DE2235208A1 - Dosiervorrichtung - Google Patents

Description

8818-72/Kö/s .

Convention Date:
July 22, 1971

Instrumentation Laboratory, Inc., Lexington, Mass.,V.St.A.

Dosiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Einführen einer genau dosierten Menge eines zu untersuchenden Stoffes in einen Behälter.

Häufig muß für chemische Analysen eine genaue Menge eines· bekannten oder unbekannten Stoffes bereitgestellt werden. Beispielsweise bei photometrischen Analysen können Messungen direkt, d.h. durch Vergleich mit Normalwerten, oder als Funktion der Rate der chemischen Änderung vorgenommen werden. Derartige Methoden werden vielfach bei der Analyse von kostbaren Flüssigkeiten, wie Blut oder anderen Körperflüssigkeiten angewendet. Beispielsweise liefert eine chemische Analyse einer Probe einer solchen Flüssigkeit auf Enzyme, Hämoglobin, Cholesterin, Glukose usw. wertvolle diagnostische Hinweise. Derartige Analysen werden normalerweise in entsprechend eingerichteten Laboratorien durchgeführt, die aber die Resultate häufig erst nach mehreren Tagen liefern können. Es besteht daher ein Bedürfnis nach Apparaturen, die genaue chemische Analysedaten liefern und von unausgebildetem oder angelern tem Personal bedient werden können, womit dem Mangel an ausgebildeten Fachkräften in den Laboratorien abgeholfen werden könnte. Zur Durchführung solcher Analysen muß jedoch eine Einrichtung vorgesehen sein, die Mengen der jeweiligen bei der chemischen Analyse zu verwendenden. Stoffe genau ausmißt und dosiert.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung für diesen Zweck zum genauen Dosieren von unterschiedlichen sowie winzigen Stoffmengen zu schaffen.

Die Vorrichtung soll leicht zu bedienen sein, so daß eine Vielzahl von unterschiedlichen Mengen ohne weiteres von einer unausgebildeten Bedienungsperson gewählt und dosiert werden kann.

Eine Dosiervorrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Probenkammer; eine in der Kammer vorgesehene Vorratseinrichtung; eine Mengenangabeeinrichtung; eine von der Mengenangabeeinrichtung gesteuerte Steuereinrichtung, welche die Vorratseinrichtung so steuert, daß diese eine genau dosierte Stoffmenge in der Kammer aufnimmt; und eine Einrichtung, welche die genau dosierte Stoffmenge aus der Kammer in den Behälter zur Untersuchung übergibt.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Vorratseinrichtung ein Gehäuse mit einer Bohrung und einer eine Probe aufnehmenden Kammer auf. Ein bewegliches Teil ist hin- und herbeweglich im Gehäuse angeordnet. Ein Wendemotor bewegt das bewegliche Teil zum Einsaugen von Stoff in die Kammer von dieser weg und zum Austragen des Stoffes in Richtung auf die Kammer. Mit dem beweglichen Teil ist eine Markierungseinrichtung mit einer Reihe von Zonen mit abwechselnden optischen Eigenschaften so gekoppelt, daß es zusammen mit ,dem beweglichen Teil bewegbar ist. Eine photoelektri sehe Einrichtung tastet die Markierungszonen ab und erzeugt Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Bewegung des Markierungsteils. Ein zwischen die photoelektrische Einrichtung und einen Zähler gekoppelter Operationsverstärker erzeugt bei jedem wahrgenommenen vorbestimmten optischen Wert am Übergang zwischen benachbarten Zonen ein den Zähler vorrückendes Signal, und der Zählwert des Zählers wird mit Signalen von der Mengenangabeeinrichtung verglichen, um das Einsaugen des Probenstoffes in die Kammer zu regulieren. Das Markierungsteil hat außerdem Grenzmarkierungen für den Aufwärts- und den Abwärtshub, und eine Photozelle nimmt diese Grenzmarkierungen wahr. Bei Wahrnehmung einer der Grenzmarkierungen durch die Photozelle wird die Bewegungsrichtung des beweg-

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lichen Teils automatisch umgekehrt. Bei Wahrnehmung einer zweiten Hubgrenzmarkierung während eines Austragvorganges wird ein Gebläse für eine vorbestimmte Dauer eingeschaltet, und dann wird die Bewegungsrichtung des beweglichen Teils umgekehrt, so daß dieses in seine Ausgangslage zurückgeführt wird.

Die Dosiereinrichtung ist vorzugsweise für photometrische Analyseapparate zur Durchführung von chemischen Analysen an kostbaren Flüssigkeiten wie Blut für medizinische Diagnosezwecke anwendbar und so eingerichtet, daß Stoffe in Mengen von 25, 50, 100 oder 200 Mikrolitern mit einer Genauigkeit von + 1 % unter Steuerung durch einen Kartenleser dosiert werden können, wobei eine Karte mit Daten über den in einen Behälter zur Verwendung in einer photometrischen Analyse des resultierenden Stoffgemische einzudosierenden Stoff verwendet wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer biochemischen Prüfeinrichtung mit erfindungsgemäßer Dosiervorrichtung;

Figur 2 eine perspektivische Darstellung, unter Weglassung gewisser Teile, der Dosiervorrichtung der Einrichtung nach Figur

Figur 2 eine teilweise weggebrochene Draufsicht der Dosiervorrichtung nach Figur 2 j

Figur 4 eine Vorderansicht der Dosiervorrichtung nach Figur

Figur 5 einen Schnitt durch die Dosiervorrichtung längs der Linie 5-5 in Figur 4;

Figur 6 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Dosiervorrichtung mit Einzelheiten der Ventilanordnung;

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines in der Dosiervorrichtung verwendeten Markierungsteils;

Figur 8 ein Blockschaltschema des elektrischen Teils der Dosiervorrichtxmg; und

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Figur <) ein Detailschaltschema der Schaltungsanordnung nach Figur 8.

Figur 1 zeigt eine biochemische Prüf- oder Analysiereinrich tung mit einem Gehäuse 10, auf dem eine Dosiereinheit 12 mit zwei Dosierkanälen 14-1 und 14-2 und entsprechenden Dosierschaltern 16-1 und l6-2 angeordnet ist. Rechts von der Dosiereinheit 12 befindet sich ein Inkubator 18, über dem ein Karteneinsteckschlitz eines Kartenlesers 20 angebracht ist. Über und hinter dem Kartenleser 20 befindet sich ein Photometer mit einer Öffnung 22 für eine Küvette 24 sowie ein Ziffernanzeiger 26 zum Anzeigen der Meßwerte des Photometers. Außer der Küvette 24 wird für diese Einrichtung eine Karte 30 verwendet, die einen Datenteil 32 mit Eich- und Steuerinformation für das Photometer und Dosiersteuerinformation über den Stoff in der Küvette sowie einen Befehlsteil 34 aufweist.

Die Küvette hat drei Probenkammern 36-1, 36-2 und 36-3 mit ,je einem Volumen von 5 Millilitern. Jede Kammer hat zwei beababandete Seitenwände mit parallelen optischen Fenstern und besteht aus optischem Material hoher Güte, vorzugsweise durchsichtigem Riyolefinmethylpentan-Kunststoff mit der Warenbezeichnung TPX. Eine Öffnung 38 in der oberen Wand jeder Kammer ist durch einen brechbaren Verschluß abgedichtet, der zum'Eingeben von Stoff in die entsprechende Probenkammer 36 weggebrochen werden kann.

Einzelheiten der Dosiervorrichtung sind aus Figur 2, welche die Dosiervorrichtung bei weggenommenem Deckel zeigt, zu ersehen. Die Dosiervorrichtung hat eine Tragplatte 40, auf der ein Träger 42 angeordnet ist. Vom Träger 42 stehen rohrförmige Gehäuseteile 44-1, 44-2 nach unten, an deren unterem Ende jeweils ein austauschbares Konuskammerteil 46 befestigt ist. Jn jedem Konuskammerteil 46 befindet sich ein hin- und herbeweglicher ,Stempel 48, der an seinem oberen Ende einen Zahnstangenteil 50 aufweist, in den ein Zahnritzel 52 eingreift. Das Zahnritzel sitztauf einer Welle 54, die durch einen Wendemotor 5(> angetrieben ist. Am oberen Ende jedes Stempels 48 ist ein seitlich vorstehender Arm 58 befestigt, der ein nach unten hängendes Einstell- oder Markierung^-

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teil bO trägt. Dieses Markierungsteil ist in einem Schlitz zwischen einem Vorderteil 62, in dem zwei Lichtquellen untergebracht sind, und einem Rückteil (-4, in dem drei Lichtfühler untergebracht sind, angeordnet. Die von den Lichtfühlern in Abhängigkeit von der Bewegung des Mark—ierungsteils 60 erzeugten Signale steuern das Arbeiten der Dosiervorrichtung.

Weitere Einzelheiten der Dosiervorrichtung sind aus Figur 3 bis 7 ersichtlich. Die Vorrichtung weist die Tragplatte 40 sowie eine gedruckte Schaltungsplatte 70 auf, welche die Schaltungselemente für die Steuerung der Dosiervorrichtung trägt. Die Schaltungsplatte 70 ist an der Tragplatte 40 durch geeignete Befestigungsmittel mit einer Mutter 72, die das Gehäuse 74 der Motorwelle 54 erfaßt, festgeklemmt. Das euf der Welle 54 sitzende Zahnritzel 52 greift in die Zahnstange 50 ein. Wie man am besten aus Figur 5 sieht, ist der bewegliche Stempel 48 ein Zylinderteil mit in diesem Fall einem Durchmesser von 3,17 mm (l/8 Zoll). Im Zylinderteil 76 bei der Spitze 80 ist eine ringförmige Umfangseintiefung 78 mit einer maximalen Tiefe von 0,051 cm (0,020 Zoll) und einer Länge von 0,31.8 cm (0,125 Zoll) vorgesehen.

Das Zylinderteil 76 ist in der Gehäuseanordnung 44 untergebracht, die ein Außenteil 82 mit einem Ende 84 verringerten Durch messers mit einer Nut 86 aufweist, in der ein 0-Ring 88 befestigt ist. Eine Bohrung 90 ist im unteren Bereich des Außenteils 82 vor gesehen, und eine zweite Bohrung 92 größeren Durchmessers ist im oberen Bereich dieses Äußenteils vorgesehen, wobei der Übergang zwischen den beiden Bohrungen durch eine Schulter 94 gebildet wird. Das Außenteil 82 hat einen erweiterten Kopf 96, in dessen Außenfläche sich eine Ringnut 98, in der ein O-Dichtungsring 100 angeordnet ist, und eine Ringleitungsnut 102,mit der ein Radialdurchlaß 104 in Verbindung steht, befinden.

In der Bohrung 92 befindet sich ein Einsatz 110 mit einer Innenrille 112 an seinem unteren Ende, in der ein Dichtungsteil 114 angeordnet ist, einer ringförmigen Ausnehmung Ho in seiner Außenfläche, die sich entlang seiner Länge erstreckt, einer Innen rille IIS an seinem oberen Ende, die einen Dichtungsring 120 aufnimmt, einer Ringleitungsnut 122 und einem damit in Verbindung

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stehenden Radialdurchlaß 124. Die innenbohrung 126 des Einsatzes 110 hat den gleichen Durchmesser wie die Bohrung QO. Auf einer Schulter 132 im Trineren des Trägers 4 2 sitzt eine flalteplatte 130, und die Anordnung mit dem Außenteil 82 und dem Einsatz 110 sitzt ihrerseits auf der Ilalteplatte 130 und ist am Träger 42 durch eine Klemmplatte 134 und Bolzen 136 befestigt. Der Träger 42 hat in seiner Rückwand eine Öffnung 128, in die eine Leitung 138 eingeschraubt ist. Am oberen Ende des Trägers 42 befindet sich eine Öffnung I40, in der eine Hülse oder Buchse 14 2 als Führung für das obere Ende des Stempels 48 angeordnet ist.

Weitere Einzelheiten der durch das Dichtungsteil 114 und die Ausnehmung 78 gebildeten Ventilanordnung sind aus Figur 6 zu ersehen. Das Dichtungsteil 114 hat einen elastischen Ringkern und einen Spaltringwulst 152 aus Polytetrafluoräthylen, der eine elastische, reibungsarme Dichtungsfläche an der Zylinderwandflache des Teils 76 bildet. In der in Figur 6 gezeigten Lage verschließen die Ventilteile den durch die Bohrung 126 im Einsatz 110 gebildeten Durchlaß von der Bohrung 90 zum Außenteil 82. Wenn die Welle 76 nach unten in die in Figur 5 gezeigte Lage geschoben ist, wird das Ventil geöffnet. In dieser Lage gelangt von einem an die Leitung 138 angeschlossenen Gebläse geförderte Druckluft über die Leitungsnut 102, den Radialdurchlaß 104, die Leitungsnut 120 und den Durchlaß 122 zur Bohrung 120, von wo sie über die Ausnehmung 78 nach unten durch die Bohrung 90 in die durch den 0-Ring 88 am unteren Ende des Außenteils befestigte Konuskammer 46 strömt, so daß durch Druckerhöhung in dieser Kammer die Wirkung des Stempelteils 76 beim Austragen von Stoff durch die Öffnung an der Spitze der Konuskammer 46 ergänzt oder unterstützt wird.

Der am oberen Ende des Stempels 48 befestigte Arm 58 hat, wie man am besten aus Figur 3 sieht, einen über dem Stempelende angeordneten, mit einer Stellschraube I60 befestigten Kopfteil I88. An seinem seitlich vorstehenden Armteil 162 ist das Markierungste'il 60 durch einen Bolzen Ϊ64 befestigt. Weitere Einzelheiten des Mark—ierungsteils 60 sind aus Figur7 zu ersehen. Und zwar besteht jedes Markierungsteil aus einer Glasunterlage I70 mit

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einer Länge von 5,77 cm (2,27 Zoll) und einer Breite von 1,91 cm (0,7 5 /oll), auf der eine .lichtundurchlässige Flaggenmarkierung 172 angebracht ist. Die Flaggenmarkierung 172 hat in ihrem linken Teil eine firenzmarld eruiiR 174 für den Abwärtshub und eine Grenzmarkierung 176 für den Aufwärtshub und in ihrem rechten Teil eine ßezupsmarke 178 sowie vier parallele Signalmarken I8O-I bis l8O~4· Von der Bezugsmarke 178 hat die Signalmarke I8O-I einen Abstand von 0,348 cm (0,1.37 Zoll), die Signalmarke l8O-2 einen Abstand von 0,673 cm (0,265 Zoll), die Signalmarke l8O-3 einen Abstand von 1,323 cm (0,521 Zoll) und die Signalmarke I8O-4 einen Abstand von 2,621 cm (1,032 Zoll), entsprechend Werten von 25, 50, 100 bzw. 200 Mikrolitern.

Jedes Markierungsteil 60 steht vom Arm 162 durch den Führungsspalt I82 zwischen dem Lichtquellengehäuse 62 und dem Lichtfühlergehäuse 64 nach unten. Wie man aus Figur 3 sieht, ist die Lichtquelle I84-I auf den Lichtfühler 18-6-1 ausgerichtet und so angeordnet, daß der linke Teil der Flaggenmarkierung 172 sich zwischen dieser Lichtquelle und diesem Lichtfühler befindet. Die zweite Lichtquelle 184-2 ist auf den rechten Vertikalrand der Flaggenmarkierung ausgerichtet, so daß der rechte Teil der Flaggenmarkierung sich zwischen dieser Lichtquelle und dem Lichtfühler 186-2 befindet, während der Lichtfühler 186-3 als Bezugs fühler so angeordnet ist, daß er von der Lichtquelle 184-2 ununterbrochen mit Licht beaufschlagt wird. Eine an der Platte 70 befestigte Lampe 188 ist durch eine Öffnung IQO (Figur l) im Deckelgehäuse der Dosiervorrichtung sichtbar.

Die Wirkungsweise der Dosiervorrichtung soll an Hand des Blockschaltbildes nachFigur 8 erläutert werden. Die Steuerschaltung wird durch den Schalter 16 in Betrieb gesetzt, der ein Flipflop 200 für die F]aggenmarkierung, ein Flipflop 202 für die Richtungssteuerung und ein Flipflop 204 für die Motorsteuerung steuert. Wenn der Schalter Id, der als Timschalter ausgebildet ist, auf den oberen Kontakt 206 geschaltet ist, wird ein Einsaugsignal erzeugt (vorausgesetzt, daß das System nicht im Einsaugbetrieb, angezeigt durch ein Auftastsignal am Eingang 207 eines UND-Gliedes 208, arbeitet), welches das Flipflop 200 rücksetzt und die

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Flipflops 202 und 204 setzt (durch diesen Zustand der Flipflops 200, 202 und 204 wird der Einsaugbetrieb hergestellt). Wenn der Schalter 16 auf den unteren kontakt 210 geschaltet ist, wird ein Austragsignal erzeugt, das die Flipflops 200 und 202 rücksetzt und das Flipflop 204 setzt, wodurch das System auf den Austragbetrieb eingestellt wird. Die Ausgangssignale der Flipflops 202 und 204 steuern die Erregung der Austragwicklung 212 und der Ein saugwicklung 214 des Motors 56. Der Gebläsemotor 216 wird durch das Ausgangssignal eines Monoflops 218 (über ein ODER-Glied 217* das über die Leitung 219 ein zweites Eingangssignal vom anderen Dosierer empfängt) erregt, das seinerseits durch ein Abwärtshüb-Begrenzungssignal von einem Schaltwerk 2 20 gesteuert wird, das auf über die Leitung 222 zugeführte Signale von der Photozelle 186-1 anspricht. Das Schaltwerk enthält außerdem einen Zähler 224, der durch Signale von den Photozellen 186-2 und 186-3 über die Leitung 226 vorgerückt wird, wenn das System im Einsaugbetrieb, angezeigt durch das aufgetastete UND-Glied 228, arbeitet, sowie eine Vergleicherschaltung 230, welche die Ausgangsgröße des Zählers 224 mit über die Leitung 232 zugeführten Signalen vom Kartenleser 20 vergleicht. Durch das Ausgangssignal der Vergleicherschaltung 230 wird das Flipflop 204 über die Leitung sowie ein ODER-Glied 236 rückgesetzt.

Bei auf "Einsaugen", d.h. auf den Kontakt 206 geschaltetem Schalter 16 wird über ein ODF,R-Glied 240 das Flipflop 200 rückgesetzt, über ein ODER-Glied 242 das Flipflop 202 gesetzt und über ein ODER-Glied 244 das Flipflop 204 gesetzt. Die resultierenden drei Ausgangssignale veranlassen ein UND-Glied 246, ein Ausgangs signal zu erzeugen, das zu einem Monoflop 248 gelangt, das darauf hin ein den Zähler 224 rückstellendes Ausgarigssignal von 100 Millisekunden Dauer in die Leitung 2 50 schickt. Das gesetzte Flipflop 202 liefert ferner ein Auftastsignal an das UND-Glied 2 28 und entfernt über ein Inversionsglied 2 52 ein etwaiges Auftastsignal vom U1\D-Glied 208. Das Ausgangssignal des Flipflops 204 tastet ein UKD-Glied 254 auf, und da das Monoflop 218 kein Ausgangssignal erzeugt, beliefert ein Inversionsglied 256 das UND-Glied 2 54 mit einem zweiten Auftast- oder Aktivierungssignal, und das resultierende Ausgangssignal veranlaßt ein UND-Glied

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(das durch das Ausgangssignal eines Inversionsgliedes 258 aufgetastet oder voraktiviert ist), die Einsaugwicklung 214 des Motors 56 zu erregen. Durch das Flipflop 204 wird außerdem die Lampe I88 erregt. Infolge der Erregung der Wicklung 214 des Motors 56 wird der Stempel 48 aus der Bezugslage (angezeigt durch den zwischen der Lichtquelle 184-2 und dem Lichtfühler 186-2 angeordneten Rand 178) angehoben, und durch diese Aufwärtsbewegung des Stempels 48 wird Stoff aus einem Stoffvorrat durch die Öffnung am Spitzenende in die Probenkammer 46 eingesaugt. Das Markierungsteil 60 bewegt sich zusammen mit dem Stempel 48, unddiese Bewegung wird von der Lichtquellen-Photozellenanordnung wahrgenommen. Jeder Übergang von hell nach dunkel erzeugt einen Impuls in der Leitung 226, der durch das UND-Glied 228 zum Zähler 224 gelangt und diesen vorrückt. Digitalsignale vom Kartenleser 20 gelangen über die Leitungen 232 zur Vergleicherschaltung 230, und wenn der Zählwert des Zählers 224 mit den Digitalsignalen vom Kartenleser in den Leitungen 232 übereinstimmt, erzeugt die Vergleicherschaltung 23O ein Ausgangssignal, das über die Leitung 234 das Flipflop 204 rücksetzt und die Wicklung 214 sowie die · Lampe I88 entregt. Dadurch wird der Antriebsmotor 56 gestoppt,so daß sich in der Probenkammer 46 eine genau dosierte Stoffmenge befindet, die durch die Signale vom Kartenleser 20 festgelegt ist.

Der Stoffvorrat wird dann unter der Probenkammer 46 weggenommen, und nach Öffnen der aufbrechbaren Öffnung 38 wird die zu füllende Kammer 36 der Küvette 24 unter den Dosierer gebracht. Der Schalter 16 wird dann auf "Austragen", d.h. auf den Kontakt 210 geschaltet, so daß über das ODER-Glied 240 das Flipflop 200 rückgesetzt, über das ODER-Glied 262 das Flipflop 202 rückgesetzt und über das ODER-Glied 244 das Flipflop 204 gesetzt werden. Die resultierenden Ausgangssignale aktivieren das UND-Glied 264, und dessen Ausgangssignal erregt die Austragwicklung 212, so daß der Motor 56 den Stempel 48 in der Austragrichtung antreibt. Durch Entfernen des Auftastsignals vom UND-Glied 228 beim Rücksetzen des Flipflops 202 werden die Signale in der Leitung 226 vom Zähler 224 ferngehalten.

Wenn die Abwärtshubgrenze (Rand 174) erreicht ist, veranlassen die Signale vom Lichtfrühler I86-I in der Leibung 222 und

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von den Lichtfühlern 186-2 und 186-3 in der leitung: 226 das Schaltwerk 220, ein Auspanpssignal in der leitung· 270 zu erzeugen, das die Flipflops 2,00, 202 und 204 setzt. Das Signal in der Leitung 270 triggert außerdem das Monoflop 218, so daß dieses ein Ausgangssignal von 2 Sekunden Dauer erzeugt, das den Gebläsemotor 216 erregt und die Leitung 138 mit Druckluft beaufschlagt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Stempel 58 in der in Figur 5 gezeigten Lage, in der das durch die Eintiefung 78 und das Dichtungsteil 114 gebildete Ventil geöffnet ist und die Probenkammer 46 durch den Raum zwischen der Bohrung QO und dem Stempel 48 mit Druck beaufschlagt wird, so daß etwaiger in der Probenkammer zurückgebliebener Stoff hinausgedrückt wird. Durch das Ausgangssignal des Monoflops 116 wird ferner über das Inversions glied 2 56 das Auftastsignal vom UFD-Glied 2 54 entfernt, wodurch das Auftastsignal von den UND-Gliedern 260 und 264 entfernt wird, so daß der Stempel .48 in dieser Lage bliebt, während das Gebläse 216 arbeitet. Jedoch ist die Motorsteuerschaltung so eingestellt, daß bei Beendigung des Ausgangssignals vom Monoflop 218 die Wick lung 214 erregt und dadurch der Stempel 48 nach oben bewegt wird. Wenn das Flipflop 200 gesetzt und dadurch das UND-Glied 272 aufgetastet oder voraktiviert wird, durchläuft das erste Übergangssignal in der Leitung 226 das aufgetastete UND-Glied 272, wodurch das Flipflop 204 rückgesetzt und der Motor 56 gestoppt wird, sobald die Bezugsmarke 178 auf die Lichtquellen-Photozellen anordnung ausgerichtet ist. Damit ist der Dosierer in seine Bezugs- oder Ausgangslage zurückgebracht, von der aus der nächste Einsaugvorgang einsetzt.

Wird aus irgendeinem Grund die Aufwärtshubgrenze 176 erfaßt, so erzeugt das Schaltwerk 220 ein Signal in der Leitung 274, das automatisch einen Austragvorgang mit Stoffaustragung aus der Probenkammer 46 einleitet.

Weitere Einzelheiten der elektrischen Steuerschaltung sind aus Figur 0 zu ersehen, wo die Hauptbestandteile der Schaltung mit den gleichen Pezugszeichen wie in Figur 8 bezeichnet sind. Eine Synchronesierschaltung steuert die Erregung der Motorwick-1 im iron 2 12, 214 und 21f . Der Klemme 300 wird e Ln net/.f renuent es

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Rechteckschwingungssignal zugeleitet, wenn eine Datenkarte 30 richtige in den Kartenleser 20 eingesetzt ist. Bei eingesetzter Karte führen der Schalter 16 und die Leitungen 302 und 304 normalerweise eine Spannung von +5 Volt, die jedoch bei jedem Nulldurchgang auf Massepotential geht. Wenn der Schalter 16 auf den Kontakt 206 geschaltet ist, werden durch das Einsaugsignal über die Leitung 306 das Flipflop 200 rückgesetzt, die Flipflops 202 und 204 gesetzt (vorausgesetzt, daß das Flipflop 200 rückgesetzt istJ Leitung 308), das Flipflop 202 rückgesetzt (Leitung 310) und das Flipflop 204 rückgesetzt (Leitung 312; angezeigt durch das Verknüpfungsglied 314). DieseEinstellung der genannten drei Flipflops wird vom Verknüpfungsglied 246 wahrgenommen, und das Monoflop 248 beliefert daraufhin den Zähler 224 mit einem Rückstellimpuls von 100 MikroSekunden Dauer. Ferner gelangen die Ausgangssignale der Flipflops 202 und 204 über Verknüpfungsglieder zu einem Triac (bidirektionaler Thyristor) 315, der dadurch gezündet wird und die Einsaugwicklung 21.4 erregt. Der Motor 56 beginnt sich zu drehen und bewegt das Markierungsteil aus der durch die Bezugs marke 178 gegebenen Lage.

Die Fühlerphotozelle 186-2 und die Bezugsphotozelle 186-3 sind an eine Klemme 316 angeschlossen, und ihr Ausgangssignal gelangt zum Anschluß 3 eines Operationsverstärkers 318. Der Operationsverstärker ist über einen Widerstand 320 vom Anschluß 7 auf den Anschluß 2 rückgekoppelt. Wenn die Fühlerphotozelle eine abnehmende Lichtmenge von der Markierung I8O-I wahrnimmt, sinkt die Spannung am Anschluß 3 ab, und wenn der Anschluß 3 negativ gegenüber Masse wird, schaltet der Ausgang (Anschluß 7) ₃ und ein positiver Spannungsübergang von 5 Volt aktiviert über die Leitung 226 das UND-Glied 228 (das durch das Ausgangssignal des gesetzten Flipflops 202 voraktiviert ist), so daß es einen Vorschaltimpuls zum Zähler 224 schickt. Der Anschluß 2 hat zu diesem Zeitpunkt eine Spannung von O,25 Volt, und der Anschluß 7 wird geschaltet, wenn die Spannung am Anschluß 3 über 0,25 Volt ansteigt. Diese Schaltung bewirkt somit eine Signalformung mit positiver Rückkopjg lung durch den Widerstand 320, so daß die Schaltung mit dem gleichen Widerstandswert bei Wahrnehmung des Übergangs zwischen hell und dunkel durch die Photozelle 186-2 schaltet. Wenn der Aus-

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gangswert des Zählers mit den vom Kartenleser 20 den Klemmen 232-1 und 232-2 zugeführten Signalen übereinstimmt, erzeugt die Vergleicherschaltung 230 ein Ausgangssignal in der Leitung 234, welches das Flipflop 202 rücksetzt, die Einsaugwicklung 214 entregt und die Anzeigelampe 188 abschaltet. Es ist jetzt die durch die Karte im Kartenleser festgelegte Menge, in diesem Fall entweder 25, 50, 100 oder 200 Mikroliter, in die Probenkammer 46 für die anschließende Austragung eingesaugt. Das Verknüpfungsglied 314 dient als Sperre, um ein irrtümliches Einsaugen zu verhindern.

Zum Austragen wird der Schalter 16 auf den Kontakt 210 geschaltet. Wenn der Eingang der Synchronisierschaltung an Masse liegt, werden durch ein Steuersignal über die Leitung 330 die Flipflops 200 und 202 rückgesetzt und das Flipflop 204 gesetzt. Das gesetzte Flipflop 204 zündet einen Triac 332, wodurch die Lampe I88 eingeschaltet wird, sowie über Verknüpfungsgiieder ein Triac 334, wodurch die Austragwicklung 212 des Motors 56 erregt wird. Der Stempel 48 wird nach unten getrieben, bis die Abwärtshubgrenze 174 erfaßt wird, wobei der Zähler 224 nicht vorgerückt wird, da durch das rückgesetzte Flipflop 202 das Auftastsignal vom UND-Glied 228 weggenommen ist. Das Ausgangssignal der Photozelle 186-1 gelangt zur Klemme 340 und wird durch Transistoren 342, verstärkt. Wenn die Fühlerphotozelle 186-2 kein Licht empfängt, liegt am Anschluß 7 des Operationsverstärkers 318 ein negatives Signal, und das UND-Glied 346 empfängt ein Auftastsignal, wodurch das Flipflop 348 gesetzt wird und in der Leitung 350 ein Ausgangs signal erzeugt, das die Flipflops 200, 202 und 204 setzt. Wenn die Klemme 300 Massepotential führt, wird das Flipflop 348 rückgesetzt, und der dabei erzeugte Spannungsübergang in der Leitung 340 gelangt über einen Kondensator 352 zum Monoflop 218. Der Anschluß 2 des Operationsverstärkers 36O ist an +0,6 Volt angeklammert, und der Kondensator 362 hat eine Ladung von +4,4 Volt. Das über den Kondensator 352 gekoppelte Abwärtshubgrenzensignal beauf schlagt den Anschluß 2 mit einem negati\en Zackenimpuls von -5 Volt, und der Anschluß 3 geht beim Nulldurchgang von +100 Millivolt auf Massepotential, wodurch der Ausgang (Anschluß 7) von Massepotential auf +5 Volt geschaltet und dadurch der Triac 364 gezündet

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wird, so daß der Gebläsemotor 216 erregt wird, während die Einsaugwicklung 214 nicht erregt werden kann. Dieses Ausgangssignal in der Leitung 366 hat eine Dauer von 2 Sekunden, entsprechend der Zeitkonstante des Kondensators 362 und des Widerstands 368. Der Operationsverstärker 36O schaltet beim nächsten Nulldurchgang, wodurch der Gebläsemotor 216 abgeschaltet und die Einsaugwicklung 214 unter Steuerung durch die Flipflops 202 und 204 erregt wird. Der Zähler 224 wird nicht rückgestellt, da das Flipflop 200 zu diesem Zeitpunkt gesetzt ist. Wenn der Operationsverstärker 3l8 die Bezugsmarke I78 wahrnimmt (beim Übergang von hell nach dunkel), gelangt ein Ausgangssignal zum aufgetasteten UND-Glied 272, und durch das daraufhin erzeugte Ausgangssignal werden das Flipflop 204 rückgesetzt und der Motor 56 abgeschaltet.

Wird aus irgendeinem Grund die Aufwärtshubgrenze 176 erreicht, so liefert ein UND-Glied 370 ein Ausgangssignal, das automatisch die Flipflops 200, 202 und 204 auf den Austragbetrieb einstellt, und das System schaltet automatisch auf die Austragung von Stoff aus der Probenkammer 46 unter Rückstellung des Dosiererstempels 48 auf die Bezugsmarke 178.

Bei einem speziellen Anwendungsbeispiel der Dosiervorrichtung für die biochemische Analyse auf Serumglukose enthält jede der drei Küvettenkammern 36 anfänglich 4 Milliliter eines flüssigen Reagenzmittels (6 % Orthotoluidin in Eisessig), wenn der Laborant die Küvette zusammen mit einer entsprechenden Datenkarte ("Glukose-Karte") 30 erhält. Bei in den Kartenleser 20 eingesetzter Datenkarte erhält die Vergleicherschaltung 230 vom Kartenleser ein Ausgangssignal über die Leitungen 232. Ein Glukoseserum-Normalmaterial (das eine genau dosierte Menge von 200 Milligramm pro Milliliter enthält und mit der Glukose-Datenkarte 30 übereinstimmt) wird unter die Probenkammer 46-1 gegeben, und der Schalter 16-I wird auf Einsaugen geschaltet, so daß 100 Mikroliter (Markierung 18O-3) des Normalmaterials in die Probenkammer 46-I gelangen. Die gleiche Menge (100 Mikroliter) einer Probe des zu. untersuchenden Serums wird gleichzeitig durch Betätigung des Schalters 16-2 in die Probenkammer des Dosierers 14-2 eingefüllt. Dann ■ wird die Küvette 24 so angeordnet, daß die Kammer 36-2 auf die

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Probenkammer 46-1 und die Kammer 36-3 auf die Probenkammer 46-2 ausgerichtet sind, und anschließend werden beide Schalter I6-I und 16-2 auf Austragen geschaltet, so daß der Inhalt der beiden Probenkammern in die Kammern 36-2 bzw. 36-3 entleert wird. In die Kammer 36—1 wird nichts gegeben. Machdem die Kammern wieder dicht verschlossen sind und ihr Inhalt durch Umkehren durchgemischt ist, wird die Küvette 24 in eine Einheit des Inkubators 18 gegeben und 20 Minuten lang bei 100 C. inkubiert. Mach Ablauf der Inkubations zeit wird die Küvette 24 in das Photometer 22 gegeben, das entsprechend den Daten auf der Datenkarte 30 eingestellt ist, und eine photometrische Analyse der Materialien in den drei Kammern 36 wird vorgenommen. Der am Anzeiger 26 angezeigte Ausgangszahlen wert ist der Glukosekonzentration in der Serumprobe, in Einheiten von Milligramm pro 100 Milliliter, direkt proportional.

Vorstehend ist somit eine Dosiervorrichtung zum Einführen einer genau dosierten Menge eines zu analysierenden Stoffes in einen Behälter beschrieben, die eine Probenkammer und eine Vorratseinrichtung für den Stoff in der Probenkammer aufweist. Für den Behälter ist ein Datenträger vorgesehen, und unter Steuerung durch den Datenträger stellt die Vorratsexnrichtung eine genau dosierte Stoffmenge in der Kammer bereit, die dann in den Behälter zur Analyse übergeben wird.

Die Dosiervorrichtung ist zweckmäßig und vielseitig eingerichtet und ermöglicht eine genaue Dosierung von Stoffmengen. Sie eignet sich besonders für die Untersuchung von Blut und anderen KörperflüsBLgkeiten. Sie kann leicht von ungeübtem Personal bedient werden und macht es möglich, daß die Analysewerte schnell, genau und mit geringem Kostenaufwand zur Verfugung stehen.

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Claims (15)

Pat ent ansprüch e

1. Dosiervorrichtung zum Einführen einer genau dosierten Menge eines zu untersuchenden Stoffes in einen Behälter, gekennzeichnet durch eine Probenkammer (46); eine Vorratseinrichtung zum Bereitstellen von Stoff in der Kammer; eine Mengenangabeeinrichtung; eine von der Mengenangabeeinrichtung gesteuerte Steuereinrichtung, welche die Vorratseinrichtung so steuert, daß diese eine genau dosierte Stoffmenge in der Kammer bereitstellt; und eine Einrichtung, welche die genau dosierte Stoffmenge aus der Kammer in den Behälter zur Untersuchung übergibt .

2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratseinrichtüng ein Gehäuse mit einer eine Probe aufnehmende - Kammer mit einer Öffnung, ein mit dem Gehäuse gekoppeltes bewegliches Teil und eine Antriebs einrichtung aufweist, die das bewegliche Teil relativ zur Kammer aus einer ersten in eine zweite Lage zum Einführen von Stoff in die Kammer durch die Öffnung bewegt, wobei die Steuereinrichtung diese Bewegung steuert.

3. Dosiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein mit dem beweglichen Teil gekoppeltes und zusammen mit diesem bewegliches Markierungsteil, eine Einrichtung, die das Markierungsteil abfühlt und Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Bewegung des Markierungsteils erzeugt, und eine Einrichtung, die durch \'ergleichen dieser Ausgangssignale mit der Mengenangabeeinrichtung die Bewegung des beweglichen, Teils aus der ersten in die zweite Lage steuert, enthält.

4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn ζ e i chnet , daß das Markierungsteil Zonen unterschiedlicher optischer Eigenschaften aufweist und durch eine photoelektrische Anordnung abgefühlt wird, welche die Ausgangssignale in Abhängigkeit von der Abfühlung der genannten Zonen erzeugt.

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5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 4» dadurch ge-, kennzeichnet, daß das Markierungsteil aus einer durchsichtigen Unterlage besteht, auf der ein die Zonen definierendes' undurchsichtiges Material angebracht ist.

6. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5> d edurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtung für das Markierungsteil eine Fühlerph'otozelle und eine damit zusammenwirkende Bezugsphotozelle enthält.

7. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Hubgrenzenanordnung enthält, die ein Signal erzeugt, wenn das bewegliche Teil sich über einen vorbestimmten Bereich hinaus bewegt.

8. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen auf die Ausgangssignale der Abfühleinrichtung ansprechenden Zähler (224) und eine Vergleicherschaltung (230) enthält, die durch Vergleichen des Zählerausgangswertes mit den Daten der Mengenangabeeinrichtung die Bewegung des beweglichen Teils abstoppt, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen den Daten und dem Zählerausgangswert besteht.

9. Dosiervorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (48) zum Austragen von Stoff aus der Kammer aus der zweiten gegen die erste Lage bewegbar ist und daß eine auf die Hubbegrenzungsanordnung an sprechende Einrichtung die Bewegungsrichtung des beweglichen Teils umkehrt, um das bewegliche Teil in die erste Lage zurückzuführen.

10. Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9» d ^a durch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung umsteuerbar ist und durch eine Betätigungseinrichtung gesteuert wird, die außer Betrieb gesetzt wird, wenn das bewegliche Teil sich aus der ersten gegen die zweite Lage bewegt.

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11. Dosiervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebseinrichtung ein Wechselstrom-Elektromotor ist und eine an die Betätigungseinrichtung angekoppelte Synchronisierschaltung aufweist, durch die der Elektromotor' synchron mit den Nulldurchgängen des speisenden Wechselstroms erregt wird.

12. Dosiervorrichtung nach einem der. Ansprüche 2 bis 10, d adurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Bohrung aufweist, in der das bewegliche Teil hin- und herbeweglich angeordnet ist.

13. Dosiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung einen auf die Signale von der Fühlerphotozelle und der Bezugsphotozelle ansprechenden Zähler und eine Vergleicherschaltung, die den Zähleräusgangswert mit den Daten der Mengenangabeeinrichtung vergleicht und bei Wahrnehmung einer vorbestimmten Beziehung zwischen den Daten und dem Zählerausgangswert die Bewegung des beweglichen Teils abstoppt, enthält; daß das Markierungsteil eine Aufwärts- und Abwärt shubgrenzenmarkierung aufweist, die durch eine dritte Photozelle abgefühlt wird; und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die, wenn die dritte Photozelle die Aufwärts- oder die Abwärtshubgrenzenmarkierung wahrnimmt, automatisch die Bewegungsrichtung des beweglichen Teils umkehrt.

14. Dosiervorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeich net durch ein an die Kammer angeschlossenes Gebläse und durch eine Einrichtung, die, wenn die dritte Photozelle eine zwei-

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te Hubgrenzenmarkierung wahrnimmt, das Gebläse für eine vorbestimmte Zeitspanne einschaltet und dann die Bewegungsrichtung des beweglichen Teils umkehrt, derart, daß das bewegliche Teil in die erabe Lage zurückgeführt wird.

15. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenan- -gabeeinrichtung ein Datenträger (Datenkarte) ist.

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