Verfahren zur Bildung und Behandlung von Einheitsmengen eines Strömungsmittels in einer Leitung sowie Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung und Behandlung von Einheitsmengen eines Strömungsmittels in einer Leitung, deren Länge der Länge eines Behandlungspfades entspricht, entlang welchem bestimmte Behandlungsschritte ausgeführt werden, sowie eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung verschiedener chemischer Prozesse mit Strömungsmitteln, wie sie z.B. in der analytischen oder der präparativen Chemie durchgeführt werden, wobei die Strömungsmittel, die behandelt werden, in voneinander getrennte Einheiten unterteilt sind und behandelt werden, während sie sich in einer Leitung befinden.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Ausführung der Prozesse, mit welchen sich die Erfindung befasst, sind entweder für eine schubweise Arbeitsweise oder für eine kontinuierliche Arbeitsweise bestimmt. Bei einer schubweisen Behandlung werden einzelne Proben von z.B. Blut, Urin, Wasser, Gas oder einem anderen Strömungsmittel in getrennten Behältern untergebracht, worauf die so gebildeten Proben mit getrennten Mengen von Reagenzien behandelt werden, wobei die Proben während der Behandlung voneinander getrennt gehalten werden. Bei einer bekannten Form einer kontinuierlichen Behandlung sind die Proben voneinander durch Luftblasen getrennt, während sie durch eine Leitung oder ein Rohr strömen, in welches sie in einer bestimmten Folge eingeführt wurden. Die Luftblasen, die einen Teil der Strömung bilden, verhindern im wesentlichen eine Vermischung in Längsrichtung.
Sie spülen dabei die Wände der Leitung des Rohres bei ihrer Bewegung, was zur Trennung der Proben als einzelner Einheiten voneinander führt. Bei den beiden Arten von Behandlungen wurden verschiedene Versuche gemacht, um die Zugabe von Material bzw. die Entnahme der Proben zu erleichtern und eine Behandlung und Analyse der Proben durch Erhitzung, Kühlung, Dialyse, Mischung oder Kolorimetrie zu ermöglichen.
Beide Arten der Behandlung, die schubweise wie die kontinuierliche haben beim heutigen Zustand der Entwicklung erwünschte wie auch unerwünschte Eigenschaften. So gewährleistet z. B. die schubweise Behandlung eine absolute Trennung der einzelnen Proben, während bei einer kontinuierlichen Behandlung die Trennung nicht absolut ist und eine gewisse Vermischung der Proben entstehen kann. Die Vorrichtungen für die schubweise Arbeit haben auch den Vorteil, dass die Verfahrensschritte unabhängig vom Zeitraum zwischen den einzelnen Schritten durchgeführt werden können, wogegen beim kontinuierlichen Verfahren, wenn die Strömungsgeschwindigkeit geändert wird oder die Behandlung unterbrochen wird, die Resultate direkt beeinflusst werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen, welche zur kontinuierlichen Behandlung verwendet werden, haben anderseits den Vorteil, dass die Behandlung einer grossen Anzahl von Proben sehr rasch durchgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen Behandlung besteht darin, dass Analysen mit der Hilfe unvollständiger Reaktionen durchgeführt werden können, da der Zeitablauf ein wesentlicher Teil der Behandlung ist. Bei der schubweisen Behandlung ist es hingegen wesentlich, dass vor der Durchführung einer Analyse die Reaktionen beendet sind, da sonst die Zeit als ein zusätzlicher Faktor überwacht werden müsste. Arbeitsschritte, wie z. B. eine Filtrierung oder eine Zugabe, sind im Falle einer schubweisen Behandlung diskontinuierlich, im Falle einer kontinuierlichen Behandlung jedoch zwangsweise kontinuierlich.
Weiter besteht zwischen der schubweisen und der kontinuierlichen Behandlung der Unterschied, dass bei der schubweisen Behandlung die Proben in gleichen oder verschiedenen Behältern an die verschiedenen Behandlungsstellen bewegt werden, während bei der kontinuierlichen Behandlung die Proben und das ihnen zugeordnete Material sich bewegen, wobei ihr Behälter, d. h. die Leitung, in welcher sich die Strömung der Proben bewegt, unbeweglich bleibt.
Während einzelne Proben bei schubweiser Behandlung ohne eine Beeinflussung benachbarter Proben behandelt werden können, besteht keine praktisch ausführbare Möglichkeit bei der kontinuierlichen Behandlung, z.B. einer Zufuhr oder Entnahme bei bestimmten Proben, welche einen Teil einer kontinuierlichen Strömung bilden, ohne dass dadurch benachbarte Proben beeinflusst werden. Obwohl noch weitere Vergleiche durchgeführt werden können, kann angenommen werden, dass diese Gegenüberstellung zur Beurteilung der vorliegenden Erfindung ausreicht.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der erwähnten Art zum Ziel, welche die Vorteile der beiden bekannten Behandlungsarten, der schubweisen und der kontinuierlichen, verbinden, während sie ihre Nachteile vermeiden.
Das erfindungsgemässe Verfahren, durch welches dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad gegenüberliegende Wandteile aufweist, die zueinander beweglich sind, sowie mindestens eine Öffnung, die an einer Stelle des Pfades angeordnet ist, und dass eine Mehrzahl der Wandteile derart bewegt wird, dass in der Leitung eine Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlichen aufhebbaren Dichtungstrennstellen entsteht, derart, dass die Bildung einer zusammenhängenden Strömung des Strömungsmittels entlang des Behandlungspfades verhindert ist und die Leitung eine Mehrzahl von voneinander getrennten Kammern bildet, die durch die Dichtungstrennstellen begrenzt sind und von der Leitung umschlossen sind, wobei die Dichtungstrennstellen relativ zur Leitung bewegt werden, derart,
dass sich die Kammern entlang des Pfades bewegen und nacheinander mit der Öffnung in Verbindung gebracht werden, und wobei wahlweise durch die Öffnung ein Strömungsmittel zugeführt oder entfernt wird, während die Kammer mit der Öffnung in Verbindung steht, je nach einem Behandlungsprogramm der betreffenden Einheitsmenge des Strömungsmittels, die sich in der Kammer befindet, und unabhängig von der Behandlung von Einheitsmengen in anderen Kammern.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine erste Leitung für die Aufnahme eines Strömungsmittels, welche gegenüberliegende Wandteile aufweist, die zueinander beweglich sind, eine Mehrzahl von Dichtungstrennorganen, die in Abständen entlang der Leitung angeordnet sind und der Bildung getrennter Kammern in der Leitung dienen, wobei jedes der Dichtungstrennorgane entlang der Leitung beweglich ist, sowie durch mindestens eine Leitung, die an einer gegebenen Stelle mit der ersten Leitung in Verbindung steht und der wahlweisen Zufuhr oder Entfernung eines Strömungsmittels in die Kammer bzw. aus der Kammer dient.
In der Leitung, die z. B. ein Schlauch aus biegsamem Kunststoff sein kann, kann eine Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlichen Druckstellen gebildet werden, an welchen eine Dichtungstrennstelle entsteht, durch welche ein Durchdringen der Flüssigkeit verhindert wird. Entlang der Länge der Leitung kann eine Mehrzahl von Druckstellen in gegebenen Abständen gebildet werden, die ausreicht, um zu gewährleisten, dass entlang der Länge der Leitung alle Verfahrensschritte durchgeführt werden können. Die Länge der Leitung kann dabei jederzeit in eine Folge von Kammern unterteilt sein, die zur Aufnahme von einzelnen Einheitsmengen einer Flüssigkeit oder eines Strömungsmittels geeignet sind, wobei die in einer Kammer befindliche Einheitsmenge von allen anderen Einheitsmengen getrennt gehalten wird.
Die Flüssigkeit strömt nicht als solche, sondern die einzelnen Einheitsmengen der Flüssigkeit können voneinander getrennt gehalten und entlang der Leitung dadurch bewegt werden, dass die einzelnen Druckstellen gegenüber der Leitung bewegt werden. Dadurch kann erreicht werden, dass, obwohl die Arbeitsweise kontinuierlich erfolgt in dem Sinne, dass die einzelnen Einheitsmengen der Flüssigkeit in einer ununterbrochenen Folge entlang der Länge der Leitung bewegt werden, die zur Behandlung der Flüssigkeit verwendet wird, die Flüssigkeit selbst in einer Weise wie bei der schubweisen Behandlung behandelt wird, da die Flüssigkeit in der Form von getrennten Einheitsmengen eingeführt und befördert wird, welche nicht einen Teil einer Strömung bilden, wie dies bei den kontinuierlichen Verfahren der Fall war.
Die auf die beschriebene Weise gebildeten einzelnen Kammern können zur Ausführung einzelner Schritte zur Behandlung der in den Kammern enthaltenen Flüssigkeiten verwendet werden. Unter Behandlung ist in diesem Zusammenhang die Ausführung von beliebigen typischen Verfahrensschritten zu verstehen, wie z.B. die Zugabe eines Materials zur Flüssigkeit, die Entnahme aus der Flüssigkeit, eine Beobachtung, Messung oder ein Filtrieren. Die Behandlung kann erfolgen, während sich die Flüssigkeiten in den erwähnten Kammern befinden. Die Kammern können während des ganzen Verlaufes der Behandlung der Flüssigkeiten aufrechterhalten werden, und obwohl sich eine derartige Kammer entlang der Leitung bewegt, in welcher die Behandlung der Flüssigkeit erfolgt, so kann die Flüssigkeit in jeder Kammer getrennt von den Flüssigkeiten in allen anderen Kammern gehalten werden.
Die Kammern können dabei als Behälter für eine schubweise Behandlung dienen, da die Zu fuhr uhrvon Flüssigkeiten in jede der Kammern, ihre Entnahme und die Behandlung der Flüssigkeiten in den einzelnen Kammern unabhängig davon erfolgen, welche Behandlungen an Flüssigkeiten in den anderen Kammern durchgeführt werden.
Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Ansicht mit Teilschnitt einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 eine räumliche Teilansicht einer anderen Vorrichtung, welche zylindrisch sein kann, jedoch zur Erläuterung gestreckt dargestellt wurde,
Fig. 3 einen Teilschnitt mit der Darstellung der Verwendung einer elastischen Rolle,
Fig. 4 einen Teilschnitt mit der Darstellung der Verwendung einer starren Rolle,
Fig. 5 bis 10 verschiedene Stadien der Bewegung einer Einheit eines Strömungsmittels gegenüber der Leitung,
Fig. 11 einen Typ einer inneren Dichtung, die zur Entleerung der Leitung an einer Stelle verwendet werden kann,
Fig. 12 einen Typ einer dauernden inneren Dichtung, welche zur Trennung der Einheiten des Strömungsmittels verwendet werden kann,
Fig.
12A eine Ausführung einer inneren Dichtung, die als ein System zur Ausführung einer gleichzeitigen Trennung und darauffolgenden Verbindung von Einheiten des Strömungsmittels verwendet werden kann,
Fig. 13 die Weise, wie eine Kammer mit einer bekannten Menge des Strömungsmittels an einer Füllstelle gefüllt werden kann,
Fig. 14 die Weise, wie ein konstantes Volumen eines Strömungsmittels unabhängig vom zeitlichen Verlauf eingeführt werden kann;
;
Fig. 15 die Weise, wie eine Probe des Strömungsmittels auf ein bekanntes Volumen verdünnt werden kann,
Fig. 16 eine Hilfsrolle zur Beschleunigung der Vermischung eines Strömungsmittels einer Kammer,
Fig. 17 die Verwendung von festen inneren Dichtungsstellen zur Ausführung einer Vermischung,
Fig. 18 und 19 im Schnitt und im Grundriss die Verwendung einer inneren Membran sowie fester hydraulischer Dichtungsstellen für die Ausführung einer Dialyse,
Fig. 20 die Verwendung von Elektroden für pH-Messungen,
Fig. 21 die Verwendung einer optischen Küvette bei der erfindungsgemässen Vorrichtung und
Fig. 22 einen Schnitt eines erfindungsgemässen Systems.
In der Fig. 1 ist schematisch eine grundlegende Ausführung der Erfindung dargestellt, die einen zylindrischen Körper 25 aus einem starren Material, wie z.B. einem Metall, hartem Kunststoff usw., enthält. An der inneren Wand 28 des Körpers 25 ist ein biegsamer Schlauch 26 befestigt; der aus Kunststoff oder einem ähnlichen Material hergestellt sein kann. Der Schlauch 26 besteht aus einem Stück und hat einen gleichmässigen inneren Durchmesser, wobei die Länge des Schlauches derart gewählt ist, dass sie zur Ausführung eines vollständigen durchzuführenden Prozesses, wie z. B. einer Bestimmung des Hämoglobingehaltes vom Blut ausreicht.
Ein Schlauch 30 ist an der Wand des Körpers 25 befestigt und ist an den Schlauch 26 derart angeschlossen, dass durch ihn eine Quelle 31 einer zu behandelnden Flüssigkeit, wie z.B. von Blut, mit dem Schlauch 26 verbunden werden kann.
Ein weiterer Schlauch 32, welcher in Umfangsrichtung vom Schlauch 26 entfernt ist, ist ebenfalls an der Wand des Körpers 25 befestigt und steht in gleicher Weise wie der Schlauch 30 mit dem Schlauch 26 derart in Verbindung, dass durch ihn eine Quelle 33 eines Reagenzmittels mit der im Schlauch 26 befindlichen Flüssigkeit oder umgekehrt verbunden werden kann, je nach der Art des Prozesses. An der Wand des Körpers 25 ist ein weiterer Schlauch 34 befestigt, welcher der Entfernung der Flüssigkeit nach einer Beendigung der Behandlung sowie einer Zufuhr einer Spüllösung von einer Quelle 35 dient. Zum Verschliessen der Schläuche 30, 32 und 34 können nach Bedarf Ventile 29 verwendet werden.
Zur Bildung von fortschreitend beweglichen, gegeneinander in einem festen Abstand befindlichen, praktisch vollkommenen Dichtungstrennstellen sind drei Rollen 40, 41 und 42 vorgesehen, welche an Armen 43 (nicht dargestellt) 44 und 45 drehbar befestigt sind. Die Arme 43, 44 und 45 sind durch Federn belastet, wie dies schematisch durch die Federn 46 dargestellt ist. Die Federn sind so gewählt, dass sie an den Stellen, wo die Rollen 40, 41 und 42 den Schlauch 26 niederdrücken, im wesentlichen vollkommene Dichtungstrennstellen entstehen lassen.
Die Rollen 40, 41 und 42 mit ihren Armen sind durch eine Welle 50 angetrieben, welche mit einem geeigneten, nicht dargestellten Antrieb mit niedriger Drehzahl verbunden ist. Wenn z.B. angenommen wird, dass die Fig. 1 eine Darstellung in natürlicher Grösse ist, kann der Antrieb die Welle 50 mit zwei bis drei Umdrehungen in der Minute bewegen.
Wenn sich die Welle 50 dreht, so werden die hydraulischen Dichtungsstellen, die mit 51, 52 und 53 bezeichnet sind, fortschreitend entlang des Schlauches 26 bewegt, während ihr gegenseitiger Abstand unverändert bleibt. Auf diese Weise entsteht zwischen den Rollen 41 und 42 eine erste Kammer, eine zweite Kammer zwischen den Rollen 42 und 43 und eine dritte Kammer zwischen den Rollen 43 und 41. Die einzelnen Kammern sind voneinander durch die Dichtungstrennstellen getrennt, welche durch die Rollen 41, 42 und 43 gebildet und dauernd aufrechterhalten werden, und zwar unabhängig davon, ob sich die Rollen 41,42 und 43 bewegen oder nicht.
Das bedeutet, dass im Gegensatz zu den bekannten kontinuierlichen Verfahren das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung nicht von einer kontinuierlichen Bewegung der Strömung der Flüssigkeit abhängig sind, um eine Trennung der einzelnen Flüssigkeiten in einzelne Einheitsmengen zu erhalten. Die Welle 50 oder die ihr entsprechenden Teile bei den anderen Ausführungen der Erfindung können nämlich zum Stillstand gebracht werden, ohne dass dadurch die Anwesenheit der Kammern beeinflusst wird, welche die hydraulische Isolierung der einzelnen Einheitsmengen der Flüssigkeit zur Folge hat.
Wenn z.B. bei der bekannten Trennung durch Luftblasen die Strömung der Flüssigkeit zum Stillstand gebracht wird oder nur ihre Geschwindigkeit verändert, besteht die Gefahr, dass sich die Luftblasen verteilen oder ihr dynamisches Verhalten verändern, was eine unerwünschte Vermischung in Längsrichtung zur Folge hat.
Wenn sich die Welle 50 langsam dreht, bleiben die drei Kammern, welche im Schlauch 26 zwischen jedem Paar von Rollen gebildet werden und welche sich entlang des Schlauches bewegen, hydraulisch voneinander getrennt. Es kann daher eine Zufuhr, eine Entnahme oder Behandlung von Flüssigkeit in einer der Kammern erfolgen, ohne dass dadurch die übrigen Kammern beeinflusst werden und sogar während andere Behandlungen in den anderen Kammern verlaufen. Alle Behandlungen können dabei auf einer kontinuierlichen Basis ausgeführt werden, in dem Sinn, dass die Welle 50 verhältnismässig langsam gedreht werden kann, wobei jede Kammer für sich isoliert bleibt, während sie ihre Stellung verändert, und die Behandlung in der Kammer während einer derartigen Bewegung beendet werden kann.
Bei einer Drehzahl von drei Umdrehungen in der Minute können zum Beispiel während jeder Minute neun Proben vollständig behandelt werden.
Eine weitere, etwas verallgemeinerte Ausführung der Erfindung ist in der Fig. 2 dargestellt, in der der grundlegende Aufbau eben ist und nicht zylindrisch wie in der Fig. 1, um zu zeigen, dass die Erfindung in verschiedener Weise realisiert werden kann. In der Fig. 2 entspricht ein Körper 60 dem Körper 25 aus der Fig. 1, und Rollen 61, 62, 63, 64, 65, 66 und 67 entsprechen den Rollen 40,41 und 42. Am Körper ist eine Folie eines biegsamen oder verhältnismässig steifen Materials 70 befestigt, z.B. von Gummi oder einem von verschiedenen Kunststoffen, wie sie unter den Handelsbezeichnungen Tygon, Teflon und so weiter vertrieben werden.
Die Folie 70 ist an den Rändern des Körpers 60 durch einen geeigneten Klebstoff befestigt, welcher entlang von Linien 71 und 72 angeordnet ist, so dass der Zwischenraum zwischen dem Körper 60 und der Folie 70 einen leitungsartigen Pfad bildet, welcher zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeiten geeignet ist. Der Körper 60 wie die Folie 70 können aus verschiedenen Materialien, wie z.B. Metallen, starren Kunststoffen, Hartgummi usw., hergestellt sein.
Gleicherweise können die Rollen 61 bis 67 aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wie z.B. einem Metall, Hartgummi usw. Wie durch die Fig. 3 und 4 dargestellt ist, kann der Charakter des Körpers 60 und der Rollen 61 bis 67 verschieden sein. In der Fig. 3 ist ein Körper 60' aus starrem Material dargestellt, eine Folie 70' aus einem unelastischen Material sowie eine Rolle 61' aus einem elastischen Material.
Entsprechend der Darstellung der Fig. 4 besteht eine Basis 60" aus einem elastischen Material, eine Folie 70" aus einem unelastischen Material und die Rolle 61" aus einem starren Material. In beiden Fällen werden auf diese Weise an den verschiedenen Berührungsstellen 61a, 62a, 63a, 64a, 65a, 66a und 67a in der Fig. 2 praktisch vollkommene Dichtungstrennstellen erhalten.
Um die Vielfaltigkeit der Erfindung zu zeigen, sind bei der Ausführung nach der Fig. 2 Rohre 75, 76, 77, 78, 79 und 80 für die Zufuhr bzw. die Entnahme einer Flüssigkeit vorgesehen, von denen jedes mit einem Ventil 81 versehen sein kann.
Im Betrieb wird durch die Rollen 61 bis 67 die Leitung, welche durch den Körper 60 und die Folie 70 gebildet wird, derart deformiert, dass an jeder der Druckstellen 61a bis 67a eine praktisch vollkommene Dichtungstrennstelle entsteht und aufrechterhalten wird, während sich die Stellen 61a bis 67a entlang der Leitung bewegen. In gleicher Weise wie bei der Anordnung nach der Fig. 1 entsteht in der Fig. 2 zwischen jedem Paar von Rollen, wie z.B. den Rollen 61 und 62, eine Kammer 85, welche von allen übrigen Kammern 86, 87, 88, 89 und 90 hydraulisch isoliert ist.
Wenn der Körper 60 mit der Folie 70 unbeweglich ist, werden bei einer Bewegung der Rollen 61 bis 67 mit einer verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeit in der Richtung des in der Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles die Kammern 85 bis 90 zusammen mit ihrem Inhalt ebenfalls bewegt, und zwar unter dem Einfluss der Bewegung der Dichtungstrennstellen 61a bis 67a. Während dieser fortschreitenden Bewegung zwischen dem Körper 60 und den Rollen 61 bis 67 können verschiedene Flüssigkeiten, die sich am betreffenden Prozess beteiligen, den verschiedenen Kammern durch die Rohre 75 bis 80 zugeführt, entnommen, in diesen vermischt oder auf eine andere Weise behandelt werden. Die Behandlung in der Kammer 85 kann vollständig unabhängig von Behandlungen erfolgen, die z.B. in der Kammer 86 ausgeführt werden. Wenn z.
B. die Kammer 85 betrachtet wird, so sieht man, dass, wenn sich die Kammer 85 in der Stellung befindet, die in der Fig. 2 dargestellt ist, durch das Rohr 75 der Kammer 85 eine Flüssigkeit zugeführt werden kann, der Kammer eine Flüssigkeit entnommen werden kann oder dass eine Vermischung erfolgen kann, ohne dass dabei der Inhalt einer der übrigen Kammern beeinflusst wird. Wenn sich die Kammer 85 bewegt und die Stellung der Kammer 86 einnimmt, welche diese in der Fig. 2 hat, so kann der Inhalt der Kammer 85 von neuem durch das Rohr 76 behandelt werden, und zwar wieder unabhängig davon, welche Behandlungen in den übrigen Kammern erfolgen.
Die Bewegung einer einzelnen Kammer ist weiter in den Fig. 5 bis 10 dargestellt, in welchen die Kammer 85 in verschiedenen fortschreitenden Stadien ihrer Bewegung dargestellt ist. Es versteht sich dabei, dass bei der Ausführung der Erfindung, die anhand der Fig. 2 und 5 bis 10 erläutert wird, die Folie 70 fest mit dem Körper 60 verbunden ist und die Folie 70 zusammen mit dem Körper 60 unbeweglich sind, während die Rollen 61 bis 67 durch nicht dargestellte Organe bewegt werden. Mit Kammer wird ein Raum bezeichnet, welcher sich in der Leitung zwischen einem bestimmten Paar von Rollen befindet. Während sich das Paar von Rollen bewegt, bewegt sich auch zwangsweise der Raum zwischen den Rollen, auch wenn die Folie 70 nicht bewegt wird.
Eine Flüssigkeit, welche sich in einer bestimmten Kammer zwischen einem bestimmten Paar von Rollen befindet, wird dabei zusammen mit der Kammer bewegt, in welcher sie sich befindet.
Aus einem Vergleich der Fig. 5 bis 10 ist ersichtlich, dass die Kammer 85 in der Fig. 5 in Verbindung mit dem Rohr 75 steht, in der Fig. 6 mit dem Rohr 76, in der Fig. 7 mit dem Rohr 77, in der Fig. 8 mit dem Rohr 78, in der Fig. 9 mit dem Rohr 79 und in der Fig. 10 mit dem Rohr 80. Die Kammer 80 gelangt dadurch nacheinander in Verbindung mit den einzelnen Rohren 75 bis 80, wobei sie jeweils einem gewünschten Austausch der Flüssigkeit unterzogen werden kann, je nach dem auszuführenden Prozess. Die in der Kammer 85 nach der Fig. 5 befindliche Flüssigkeit kann z. B. X bezeichnet werden, welcher in der Stellung nach der Fig. 7 z.B. eine neue Flüssigkeit Y zugeführt werden kann. Es versteht sich dabei, dass die Kammern vor und hinter der Kammer 85 jeweils Einheiten der gleichen oder einer anderen Flüssigkeit enthalten können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von verschiedenen Schemas erläutert. So zeigt die Fig. 11 einen Grundriss, in welchem die Rollen, die zur Bildung der Dichtungstrennstellen dienen, mit 99, 91, 92 und 93 bezeichnet sind. Die Folie 94 entspricht der Folie 70. Die Folie 94 ist an den Kanten entlang von Linien 95, 96 befestigt, welche Befestigungslinien den Befestigungslinien 71, 72 in der Fig. 2 entsprechen. In der Fig. 11 ist ein weiterer Befestigungsbereich 98 vorgesehen, welcher eine dauernde Dichtungsstelle bildet, welche z.B. mechanisch oder durch einen geeigneten Klebstoff gebildet sein kann, so dass eine dauernde Dichtung im Bereich eines Auslassrohres 100 entsteht. Die Fig. 11 zeigt auf diese Weise eine Anordnung, durch welche jede Kammer durch das Auslassrohr 100 entleert werden kann.
Wenn z.B. angenommen wird, dass die Rolle 92 in der Richtung des eingezeichneten Pfeiles bewegt wird, so wird im Raum zwischen der Rolle 92 und dem Dichtungsbereich 98 enthaltene Flüssigkeit in das Auslassrohr 100 bewegt und auf diese Weise aus dem System entfernt.
Eine weitere Anforderung, welche bei einer Vorrichtung der vorliegenden Art besteht, ist die Möglichkeit einer Trennung und Kombination von Proben. Die Weise, in welcher bei der vorliegenden Ausführung die Anforderung erfüllt wird, ist in den Fig. 12 und 12A dargestellt. In der Fig. 12 und 12A entsprechen die Befestigungslinien 105 und 106 am Rande den Befestigungslinien 71 und 72. Zur Aufteilung des Strömungsmittels bei seiner Bewegung ist eine zusätzliche gebogene Befestigungslinie 107 vorgesehen, welche derart ausgebildet ist, dass bei der Bewegung der Rollen das Strömungsmittel geteilt wird, so dass es an beiden Seiten der Linie 107 wie durch Pfeile angedeutet bewegt wird.
Dadurch, dass eine Auslassöffnung 109 vorgesehen wird, ist es möglich, einen bestimmten Anteil der Flüssigkeit aus jeder Kammer zu entfernen, wenn diese Kammer zur Linie 107 gelangt und entlang dieser Linie zum Auslass 109 bewegt wird. In der Fig. 12A sind Befestigungslinien 104 und 108 vorgesehen, welche eine dreifache Aufteilung durch die Bildung von Unter-Kammern gestatten, worauf eine Verbindung der Inhalte von zwei Kammern und schliesslich der Inhalt aller Unter-Kammern erfolgt. Auf diese Weise können verschiedene Strömungssysteme mit Parallel- oder Serieströmung aufgebaut werden, wie dies oft in der analytischen und präparativen Chemie erforderlich ist.
Obwohl bei der vorliegenden Vorrichtung Flüssigkeiten auf verschiedene Weise in die Kammern eingeführt werden können, ist in der Fig. 13 eine Ausführung dargestellt, bei welcher angenommen wird, dass sich die Rollen mit einer konstanten Geschwindigkeit an einem Einlassrohr 110 vorbei bewegen, welches mit einer Pumpe 111 mit konstantem Fördervolumen verbunden ist, welche aus einer Quelle 112 des Probematerials fördert. Eine derartige Anordnung gestattet eine kontinuierliche Einführung der Proben mit einem gleichen Volumen in jeder Kammer, so dass sie dem bekannten kontinuierlich wirkenden Verfahren und der Vorrichtung gleichwertig ist. Bei der vorliegenden Anordnung besteht jedoch der wesentliche Vorteil, dass zwischen den Proben keine gegenseitige Beeinflussung und keine Vermischung in Längsrichtung entstehen kann.
Bei der Anordnung nach der Fig. 14 wird das Volumen einer Probe durch eine aussen befindliche Vorrichtung gemessen, wobei z.B. eine Kolbenpumpe 115 dargestellt ist, welche an ein Dreiwegventil 116 angeschlossen ist, welches derart eingestellt werden kann, dass es entweder der Entnahme des Probenmaterials aus der Quelle 112 dient oder einer Einführung der Flüssigkeit in das Rohr 117. Von besonderer Bedeutung ist hier, dass die Probe ohne Rücksicht auf einen besonderen Zeitpunkt eingeführt werden kann, vorausgesetzt, dass sich die Öffnung 118 zwischen den Rollen, z.B.
den Rollen 119 und 150, befindet, wobei die Einführung rasch oder langsam erfolgen kann. Wie bereits erwähnt, hat es sich erwiesen, dass die Rollen sogar zum Stillstand gebracht oder nach einem Indexierprogramm betätigt werden können, ohne dass eine Vermischung zwischen benachbarten Proben entsteht. Dieser Vorteil verleiht dem Verfahren und der Vorrichtung die Eigenschaften einer schubweisen Behandlung, wobei jedoch die Möglichkeit einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Arbeitsweise besteht. Die genaue Betätigung der Anordnung nach der Fig. 14 ist je nach dem betreffenden Prozess verschieden. So kann z.B. eine Einführung einer Probe jeweils von einer Einführung einer gegebenen Menge einer Spüllösung, wie z. B. von Wasser oder Luft oder einer Mischung von beiden, gefolgt sein, um den toten Raum in der Einführöffnung zu reinigen.
Es können jedoch auch Reagenzien auf die beschriebene Weise zugeführt oder entfernt werden.
Eine Verdünnung eines gegebenen Volumens kann bei der vorliegenden Vorrichtung auf verschiedene Weise durchgeführt werden. In der Fig. 15 ist z.B. eine Vakuumform 120 dargestellt, welche aus einer mit 120' bezeichneten gehobenen Stellung gesenkt werden kann, so dass sie die Folie 122 berührt, welche der Folie 70 aus der Fig. 2 entspricht. Auf diese Weise wird die Kammer unterhalb der Form 120 in eine Form mit einem gegebenen Volumen gebracht. Die Form 120 wird mit einem bekannten Volumen und einer bekannten Form ausgebildet und ihre Zusammenwirkung mit der Folie 122 wird derart eingestellt, dass eine Kammer 123 mit einem gewünschten Volumen entsteht. In diesem Zustand wird ein Lösungsmittel durch ein Einlassrohr 124 eingeführt, bis das gebildete Volumen gefüllt ist. Auf diese Weise wird selbsttätig eine Verdünnung auf das bekannte gegebene Volumen durchgeführt.
Zum gleichen Zweck können auch andere Mittel verwendet werden, wie z.B., dass das Volumen auf einen gegebenen Druck gebracht wird, welcher bei einem bestimmten Volumen kalibriert wurde. In der Fig. 15 ist gleichzeitig eine Möglichkeit zur Bildung eines Pipettier Vorganges dargestellt. Wenn nämlich die Flüssigkeit in der Kammer 123 ein bekanntes Volumen hat, so kann dadurch, dass das Volumen der Flüssigkeit in der Kammer 123 auf einen neuen Wert gebracht wird, der Probe ein Volumen zugeführt werden, welches gleich der Differenz ist.
In vielen Fällen ist eine seitliche Vermischung von Proben erwünscht, welche durch eine Leitung bewegt werden. Bei der vorliegenden Vorrichtung ist dies auf verschiedene Arten durchführbar. In der Fig. 16 ist z. B. eine mechanische Anordnung zu diesem Zweck dargestellt, bei welcher eine Rolle 130 verwendet ist, welche etwas kürzer ist als die übrigen Rollen 131, 132, 133 und 134. Die Rollen 131, 132, 133 und 134 bewegen sich in der gleichen Richtung, die durch einen Pfeil 135 dargestellt ist. Die Rolle 130 ist an einem nicht dargestellten Organ befestigt, dessen Ausbildung für den Fachmann keine Schwierigkeiten darstellt und welches einer Bewegung der Rolle 130 gegenüber den benachbarten Rollen hin und her dient.
Dadurch wird die Flüssigkeit, die sich in der Kammer zwischen den Rollen 132 und 133 bewegt, durch den schmalen Bereich hin und her geführt, welcher sich zwischen dem Ende der Rolle 130 und der Befestigungslinie 137 befindet und mit 136 bezeichnet ist. Die Rolle 130 kann durch ein nicht dargestelltes Organ angehoben werden und wird in ihre Mischstellung gesenkt, sobald die nächste Kammer diese Stellung erreicht.
Ein Mischvorgang kann auch durch Befestigungslinien herbeigeführt werden, welche eine Bewegung der Flüssigkeit in der Kammer ausreichend stören, um eine Vermischung zu bewirken. Ein derartiges Beispiel ist in der Fig. 17 dargestellt, in welcher die punktierten Bereiche 140 und 141 Bereiche darstellen, in welchen die Folie, welche der Folie 70 aus der Fig. 2 entspricht, am Körper, welcher dem Körper 60 aus der Fig. 2 entspricht, befestigt ist.
Aus der Fig. 17 ist ersichtlich, dass, wenn durch die Rollen 143 Kammern gebildet werden und die Rollen mit den Kammern fortschreitend in der Richtung des in der Fig. 17 dargestellten Pfeiles bewegt werden, die in den Kammern eingeschlossene Flüssigkeit seitlich hin und her bewegt wird, wodurch eine Vermischung erfolgt, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der Ausführung nach der Fig. 16 durch eine turbulente Strömung in den schmalen Verbindungsstellen.
Bei der vorliegenden Vorrichtung können auf einfache Weise auch die Verfahrensschritte einer Beheizung oder Kühlung ausgeführt werden. Obwohl eine derartige Ausführung nicht dargestellt ist, ist es klar, dass eine Erhitzung der in den Kammern eingeschlossenen Flüssigkeiten dadurch ausgeführt werden kann, dass die Kammern in die Nähe einer Quelle mit gesteuerter Wärme gebracht werden können.
Wenn anderseits eine Kühlung erwünscht ist, so können die Kammern in die Nähe einer Kühlflüssigkeit oder eines anderen Organs zur Entfernung von Wärme gebracht werden.
Mit der vorliegenden Vorrichtung ist auch eine gesteuerte Entwicklung von Gasen möglich, da das Verfahren und die Vorrichtung in gleicher Weise zur Behandlung von Gasen wie von Flüssigkeiten geeignet sind. Es können daher Mittel zur Gasentwicklung eines oder mehrerer Komponenten in einer Kammer verwendet werden, wie z.B. die Zugabe einer Reagenzie, welche zu einer Entwicklung von Gas, wie z. B.
Kohlendioxyd, führt. Es kann jedoch auch durch Beheizung eine Verdampfung herbeigeführt werden.
Die vorliegende Vorrichtung kann in verschiedener Weise zur Trennung von Strömungsmitteln verwendet werden. Wenn z.B. die Vorrichtung nach der Fig. 2 in einer vertikalen Ebene angeordnet wird und beim Trennvorgang eine Trennung von Gasen und Flüssigkeiten erfolgen soll, so sieht man, dass die Gase im oberen Bereich der Kammern entfernt werden können, wenn die betreffenden Rohre im oberen Bereich der Leitung angeordnet werden. Wenn die Anordnung in nicht dargestellter Weise derart ausgebildet wird, dass der Körper die Form eines umgekehrten Konus hat, wobei die Rollen oder andere Druckorgane an der Wand des Konus befestigt sind, kann ein Zentrifugieren der Proben durchgeführt werden.
Dadurch, dass der Körper und die Leitung derart ausgebildet werden, dass sie von äusseren Rohren getrennt werden können, wobei sie um ihre Achse gedreht werden, können bei einer raschen Drehung der Vorrichtung zwei verschiedene Flüssigkeiten voneinander getrennt werden, wobei die eine von ihnen zu einem Rand und die andere zum entgegengesetzten Rand der Leitung bewegt wird. Eine Extraktion durch ein Lösungsmittel, ein anderer typischer Verfahrensschritt kann ebenfalls ohne Schwierigkeiten durch die Vorrichtung ausgeführt werden. Die dazu erforderlichen Reagenzien können durch die bereits beschriebenen Organe zugeführt, vermischt und getrennt werden.
Von bedeutender Wichtigkeit ist der Verfahrensschritt einer Dialyse, welcher durch die Vorrichtung ebenfalls in verschiedener Weise ausgeführt werden kann. In den Fig. 18 und 19 ist schematisch eine Anordnung dargestellt, bei welcher Kristalloide durch eine in der Kammer befindliche Membran geführt werden können. In der Fig. 18 ist ein Schnitt einer Anordnung zur Dialyse dargestellt und in der Fig. 19 der entsprechende Grundriss. Bei dieser Anordnung wird eine äussere Folie 160 verwendet, welche der Folie 70 aus der Fig. 2 entspricht. Unterhalb der Folie 160 befindet sich eine innere permeabile Membran 161. An den kreuzweise schraffierten Stellen sind die Folien 160 und die Membran 161 am Körper 162 befestigt. An den mit schrägen Linien schraffierten Stellen ist nur die äussere Folie 160 am Körper 162 befestigt.
An den Stellen, die gestrichelt schraffiert sind, ist schliesslich nur die innere Membran 161 am Körper 162 befestigt. Ein Rohr 164 dient der Zufuhr der aufnehmenden Flüssigkeit und ein Rohr 165 der Zufuhr der abgebenden Flüssigkeit. Zur Ableitung der abgebenden Flüssigkeit ist ein Rohr 166 vorgesehen. Wie aus den Fig. 18 und 19 hervorgeht, wird bei einer Bewegung jedes Paares von Rollen, wie z.B. der Rolle 168, 169 in der Richtung der in den Fig. 18 und 19 eingezeichneten Pfeile, sobald sie über das Rohr 164 gelangen, die aufnehmende Flüssigkeit in die Kammer eingeführt, welche nur durch die äussere Folie 160 zwischen den Rollen 168 und 169 gebildet wird.
Wenn die Rollen 168 und
169, die als Beispiel betrachtet werden, die aufnehmende Flüssigkeit bewegen, bis die durch sie und die Folie 160 begrenzte Kammer über das Rohr 165 gelangt, wird durch das Rohr 165 die abgebende Flüssigkeit zugeführt, wobei sie in einer Kammer verbleibt, welche durch die innere Membran 161 gebildet ist. Es ist auf diese Weise möglich, durch eine Befestigung der Folie 160 und der Membran 161 entlang der in den Fig. 18 und 19 gezeichneten Befestigungslinien zwei Kammern zwischen jedem Paar von Rollen auszubilden. So enthält in der Fig. 18 eine Kammer 170, welche zwischen der Folie 160 und der Membran 161 über dem Rohr 165 besteht, die aufnehmende Flüssigkeit. Eine Kammer 171, welche zwischen der Membran 161 und dem Körper 162 über dem Rohr 165 besteht, enthält die abgebende Flüssigkeit.
Es ist dabei ersichtlich, dass bei einer Bewegung der Rollen 168 und 169 von links nach rechts in den Fig. 18 und 19 zwischen der abgebenden Flüssigkeit und der aufnehmenden Flüssigkeit eine Dialyse ausgeführt werden kann. Die abgebende Flüssigkeit wird schliesslich bei einer Bewegung der Rollen am Rohr 166 vorbei durch das Rohr 166 nach aussen gedrückt. Es versteht sich, dass an den in der Fig. 19 kreuzweise schraffierten Stellen anstatt einer Klebeverbindung eine andere flüssigkeitsdichte lösbare Verbindung verwendet werden kann, welche das Auswaschen der verschiedenen Teile erleichtert. Im allgemeinen können gewisse Befestigungslinien durch lösbare mechanische Organe anstatt einer dauernden Verbindung durch Klebstoff ausgeführt werden.
In geiwssen Fällen ist eine Anwendung von Druck erforderlich. Die vorliegende Vorrichtung kann zu diesem Zweck unter einem Druck in einer Druckkammer betätigt werden.
Es ist jedoch auch möglich, Teile der Vorrichtung in einer schweren Flüssigkeit, wie z.B. Quecksilber, untertaucht zu halten, um dadurch gewünschte Grössen des Druckes zu erhalten. Zur Untersuchung der in den Kammern befindlichen Flüssigkeiten können entsprechend der Darstellung in der Fig. 20 am Körper 176 Elektroden 175 angeordnet werden.
Mit der vorliegenden Vorrichtung sind verschiedene Messverfahren, wie z.B. Messungen des Potentials, der Leitfähigkeit, polarographische Messungen und andere Messungen, durchführbar.
Optische Beobachtungen, wie z.B. Kolorirnetrie, Spektrophotometrie, Florimetrie, Turbidimetrie und Nephelometrie, die in der analytischen Chemie wichtig sind, sind ebenfalls mit der vorliegenden Vorrichtung durchführbar. Im Falle einer qualitativen Information, z.B. anhand der Beobachtung der Farbe an der Endstelle einer Titration in eine gegebene Menge der Flüssigkeit, die sich in einer Kammer befindet, kann die Beobachtung auf einfache Weise durch eine durchsichtige Folie erfolgen, welche die Leitung begrenzt. Die Fig. 21 zeigt eine optische Küvette, wobei der Schnitt durch den Körper und die Folie geführt ist. Es ist dabei angenommen, dass die Folie 180 eine zur optischen Beobachtung bestimmte Flüssigkeit enthält und die Bewegung der Kammern aus der Zeichnung zum Beobachter erfolgt.
Im Körper 181 ist ein pumpenartiges Organ 182 derart untergebracht, dass, wenn sich die Kammer mit der Flüssigkeit über dem Organ 182 befindet, die Flüssigkeit in einen Lichtpfad gezogen werden kann, welcher zwischen einer Lichtquelle 183 und einer Photozelle 184 führt. Nach der Durchführung der Beobachtung kann die Flüssigkeit durch das Organ 182 in die Kammer zurück bewegt werden, worauf das Organ 182 so lange in seiner gehobenen Stellung gehalten wird, bis eine andere Flüssigkeit zur Beobachtung angesaugt wird. Es können zwei verschiedene Zellen vorgesehen sein, welche eine gleichzeitige Untersuchung bei zwei Wellenlängen gestatten.
Es kann jedoch auch eine normale Flüssigkeit gleichzeitig mit einer unbekannten Flüssigkeit verglichen werden. Es ist dabei wichtig, dass die Bewegung der Kammern zur Ausführung der gewünschten Untersuchungen nicht unterbrochen zu werden braucht.
Es ist somit ersichtlich, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Vorrichtung alle normalen Verfahrensschritte ausgeführt werden können. Verschiedene Verfahrensschritte, welche nicht behandelt wurden, ergeben sich aus den vorangehenden Ausführungen. Im folgenden wird noch die Anwendung der Vorrichtung für einen besonderen Prozess, nämlich die Bestimmung des Hämoglobin-Gehaltes von Blut, erläutert. Bei diesem Prozess wird ganzes Blut durch eine 0,3 XOige Lösung des Tetranatriumsalzes von EDTA (Äthylendiamin-Tetraessigsäure) gelöst und durch die Einwirkung von Luft oxydiert. Das Oxyhämoglobin wird anhand seiner Absorption bei 540 mu gemessen.
Bei einem konkreten Vorgang werden 5,0 Milliliter von EDTA in einer Küvette abgemessen. Darauf werden dazu 0,020 Milliliter von ganzem Blut pipettiert, worauf die Lösung verschlossen und mehrere Male geschüttelt wird, um die Reagenzien miteinander und mit Luft zu vermischen. Die Absorption wird bei 540 mu in einer Küvette mit einem Lichtpfad von 1 cm gemessen. Die Menge von Hämoglobin in 100 Milliliter Blut ist gleich dem Resultat, welches durch eine Multiplikation der Absorption mit einer bekannten Konstante erhalten wird.
Anhand der Fig. 22 wird eine Anordnung dargestellt, mit welcher der gleiche Vorgang durchgeführt werden kann. Es handelt sich dabei um eine ebene Ausbildung, die jedoch in gleicher Weise entsprechend der Fig. 1 zylindrisch ausgebildet werden kann. In der Fig. 22, in welcher tatsächlich eine zylindrische Form der Folie 190 angenommen wird, bestehen fünf Kammern, die eine Grösse von 2 x 2cm haben, wobei der Durchmesser der Folie im Zyinder 3,2 cm beträgt. Wie in der Fig. 22 dargestellt ist, wird durch das Rohr 191 Luft in der erforderlichen Menge zugeführt, worauf die EDTA-Lösung durch ein Rohr 192 zugeführt wird.
Die Blutprobe wird durch ein Rohr 193 zugeführt, worauf durch eine Mischrolle 194 eine Vermischung erfolgt. Während des Zeitraumes, wo sich die Probe vor der optischen Küvette 195 befindet, wird die Probe angesaugt, gemessen und wieder in ihre Kammer zurückgeführt. Darauf wird die Probe durch ein Rohr 196 entfernt. Obwohl keine prinzipielle Begrenzung der Arbeitsgeschwindigkeit der Vorrichtung besteht, können in einem typischen Falle 10 Proben in der Minute behandelt werden.
Unter anderen Vorteilen, die nicht erwähnt wurden, ist der Vorteil zu nennen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht die Verwendung eines elastischen, normalerweise offenen Rohres mit einem konstanten Durchmesser erfordert, wie es z.B. bei den bekannten Systemen mit Luftblasen verwendet wird. Obwohl die Kammern zur Erläuterung, z. B. in den Fig. 5 bis 10, als gewölbte Bereiche dargestellt wurden, kann eine typische Kammer bei der erfindungsgemässen Vorrichtung entweder ein bemessenes Volumen einer Flüssigkeit oder eines Gases enthalten, oder sie kann auch luftleer und flach sein, wie dies z.B. bei der Kammer 198 in der Fig. 14 dargestellt ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung erfordert somit im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen weder eine elastische Wand noch eine Wand, welche normalerweise offen ist.
Der Durchmesser des Schlauches oder der Leitung, welche bei der erfindungsgemässen Vorrichtung verwendet werden, kann sich ausserdem in seiner Grösse verändern und braucht nicht jeweils einen konstanten Wert zu haben oder auf diesen zurückzukehren. Im Betrieb ändert sich der Querschnitt der Leitung der erfindungsgemässen Vorrichtung in Abhängigkeit davon, was sich in der Leitung befindet, wie dies aus dem Beispiel in der Fig. 14 ersichtlich ist.