem Risiko, dass die Urinprobe
direkt in den Hauptüberlauf
oder in das erste Auffangreservoir strömt.
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Erstes Auffangreservoir
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Das
Reservoir nimmt den Erststromurin auf, egal wie schnell die Probe
zugeführt
wird, und begrenzt das Vermischen mit späteren Teilen der Probe, die
durch den Hauptüberlauf
entweichen. In der Praxis fließen
etwa die ersten 1 oder 2 ml der Probe schnell in die Probenkammer,
während
sich das erste Auffangreservoir füllt. Wenn die gewünschte Probengröße z. B.
4 ml beträgt,
dann wird der Rest der Probe in dieser Phase im unteren Teil des
ersten Auffangreservoirs gehalten und fließt progressiv in die Probenkammer
ab. Die 13 bis 16 illustrieren diesen
Prozess in der Ausgestaltung. Wenn sich das erste Auffangreservoir
füllt,
enthält
sein oberer Teil Flüssigkeit,
die nicht Teil der Probe bilden soll, sondern effektiv einen Puffer
zum Schützen
der Flüssigkeit
im unteren Teil des ersten Auffangreservoirs vor Turbulenzen und
Vermischen bildet, das durch den Eintritt von weiterem Urin in den
Probenehmer verursacht wird, und hilft daher, ein Verdünnen der
Probe zu reduzieren. Dies ist ein Aspekt des oben erörterten
Schichtungsphänomens.
So sollte die Kapazität des
ersten Auffangreservoirs vorteilhafterweise größer sein als das gewünschte Probenvolumen
minus dem Volumen des Teils der Probe, der in die Probenkammer gelangt,
bevor sich das erste Auffangreservoir gefüllt hat, plus dem Volumen der
Pufferflüssigkeit.
In der Tat bedeutet dies für
Probenvolumen von ein paar Millilitern, dass die Kapazität des ersten
Auffangreservoirs günstigerweise
etwa gleich dem gewünschten
aufzunehmenden Probenvolumen ist.
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Der
Durchmesser des ersten Auffangreservoirs sollte so gewählt werden,
dass ein Vermischen von Urin am Boden des Reservoirs und Urin an
höheren
Stellen des Reservoirs verhindert oder reduziert wird, das auftreten
kann, wenn der Durchmesser zu groß ist. (Die Themen Vermischen
und Schichten im ersten Auffangreservoir wurden auch oben in Bezug auf
den Aufbau der Ablenkplatte erörtert).
Wenn jedoch der Durchmesser oder das Volumen des ersten Auffangreservoirs
zu gering ist, dann kann ein Teil des Erststromurins durch den Hauptüberlauf
verloren gehen.
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Wie
oben beschrieben, hat das erste Auffangreservoir vorzugsweise ein
minimales Volumen, um eine Verdünnung
der Probe zu verhüten,
aber es ist auch wünschenswert,
dass sein Durchmesser oder Querschnitt nicht zu groß ist. Daher
muss eventuell ein Kompromiss zwischen diesen Maßen gefunden werden, um zu
verhüten,
dass die Höhe
des ersten Auffangreservoirs und somit die Höhe des Probenehmers unerwünscht groß wird.
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In
der Ausgestaltung beträgt
der Durchmesser des zylindrischen Teils des Reservoirs 10 mm, seine
Höhe 15
mm. Dies ist für
ein Probenvolumen von 4 ml geeignet. Für andere Probenvolumen von ein
paar Millilitern können
die Höhe
oder andere Abmessungen des ersten Auffangreservoirs vorteilhafterweise
so variiert werden, dass das Reservoir-Volumen etwa das gleiche ist wie das
Probenvolumen.
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Erstes Auffangreservoir, kegelstumpfförmiger Abschnitt 22
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Dieser
untere Abschnitt des ersten Auffangreservoirs, der als Reservoir-Trichter
bezeichnet werden kann, lässt
den Durchmesser des ersten Auffangreservoirs nach unten auf den
Durchmesser des Ventileinlasses übergehen.
Der Winkel des Reservoir-Trichters sollte wie folgt gewählt werden.
Ein zu flacher Winkel kann den Fluss in den Ventileinlass hemmen.
Ein zu steiler Winkel kann einen zu schnellen Fluss durch den Ventileinlass
begünstigen.
In der Ausgestaltung hat der Reservoir-Trichter eine Länge von
10 mm, wobei der Durchmesser von 10 mm des ersten Auffangreservoirs
auf einen Durchmesser von 3,2 mm des Ventileinlasses übergeht.
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Ventileinlass
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In
der Ausgestaltung ist dies ein kreisförmiger Zylinder mit 3,2 mm
Durchmesser. Dies ergibt eine(n) fokussierte(n) Strahl oder Säule von
Urin durch den Ventilauslass in die Probenkammer.
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Der
Durchmesser des Ventileinlasses sollte nicht zu klein sein, da sonst
der erzeugte Urinstrahl den Urintropfen im Ventilauslass durchdringen
könnte,
der durch Kapillarwirkung gehalten wird und einen weiteren Strom
in die Probenkammer nach dem Aufnehmen der Probe verhindert.
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Konischer Kanal 38, der zum Ventilauslass
führt
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Wie
oben beschrieben, verläuft
die Urinsäule vom
Ventileinlass zunächst
durch den Ventilauslass direkt in die Probenkammer. In dieser Phase
ist es wichtig, dass der Urin frei in die Probenkammer fließt, und
daher ist es wünschenswert
zu verhindern, dass die Urinsäule
den gesamten Umfang des Ventilauslasses benetzt, der eine Bildung
eines Propfens von Flüssigkeit,
die durch Kapillarwirkung im Ventilauslass gehalten wird, verursachen
und einen weiteren Urinfluss in die Probenkammer vorzeitig unterbrechen
oder verhüten
könnte.
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Wenn
der Probenehmer beim Aufnehmen einer Probe gekippt wird, dann kann
sich die durch den Ventileinlass erzeugte Urinsäule abwärts krümmen. Ein konischer Eingang
in den Ventilauslass kann die Toleranz des Probenehmers für ein Kippen
beim Gebrauch erhöhen,
indem die Möglichkeit
oder das Ausmaß von
Kontakt zwischen der Urinsäule
und dem Umfang des Ventilauslasses oder dem Boden der Absperrkammer
neben dem Ventilauslass reduziert wird.
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Ventilauslass 36
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Die
Abmessungen des Ventilauslasses können vorteilhafterweise im
Hinblick auf die folgenden Faktoren gewählt werden. Sein Durchmesser
sollte klein genug sein, dass die aufgenommene Probe in der Probenkammer
durch die Oberflächenspannung im
herabhängenden
Urintropfen oder -propfen im Ventilauslass eingeschlossen bleibt.
Der in den Ventilauslass führende
konische Kanal 38 hilft dabei, eventuelle Unregelmäßigkeiten
in dem den Ventileinlass verlassenden Urinstrom zu bewältigen,
der durch Turbulenzen oder Kippen des Probenehmers entstehen kann.
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Ein
weiterer Faktor ist die Beziehung zwischen den Größen und
Positionen von Ventilein- und -auslass. In den oben beschriebenen
Ausgestaltungen fluchtet der Ventilauslass mit dem Ventileinlass und
hat einen etwas größeren Durchmesser
als dieser. Dies ist eine Möglichkeit,
um die Funktionsanforderungen dieses Aspekts des Probenehmers zu
erfüllen,
dass die Urinsäule
vom Ventileinlass frei durch den Ventilauslass strömen soll,
bis, auf einem vorbestimmten Flüssigkeitspegel
in der Probenkammer, die Säule
unterbrochen wird und ein Flüssigkeitspropfen
im Ventilauslass entsteht, der bewirkt, dass weiterer Urin in die
Absperrkammer umgeleitet wird. So kann der Ventilauslass eine beliebige
Größe oder
Orientierung haben, solange diese Funktionsanforderungen erfüllt werden;
er kann beispielsweise relativ zum Ventileinlass so gekippt werden,
dass der Urin zunächst
auf die Wand auf einer Seite des Ventilauslasses in die Probenkammer
auftrifft und dann daran entlang fließt.
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In
der Ausgestaltung ist der Ventilauslass ein kreisförmiger Zylinder
von 4,2 mm Durchmesser und 8,5 mm Länge. Der konische Kanal an
seinem Eingang ist 3,5 mm lang und erweitert sich in einem Winkel
von 30 Grad.
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Entlüftungslöcher 46
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Jedes
Entlüftungsloch
sollte so klein sein, dass, wenn der Urin in der Probenkammer so
weit ansteigt, dass er die Entlüftungslöcher bedeckt, durch
die Oberflächenspannung
verhindert wird, dass der Urin in die Entlüftungsröhre eintritt. Der kumulative
Querschnitt aller Entlüftungslöcher (oder Schlitze)
sollte ausreichen, damit Luft durch die Entlüftungsröhre schnell genug entweichen
kann, damit sich die Probenkammer füllen kann; es ist günstig es zuzulassen,
dass sich die Probenkammer schnell genug füllt, um ein unnötiges Vermischen
des Erststromurins im ersten Auffangreservoir mit späteren Teilen
der Urinprobe zu verhindern.
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Es
kann vorteilhaft sein, schlitzförmige
anstatt kreisförmige
Entlüftungslöcher (z.
B.) zu verwenden, um den Luftstrom zu erhöhen und dabei die minimale
seitliche Abmessung der Entlüftungslöcher zu
reduzieren, damit die Oberflächenspannung
die Entlüftungslöcher leichter
blockieren kann.
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In
der Ausgestaltung beträgt
die maximale Abmessung für
ein beliebiges der Entlüftungslöcher 0,5
mm, um ein Eintreten von Urin in die Entlüftungsröhre zu verhüten, und der minimale Gesamtöffnungsquerschnitt
aller Entlüftungslöcher ist
0,8 mm2, um eine ausreichende Luftströmungsgeschwindigkeit
zu erzielen.
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Entlüftungsröhre 40
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Wie
oben beschrieben, kann das untere Ende der Entlüftungsröhre in der Ausgestaltung verschlossen
werden und Entlüftungslöcher können günstigerweise
in der Seite der Entlüftungsröhre in der
Nähe seines
Endes und auf der Seite der Entlüftungsröhre definiert
werden, die weder der in die Probenkammer eintretenden Urinsäule noch
der Wand der Probenkammer zugewandt ist, die am weitesten von der
eintretenden Urinsäule
entfernt ist. Wenn der Urin in die Probenkammer eintritt, dann neigt
er dazu zu spritzen und besonders hoch an der Wand der Probenröhre anzusteigen,
die vom Ventilauslass am weitesten entfernt ist. Dies wird durch
die Neigung des Urinstroms begünstigt,
am Boden der Probenröhre
zu rotieren, der Wand der Probenkammer folgend. Die Positionierung
der Entlüftungslöcher auf den
Seiten der Entlüftungsröhre hilft
daher, unerwünschtes
oder vorzeitiges Spritzen der Entlüftungslöcher zu verhüten.
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Das
obere Ende der Entlüftungsröhre steckt in
der Entlüftungsröhrentasche.
Es ist zu bemerken, dass, wenn die Absperrkammer nach dem Aufnehmen
der Probe in der Probenkammer geflutet wird, das untere Ende der
Tasche durch die Anwesenheit des Urins verschlossen wird, was dazu
beiträgt,
den Luftdruck in der Probenkammer zu halten, was wiederum ein weiteres
Eindringen von Urin in die Probenkammer verhindert.
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In
der Ausgestaltung ist die Entlüftungstaschenwand
um 0,25 mm bis 0,5 mm von der Entlüftungsröhre beabstandet.
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Absperrkammer 32
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Die
Höhe der
Absperrkammer bestimmt den Abstand zwischen Ventilein- und -auslass
und kann somit die Beziehung zwischen ihren Durchmessern beeinflussen.
Die Kapazität
der Absperrkammer beeinflusst auch, wie schnell und effektiv die
Entlüftungstasche
nach dem Aufnehmen der Probe verschlossen wird. Ferner beeinflusst
die Höhe
der Absperrkammer die Kipptoleranz des Probenehmers beim Gebrauch,
in Anbetracht dessen, dass der den Ventileinlass verlassende Urinstrom
die Absperrkammer und den Ventilauslass wie oben beschrieben passieren
muss.
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Wenn
das Volumen oder der Absperrkammervolumen zu groß oder wenn sie zu hoch ist,
dann kann es nach dem Stoppen des Urinflusses in die Probenkammer
und dem Start des Fließens
in die Absperrkammer zu lange dauern, bis er die Ventilröhrentasche
erreicht und sie bedeckt. Dies kann zu Unzuverlässigkeit führen, da das Verschließen der
Probenkammer bis zum Abdecken der Ventilröhrentasche davon abhängt, dass
der Flüssigkeitspropfen
im Ventilauslass und die Kapillarwirkung die Entlüftungslöcher verschließen. Wenn
das Volumen der Absperrkammer zu gering oder sie zu niedrig ist, dann
sammelt sich möglicherweise,
wenn die vom Ventileinlass fließende
Urinsäule
versehentlich auf den Rand des Ventilauslasses in der Absperrkammer trifft,
genügend
Flüssigkeit
in der Absperrkammer an, um die Entlüftungsröhrentasche zu bedecken und das
Ventil vorzeitig zum Schließen
zu bringen. Dies ist wiederum ein Zuverlässigkeitsproblem, das zu einem
unbeständigen
Betrieb führen
kann, wenn beispielsweise der Probenehmer beim Aufnehmen von Urin
zu stark gekippt oder geschüttelt
wird.
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Man
wird verstehen, dass auch andere Merkmale wie z. B. der konische
Eintrittskanal des Ventilauslasses diese Aspekte des Betriebs des
Probenehmers beeinflussen können; Form
und Größe des konischen
Kanals beeinflussen das Risiko, dass die Urinsäule auf den Boden der Absperrkammer
neben dem Rand des Ventilauslasses (oder seinen konischen Eintrittskanal)
auftrifft und Flüssigkeit
vorzeitig in die Absperrkammer ablenkt.
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In
der Ausgestaltung hat die Absperrkammer eine Höhe von 3,5 mm und ein Volumen
von etwa 320 mm3.
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Absperrkammerüberlauf 34
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Dieser Überlauf
lässt es
zu, dass Urin von der Absperrkammer in den Abflusskanal entweicht. Der
Querschnitt des Überlaufs
darf nicht zu groß sein,
da sich die Absperrkammer sonst zu schnell leert, wodurch die durch
den Urin in der Absperrkammer am Boden der Ventiltasche erzeugte
Dichtung unterbrochen würde.
Wenn der Absperrkammerüberlauf
zu klein ist, dann erlaubt er eventuell keinen ausreichenden Fluss
durch die Absperrkammer, um die Entlüftungstasche schnell genug
zu sperren, wenn die Probenkammer bis auf den gewünschten
Pegel gefüllt
ist.
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In
der Ausgestaltung ist der Absperrkammerüberlauf ein kreisförmiger zylindrischer
Kanal mit 2,4 mm Durchmesser.
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Kennwerte des Probenehmers
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Der
Probenehmer der Ausgestaltung ist so ausgelegt, dass er eine Probe
von 2 ml aufnimmt. Er ist so ausgelegt, dass er mit Urinfließgeschwindigkeiten
zwischen 15 ml und 30 ml pro Sekunde arbeitet. Für andere Anwendungen können die
Größen der Komponenten
des Probenehmers entsprechend geändert
werden, z. B. zum Aufnehmen von Proben von 5 oder 10 ml. Es ist
wünschenswert,
dass die Probe möglichst
rein ist und idealerweise nur das gewünschte Volumen an Erststromurin
enthält.
Gewöhnlich
kommt es jedoch zu etwas Verdünnung
der Probe mit späteren
Teilen der Urinprobe aufgrund von Vermischen im ersten Auffangreservoir.
Bei Tests konnten beispielsweise 10-ml-Proben aufgenommen werden,
wobei jede Probe von den ersten 12 ml der (viel größeren) Urinprobe
genommen wurde.
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Für einen
zuverlässigen
Betrieb ist es wichtig, dass die Innenflächen des Probenehmers sauber und
trocken sind, weil ein Benetzen von Komponenten wie z. B. der Ventilauslass
und die Absperrkammer vorhersehbar sein sollen. In einer Ausgestaltung kann
der Probenehmer als Einwegartikel hergestellt und vor dem Gebrauch
in einem verschlossenen Container aufbewahrt werden, wodurch gewährleistet
wird, dass er beim Gebrauch sauber und trocken ist. Wenn ein Probenehmer
wiederverwendet werden soll, dann kann es wichtig sein, ihn für ein effektives Reinigen
und Trocknen auseinander nehmen zu können.
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Weitere Ausgestaltungen
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In
einer einfacheren Ausgestaltung ist die Probenkammer nicht mit einer
Entlüftungsröhre versehen,
die in die Kammer verläuft,
während
der Ventilauslass um einen in die Probenkammer verlaufenden röhrenförmigen Abschnitt
verlängert
ist. Während
sich die Probenkammer füllt,
strömt
die Flüssigkeitssäule vom
Ventileinlass durch den Ventilauslass und Luft aus der Kammer wird
durch den Ventilauslass entlang der Flüssigkeitssäule abgelassen. Wenn der Urinstand
in der Probenkammer das Ende des Urinventilauslasses erreicht, dann
kann keine weitere Luft entweichen und die Flüssigkeitssäule im Ventilauslass wird unterbrochen,
wodurch der Umfang des Ventilauslasses benetzt wird und ein Flüssigkeitspropfen
entsteht. Dadurch wird das Ventil geschlossen und der Urin wird
vom Ventileinlass in die Absperrkammer und den Absperrkammerüberlauf umgeleitet.
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QUELLENANGABEN IN DER BESCHREIBUNG
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Die
von der Anmelderin angeführten
Quellen werden lediglich zur Information gegeben. Sie stellen keinen
Bestandteil des europäischen
Patentdokuments dar. Obschon größte Sorgfalt
bei der Zusammenstellung der Quellenangaben angewendet wurde, können Fehler
oder Auslassungen nicht ausgeschlossen werden. Das EPA übernimmt
diesbezüglich
keine Haftung.
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In
der Beschreibung werden die folgenden Patentdokumente genannt: