Claims (1)
Anordnung zur Bestimmung von Analyten in flüssigen Medien, bestehend aus einer Fließ-Injektions-Analysenvorrichtung mit Trägerstrompumpe, Injektionsventil, Mischstrecke und Detektionssystem, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der zwischen Injektionsventil (4) und Detektionssystem (6,7) befindlichen Miochstrecke eine variabel einstellbare Kolbendosier-Mischeinrichtung (1) unmittelbar vor der Probeschleife (3) des Injektionsventils (4) angeordnet ist.Arrangement for the determination of analytes in liquid media, consisting of a flow injection analysis device with carrier flow pump, injection valve, mixing section and detection system, characterized in that instead of between injection valve (4) and detection system (6,7) located Miochstrecke a variably adjustable piston meter Mixing device (1) immediately before the test loop (3) of the injection valve (4) is arranged.
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Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung von Analyten In flüssigen Medien, die insbesondere als Bestandteil eines Prozeßanalysators in der Biotechnologie, der Wasserwirtschaft, der Abwasserbehandlung und der chemischen Industrie einsetzbar ist.The invention relates to an arrangement for the determination of analytes in liquid media, which can be used in particular as part of a process analyzer in biotechnology, water management, wastewater treatment and the chemical industry.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Die Flow-Injection-Analysis (FIA) wurde durch Hansen und RuiiCka 1977 erstmalig beschrieben (Anal. Chim. Acta 89 [1977], 241) und setzt sich seitdem in zunehmendem Maß insbesondere bei automatisierbaren Ftoutineanlaysen flüssiger Medien, die hohe Analysefrequenzen erfordert·., durch.Flow Injection Analysis (FIA) was first described by Hansen and RuiiCka in 1977 (Anal. Chim. Acta 89 [1977], 241) and has since become increasingly prevalent, particularly in automatable fetal assays of liquid media requiring high analysis frequencies. , by.
Dieses Analysesystem besteht im wesentlichen aus einer kontinuierlichen fördernden Trägerstrompumpe, einem Injektionsventil - wie aus der Flüssigchromatographie bekannt -, einer nachfolgenden Misch- bzw. Reaktionskammer und einem Detektorsystem. Über das Injektionsventil wird die zu untersuchende Probe mit definiertem Volumen in den Trägerstrom injiziert und in der Mischstrecke verdünnt bzw. einer Reaktion ausgesetzt und dem Detektionssystem zugeführt. Das resultierende Meßsignal weist eine Peakform auf. Auf dieser Basis arbeiten eine Reihe kommerziell erhältlicher Analysengeräte (z. B. FIAstar 5010 System, Tecator; K-1000, Hitachi). Für Belange der Prozeßmeßtechnik ist die FIA insofern von Interesse, als aufgrund der möglichen hohen Meßfrequenz eine quasikontinuierliche Messung realisierbar ist. Allerdings stehen einer solchen Anwendung die große Totzeit zwischen der Entnahme der Probe und deren Ausmessung entgegen, da eine vergleichsweise große Zeitdauer zur Durchmischung der Probe mit der Träger- bzw. Reaktionsflüssigkeit erforderlich ist, zumal bei Anwendungen auf komplex zusammengesetzte Medien eine Verringerung des Strömungsqueischnittes der Mischstrecke nur begrenzt möglich ist. Ein anderes Problem besteht in der mangelnden Variabilität zur Erstellung beliebiger Kalibrierkurven und „Echtzeitverdünnungen" während der Prozeßkontrolle, die nicht ohne zusätzlichen Aufwand (Schlauchwechsel, Bereitstellung einer Vielzahl von Kalibrierlösungen) erreichbar ist. Neue Ansatzpunkte dazu wurden durch die von Clark und Mitarbeiter (Anal. Chem. 61 [1989], 1773) vorgestellte Split-Zone-FIA gegeben, die variabel einstellbare Verdünnungen bis zum Faktor 1:15000 bei minimalem Reagensverbrauch ermöglicht. Bedingung ist jedoch, daß keine Änderungen bzw. Schwankungen in der Schlauchgeometrie und der Förderleistung der verwendeten Pumpen auftreten. Eine Alternative bei der Kalibrierung von FIA-Systemen sehen Müller und Kramer (Fresenius, Z. Anal. Chem. 335 [1989], 205) im Verlauf des indizierten Signalpeaks nach Injektion des diskreten Probevolumens, bei derzeitabhängig die gewünschte unendliche Verdünnungsreihe selbst erzeugt wird. Eine solche Verdünnungskurve ist durch die Gauss'sche Gammafunktion beschreibbar. Dieses setzt jedoch - neben einer hohen zeitlichen Reproduzierbarkeit-eine annähernd gleiche physikochemische Beschaffenheit von Probemedien und Kalibrierung voraus, was für Messungen z. B. in Medien, deren Viskosität sich während des Prozeßverlaufes ändert, nicht zu erwarten ist.This analysis system consists essentially of a continuous conveying carrier flow pump, an injection valve - as known from liquid chromatography - a subsequent mixing or reaction chamber and a detector system. About the injection valve, the sample to be examined is injected with a defined volume in the carrier stream and diluted in the mixing section or subjected to a reaction and fed to the detection system. The resulting measurement signal has a peak shape. On this basis work a number of commercially available analyzers (eg FIAstar 5010 system, Tecator, K-1000, Hitachi). For the interests of process measuring technology, the FIA is of interest insofar as a quasi-continuous measurement can be realized due to the possible high measuring frequency. However, such an application is counteracted by the large dead time between the removal of the sample and its measurement, since a comparatively long period of time for mixing the sample with the carrier or reaction liquid is required, especially for applications on complex composition media a reduction in the Strömungsqueischnittes the mixing section limited is possible. Another problem is the lack of variability for creating arbitrary calibration curves and "real-time dilutions" during process control, which can not be achieved without additional effort (tube replacement, provision of a variety of calibration solutions) New approaches to this were provided by the methods developed by Clark and co-workers (Anal. Chem. 61 [1989], 1773), which allows variably adjustable dilutions up to a factor of 1: 15000 with minimal reagent consumption, provided, however, that there are no changes or fluctuations in the tube geometry and the delivery rate of the tube used Müller and Kramer (Fresenius, Z. Anal. Chem., 335 [1989], 205) see an alternative in the calibration of FIA systems in the course of the indicated signal peak after injection of the discrete sample volume, with the desired infinite dilution series itself, depending on the current situation Such a dilution curve is t can be described by the Gaussian gamma function. However, this requires - in addition to a high temporal reproducibility - an approximately same physicochemical nature of sample media and calibration, which is necessary for measurements z. As in media whose viscosity changes during the course of the process is not expected.
Ziel der ErflndunThe goal of the Erflndun
Ziel der Erfindung ist eine Anordnung zur Bestimmung von Analyten in flüssigen Medien, die einen geringen Aufwand für Kalibrierungen erfordert, sowie minimale Totzeiten zwischen Probenahme und Messung, eino hohe Meßgenauigkeit und den Einsatz als flexibel anpaßbares analytisches System in einem Prozeßgerät zur quasikontinuierlichen Prozeßkontrolle ermöglicht.The aim of the invention is an arrangement for the determination of analytes in liquid media, which requires little effort for calibrations, and allows minimal dead times between sampling and measurement, eino high accuracy and the use as flexibly adaptable analytical system in a process device for quasi-continuous process control.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Aufgabe der Erfindung ist eine Anordnung, die ohne Veränderung des apparativen Aufbaus frei wählbare Mischungsverhältnisse zuläßt.The object of the invention is an arrangement that allows arbitrary mixing ratios without changing the apparatus design.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe unter Verwendung einer FIA-Anordnung mit Trägerstrompumpe, Injektionsventil, Mischstrecke und Detektionssystem so gelöst, daß anstelle der zwischen Injektionsventil und Detektionssystem befindlichen ' Mischstrecke eine variabel einstellbare Kolbendosier-Micheinrichtung unmittelbar vor der Probeschleife des Injektionsventils angeordnet ist. Als variabel einsteilbare Dosier- und Mischeinrichtung dient eine mikrorechnergesteuerte Kolbendosierpumpe mit Schrittantrieb, die mit einer Wirbelkammer bzw. einer mit Schikanen versehenen Zuleitung kombiniert ist. Durch drei nacheinander erfolgende schnelle Ansaugvorgänge von Verdünnungs- bzw. Reaktionsflüssigkeit, Probe und nochmals Verdünnuiigsflüssigkeit erfolgt eine sofortige homogene Durchmischung im Zylinder der Kolbendosierpumpe, wobei das Mischungsverhältnis in einem sehrgroßen Bereich variabel vorgebbar ist. Ein Teil dieser derart aufbereiteten Probe wird danach über ein Zweiwegeventil zum Füllen der Probeschleife des Injektionsventils ausgestoßen.According to the invention, the object was achieved by using a FIA arrangement with carrier flow pump, injection valve, mixing section and detection system so that instead of the injection valve and detection system located 'mixing section a variably adjustable piston dosing Micheinrichtung is arranged immediately before the test loop of the injection valve. As variably settable metering and mixing device is a microcomputer controlled Kolbendosierpumpe with stepper drive, which is combined with a vortex chamber or a baffled supply line. By three successive fast suction of dilution or reaction liquid, sample and again Verdünnuigsflüssigkeit takes place an immediate homogeneous mixing in the cylinder of Kolbendosierpumpe, the mixing ratio can be variably specified in a very large range. A portion of this sample thus processed is then expelled via a two-way valve to fill the sample loop of the injection valve.