CH617362A5

CH617362A5 -

Info

Publication number: CH617362A5
Application number: CH910177A
Authority: CH
Inventors: Johannes Dr Ripphahn; Ernst Kriegbaum
Original assignee: Merck Patent Gmbh
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1980-05-30
Also published as: DE2632970A1; JPS614581B2; JPS5313978A; US4120205A; GB1531128A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur wiederholten reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, wobei zwischen den wiederholten reproduzierbaren Abgaben einer bestimmten Volumenmenge das Gesamtabgabevolumen des Geräts für eine notwendig werdende Reinigung zur Verfügung gestellt werden kann, ohne dass dabei die Einstellung der bestimmten wiederholt abzugebenden Teilmenge verlorengeht.

Das Gerät kann mit Vorteil zur Abgabe sehr kleiner Volumenmengen, z. B. im Mikroliter- oder bevorzugt im Nanoli-terbereich, verwendet werden. Bevorzugt kann das Gerät dabei zum Auftragen solch kleiner exakt bestimmbarer Flüssigkeitsmengen auf Platten für die Hochleistungsdünnschichtchroma-tograpie (HPTLC) benutzt werden.

Bei der Anwendung der Dünnschichtchromatographie ist es üblich, kleine Flüssigkeitsmengen mit Hilfe von Spritzen oder Mikrokapillaren auf die Dünnschichtplatte aufzutragen. Das Auftragen von Flüssigkeitsmengen ist dabei mit ausreichender Genauigkeit bis herab zu Mengen von etwa 100 nl = 0,1 u\ möglich. Durch die Entwicklung der Hochleistungs-dünnchichtchromatographie (HPTLC), die es erlaubt,

extrem kleine Substanzmengen quantitativ zu bestimmen, hat sich die Notwendigkeit ergeben, Volumenmengen im Bereich von 5 bis 1000 nl genau und reproduzierbar aufzutragen. Für diesen Zweck ist ein Gerät bekannt, bei dem der Stempel einer 1-ul-Spritze mit einem Mikrometer verbunden ist. Durch Drehen der Mikrometerschraube kann der Spritzenstempel eine bestimmte Strecke, die einer bestimmten Nanolitermenge entspricht, bewegt werden.

Dieses Gerät besitzt jedoch eine Reihe von Nachteilen. So erfolgt die Flüssigkeitsabgabe sehr langsam, da die Bewegung des Spritzenkolbens durch Drehen der mit äusserst feinem Gewinde geschnittenen Mikrometerschraube erfolgt. Sollen wiederholt gleiche Volumina abgegeben werden, so ist das zwar im Prinzip dadurch möglich, dass die Mikrometerschraube um jeweils den gleichen Betrag weitergedreht wird (z. B. von 0,00 bis 2,73mm, dann von 2,73 bis 5,46mm, dann von 5,46 bis 8,19mm. usw.); abgesehen von der mühsamen Berechnung des jeweils nächsten Wertes (und der damit verbundenen Fehlerquelle) geht jedoch bei dieser Methode sowohl der Spritzenfehler als auch der Mikrometerschraubenfehler voll ein. Vor allem aber ist bei diesem Gerät ein schneller Probenwechsel mit zwischenzeitlichem Spülen der Spritze nicht möglich.

Es bestand also ein Bedürfnis nach einem Gerät, das es ermöglicht, bestimmte, vorzugsweise sehr kleine Volumenmengen wiederholt und mit reproduzierbarer Genauigkeit abzugeben und zwischendurch für einen notwendig werdenden Reinigungs- oder Spülvorgang das gesamte Abgabevolumen zur Verfügung zu stellen, wobei dabei der einmal eingestellte Volumenwert fixiert bleibt.

Diese Aufgabe wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäss ein Gerät zur wiederholten reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, im wesentlichen bestehend aus a) einer in einer Klemmhülse beweglich, aber arretierbar angebrachten Spritze und b) einer Mikrometerschraube, die fest mit einer Halterung verbunden ist,

wobei Spritze und Mikrometerschraube gegeneinander beweglich und in der Dosierposition in einer Achse angeordnet sind sowie eine lösbare Arretierung besitzen, die die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens ohne Veränderung der Einstellung der Mikrometerschraube ermöglicht.

Nach bevorzugten Ausgestaltungen kann die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht werden, dass Spritze oder Mikrometerschraube schwenkbar angeordnet sind, wobei jedoch die beiden Achsen parallel zueinander bleiben, oder dass Spritze oder Mikrometerschraube dreh- oder kippbar angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Achsen ein Winkel von mindestens 20 bis 30° gebildet werden kann.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltungsform , in der die Mikrometerschraube in der gemeinsamen Achse mit

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der Spritze verschoben werden kann, wobei die Endpunkte dieser Verschiebungsstrecke genau fixiert sind.

Dabei ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft, in der a) die Spritze 20 durch eine Klemmhülse 18 in einer Führungshülse 15 beweglich, aber arretierbar angebracht ist,

b) der Spritzenkolben mit einer in der Führungshülse 15 beweglichen, durch eine Nut 16 der Führungshülse 15 nach aussen ragenden Kolbenführung versehen ist,

c) die Führungshülse 15 fest mit einem Zentralrohr 1 verbunden ist, das eine durch die Mikrometerschraube 10 verschiebbare, bewegliche Stossstange 12 enthält und d) die Halterung 6 der Mikrometerschraube 10 das Zentralrohr 1 hülsen artig umschliesst, gegenüber diesem eine vorgegebene Strecke verschoben und in den beiden Endpunkten dieser Verschiebungsstrecke fixiert werden kann.

Bei dieser bevorzugten Ausgestaltungsform sind die Endpunkte der Verschiebungsstrecke der Halterung gegenüber dem Zentralrohr in der Art eines Bajonettverschlusses und in der Spülposition zusätzlich durch einen Kugelschnäpper fixiert.

Nach weiteren bevorzugten Ausgestaltungsformen ist die Stossstange an beiden Enden mit gehärteten Kugeln versehen und wird durch eine Feder in Kontakt mit der Mikrometerschraube gehalten.

In den Figuren ist diese bevorzugte Ausführungsform des neuen Geräts dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Dosiergeräts, teilweise im Schnitt, in Dosierposition.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Dosiergeräts, teilweise im Schnitt, in Spülposition.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Zentralrohres mit der als Bajonettverschluss ausgelegten Nut.

Fig. 4 zeigt ein Ansicht der Klemmhülse von der Seite (a) und von unten bzw. oben (b).

Mit 1 ist das Zentralrohr bezeichnet, 2 ist eine darin einge-fräste Nut mit den Endpunkten 3 und 4. 5 ist ein im Zentralrohr angebrachter Kugelschnäpper, 6 ist eine hülsenartige Halterung, 7 eine darin eingelassene Madenschraube und 8 ein an der Halterung 6 befestigter, nach innen ragender Stift. 9 ist eine muldenartige Aushebung, in die der Kugelschnäpper 5 einrasten kann. Mit 10 ist ein Mikrometer bezeichnet und mit 11 dessen in axialer Richtung bewegliche Spindel. 12 ist eine Stossstange, 13 sind darin an beiden Enden eingelassene gehärtete Kugeln. 14 ist eine Feder, die die Stossstange 12 gegen die Spindel 11 drückt. 15 ist eine Führungshülse und 16 eine darin befindliche Nut. Mit 17 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, mit 18 eine Klemmhülse und mit 19 partielle Einschnitte in der Klemmhülse. 20 ist eine Mikroliterspritze, 21 eine daran befestigte Kolbenführung und 22 ein an der Kolbenführung befestigter, durch die Nut 16 nach aussen ragender Handgriff. 23 ist eine Stange zur Befestigung des Geräts.

Das Zentralrohr 1 ist fest mit der Stange 23 verbunden und kann so leicht z. B. an einem Stativ befestigt werden. Ebenfalls mit dem Zentralrohr 1 fest verbunden ist die Führungshülse 15, in der die Kolbenführung 21 mit Hilfe des durch die Nut 16 nach aussen ragenden Handgriffs 22 frei in axialer Richtung bewegt werden kann. Mit Hilfe dieser axialen Bewegung kann die Spritze 20 gefüllt und entleert werden. Die Sprite 20 kann nach Lösen der Überwurfmutter 17 leicht in axialer Richtung verschoben werden, wird jedoch durch Anziehen der Uberwurfmutter 17 durch die Klemmhülse 18 in der gewünschten Stellung fixiert. Die Halterung 6, in der das Mikrometer 10 durch die Madenschraube 7 (oder gegebenenfalls mehrere) befestigt ist, ist hülsenartig über das Zentralrohr 1 gestülpt und gegenüber diesem verschiebbar. Das Ausmass dieser Verschiebung ist jedoch durch den mit der Halterung 6 fest verbundenen Stift 8 beschränkt, der in die als eine Art Bajonettverschluss ausgeführte Nut 2 eingreift. Am unteren 3 und oberen 4 Endpunkt der Nut 2 kann die Halterung 6 durch Drehen, wodurch der Stift 8 in die Endstellung 3 oder 4 gezwungen oder geklemmt wird, fixiert werden.

Das Gerät wird wie folgt betrieben:

a) Eichen

Die Halterung 6 befindet sich in der Position, dass der Stift 8 im unteren Endpunkt 3 der Nut 2 einrastet. Das Mikrometer 10 wird in die Stellung 0,00 gebracht. Die Spindel 11 und damit auch die durch die Feder 14 gegen die Spindel gedrückte Stossstange 12 befinden sich dann in der am weitesten der Spritze 20 angenäherten Position. Nachdem die Überwurfmutter 17 gelöst ist, wird die Spritze 20 so lange nach oben verschoben, bis die Kolbenführung 21 gegen die Kugel 13 der Stossstange 12 stösst und wird dort durch Anziehen der Überwurfmutter 17 fixiert. Dank der gehärteten Kugel 13 ist dieser Punkt sehr exakt einstellbar.

Nun wird die Mikrometerschraube so lange gedreht (wobei sich die Spindel 11 und die Stossstange 12 in axialer Richtung von der Spritze 20 wegbewegen), bis sich die Kolbenführung 21 so weit nach oben verschieben lässt, dass gerade das Einheitsvolumen der Spritze, z. B. 1,00^1, an der Spritzenskala angezeigt wird. Durch Ablesen des dann am Mikrometer eingestellten Wertes erhält man die Relation [û zu mm, z. B. 1,00^1 entsprechen 48,3 mm.

Ist bei Erreichen des maximalen Messbereiches des Mikrometers (z. B. 50,00mm) noch nicht das Ende der Spritzenskala erreicht, so liest man in dieser Position den erreichten Wert an der Spritzenskala ab und erhält auch so die Relation /il zu mm, z. B. 50,00 mm entsprechen 0,975 fil.

b) Dosieren

Die Halterung 6 bleibt in der unter a) beschriebenen Stellung. Nachdem die Relation pil zu mm bzw. nl zu mm bekannt ist, kann die gewünschte Volumenmenge an dem Mikrometer 10 eingestellt werden. Das Spiel der Kolbenführung 21 zwischen dem unteren Anschlag an der Spritze 20 und dem oberen Anschlag an der Kugel 13 der Stossstange 12 ist dann genau so gross, dass die berechnete Volumenmenge durch die axiale Bewegung der Kolbenführung 21 in die Spritze 20 aufgezogen bzw. daraus abgegeben wird. Es kann auf diese Weise das einmal eingestellte Volumen beliebig oft aufgezogen und abgegeben werden. Diese Dosierposition ist in Fig. 1 dargestellt.

c) Spülen

Soll bei einem Probenwechsel für den dabei notwendig werdenden Spülvorgang das gesamte Spritzenvolumen zur Verfügung gestellt werden, so ist dies durch die erfindungsge-mässe Konstruktion möglich, ohne den am Mikrometer eingestellten Wert zu verändern. Es wird dazu lediglich die Halterung 6 mit dem Stift 8 durch leichtes Drehen aus der Arretierung 3 gelöst und nach oben geschoben. Der Stift 8 bewegt sich dabei in der Nut 2. Bei Erreichen des oberen Endpunktes der Nut 2 wird die Halterung 6 wieder durch leichtes Drehen arretiert, wobei sowohl der Stift 8 in den oberen Endpunkt 4 als auch der Kugelschnäpper 5 in die Mulde 9 einrastet. Diese Position ist in Fig. 2 gezeigt. Die Kolbenführung 21 kann unbehindert über die gesamte Länge der Führungshülse 15 bewegt werden.

Nach Beendigung des Spülens wird die Halterung 6 lediglich wieder in Dosierposition gebracht, so dass der Stift 8 wieder im unteren Endpunkt 3 der Nut 2 einrastet, und man kann dann ohne weitere Manipulation die exakt gleiche Volumenmenge wie vor dem Spülen nunmehr von der neuen Probe abgeben.

Die Funktionsweise der nach den anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen gebauten Geräte, bei denen die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch

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ermöglicht wird, dass Spritze oder Mikrometerschraube schwenkbar oder drehbar oder kippbar angeordnet sind, ist im Prinzip die gleiche wie oben beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen fehlen jedoch einige der oben beschriebenen Teile. So muss man dabei in der Regel auf die Führungshülse verzichten, in der die Kolbenführung bewegt wird. Auch wird dabei in der Regel der Hub des Spritzenkolbens von der Spindel der Mikrometerschraube direkt begrenzt und nicht durch eine dazwischengeschaltete Stossstange. Der Verzicht auf die Führungshülse kann dabei die Gefahr in sich bergen, dass durch einen unachtsamen Benutzer der sehr empfindliche Spritzenkolben abgeknickt oder verbogen wird. Dies kann bis zur Zerstörung der Spritze führen, zumindest kann dadurch, dass der Spritzenkolben nicht mehr genau in der durch Spritze und Mikrometer gebildeten Achse bewegt wird, die Messgenauigkeit beeinträchtigt werden. Diese Gefahr besteht auch dann, wenn nach dem Spülen das Mikrometer oder die Spritze nicht wieder exakt in die gemeinsame Achse zurückgedreht oder -gekippt oder -geschwenkt werden.

Diese möglichen Beeinträchtigungen der Massgenauigkeit sind dann, wenn nur eine Verschiebung in axialer Richtung erfolgt, in geringerem Masse gegeben. Wenn jedoch die Massgenauigkeit keine so grosse Rolle spielt, dagegen eine einfache und preiswerte Lösung gesucht wird, kann eine solche, einfachere Ausführungsform bevorzugt sein.

Die von dem neuen Gerät abzugebenden Volumenmengen sind an sich nicht beschränkt, sondern allein abhängig vom Volumen der Spritze 20. Da jedoch zur Abgabe von grösseren Volumenmengen hinreichend genaue Geräte bekannt sind, wird das neue Gerät mit Vorteil zur Abgabe von sehr kleinen Volumenmengen benutzt, z. B. solchen im Nanoliterbereich. Als Spritze 20 wird man dann z. B. eine handelsübliche Spritze benutzen.

Die Masse des neuen Geräts richten sich in erster Linie nach dem verwendeten Spritzentyp. Dabei ist vor allem die Länge des Spritzenkörpers von der Markierung 0,0 pi\ bis zur Markierung für das maximale Volumen (d. h. die Skalenlänge) bestimmend, da einmal die Führungshülse 15 zumindest ebenso lang sein muss, damit die Kolbenführung 21 den maximalen Hub ausführen kann und zum anderen auch die Länge des Zentralrohres 1 darauf abgestimmt sein muss, da die Stossstange 12 den gleichen Bewegungsspielraum benötigt. Darüber hinaus muss auch die Länge der Nut 2 bzw. der Abstand der beiden Endpunkte 3 und 4 etwa gleich der Skalenlänge sein und schliesslich muss auch das Mikrometer 10 so auf die

Spritze 20 abgestimmt sein, dass der maximale Messbereich des Mikrometers 10 etwa gleich der Skalenlänge der Spritze 20 ist.

Geht man davon aus, dass die Skalenlänge einer Mikroliterspritze einige Zentimeter, z. B. 5 bis 6 cm beträgt, so ergibt sich eine Gesamtbaulänge des Geräts von etwa 20 cm bzw. mit eingesetzter Spritze bis zum Ende der Kanüle von etwa 30 cm.

Als Spritze 20 kann im Prinzip jede handelsübliche Mikroliterspritze verwendet werden. Solche Spritzen sind in Grössen von 1 bis 500 jA erhältlich. Bevorzugt wird jedoch eine 1-/(1-Spritze verwendet, da hiermit Volumenmengen im Nanoliterbereich dosiert werden können, wie es bei der HPTLC erforderlich ist.

Auch das Mikrometer 10 ist ein handelsübliches Teil, das so ausgesucht wird, dass der Messbereich etwa mit der Skalenlänge der verwendeten Spritze übereinstimmt.

Die übrigen Teile, wie Zentralrohr 1, Stange 23 und Kolbenführung 21, die nach den in der Beschreibung und Zeichnungen gemachten Angaben leicht hergestellt werden können, sind bevorzugt aus einem rostfreien Edelstahl gefertigt, während Halterung 6, Führungshülse 15 und Überwurfmutter 17 z. B. aus vernickeltem Messing sind. Die Klemmhülse 18 dagegen ist aus einem Kunststoff, vorzugsweise PVC. Die Stossstange 12 selbst kann aus Messing hergestellt sein, die an den beiden Enden angebrachten Kugeln 13 sind jedoch vorzugsweise aus gehärtetem Edelstahl.

Aus den Angaben in der Beschreibung und der in den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausgestaltungsform kann der Fachmann leicht Herstellung und Funktionsweise des erfin-dungsgemässen Gerätes entnehmen.

Durch die Erfindung steht somit ein Gerät zur Verfügung, das es erlaubt, bestimmte variierbare Volumenmengen vor allem auch im Nanoliterbereich mit reproduzierbarer Genauigkeit wiederholt abzugeben, und das es darüber hinaus erlaubt, für einen beim Probenwechsel notwengig werdenden Spülvorgang das Gesamtabgabevolumen des Geräts zur Verfügung zu stellen, ohne den einmal exakt eingestellten Abgabewert verändern zu müssen.

Überraschenderweise wurde dabei gefunden, dass nach dem Spülvorgang das vorher eingestellte Abgabevolumen wieder exakt erreicht wird, obwohl zwischenzeitlich beliebig grosse Volumina in die Spritze aufgezogen und daraus abgegeben werden können und obwohl die Umstellung von der Do-sier- in die Spülposition und umgekehrt sehr einfach und schnell mit nur einem Handgriff erfolgt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Gerät zur wiederholten, reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, gekennzeichnet durch eine in einer Klemmhülse beweglich, aber arretierbar angebrachten Spritze und eine Mikrometerschraube, die fest mit einer Halterung verbunden ist, wobei Spritze und Mikrometerschraube gegeneinander beweglich und in der Dosierposition in einer Achse angeordnet sind sowie eine lösbare Arretierung besitzen, die die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens ohne Veränderung der Einstellung der Mikrometerschraube ermöglicht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzkolbens dadurch ermöglicht wird, dass Spritze oder Mikrometerschraube aus der in Dosierposition gemeinsamen Achse ausgeschwenkt werden kann, wobei jedoch die Achsen von Mikrometer und Spritze stets parallet zueinander angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht wird, dass Mikrometer oder Spritze dreh-oder kippbar angeordnet sind, wobei zwischen den Achsen von Mikrometer und Spritze ein Winkel von mindestens 20 bis 30° gebildet wird.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht wird, dass die Mikrometerschraube in der gemeinsamen Achse mit der Spritze verschoben werden kann, wobei die Endpunkte dieser Verschiebungsstrecke genau fixiert sind.

5. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Spritze (20) durch eine Klemmhülse (18) in einer Führungshülse (15) beweglich, aber arretierbar angebracht ist,

b) der Spritzenkolben mit einer in der Führungshülse (15) beweglichen, durch eine Nut (16) der Führungshülse (15) nach aussen ragenden Kolbenführung versehen ist,

c) die Führungshülse (15) fest mit einem Zentralrohr (1) verbunden ist, das eine durch die Mikrometerschraube (10) verschiebbare, bewegliche Stossstange (12) enthält und d) die Halterung (6) der Mikrometerschraube (10) das Zentralrohr (1) hülsenartig umschliesst, gegenüber diesem eine vorgegebene Strecke verschoben und in den beiden Endpunkten dieser Verschiebungsstrecke fixiert werden kann.

6. Gerät nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpunkte der Verschiebungsstrecke der Halterung (6) gegenüber dem Zentralrohr (1) durch einen Bajonettverschluss fixiert sind.

7. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endpunkt der Verschiebungsstrecke der Halterung (6) gegenüber dem Zentralrohr (1) in Spülstellung zusätzlich durch einen Kugelschnäpper (5) fixiert ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossstange (12) durch eine Feder (14) in Kontakt mit der Mikrometerschraube (10) gehalten wird.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stossstange (12) an beiden Enden mit gehärteten Kugeln (13) versehen ist.