ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР, СПОСОБ ПООЧЕРЕДНОГО АНАЛИЗА ОБРАЗЦОВ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ КЮВЕТ И СПОСОБ ЗАГРУЗКИ
CHEMICAL ANALYSER, METHOD FOR SUCCESSIVE ANALYSIS OF SAMPLES, APPARATUS FOR CUVETTE OPERATION AND LOADING METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к автоматизированным устройствам и способам, предназначенным для проведения химических анализов. В частности, изобретение относится к анализу растворов, полученных из образцов и реагентов, проводимому в автоматизированных анализаторах. В частности, изобретение относится к анализатору и способу согласно пунктам 1, 10, 13 и 20 Формулы изобретения.
Предшествующий уровень техники
Традиционно анализ образцов выполняют при помощи анализаторов, которые из аналитических устройств, управляемых вручную, превратились в автоматизированные многоцелевые устройства. Имеющиеся в настоящее время анализаторы могут выполнять несколько различных анализов в течение относительно короткого промежутка времени с высокой производительностью и при низких затратах по содержанию персонала. Конструкции традиционных автоматизированных анализаторов традиционно включают круговой вращающийся инкубатор, во внешнем периметре которого изготовлены отверстия, в которые вводят кюветы. Кюветы, помещаемые в инкубаторы, обычно представляют собой реакционные емкости, в которые при помощи анализатора дозируют анализируемые вещества и реагенты, вызывающие протекание реакций.
К настоящему времени произошел переход от индивидуальных реакционных емкостей, применяемых в традиционных инкубаторах, к кюветам, которые содержат несколько реакционных емкостей, что повышает эффективность анализаторов.
Проблема устройств описанного типа заключается в низкой вариабельности анализаторов и помещаемых в них кювет. Анализаторы, сконструированные для имеющихся в настоящее время систем, предназначенных для проведения большого количества анализов, включают большие инкубаторы, в которые может быть загружено значительное количество кювет. Тем не менее, эти кюветы нельзя применять в анализаторах, предназначенных для анализа меньшего количества образцов, то есть для устройства каждого размера требуются кюветы специального типа, что повышает затраты на приобретение материалов и их хранение.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на устранение по меньшей мере некоторых недостатков предшествующего уровня техники, и для этой цели предложен химический анализатор и способ анализа, в которых могут быть использованы стандартизованные гибкие кюветы, в которые могут быть помещены несколько образцов.
Химический анализатор согласно изобретению включает вращающийся инкубатор, снабженный отверстиями, в которые вводят загружаемые в анализатор кюветы. Кроме того, анализатор включает средства для анализа, расположенные вокруг инкубатора, и загрузочное устройство для загрузки кювет в отверстия, имеющие изогнутую форму. В свою очередь, загрузочное устройство анализатора включает загрузочную воронку, в которой прямая кювета подвергается сгибанию для совмещения с отверстиями инкубатора, имеющими изогнутую форму, и поршень, при помощи которого кюветы загружают в отверстия инкубатора через загрузочную воронку.
В частности, химический анализатор согласно изобретению отличается тем, что указано в отличительной части пункта 1 Формулы изобретения.
В соответствии со способом анализа образцов согласно изобретению, определяют протокол серии анализов, включающий анализ по одному образцу поочередно, после чего кювету, которая включает по меньшей мере две реакционные емкости, в которые загружены образец и реагент, помещают в отверстие инкубатора. При проведении анализа образца анализируют по меньшей мере один образец в кювете, который в момент проведения анализа находится в реакционной емкости.
В частности, способ анализа образца согласно изобретению отличается тем, что указано в отличительной части пункта 10 Формулы изобретения.
Устройство для эксплуатации кювет согласно изобретению включает вращающийся инкубатор и загрузочное устройство. В инкубаторе имеется по меньшей мере одно отверстие изогнутой формы, предназначенное для введения и транспортировки кювет. Загрузочное устройство включает загрузочный транспортер для хранения неиспользуемых прямых кювет и их транспортировки в инкубатор, а также поршень, предназначенный для вдавливания кюветы с того конца загрузочного транспортера, который находится со стороны инкубатора, в отверстие инкубатора. Загрузочное устройство также включает загрузочную воронку, предназначенную для введения прямой кюветы, вдавливаемой поршнем, и для сгибания кюветы для соответствия ее формы форме отверстия инкубатора, имеющего изогнутую форму.
В частности, устройство согласно изобретению для эксплуатации кювет отличается тем, что указано в отличительной части пункта 13 Формулы изобретения.
В соответствии со способом загрузки согласно изобретению для загрузки кюветы в отверстие инкубатора кювету транспортируют к участку отверстия инкубатора и загружают в отверстие инкубатора перемещением поршня. Во время загрузки кювете придают форму для совмещения с отверстием инкубатора при помощи поршня, загружая ее через загрузочную воронку изогнутой формы.
В частности, способ загрузки согласно изобретению отличается тем, что указано в отличительной части пункта 20 Формулы изобретения.
Изобретение имеет ряд серьезных преимуществ. Благодаря наличию загрузочной воронки анализатора, в анализаторы различных размеров могут быть помещены стандартные кюветы одного размера, которые содержат несколько емкостей для образцов. Анализаторы, подходящие для стандартизованных кювет, в которые может быть помещено множество образцов, могут быть выгодны с точки зрения объемов при приобретении кювет. Это также удешевляет хранение кювет, поскольку используются кюветы только одного типа, то есть для хранения изделий не требуются дополнительные ресурсы. Кроме того, поскольку кюветы имеют прямую (неизогнутую) форму, их хранение облегчается по сравнению с хранением, например, кювет изогнутой формы.
Краткое описание графических материалов
Ниже более подробно описаны примеры осуществления изобретения, сопровождаемые графическими материалами.
На Фиг.1 показан вид сверху анализатора согласно изобретению.
На Фиг.2 показано перспективное изображение анализатора, изображенного на Фиг.1.
На Фиг.3 показана загрузочная воронка, изображенная на Фиг.1 и Фиг.2.
На Фиг.4 показано различие между анализом по одному образцу поочередно и серийным анализом.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Как показано на Фиг.1 и Фиг.2, анализатор 1 согласно изобретению включает нагреваемый инкубатор 20, во внешнем периметре которого выполнены отверстия 21 для введения кювет. В частности, инкубатор согласно изобретению особенно удобен для загрузки кювет, изготовленных из достаточного эластичного и прозрачного материала. Эластичность материала позволяет сгибать соединительную перемычку кювет относительно ее длинной стороны, а прозрачность позволяет анализировать содержащийся в кювете образец через стенку кюветы, то есть во время анализа образец не обязательно должен быть извлечен из кюветы. Согласно изобретению, кювету 70, которая состоит из нескольких реакционных емкостей и соединяющих их перемычек, помещают в отверстия 21 инкубатора 20. Кювета 70 может содержать, например, 10 реакционных емкостей, расположенных в цепочку друг за другом таким образом, что их соединительные перемычки параллельны друг другу; в этом случае кювета 70 не изогнута, и в нее могут быть загружены 10 разных образцов. Кроме того, самые крайние реакционные емкости одного из особенно предпочтительных примеров осуществления кюветы 70 снабжены гибкими язычками, при помощи которых кювета 70 может быть согнута с образованием изогнутой формы, но при этом самые крайние емкости для образцов не подвергаются сжатию. Кюветы, подобные описанным, особенно подходящие для осуществления настоящего изобретения, рассмотрены в заявке на патент Финляндии No. 20085509.
Круговой инкубатор 20 согласно изобретению установлен на подшипнике, находящемся в центре инкубатора, где установлены средства вращения (не показаны), при помощи которых инкубатор 20 может поворачиваться на требуемый угол в нужном направлении. Средства вращения могут, например, включать сервопривод, имеющий высокую точность позиционирования, но также и чрезвычайно высокую стоимость. Кроме того, достаточная точность силовой передачи инкубатора 20 может быть достигнута при его непосредственной установке на валу экономически эффективного и достаточно точного шагового двигателя, имеющего достаточную точность для рассматриваемого применения и включающего лишь самое необходимое количество движущихся деталей, то есть включающего минимальное количество элементов, создающих неточность при передаче. Важно, чтобы скорость вращения и точность позиционирования силовой передачи средств вращения были достаточно высокими, и ускорение вращения инкубатора 20 было плавным и хорошо регулируемым.
Анализатор 1 также включает загрузочное устройство 40, присоединенное к инкубатору 20. Загрузочное устройство 40 включает средства доставки кювет 70 в инкубатор 20. Загрузочное устройство 40 включает загрузочный транспортер 50, вдоль которого происходит перемещение кювет 70 для их последующей загрузки в отверстие 21 инкубатора 20. В простейшем варианте загрузочный транспортер 50 представляет собой канал, имеющий U-образную форму поперечного сечения, ширина днища которого равна ширине нижнего края загружаемой кюветы 70, и при этом вертикальные края канала по существу расположены выше кюветы 70. Таким образом, кювета 70 может перемещаться загрузочным транспортером 50 при помощи выступов, находящихся на кювете, так что выступы кюветы 70 опираются на вертикальные края загрузочного транспортера 50, сохраняя некоторое расстояние между краями емкости для образца и днищем загрузочного транспортера 50. Зазор между нижним краем кюветы 70 и днищем загрузочного транспортера 50 обеспечивает отсутствие касания между нижним краем кюветы 70 и днищем загрузочного транспортера 50, предотвращая, таким образом, шум при перемещении и истирание кюветы. Поскольку кюветы 70, перемещаемые по загрузочному транспортеру 50, имеют неизогнутую форму, их транспортировка не вызывает затруднений, и они не блокируют канал при проталкивании. Кюветы 70 перемещаются толкателем (не показан), который толкает ряд кювет 70, подвешенных на выступах, по направлению к инкубатору 20. Толкатель может представлять собой, например, простой пневматический цилиндр, управляемый с удаленного командного пульта. В альтернативном варианте загрузочный транспортер 50 может иметь наклон, и, в этом случае, кюветы 50 движутся вдоль транспортера под действием силы тяжести, и, таким образом, в загрузочной воронке 30 всегда будет находиться готовая к загрузке кювета 70. Тем не менее, в загрузочной воронке 30 в каждый момент времени не может находиться более одной кюветы 70, поскольку ось поршня 41 предотвращает попадание следующей кюветы 70 в воронку во время выполнения загрузки.
Загрузочная воронка 30, которая представляет собой часть загрузочного устройства 40 и через которую в отверстие 21 инкубатора попадают кюветы 70, присоединена к тому концу загрузочного транспортера 50, который ближе к инкубатору 20. Загрузку производят при помощи поршня 41 загрузочного устройства 40, нижний край которого предназначен для вдавливания кюветы 70 одним движением в загрузочную воронку 30, в которой происходит изменение формы кюветы с целью ее совмещения с отверстием 21. Кривизна отверстия 21 совпадает с кривизной внешней окружности инкубатора 20. Благодаря своей гибкости, кювета 70 может быть помещена в инкубаторы 20, имеющие как различные размеры, так и разные радиусы кривизны. В этой связи, термин «неизогнутая (прямая) форма» означает форму кюветы, кривизна которой не была изменена путем изгибания. Соответственно, термин «изогнутая форма» кюветы означает форму кюветы, кривизна которой была изменена путем изгибания.
Как показано на Фиг.3, загрузочная воронка 30 имеет такую форму, что при прохождении через нее кюветы 70 последняя принимает изогнутую форму, подходящую для введения в отверстие 21 нажатием поршня 41. Сторона 31 загрузочной воронки 30, к которой прижимается кювета 70, при рассмотрении со стороны введения кюветы 70 имеет вогнутую форму, то есть при прижимании к этой стороне кювета 70 изгибается, принимая кривизну окружности инкубатора 20. Загрузочная воронка 30 имеет такую форму, что кривизна ее нижнего края соответствует кривизне отверстия 21 инкубатора 20. Другими словами, могут быть изготовлены различные типы загрузочных воронок 30, подходящих для инкубаторов 20, имеющих разные размеры, в которые, тем не менее, могут быть помещены такие же кюветы 70, - это приводит к экономии средств, что является целью настоящего изобретения. Поскольку до использования в анализаторе 1 кюветы 70 имеют неизогнутую форму, их хранение также не требует дополнительных затрат.
Та сторона 31 загрузочного устройства 40, к которой присоединяют загрузочную воронку 30, может быть плоской, т.е. иметь постоянную кривизну; в ином случае, кривизна этой стороны может изменяться в вертикальном направлении, то есть принимающая сторона 31 имеет плоский верхний край, приобретающий более крутой изгиб при приближении к нижней части. В этом случае кювета 70 сгибается постепенно, в соответствии с кривизной принимающей стороны 31, но если сторона 31 имеет равномерный изгиб, то кювета 70 сгибается сразу, приобретая нужную форму. Загрузочная воронка 30 также снабжена выступами, находящимися на краях принимающей стороны, которые служат боковыми направляющими кюветы. Таким образом, кювета 70 контактирует с другими поверхностями только выступами, и только выступы подвергаются износу и истиранию при сгибании. Это защищает уязвимые поверхности кюветы 70 от износа. Кроме того, боковые края загрузочной воронки снабжены направляющими 33, при помощи которых кювета принимает изогнутую форму. В момент прижимания кюветы 70 к нижнему краю загрузочной воронки 30 ее выступы прижаты вовнутрь, разделяющие перегородки согнуты, и сама кювета 70 плотно прижата к принимающей стороне 31 загрузочной воронки 30 и готова для плотной фиксации в отверстии 21 инкубатора 20. При помощи выступов кювета 70 позиционируется и центрируется в отверстии 21 инкубатора 20, даже если инкубатор 20 слегка сдвинут относительно точного положения.
Загрузочное устройство 40 включает вертикальный направляющий стержень 42, к внешнему краю которого присоединен движущийся в вертикальном направлении поршень 41. Поршень 41 может быть приведен в движение, например, при помощи вертикально движущегося линейного привода или электродвигателя, к валу которого присоединен зубчатый приводной ремень. Ход поршня 41 достаточен для того, чтобы при нажиме поршня на кювету 70 сверху вниз ее верхний край располагался в отверстии 21 на требуемой высоте. Таким образом, вертикальное позиционирование определяется глубиной перемещения поршня 41, которая может быть запрограммирована, например, посредством ограничения угла вращения электродвигателя. Как указано выше, при загрузке кюветы 70 в отверстие 21 основное изнашивающее воздействие принимают на себя выступы, а внешние поверхности кюветы остаются защищенными от этого воздействия. После успешного введения кюветы 70 в отверстие 21 инкубатора 20 производят анализ образца или дозирование реагентов в кювету.
Инкубатор 20 нагревают при помощи электрических сопротивлений. Для стабилизации температуры инкубатор также может быть снабжен термоизоляцией. Нагревание предназначено для поддержания наиболее благоприятных условий анализа, поэтому к емкостям для образцов кюветы 70 подводят тепло, которое предается содержащимся в них образцам. Например, при анализе образцов, полученных из тканей человека, целевая температура может быть равна 37°C. Тем не менее, при использовании кювет 70 описанного выше типа разделяющие перегородки и выступы кювет отделяют реакционные емкости друг от друга и от крайних поверхностей отверстия 21, что позволяет устранять неравномерное распределение температуры между емкостями для образцов. В альтернативном варианте, если имеющаяся температура слишком высока, инкубатор 20 также может быть охлажден до нужной температуры. Охлаждение может быть произведено, например, при помощи элемента Пельтье.
Средства для анализа 60 расположены вокруг инкубатора 20 таким образом, что проведение анализа не требует извлечения кюветы 70 из отверстия 21. Например, в соответствии с одним из предпочтительных примеров осуществления, нижняя часть кюветы 70 изготовлена из прозрачного материала, через который может быть непосредственно произведено оптическое определение, без извлечения кюветы 70 из отверстия 21. Таким образом, вещества помещают в емкости кюветы 70, загружаемой в отверстие 21 инкубатора 20 с загрузочного транспортера 50, при помощи нескольких манипуляторов простым перемещением инкубатора 20. Затем выполняют анализ, например, дозируя реагент в реакционную емкость кюветы 70 при помощи дозатора для реагента, в который вещество направляют из хранилища для реагента. Хранилище и дозатор для реагента также расположены вокруг инкубатора 20. Для дозирования реагента инкубатор 20 должен быть повернут в нужное положение, то есть в положении для введения реагента должна находиться требуемая реакционная емкость требуемой кюветы 70. Основная идея установки состоит в том, что образец перемещают вместе с кюветой 70, положение которой изменяют вращением инкубатора 20, то есть количество перемещений и направлений перемещения в анализаторе 1 минимально. Средства для анализа 60 также могут включать анализирующее устройство, которое может засасывать образец из реакционной емкости кюветы 70 и определять его свойства внутри этого устройства. Традиционное устройство для анализа, подобное описанному, может представлять собой, например, ионоселективный электрод. Образцы анализируют оптическим способом, например фотометрическим способом.
Дозирование анализируемых образцов производят тем же способом, что и дозирование реагентов, используя дозатор для образцов, в который вещества направляют из хранилища для образцов. Последовательность дозирования образцов и реагентов может быть различной, в зависимости от испытаний, включаемых в анализ. Хранилища для образцов и реагентов обычно представляют собой хранилища карусельного типа, снабженные индексацией, в которых управление расположением и позиционированием участка хранения осуществляют с пульта дистанционного управления наряду с управлением всем анализатором 1. Реагент и образец могут быть смешаны при повороте инкубатора 20 в положение, находящееся вблизи отдельного перемешивающего устройства, и последующим запуском этого перемешивающего устройства. Содержимое каждой реакционной емкости может быть подвергнуто оптическому анализу, описанному выше, например, при помощи манипуляторного анализатора, предназначенного для засасывания образца в камеру для анализа, измерения разности потенциалов и сравнения полученного значения с эталонной величиной. Установка и программирование продолжительности испытаний и времени перемещения известны. Анализатор включает по меньшей мере одну аналитическую станцию. Количество и местоположение аналитических устройств ограничено количеством станций, расположенных вокруг инкубатора.
В способе согласно изобретению для анализа образцов применяют устройство, подобное описанному выше, в котором анализ производят по одному образцу поочередно. Проведение анализа по одному образцу поочередно обосновано конструкцией анализатора, которая позволяет устанавливать различные продолжительности испытаний, так что анализ следующего образца может быть выполнен после завершения анализа предыдущего образца. Указанная возможность изменения установок реализуется благодаря конструкциям средств для анализа, хранилищ для веществ и перемешивающих устройств, расположенных вокруг вращающегося инкубатора. Таким образом, перемещение реакционной емкости, в которой находится образец, не включает определенную последовательность действий, но включает перемещение только к требуемым станциям.
Таким образом, образец дозируют в реакционную емкость анализатора 1, где он остается только в течение времени, требуемого для дозирования, инкубации и смешивания. Различие между анализом образцов по одному образцу поочередно и анализом по одному испытанию поочередно показано на Фиг.4. Анализ образцов не требует большой продолжительности испытаний и дает возможность гибкого изменения последовательности испытаний. Изменение последовательности испытаний позволяет, например, проводить какой-либо срочный анализ перед анализом остальных образцов, не ожидая выполнения запрограммированной последовательности испытаний.
После выполнения анализов всех образцов, находящихся в емкостях кюветы 70, кювета 70 может быть извлечена из отверстия 21 при помощи поршня 41, посредством которого производят загрузку кювет, который, в этом случае, выталкивает кювету 70 из отверстия 21 в отдельный контейнер для отработанного материала или выпускное отверстие 11 в корпусе 10. В альтернативном варианте, поршень 41 может загружать новую кювету 70 в загрузочную воронку 30 через отверстие 21, и при этом новая кювета выталкивает использованную кювету 70 в отдельный контейнер для отработанного материала или выпускное отверстие 11 в корпусе 10. В альтернативном варианте, в соответствии с конструкцией анализатора 1, кюветы 70 загружают в отверстия 21 снизу, и, в этом случае, загрузочное устройство 40 с загрузочной воронкой 30 будет находиться под инкубатором 20. Тем не менее, в этом случае, удаление кювет 70 из отверстия 21 будет более затруднительным, и такой пример осуществления изобретения не является предпочтительным.
Для обеспечения быстрого проведения анализа и высокой производительности анализатор 1 согласно изобретению и также согласно одному из предпочтительных примеров осуществления изобретения снабжен по меньшей мере одним инкубатором 20, одним хранилищем для реагентов и одним хранилищем для образцов, а также дозаторами для указанных веществ или их сочетаниями, одним перемешивающим устройством и одним оптическим средством 60 для анализа. Таким образом, при проведении одного анализа одновременно могут быть выполнены несколько операций с разными образцами. Согласно одному из примеров осуществления, например, в течение восьми секунд могут быть загружены один образец и один реагент, смешаны две смеси и проанализированы пять образцов.