CH706410A1

CH706410A1 - Vorrichtung zur Extraktion von Analyten mit Mahlkugeln.

Info

Publication number: CH706410A1
Application number: CH00517/12A
Authority: CH
Inventors: Dr Bernhard Schneider; Markus Widmer
Original assignee: Rpd Tool Ag
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-10-31
Also published as: WO2013156923A2; WO2013156923A3

Abstract

Es wird eine neue Vorrichtung zur Extraktion von Analyten beschrieben, mit einem Mahlkugeln aufweisenden Mahlgefäss und einem Schwingungsantrieb, um das Mahlgefäss mit den Mahlkugeln in Schwingung zu versetzen. Das Mahlgefäss besteht aus einem Kunststoffmaterial, und der Schwingungsantrieb weist einen Hubantrieb auf, mittels welchem das Mahlgefäss in Längsrichtung mit einer niedrigen Frequenz hin und her bewegbar ist.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extraktion von Analyten mit einem Mahlkugeln aufweisenden Mahlgefäss und einem Schwingungsantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] Die chromatographische Analyse ist eine wichtige Analysenmethode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Substanzen, Mischungen und Formulierungen. Bevor eine Analysenprobe chromatographisch untersucht werden kann, ist in der Regel eine Probenvorbereitung notwendig. Dabei wird der zu untersuchende Analyt in einem geeigneten Lösungsmittel und Konzentration gelöst. Dieser Vorgang kann abhängig von der Art der Probe mehrere Schritte beinhalten. Für pharmazeutische Formulierungen, welche als Tabletten vorliegen beinhaltet die Probenvorbereitung in der Regel ein Zerkleinern (Mahlen) der Probe, eine Extraktion der Wirksubstanz mit einem geeigneten Lösungsmittel und eine Abtrennung der Lösung von ungelösten Anteilen durch Filtration oder Zentrifugieren. In den letzten Jahren sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, um diese Probenvorbereitung teilweise oder vollständig zu automatisieren. Einige diese Verfahren beinhalten den Einsatz von Magnetrührern oder Ultraschallbädern zur Unterstützung der Extraktion. Andere Verfahren unterstützen den Extraktionsprozess durch den Einsatz von Mixern zur gleichzeitigen mechanischen Probenzerkleinerung und intensiven Durchmischung mit dem Lösungsmittel.

[0003] Beispielsweise ist in der Patentschrift CH 698 607 B1 eine Mahl- und Extraktionseinrichtung mit einem nach dem Prinzip einer Kugelmühle arbeitendes Kugelmahlwerk beschrieben, welches aus Stahl oder Achat hergestellt, was den Einsatz von kräftigen Motoren bedingt, um die schweren Gefässe mit der notwendigen Frequenz und Amplitude zu bewegen. Ein weiterer Nachteil solcher Gefässe ist deren mehrmalige Verwendung, welche ein Kontaminationsrisiko für nachfolgende Proben durch Rückständen vorhergehender Proben auch dann nicht ganz ausschliessen können, wenn die Gefässe zwischen den einzelnen Verwendungen gewaschen werden.

[0004] Ferner ist aus der Patentschrift GB 2 456 130 A wird ebenfalls eine Kugelmühle mit einem Schwingungsantrieb eingesetzt, wobei ein hochfrequentiger Homogenisator (> 8000 UPM) verwendet wird. Um den Einsatz eines hochfrequentigen Homogenisators als Antrieb für eine Kugelmühle für die Zerkleinerung des Mahlgutes sicherzustellen, muss eine recht grosse Anzahl leichter Kugeln (z.B. Keramikkugeln) verwendet werden. Schwere Mahlkugeln, mit welchen eine grössere Impulsübertragung auf das Mahlgut erreicht wird, können in einer solchen Kugelmühle nicht verwendet werden, da diese ungenügend beschleunigt werden können. Ein weiterer Nachteil von hochfrequentigen Oszillatoren ist der hohe Energieeintrag, welcher das Risiko unerwünschter chemischer Veränderungen der Proben durch Zersetzungsreaktionen erhöht. Aus diesen Gründen sind derart angetriebene Kugelmühlen insbesondere dann ungeeignet, wenn harte oder elastische Proben zerkleinert bzw. extrahiert werden müssen.

Aufgabe der Erfindung

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Extraktion von Analyten anzugeben, welche mit einem geringeren Energieaufwand und dem Einsatz von leichten und schweren Mahlkugeln unter Verhinderung von Kontaminationen betrieben werden kann.

Gegenstand der Erfindung

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Extraktion von Analyten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Die erfindungsgemässe Extraktionsvorrichtung hat den grossen Vorteil, dass das aus einem Kunststoff hergestellten Mahlgefäss besonders kostengünstig hergestellt werden kann und dadurch sich als Einwegprodukt für eine Kugelmühle besonders eignet. Durch das geringe Gewicht des Mahlgefässes aus Kunststoff eignet sich dieses besonders für einen Schwingungsantrieb mit sehr niedrigen Frequenzen (einigen Hertz).

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung

[0008] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in welcher die Erfindung anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert wird. Es zeigt: <tb>Fig. 1<sep>ein Robotersystem mit einer Kugelmühle mit Hubantrieb, <tb>Fig. 2<sep>einen Querschnitt durch die Kugelmühle mit dem Hubantrieb, und <tb>Fig. 3<sep>eine schematische Darstellung eines Einweg-Mahlgefässes.

[0009] In den Figuren sind für dieselben Elemente jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet, wenn nicht anderes erwähnt ist.

[0010] In Fig. 1 ist ein Robotersystem 1 mit einer Lagereinrichtung 2 für Mahl- und Extraktionsgefässe sowie für Analysegefässe, mit einem auf- und abbewegbaren Roboterarm 3, einer Dosier- und Pipettiereinrichtung 4, einer Filtrationseinrichtung 5 und einer Kugelmühle 6 mit (nicht ersichtlichem) Hubantrieb.

[0011] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Kugelmühle 6 mit einem Linearantrieb, welcher aus einem elektrischen Linearmotor 7 mit einem Läufer 8 besteht, wobei der Linearmotor 7 in einer Halterung 9 gehalten wird. Am oberen Ende des Läufers 8 ist eine Halterung 10 für ein Mahl- und Extraktionsgefäss (siehe Fig. 3) vorgesehen. Unterhalb des Linearmotors 7 ist ein Schmutzabweisungsblech 11 angebracht. Die Kugelmühle 6 wird durch den Linearmotor 7 in Richtung der Längsachse 12 mit einer niedrigen Frequenz im Bereich von 0.1 bis 10 Hz auf- und abbewegt. Zwischen den einzelnen Hüben am Umkehrpunkt kann auch eine kürzere oder längere Pause eingelegt werden. Die Amplitude der Auf- und Abbewegung liegt im Bereich von 1 bis 10 cm. Damit ist eine sehr geringe Wärmeentwicklung des Antriebs gewährleistet, so dass sehr wenig Wärme an das Mahlgut abgegeben werden kann und dieses kaum merklich erwärmt wird. Bei heiklem Mahlgut kann somit die abgegebene Wärme durch eine geeignete Steuerung des Linearantriebs (niedrige Antriebsfrequenz, geringe Amplitude, längere Pausen beim Bewegungsumkehrpunkt) tief gehalten werden.

[0012] Anstelle des elektrischen Linearmotors 7 kann auch ein anderer Linearantrieb verwendet werden, beispielsweise ein Motor mit einem Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, oder ein Elektromotor mit einer Pleuelstange und einer Linearführung. Der Linearantrieb kann somit, je nach gewähltem Antriebsmittel, kraft-, weg- oder geschwindigkeitsgesteuert ausgebildet sein. Auch kann ein Linearantrieb verwendet werden, der mit einer Feder angetrieben wird, die über Elektromagnete an den Umkehrpunkten der Hin- und Herbewegung vorgesehen sind.

[0013] In Fig. 3 ist ein Mahl- und Extraktionsgefäss 13 in Querschnitt gezeigt, das die Form eines grösseren Reagenzglases und eine Wandung 14 aus einem leichten Material wie Kunststoff aufweist. Als Kunststoff haben sich besonders Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen oder Perflor (Äthylen-Propylen) FEP geeignet. Das Gefäss 13 ist von einem Deckel oder Septum 15 antiseptisch abgedichtet. Durch ein das Septum 15 kann mit einer Nadel sehr einfach Extraktionsflüssigkeit in das Gefäss 13 abgegeben werden. Ferner sind zwei Mahlkugeln 16 im Gefäss 13 vorgesehen, welche durch den Hubantrieb 7 heftig aufeinander prallen und so die Probe 17 zerkleinern. Nachdem die Probe 17 in gröberen Stücken zerkleinert worden ist, können kleinere Mahlkugeln eingesetzt werden, um eine weitere Zerkleinerung zu bewirken. Sofern notwendig können zur Unterstützung des Mahlvorgangs zusätzlich inerte Hilfsmittel wie Quarzsand, Glas oder kleine Kügelchen in das Mahlgefäss 13 eingefüllt werden.

[0014] Das Mahlgefäss 13 aus Kunststoff hat den Vorteil, dass es einmalig für jede einzelne Probe verwendet werden kann, und somit eine Kontamination zwischen verschiedenen Proben verhindert werden kann. Das Mahlgefäss 13 kann jedoch auch aus einem leichten Metall wie Aluminium oder aus einem doppelwandigen dünnen Blech aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. In diesem Fall kann das Mahlgefäss 13 mehrfach verwendet werden, wobei auf eine sorgfältige Reinigung des Mahlgefässes 13 vor einer erneuten Verwendung geachtet werden soll.

[0015] Wird das Gefäss 13 durch den Linearantrieb 7 in Schwingung versetzt, so prallen die grossen und/oder kleinen Mahlkugeln bei jedem Hubvorgang heftig aufeinander und bilden ein «Hammer und Amboss» System, welches grosse Impulse auf das Mahlgut überträgt, sobald es zwischen die zusammenstossenden Kugeln gerät. Dieser Vorgang wiederholt sich im schwingenden Mahlsystem in kurzer Abfolge und bewirkt so eine sehr effiziente Zerkleinerung des Mahlgutes auch für harte Materialien. Sofern Mahlhilfsmittel eingesetzt werden, werden die auch zerkleinert und fallen dann zusammen mit dem vorzerkleinerten Mahlgut unter die grossen Kugeln. Dort wird das Mahlgut zwischen dem Mahlhilfsmittel angetrieben durch die periodisch aufschlagenden grossen Kugeln mittels Reibung und Schlägen weiter intensiv vermählen. Sofern dieser Vorgang in Gegenwart des Extraktionsmittels durchgeführt wird, erfolgt gleichzeitig eine Extraktion des Analyten und ein intensives Durchmischen des Extraktionsmittels. Bei der Verwendung scharfkantiger Mahlhilfsmittel, wie beispielsweise Glassplitter, können auch elastische Proben zerkleinert werden, das sich die spitzen und scharfkantigen Glassplitter in dieses hineinarbeiten und so dem Lösungsmittel helfen, den Analyten aus der Matrix herauszulösen.

Claims

1. Vorrichtung zur Extraktion von Analyten mit einem Mahlkugeln (16) aufweisenden Mahlgefäss (13) und einem Schwingungsantrieb, um das Mahlgefäss (13) mit den Mahlkugeln in Schwingung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss (13) aus einem leichten Material hergestellt ist, und der Schwingungsantrieb einen Linearantrieb (7) aufweist, mittels welcher das Mahlgefäss (13) in Längsrichtung mit einer niedrigen Frequenz hin und her bewegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein elektrischer Linearmotor (7) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein Motor mit einem Pneumatikzylinder aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein Motor mit einem Hydraulikzylinder aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein Elektromotor mit einer Pleuelstange und einer Linearführung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss (13) aus Polyäthylen hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss (13) aus Polytetrafluoräthylen hergestellt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss (13) aus Perflor (Äthylen-Propylen) FEP hergestellt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss aus einem leichten Metall oder aus einem doppelwandigen Blech hergestellt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgefäss (13) mit als Septum (15) ausgebildeten Verschluss versehen ist.

11. System zur automatischen Probenvorbereitung für die chromatographische Analyse mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Dosier- und Pipettier-Einrichtung (4) und einer Filtrationseinrichtung (5).