DE10125126A1 - Integrated miniaturized chemical laboratory used in chemical and biochemical research, has a device for acquiring the detection of the material on a detector surface or detector volume - Google Patents

Integrated miniaturized chemical laboratory used in chemical and biochemical research, has a device for acquiring the detection of the material on a detector surface or detector volume

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DE10125126A1 DE2001125126 DE10125126A DE10125126A1 DE 10125126 A1 DE10125126 A1 DE 10125126A1 DE 2001125126 DE2001125126 DE 2001125126 DE 10125126 A DE10125126 A DE 10125126A DE 10125126 A1 DE10125126 A1 DE 10125126A1
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Abstract

Integrated miniaturized chemical laboratory comprises reactors for carrying out parallel reaction processes; analyzing devices each having a detector surface or detector volume for detecting a material in the reaction product; and a device (54) for acquiring the detection of the material on the detector surface or detector volume. An Independent claim is also included for a process for analyzing the reaction products obtained in the miniaturized chemical laboratory.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung betrifft ein integriertes miniaturisiertes chemisches Labor mit einer Vielzahl Reaktoren zum Durchführen paralleler Reaktionsprozesse und einer Analyseeinrichtung zum Analysieren von mindestens einem entstehenden Reaktionsprodukt, die eine Detektorfläche oder ein Detektorvolumen zum Detektieren mindestens eines Stoffes im Reaktionsprodukt aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Analyse eines Reaktionsproduktes, das in einem integrierten miniaturisierten chemischen Labor bei einer parallelen Reaktionsprozess in einer Vielzahl Reaktoren entsteht, mit dem Schritt: Zuführen des Reaktionsproduktes an eine Detektorfläche oder ein Detektorvolumen zum Detektieren mindestens eines Stoffes im Reaktionsprodukt.The invention relates to an integrated miniaturized chemical laboratory with a A large number of reactors for carrying out parallel reaction processes and one Analysis device for analyzing at least one emerging Reaction product that a detector area or a detector volume to Detecting at least one substance in the reaction product. Further The invention relates to a method for analyzing a reaction product, which in an integrated miniaturized chemical laboratory with a parallel one The reaction process is created in a large number of reactors, with the step: feeding of the reaction product to a detector surface or a detector volume for Detect at least one substance in the reaction product.

Chemische und biochemische Forschung und Entwicklung umfasst komplexe Vorgänge, die oft einen hohen Anteil manueller Tätigkeiten und spezialisierter Fertigkeiten erfordern. So enthält eine typische Synthese in einem traditionellen Labor Operationen wie Wägen, Aufbau von Geräten, Filtration oder Destillation. Ähnliches trifft auch für das Bestimmen chemischer und biologischer Eigenschaften von neu gewonnenen Reaktionsprodukten zu. So sind sowohl das Herstellen neuer Verbindungen oder neuer Katalysatoren mit nützlichen Eigenschaften als auch deren chemische Analytik bis heute langwierig und kostspielig.Chemical and biochemical research and development includes complex ones Operations that often involve a high proportion of manual and specialized activities Require skills. So a typical synthesis contains in a traditional one Laboratory operations such as weighing, building equipment, filtration or distillation. The same applies to the determination of chemical and biological Properties of newly obtained reaction products. So both are Making new compounds or new catalysts with useful ones Properties as well as their chemical analysis are long and tedious expensive.

Seit einiger Zeit werden Versuche unternommen, die oben genannten komplexen Tätigkeiten traditioneller Laboratorien in miniaturisierter und automatisierter Form auf einem planaren Substrat zu integrieren. Die dabei gebildeten Einrichtungen werden als auf einem Mikrochip integriertes Labor, "Lab-on-the-chip", Chip-Labor oder mikrofluidisches Gerät bezeichnet. Attempts have been made for some time to deal with the complexes mentioned above Activities of traditional laboratories in miniaturized and automated form to integrate on a planar substrate. The facilities formed are a laboratory integrated on a microchip, "lab-on-the-chip", chip laboratory or microfluidic device.  

Ein weiteres Gebiet, auf dem auf effiziente Weise chemische Information erhalten werden soll, ist die kombinatorische Material- und Katalyseforschung.Another area where chemical information is efficiently obtained combinatorial materials and catalysis research.

Hier wird seit kurzem mit Hilfe von Robotern versucht den komplexen Prozess der Material- und Katalysatorentwicklung bis hin zur Charakterisierung zu automatisieren.The complex process of robots has recently been tried with the help of robots Material and catalyst development up to characterization too automate.

Aus WO 99 41 005 ist es z. B. bekannt, gleichzeitig eine größere Anzahl Mikroreaktoren in einem Block bei bestimmten Reaktionsbedingungen zu betreiben. Die Reaktionsbedingungen in derartigen Reaktoren können denen konventioneller Reaktoren recht nahe kommen. Sowohl in der chemischen und biochemischen Forschung und Entwicklung als auch in der kombinatorischen Material- und Katalyseforschung bestehen jedoch insbesondere bei der chemischen Analytik sehr hohe Anforderungen, die bisher noch nicht gelöst sind.From WO 99 41 005 it is known e.g. B. known, a larger number at the same time Microreactors in one block under certain reaction conditions operate. The reaction conditions in such reactors can be those get quite close to conventional reactors. Both in the chemical and biochemical research and development as well as in combinatorial However, materials and catalysis research exists especially at chemical analysis very high requirements that have not yet been solved.

Aus WO 00 29 844 ist die Analytik eines Produktes mit einem gerasterten Massenspektrometer bekannt. Aus US 5,959,297 A ist es bekannt, diese Art der Analytik mit einer Laserheizung eines planaren Katalysatorfeldes zu kombinieren. Verfahren mit gerasterten Massenspektrometern sind dadurch eingeschränkt, dass jeweils eine gewisse Menge Produkt zur Analyse eingezogen werden muss. Durch diese serielle Arbeitsweise geht bei einem komplexen Analysezyklus viel Zeit verloren. Typische Messzeiten pro Mikroreaktor liegen bisher bei mindestens 5 bis 30 Sekunden. Darüber hinaus erlaubt es die in US 5,959,297 A beschriebene Methode nicht, das Katalysatorfeld länger mit Reaktanden zu beaufschlagen, um die zeitliche Entwicklung der Reaktionsprozesse zu untersuchen. Viele organische Produkte erzeugen überlappende Fragmentierungsmuster. Ferner sind einfache, sogenannte Quadrupol- Massenspekrometer in ihrer Massenauflösung begrenzt. Eine eindeutige Analyse insbesondere von organischen Produktgemischen ist daher erheblich erschwert. WO 00 29 844 describes the analysis of a product with a screened Mass spectrometer known. From US 5,959,297 A it is known that this type of Combine analytics with laser heating of a planar catalyst field. Methods with rastered mass spectrometers are restricted that a certain amount of product has to be taken in for analysis. This serial method of working goes a long way in a complex analysis cycle Lost time. Typical measuring times per microreactor have so far been at least 5 to 30 seconds. In addition, it allows the in US 5,959,297 A. described method does not, the catalyst field longer with reactants act to the temporal development of the reaction processes investigate. Many organic products produce overlapping Fragmentation pattern. Simple, so-called quadrupole Mass spectrometers limited in their mass resolution. A clear analysis Organic product mixtures in particular are therefore considerably more difficult.  

Es sind gaschromatographische Trennverfahren bekannt, die in flexibler Weise die Analyse von Produktgemischen ermöglichen. Diese Verfahren werden in Geräten ausgeführt, denen einzeln und seriell Produktströme von verschiedenen Reaktoren dosiert zugeführt werden. Hierzu sind komplizierte und verschleißanfällige Ventile notwendig, die gegenwärtig je maximal 16 Ströme umschalten können. Gaschromatographen haben eine verhältnismäßig lange Analysezeit, von beispielsweise mindestens 3 bis 5 Minuten pro Reaktor für Kohlenwasserstoffgemische, was bedingt durch die serielle Verarbeitung zu unerwünscht langen Analysezeiten von mehreren Stunden pro Analysezyklus führen kann.Gas chromatographic separation processes are known, which are flexible enable the analysis of product mixtures. These procedures are described in Devices that are used individually and serially product streams of different Reactors are metered supplied. This is complicated and wear-prone valves necessary, currently a maximum of 16 flows each can switch. Gas chromatographs have a relatively long life Analysis time, for example at least 3 to 5 minutes per reactor for Hydrocarbon mixtures, which due to serial processing too undesirably long analysis times of several hours per analysis cycle can lead.

Aus WO 97 32 208 und US 6,063,633 A sind verschiedene Arten der Aktivitätsbestimmung bei wärmeproduzierenden Reaktionsprozessen bekannt. Dabei werden die Reaktionsprozesse selbst echt parallel mit einer Infrarotkamera abgebildet. Mit diesem Verfahren kann jedoch nur eine relative Aussage über die Wärmeemission reaktiver Gebiete des Reaktionsprozesses gemacht werden, nicht aber über das Produktspektrum des Reaktionsprozesses.From WO 97 32 208 and US 6,063,633 A different types of Activity determination in heat-producing reaction processes known. The reaction processes themselves are really parallel with an infrared camera displayed. With this method, however, only a relative statement about the Heat emission of reactive areas of the reaction process are made, but not about the product range of the reaction process.

Aus WO 00 29 844 ist es ferner bekannt, produktspezifische Information mit Hilfe einer resonanten Multiphotonenionisation mittels Laser (REMPI) zu erhalten. Diese Methode ist jedoch auf sehr wenige Stoffe, wie z. B. Benzol beschränkt, die ein geeignetes Ionisationsverhalten im Laserlicht zeigen. Somit kann zwar parallel analysiert werden, dies aber nur bei einigen wenigen Molekülen.From WO 00 29 844 it is also known to use product-specific information to obtain a resonant multiphoton ionization by means of laser (REMPI). However, this method is based on very few substances, such as. B. restricted to benzene show a suitable ionization behavior in laser light. So it can be done in parallel are analyzed, but only for a few molecules.

Aus DE 196 32 779 A1 ist eine serielle spektrale Produktanalyse in einer Gasphase mittels Infrarotspektroskopie in einem Reaktorblock bekannt. Mit dieser Art Analyse ist es schwierig aus einem Produktgemisch Einzelprodukte zu identifizieren, sodass der Anwendungsbereich auf sehr einfache Produktgemische begrenzt bleibt.DE 196 32 779 A1 is a serial spectral product analysis in one Gas phase known by means of infrared spectroscopy in a reactor block. With this Art analysis makes it difficult to mix individual products from a product mix identify so that the scope is based on very simple product mixtures remains limited.

Aus EP 0 971 225 A2, die als nächstliegender Stand der Technik betrachtet wird, ist ein Verfahren zum Nachweis eines Produktes im Abstrom eines katalytischen Materials in einem Reaktorblock bekannt. Dabei werden alle Produktströme auf ein Adsorbens geführt, das in geeigneter Weise mit dem Produkt selektiv reagiert, z. B. durch Farbänderung. Dieses Verfahren bezieht sich auf den Nachweis eines einzelnen jeweils bekannten Produkts und ist daher für die umfassende Analyse typischer Produktgemische nicht geeignet.From EP 0 971 225 A2, which is considered the closest prior art, is a method for the detection of a product in the downstream of a catalytic  Materials known in a reactor block. In doing so, all product flows are based on carried an adsorbent which selectively reacts selectively with the product, z. B. by color change. This procedure relates to the detection of a each known product and is therefore for comprehensive analysis typical product mixtures not suitable.

Zugrundeliegende AufgabeUnderlying task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu überwinden und insbesondere ein integriertes miniaturisiertes chemisches Labor sowie ein Verfahren zur Analyse mindestens eines Reaktionsproduktes zu schaffen, mit denen eine vereinfachte Analytik von Reaktionsprodukten möglich ist.The object of the invention is to overcome the disadvantages mentioned above overcome and in particular an integrated miniaturized chemical laboratory and a method for analyzing at least one reaction product create with which a simplified analysis of reaction products possible is.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten integrierten miniaturisierten chemischen Labor gelöst, bei dem eine bildverarbeitende Einrichtung zum Ermitteln der Detektierung des Stoffes an der Detektorfläche oder dem Detektorvolumen vorgesehen ist. Ferner ist die Aufgabe mit einem eingangs beschriebenen Verfahren gelöst, bei dem das Detektieren des Stoffes mit einer bildverarbeitenden Einrichtung ermittelt wird.This task is according to the invention with an integrated device mentioned at the beginning miniaturized chemical laboratory solved in which an image processing Device for determining the detection of the substance on the detector surface or the detector volume is provided. Furthermore, the task with one described method solved, in which the detection of the substance with a image processing facility is determined.

Für das erfindungsgemäße miniaturisierte Labor ist prinzipiell jedwede Art Reaktor geeignet, in dem chemische Prozesse ablaufen und aus dem kleine Mengen von gasförmigem oder flüssigem Reaktionsprodukt entnommen werden können. In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff Reaktionsprozess regelmäßig eine große Anzahl Reaktionen verstanden, die beispielsweise in Form einer Kettenreaktion ablaufen. Bildverarbeitende Einrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Einrichtung eine oder mehrere einzelne und/oder eine Abfolge von Bildaufnahmen hinsichtlich ihres Informationsinhaltes und/oder einer Änderung des Informationsinhaltes zu erfassen und auszuwerten vermag. Dies bedeutet, dass außer einem entsprechenden Kamerasystem auch ein Auswertesystem, in der Regel in Gestalt eines entsprechend programmierten Computers, vorgesehen ist.In principle, any type of reactor is for the miniaturized laboratory according to the invention suitable in which chemical processes take place and from which small amounts of gaseous or liquid reaction product can be removed. In In this context, the term reaction process is used regularly understood a large number of reactions, for example in the form of a Chain reaction take place. Image processing equipment means in this Context that the establishment is one or more individual and / or one Sequence of image recordings with regard to their information content and / or one Can detect and evaluate changes in the information content. This  means that in addition to a corresponding camera system also a Evaluation system, usually in the form of an appropriately programmed Computers, is provided.

Wesentlich ist bei der Erfindung insbesondere, dass das Reaktionsprodukt und nicht nur die Reaktionsprozesse selbst beobachtet werden. Das Reaktionsprodukt wird einer Detektorfläche oder einem Detektorvolumen zugeführt, an der bzw. dem mit einem optischen Verfahren das Detektieren zumindest eines Stoffes ermittelt wird. Die Detektorfläche ist dazu vorteilhaft derart gestaltet, dass sie auf den zu analysierenden Stoff durch Ändern einer optisch erkennbaren Eigenschaft reagiert. Insbesondere ist das Ansprechverhalten der Detektorflächen so gestaltet, dass eine parallele Bildverarbeitung auch einer Vielzahl Detektoren möglich ist. Die Bildverarbeitung erfolgt wahlweise durch direkte Abbildung des optischen Verhaltens der genannten Detektoren oder durch multispektrale Analyse der jeweiligen Detektorflächen. Für die Bildverarbeitung kann beispielsweise ein CCD- Kamera verwendet werden.It is particularly important in the invention that the reaction product and not only the reaction processes themselves are observed. The reaction product is fed to a detector surface or a detector volume, on which or which uses an optical method to detect at least one substance is determined. For this purpose, the detector surface is advantageously designed such that it is on the substance to be analyzed by changing an optically recognizable property responding. In particular, the response behavior of the detector surfaces is designed that parallel image processing is also possible for a large number of detectors. The image processing is optionally done by direct imaging of the optical Behavior of the detectors mentioned or by multispectral analysis of the respective detector surfaces. For example, a CCD Camera are used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass zwischen den Detektoren und einer Auswerteschaltung keine aufwendigen und störungsanfälligen elektrischen Verbindungen erforderlich sind. Dies verringert die Kosten und erhöht zugleich die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen miniaturisierten Labors. In ausgewählten Fällen ist es sogar möglich, Detektoren mit Detektorflächen oder Detektorvolumen zur Einmalnutzung zu verwenden.The device according to the invention and the method are distinguished by that no complex between the detectors and an evaluation circuit and fault-prone electrical connections are required. This reduces costs while increasing the reliability of the miniaturized laboratories according to the invention. In selected cases it is possible, detectors with detector areas or detector volume for single use to use.

Bei dem erfindungsgemäßen Labor können Detektoren sehr einfach ausgetauscht werden, wodurch sich auch die Zeit zum Vorbereiten der Analyse erheblich verkürzt. Dies ist besonders bei Detektorflächen nützlich, die schnell altern, wie z. B. hochselektive organische oder biologische Detektorflächen.In the laboratory according to the invention, detectors can be exchanged very easily which also significantly increases the time to prepare the analysis shortened. This is particularly useful for detector areas that age quickly, such as z. B. highly selective organic or biological detector surfaces.

Ferner erlaubt es das erfindungsgemäße Labor, dass als Bildverarbeitungssystem konventionelle Hardware und auch Software verwendet werden. Dies bedeutet einen ernormen Vorteil hinsichtlich der Kosten für die Auswertung der optisch ermittelten Daten.Furthermore, the laboratory according to the invention allows that as an image processing system conventional hardware and software can be used. this means  a huge advantage in terms of the cost of evaluating the optically determined data.

Das hier beschriebene miniaturisierte Labor ermöglicht eine effizientere Analytik paralleler Reaktionen. Das Labor erfordert nur eine sehr geringe Energiemenge und keinen Wasserstoff oder Sauerstoff, wie bei Flammenionisationsdetektoren, so dass prinzipiell auch mobile Konzepte realisiert werden können.The miniaturized laboratory described here enables more efficient analysis parallel reactions. The laboratory requires only a very small amount of energy and no hydrogen or oxygen like flame ionization detectors, so that in principle mobile concepts can also be realized.

Vorteilhafte Weiterbildungen der ErfindungAdvantageous developments of the invention

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine Vielzahl Analyseeinrichtungen vorgesehen, die je einzeln einem Reaktor zugeordnet sind, So ist eine echte parallele Analytik mit einer Identifizierung von Reaktionsprodukten möglich. Insbesondere werden die Detektorflächen oder Detektorvolumen der Vielzahl Analyseeinrichtungen insgesamt von der bildverarbeitenden Einrichtung erfasst. Somit kann mit einer einzelnen bildverarbeitenden Einrichtung ein miniaturisiertes Labor insgesamt hinsichtlich der Analyse von entstehendem Reaktionsprodukt ausgewertet werden. Aufgrund der bei heutigen, kommerziell erhältlichen bildverarbeitenden Einrichtungen vorhandenen enorm hohen Anzahl Bildpunkte (beispielsweise 500 × 500 Bildpunkte), können prinzipiell die Reaktionsproduktströme von über 10000 Reaktoren gleichzeitig verfolgt werden. Dies bedeutet einen enormen Vorteil gegenüber den etwa 100 Reaktoren, die bei herkömmlichen Hochdurchsatz- Analyseverfahren meist seriell untersucht werden müssen. Die Bildfrequenzen heutiger bildverarbeitender Einrichtungen lassen ohne weiteres mehr als 5 Bilder pro Sekunde zu. Durch das erfindungsgemäß weitergebildete Verfahren kann die Effizienz in der Analytik ohne weiteres um den Faktor 10000 gesteigert werden.In an advantageous development of the invention, there are a large number Analysis devices are provided, each of which is individually assigned to a reactor, This is real parallel analysis with an identification of Reaction products possible. In particular, the detector surfaces or Detector volume of the large number of analysis devices in total image processing facility captured. Thus, with a single image processing facility with regard to a miniaturized laboratory as a whole the analysis of the resulting reaction product can be evaluated. by virtue of of today's commercially available image processing facilities existing extremely high number of pixels (for example 500 × 500 Pixels), the reaction product streams can in principle exceed 10,000 Reactors are tracked simultaneously. This means an enormous advantage compared to the approximately 100 reactors used in conventional high-throughput Analysis methods usually have to be examined serially. The frame rates Today's image processing facilities easily leave more than 5 images per second too. Through the method further developed according to the invention, the Efficiency in analytics can easily be increased by a factor of 10,000.

Die genannten Detektorflächen sind vorteilhaft als Adsorptionsflächen mit je einem Rezeptor zum Adsorbieren eines Stoffes aus dem Reaktionsprodukt gestaltet. Durch Adsorption wird zumindest kurzzeitig der zu analysierende Stoff aus dem Reaktionsprodukt an der Detektorfläche gebunden, wobei die Adsorptionsfläche so gestaltet ist, dass sich dabei eine optisch ermittelbare Eigenschaft ändert. Es entsteht ein kurzes optisches Signal, das von der bildverarbeitenden Einrichtung an dem entsprechenden Ort der Detektorfläche registriert wird. Die chemische Selektivität der Analyseeinrichtungen kann weiter gesteigert werden, indem an den einzelnen Detektoren je mehrere chemisch verschieden selektive Detektorflächen vorgesehen sind. Die Anzahl Bildpunkte heutiger bildverarbeitender Einrichtungen reicht aus, um auf einen einzelnen Detektor auch eine größere Anzahl Bildpunkte zu richten. Beispielsweise kann eine CCD-Kamera mit 500 × 500 Bildpunkten bei 400 Reaktoren und entsprechend 400 zugehörigen Detektoren, jeden einzelnen Detektor mit 20 × 20 Bildpunkten beobachten. Diese 20 × 20 Bildpunkte können problemlos beispielsweise 6 × 6 chemisch und strukturell verschiedenartige Detektorflächen abbilden. Jeder Detektor kann also 36 verschiedene Detektorflächen aufweisen. Durch entsprechende Auswahl verschieden selektiver Materialien der Detektorflächen und entsprechend gestalteter Bildverarbeitungssoftware werden für eine Vielzahl katalytischer Analysen ausreichend selektive Detektoren zur Verfügung gestellt. Die enormen Vorteile hinsichtlich der Effizienz der Analyse gegenüber herkömmlichen Verfahren sind offenkundig.The detector surfaces mentioned are advantageously designed as adsorption surfaces, each with a receptor for adsorbing a substance from the reaction product. Adsorption binds the substance to be analyzed from the reaction product to the detector surface at least for a short time, the adsorption surface being designed in such a way that an optically determinable property changes. A short optical signal is produced which is registered by the image processing device at the corresponding location on the detector surface. The chemical selectivity of the analysis devices can be further increased by providing several chemically differently selective detector surfaces on the individual detectors. The number of pixels of today's image processing devices is sufficient to direct a larger number of pixels onto a single detector. For example, a CCD camera with 500 × 500 pixels with 400 reactors and corresponding 400 associated detectors can observe each individual detector with 20 × 20 pixels. These 20 × 20 pixels can easily represent, for example, 6 × 6 chemically and structurally different types of detector surfaces. Each detector can therefore have 36 different detector areas. By appropriately selecting differently selective materials of the detector surfaces and appropriately designed image processing software, sufficient selective detectors are made available for a large number of catalytic analyzes. The enormous advantages in terms of the efficiency of the analysis compared to conventional methods are obvious.

Hinsichtlich des Aufbaus des Detektors ist insbesondere die Zusammensetzung des Materials der Detektorfläche entscheidend. Vorteilhaft weist die Detektorfläche einen molekularen, anorganischen, organischen und/oder biologischen Rezeptor auf, wobei das Material des Rezeptors insbesondere mit vorbeiströmendem Reaktionsprodukt wechselwirkt. Alternativ oder in Kombination weist die Detektorfläche ein Polymer und/oder einen porösen Wirt, insbesondere Zeolith, und/oder einen mikroporösen und/oder einen mesoporösen Wirt auf. Zeolithe weisen Ionenaustauschereigenschaften und Molekularsiebverhalten auf. Zeolithe und auch andere poröse Wirte haben darüber hinaus eine definierte kristalline Porenstruktur, wobei die Größe der Poren derart eingestellt werden kann, dass sie molekular selektiv wirken. Somit ergeben sich auch molekular selektive Rezeptoreigenschaften. With regard to the construction of the detector, the composition is particularly important of the material of the detector surface is crucial. Advantageously, the Detector surface a molecular, inorganic, organic and / or biological receptor, the material of the receptor in particular flowing reaction product interacts. Alternatively or in combination the detector surface has a polymer and / or a porous host, in particular Zeolite, and / or a microporous and / or a mesoporous host. Zeolites have ion exchange properties and molecular sieve behavior. Zeolites and other porous hosts also have a defined one crystalline pore structure, the size of the pores being adjusted in this way can be molecularly selective. This also results in molecular selective receptor properties.  

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in das Polymer bzw. den genannten Wirt ein Farbstoff, insbesondere ein salvatochromer Farbstoff eingebracht, dessen optisches Verhalten durch Veränderung der umgebenden molekularen Phase verändert wird. Insbesondere können mehrere verschiedene Porenstrukturen mit verkapselten Farbstoffen vorgesehen sein, so dass chemisch- und formselektiv verschieden wirkende Molekularsiebe genutzt werden können. Als salvatochrome Farbstoffe werden hier organische oder metallorganische Farbstoffe (z. B. Nil Rot oder Porphyrine) verstanden, die salvatochrome Effekte erzeugen. Diese Farbstoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass ihre Absorptions- oder Fluoreszenzspektren stark durch die Natur eines Lösemittels beeinflusst werden. So übersteigt die spektrale Verschiebung der solvatochromen Farbstoffe beim Wechsel von unpolaren zu polaren Medien in manchen Fällen 100 nm. Die Absorptions- oder Fluoreszenzspektren dieser Farbstoffe werden auch dann durch Gegenwart eines Analyten, wie z. B. durch Analytdämpfe, beeinflusst, wenn sie sich in den nanoskaligen Kanälen oder Käfigen poröser Wirte befinden. Insbesondere ist dabei die lokale Umgebung am Wirt so gestaltet, dass adsorbiertes Analyt, beispielsweise Lösemittel, das Farbstoffmolekül möglichst gut solvatisieren kann, so dass die Analyt-Farbstoff-Solvatation über die Wirt- Farbstoff-Wechselwirkung dominiert. Bei Zeolithen ist es hierzu in bestimmten Fällen vorteilhaft, wenn vorzugsweise ungeladene Gitter verwendet werden, wie sie z. B. im Silizium-ausgetauschten Faujasit vorkommen. Die besondere Form der Adsorptionsisothermen der nanoporösen Materialien führt dazu, dass schon bei einem verhältnismäßig niedrigen externen Partialdruck eine beträchtliche Adsorption nachgewiesen werden kann. Beim Detektor führt dies dazu, dass die im Wirt eingelagerten Farbstoffe vom Analyt umgeben werden. Es resultiert also eine hohe Empfindlichkeit des Detektors. Zusätzlich oder alternativ können fluorochrome Effekte und Fluoreszenz-Löschung von Fluoreszenzfarbstoffen, wie z. B. aus der Coumarin-Familie, genutzt werden.In an advantageous development of the invention, the polymer or mentioned host a dye, in particular a salvatochromic dye introduced, its optical behavior by changing the surrounding molecular phase is changed. In particular, several different ones Pore structures with encapsulated dyes can be provided so that chemical and shape-selective molecular sieves can be used. Organic or organometallic dyes are used here as salvatochromic dyes Dyes (e.g. Nile Red or Porphyrins) understood the salvatochrome effects produce. These dyes are characterized in that their absorption or fluorescence spectra strongly influenced by the nature of a solvent become. So the spectral shift of the solvatochromic dyes exceeds when changing from non-polar to polar media in some cases 100 nm Absorption or fluorescence spectra of these dyes are also then by the presence of an analyte, e.g. B. influenced by analyte vapors, if they are located in the nanoscale channels or cages of porous hosts. In particular, the local environment at the host is designed so that adsorbed analyte, for example solvent, the dye molecule as well as possible can solvate so that the analyte-dye solvation via the host Dye interaction dominates. With zeolites, this is certain Cases advantageous if preferably unloaded grids are used, such as they z. B. occur in silicon-exchanged faujasite. The special form of the Adsorption isotherms of the nanoporous materials already leads to a relatively low external partial pressure Adsorption can be demonstrated. With the detector, this means that the dyes stored in the host are surrounded by the analyte. So it results high sensitivity of the detector. Additionally or alternatively you can fluorochrome effects and fluorescence quenching of fluorescent dyes, such as z. B. from the Coumarin family.

Die Farbstoffe können auf die Detektorflächen aufgebracht oder an diesen chemisch gebunden sein. Alternativ oder zusätzlich können sie in einen Polymerfilm eingebettet oder in den porösen Film als Wirt eingebracht sein. Ein Vorteil des Einbringens der Farbstoffe in einen porösen Wirt liegt in der zusätzlich verfügbaren molekularen Selektivität. Die Porengröße des Wirtes beschränkt die Art der Moleküle, die in den Wirt hineindiffundieren und mit dem Farbstoff wechselwirken können. Es ist also zusätzlich eine Selektivität hinsichtlich bestimmter Molekülgrößen möglich. Dies ist insbesondere bei komplizierten Reaktionsprodukten nützlich, von denen nur bestimmte Moleküle interessieren.The dyes can be applied to or on the detector surfaces be chemically bound. Alternatively or additionally, they can be integrated into one Polymer film embedded or introduced into the porous film as a host. On  The advantage of introducing the dyes into a porous host lies in the additional available molecular selectivity. The pore size of the host limits that Type of molecules that diffuse into the host and with the dye can interact. So it's additionally a selectivity regarding certain molecular sizes possible. This is particularly the case with complicated ones Reaction products useful, of which only certain molecules are of interest.

Noch höhere Ansprüche an die chemische Selektivität der Detektoren werden durch eine Kombination mehrerer Detektorflächen mit verschiedenen Farbstoffen und unterschiedlichen Ansprechverhalten oder einer Einbettung des gleichen Farbstoffes in verschiedene Materialien, wie z. B. verschieden schwellbare Polymere oder verschiedenporige Zeolithe, in einem Detektorfeld erfüllt. Ein derartiges Detektorfeld weist beispielsweise 64 Detektorflächen, sogenannte Miniatur-Pixel, auf, die dann einzeln zum Identifizieren und Quantifizieren der Reaktionsprodukte dienen. Mittels entsprechender bildverarbeitender Software ist so auch eine Quantifizierung komplexer Reaktionsprodukte möglich.Even higher demands are placed on the chemical selectivity of the detectors by combining several detector areas with different dyes and different responses or embedding the same Dye in various materials, such as. B. different swellable Polymers or different pore zeolites, met in a detector field. On Such a detector field has, for example, 64 detector areas, so-called Miniature pixels, which are then used individually to identify and quantify the Reaction products serve. Using appropriate image processing software this also makes it possible to quantify complex reaction products.

Wie oben bereits angedeutet arbeitet die erfindungsgemäße bildverarbeitende Einrichtung vorteilhaft auf dem Prinzip einer direkten Abbildung oder einer Spektralanalyse der Detektorfläche oder des Detektorvolumens, wobei insbesondere ein Lichtleiter zum Übertragen von Lichtstrahlung verwendet werden kann. Der Lichtleiter wird in geeigneter Weise an die Detektorflächen bzw. das Detektorvolumen herangeführt, so dass sowohl Absorptions- als auch Fluoreszenzspektren aufgenommen werden können. Zusätzlich kann die bildverarbeitende Einrichtung mit Farbfiltern kombiniert werden.As already indicated above, the image processing device according to the invention works Establishment advantageous on the principle of direct mapping or Spectral analysis of the detector area or the detector volume, wherein in particular, a light guide can be used to transmit light radiation can. The light guide is attached to the detector surfaces in a suitable manner Detector volume brought up, so that both absorption and Fluorescence spectra can be recorded. In addition, the image processing device can be combined with color filters.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ermittelt die erfindungsgemäße bildverarbeitende Einrichtung ein Schwingungsspektrum, insbesondere ein Raman- und/oder Infrarotspektrum, der Detektorfläche bzw. des Detektorvolumens. Dabei werden insbesondere für die Raman-Spektroskopie an den Detektorflächen adsorbierte oder vorbeiströmende Stoffe mit Laserlicht angeregt. Die von den Detektorflächen bzw. dem Detektorvolumen emittierte Raman-Streuung wird entweder direkt nach einem Filterprozess auf eine CCD- Kamera abgebildet, oder durch Lichtleiter, wie z. B. Glasfasern, an den Spalt eines Monochromators geführt und für jede Detektorfläche oder jedes Detektorvolumen spektral aufgespaltet. Für die Infrarotspektroskopie wird Infrarotlicht durch infrarotdurchlässige Lichtleiter an die Detektorfläche bzw. das Detektorvolumen herangeführt und entweder das diffus gestreute Licht oder das nach Transmission durch die Detektorfläche bzw. das Detektorvolumen verbleibende Licht mittels eines zweidimensionalen Infrarotdetektors einer Kamera detektiert. Zur Analyse der spektralen Eigenschaften des detektierten Infrarotlichtes wird das aus den Lichtleitern austretende Licht vorteilhaft auf den Spalt eines Monochromators abgebildet und spektral zerlegt, bevor es auf dem Infrarotdetektor detektiert wird. Alternativ kann das Infrarotlicht auch durch ein Interferometer moduliert und nach Wechselwirkung mit den Detektoren parallel in einem zweidimensionalen IR- Detektor detektiert werden.In a further embodiment, the invention determines image processing device a vibration spectrum, in particular a Raman and / or infrared spectrum, the detector area and the Detector volume. In particular, for Raman spectroscopy substances adsorbed or flowing past the detector surfaces with laser light stimulated. The emitted by the detector surfaces or the detector volume  Raman scattering is either applied directly to a CCD after a filter process Imaged camera, or through light guides, such as. B. glass fibers, to the gap one Monochromators guided and for each detector area or each detector volume spectrally split. Infrared light is used for infrared spectroscopy Infrared-transparent light guide to the detector surface or the detector volume introduced and either the diffusely scattered light or that after transmission light remaining through the detector surface or the detector volume a two-dimensional infrared detector of a camera is detected. For analysis of the spectral properties of the detected infrared light Light guides emerging light guide advantageously on the gap of a monochromator mapped and spectrally decomposed before it is detected on the infrared detector. Alternatively, the infrared light can also be modulated and adjusted by an interferometer Interaction with the detectors in parallel in a two-dimensional IR Detector can be detected.

Wenn es sich bei den zu untersuchenden Reaktionsprodukten um Flüssigkeiten handelt, können diese flüssigchromatographisch getrennt werden. Wegen der hohen Dichte von Flüssigkeiten ist in diesem Fall an den Detektorflächen kein poröser Wirt erforderlich. Raman-spektroskopisch oder infrarotspektroskopisch untersucht wird die Flüssigkeit selbst, die sich gerade am Detektor befindet.If the reaction products to be examined are liquids acts, these can be separated by liquid chromatography. Because of the In this case there is no high density of liquids on the detector surfaces porous host required. Raman spectroscopic or infrared spectroscopic the liquid itself, which is currently on the detector, is examined.

Raman-Spektroskopie bieten den Vorteil, dass in Wasser problemlos Biomoleküle ermittelt werden können und dass wegen der typischen Anregung mit sichtbarem Licht auch einfache Materialien, wie z. B. Glas für Fenster und Substrate verwendet werden kann. Dies ermöglicht kostengünstige Einmal-Detekoren und darüber hinaus einfache Messungen auch bei hoher Temperatur. Weiterhin wird wegen der kürzeren Wellenlänge des Anregungslichtes eine verhältnismäßig gute Ortsauflösung erreicht. Für die ortsaufgelöste Raman-Spektroskopie gibt es zwei Ansätze: Zum einen kann die Raman-Streuung von einer breit strahlenden Probe auf einen CCD-Flächendetektor abgebildet werden, nachdem Rayleigh-Strahlung mit einem Interferenzfilter weggefiltert und ein sehr enger gewünschter Bandbereich mit einem weiteren Filter ausgewählt worden ist. Zum anderen kann ein Bündel optischer Fasern, das die ortsaufgelöste Information trägt, aufgereiht und das Licht der Einzelfasern in einem Monochromator ortsaufgelöst spektral analysiert werden. Mit den größten derzeit erhältlichen CCD-Flächendetektoren können so mindestens mehrere hundert Detektoren bzw. Kanäle gleichzeitig analysiert werden.Raman spectroscopy has the advantage that biomolecules can easily be found in water can be determined and that because of the typical excitation with visible Light also simple materials, such as B. Glass for windows and substrates can be used. This enables inexpensive disposable detectors and in addition, simple measurements even at high temperatures. Will continue a relatively good one because of the shorter wavelength of the excitation light Local resolution reached. There are two for spatially resolved Raman spectroscopy Approaches: On the one hand, the Raman scattering from a broadly radiating sample are imaged on a CCD area detector after Rayleigh radiation filtered out with an interference filter and a very narrow desired Band range with another filter has been selected. On the other hand  a bundle of optical fibers that carries the spatially resolved information is lined up and the light of the individual fibers in a monochromator is spatially resolved spectrally to be analyzed. With the largest CCD area detectors currently available can at least several hundred detectors or channels simultaneously to be analyzed.

Erfindungsgemäß können bei der Raman-Spektroskopie vorteilhaft Lichtleiter dahingehend verwendet werden, dass sie je an die Detektorflächen bzw. die Detektorvolumen herangeführt werden und zugleich Anregungslicht durch andere, jeweils eng gekoppelte Lichtleiter an die Fläche geliefert wird. Das gestreute Raman-Licht wird bevorzugt in Rückstreugeometrie aufgenommen, doch auch andere Geometrien sind bei Bedarf möglich. Alternativ kann Anregungslicht auch in einem integrierten Chip durch lithographisch oder anders definierte Lichtleiter an die Flächen herangeführt werden. Mit Hilfe von Miniaturlinsensystemen oder durch Lichtleiter mit Indexgradienten kann das Anregungslicht auf die Flächen abgebildet und das Raman-Licht in Detektorfasern aufgenommen werden. Das gestreute Licht kann, wenn gewünscht, ebenfalls durch Lichtleiter in integrierten optischen Flächendetektoren aufgenommen werden. Das Anregungslicht kann bei Bedarf in einem weiten Frequenz-Bereich variiert werden. Es stehen heute Laser und CCD-Flächendetektoren im Bereich von ultraviolettem bis zu nah-infrarotem Licht zur Verfügung. Die mit dem Licht übermittelte Anregungsenergie hat erhebliche Auswirkung auf die analytischen Möglichkeiten. Mit ultraviolettem Licht kann häufig störende Fluoreszenz unterdrückt und mit höherer Empfindlichkeit gemessen werden. Bei sichtbarem Licht bietet besonders das Detektieren der Raman-Resonanz hohe Empfindlichkeiten. Ein Anregen mit nah-infrarotem Licht hilft wiederum, Fluoreszenz zu vermeiden.According to the invention, light guides can advantageously be used in Raman spectroscopy be used in such a way that they each on the detector surfaces or Detector volume and at the same time excitation light by others, tightly coupled light guides are supplied to the surface. The scattered Raman light is preferably recorded in backscatter geometry, but also other geometries are possible if required. Alternatively, excitation light can also be used in an integrated chip using lithographically or otherwise defined light guides be brought up to the surfaces. With the help of miniature lens systems or the excitation light can be applied to the surfaces by light guides with index gradients are imaged and the Raman light is recorded in detector fibers. The Scattered light can, if desired, also be integrated into the light guide optical surface detectors are included. The excitation light can be at Needs can be varied over a wide frequency range. There are lasers today and CCD area detectors in the range from ultraviolet to near infrared Light available. The excitation energy transmitted with the light has significant impact on analytical capabilities. With ultraviolet light can often suppress disruptive fluorescence and with higher sensitivity be measured. In visible light, the detection of the Raman resonance high sensitivity. Excitation with near-infrared light in turn helps to avoid fluorescence.

In ganz ähnlicher Weise, wie bei der Raman-Spektroskopie, wird bei der Infrarot- Spektroskopie Infrarotlicht durch Lichtleiter an die Detektorfläche oder das Detektorvolumen herangeführt und entweder das diffus gestreute Licht oder das in Transmission durch die Fläche bzw. das Volumen erhaltene Licht mit einem zweidimensionalen Infrarotdetektor erfasst. Um die spektralen Eigenschaften des detektierten Infrarotlichtes zu analysieren, wird das aus den Detektorlichtleitern austretende Licht auf den Spalt eines Monochromators abgebildet und spektral aufgespaltet, bevor es auf dem Infrarotdetektor erfasst wird. Alternativ kann das Infrarotlicht auch durch ein Interferometer moduliert und nach Wechselwirkung mit den Detektoren parallel in einem zweidimensionalen IR-Detektor detektiert werden. Im Gegensatz zur Raman-Spektroskopie müssen für die Infrarot- Spektroskopie am Detektor infrarotdurchlässige Fenster, z. B. aus Germanium oder Silizium, vorgesehen sein. Andererseits ist für die Infrarot-Spektroskopie kein Anregungslaser erforderlich und das Verfahren bietet insgesamt eine hohe Empfindlichkeit.In a very similar way to Raman spectroscopy, infrared Spectroscopy infrared light through light guides to the detector surface or that Detector volume brought up and either the diffusely scattered light or the light transmitted in transmission through the surface or volume with a two-dimensional infrared detector. To the spectral properties of the  Analyzing detected infrared light becomes that from the detector light guides emerging light is mapped onto the slit of a monochromator and spectrally split before it is detected on the infrared detector. Alternatively, it can Infrared light also modulated by an interferometer and after interacting with it the detectors are detected in parallel in a two-dimensional IR detector become. In contrast to Raman spectroscopy, infrared Spectroscopy on the detector infrared transmissive windows, e.g. B. made of germanium or silicon. On the other hand, there is none for infrared spectroscopy Excitation lasers are required and the process offers a high overall Sensitivity.

Die bildverarbeitende Einrichtung kann mit einer herkömmlichen CCD-Kamera besonders kostengünstig gestaltet sein, wenn diese im Bereich von sichtbarem und/oder ultraviolettem und/oder infrarotem Licht arbeitet. Eine solche Kamera weist eine hohe Auflösung und einen geringen Energieverbrauch auf.The image processing device can be used with a conventional CCD camera be designed particularly inexpensively if these are in the range of visible and / or ultraviolet and / or infrared light works. Such a camera has a high resolution and low energy consumption.

Alternativ oder zusätzlich können die Detektorflächen auf dem Prinzip poröser und/oder quellbarer Adsorbentien beruhen. Die Adsorption führt insbesondere bei gasförmigen Reaktionsprodukten zu einer drastischen Anreicherung der Analyte an der Detektorfläche und damit zu einer erheblichen Steigerung der Empfindlichkeit des Detektors verglichen mit der direkten Analyse in der Gasphase. Insbesondere kann durch die Adsorption auch das optische Verhalten eines Stoffes an der Detektorfläche beeinflusst werden. Bei einer spektroskopischen Analyse der Detektorfläche sollten spektrale Interferenzen mit den Adsorbentien berücksichtigt werden. Diese Interferenzen können durch geeignete Datenverarbeitung, z. B. sogenannte Spektrensubtraktion, eliminiert werden. Geeignete Adsorbentien an den Detektorflächen sind dünne Polymerfilme mit verschiedenem Quellverhalten, amorphe poröse Materialien, z. B. Silica, Tone, Kohlenstoff sowie anodisch geätztes poröses Aluminium, Silizium oder Germanium, weiterhin mikroporöse Materialien sowie Kombinationen der genannten Adsorbentien. Alternatively or additionally, the detector surfaces can be more porous on the principle and / or swellable adsorbents are based. The adsorption leads in particular gaseous reaction products for a drastic enrichment of the analytes on the detector surface and thus to a significant increase in Sensitivity of the detector compared to the direct analysis in the Gas phase. In particular, the optical behavior can also be caused by the adsorption of a substance on the detector surface. At a Spectroscopic analysis of the detector area should include spectral interference the adsorbents are taken into account. This interference can be caused by suitable data processing, e.g. B. so-called spectral subtraction is eliminated become. Suitable adsorbents on the detector surfaces are thin Polymer films with different swelling behavior, amorphous porous materials, e.g. B. Silica, clays, carbon as well as anodically etched porous aluminum, silicon or germanium, still microporous materials as well as combinations of the called adsorbents.  

Die oben beschriebene Raman-Spektroskopie kann vorteilhaft zum Detektieren der Reaktion im Reaktorraum selbst verwendet werden. Dies geschieht beispielsweise mit Lichtleitern, die am jeweiligen Reaktorraum enden.The Raman spectroscopy described above can advantageously be used for detection the reaction in the reactor room itself can be used. this happens for example with light guides that end at the respective reactor space.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labors weist jede Analyseeinrichtung eine Injektionseinrichtung auf, um eine kleine Menge Reaktionsprodukt in einen gasförmigen oder flüssigen Trägerstrom zu injizieren, wobei die Injektionseinrichtungen insbesondere zu einem Injektionsblock zusammengefasst sind. Durch die Injektion wird aus dem Reaktionsprodukt sozusagen eine Probe entnommen und diese dem Trägerstrom zugeführt. Die Anzahl und Menge der Proben sind in der Regel konstant. Auch der Trägerstrom fließt vorzugsweise gleichmäßig, so dass aus der gewonnenen Probe auf die Zusammensetzung des Reaktionsproduktes rückgeschlossen werden kann. Der Trägerstrom wird anschließend zum Detektor gefördert, wo die Menge Reaktionsprodukt analysiert wird.In a further embodiment of the integrated miniaturized chemical laboratories each analysis device has one Injection device to put a small amount of reaction product into one to inject gaseous or liquid carrier stream, the Injection devices in particular combined to form an injection block are. The injection turns the reaction product into a sample, so to speak removed and supplied to the carrier stream. The number and amount of Samples are usually constant. The carrier current also preferably flows evenly, so that from the sample obtained on the composition of the Reaction product can be concluded. The carrier current is then conveyed to the detector, where the amount of reaction product is analyzed becomes.

Vorteilhaft kommt als Injektionseinrichtung ein später näher beschriebenes erfindungsgemäßes Mehrkanal-Ventil in Gestalt einer Scheibe oder Platte zum Einsatz. Dieses weist eine Vielzahl Schaltkanäle zum Dosieren eines Probevolumens von jedem Reaktor in einen Trägerstrom auf, der dann z. B. in ein unter Druck stehendes Kapillarsystem eingespeist wird. Das Material der Scheibe wird so gewählt, dass eine möglichst gute Abdichtung und eine hohe Lebensdauer gewährleistet sind. Vorteilhafte Materialen sind beispielsweise PEEK, Polymer mit Teflon, oder mit dünnen Gleitschichten versehene harte Materialien wie poliertes Silizium. Die Scheibe wird zwischen angrenzenden Scheiben durch Druck von außen dicht gehalten.An injection device which is described later in detail advantageously comes as an injection device Multi-channel valve according to the invention in the form of a disc or plate for Commitment. This has a large number of switching channels for metering one Sample volume from each reactor in a carrier stream, which then z. B. in a pressurized capillary system is fed. The material of the disc is chosen so that the best possible seal and a long service life are guaranteed. Advantageous materials are, for example, PEEK, polymer with Teflon, or hard materials with thin sliding layers such as polished Silicon. The pane is pressed between adjacent panes by kept tight on the outside.

Ferner weist die erfindungsgemäße Analyseeinrichtung vorteilhaft einen Chromatographen, insbesondere einen Kapillarchromatographen auf, mit zumindest einer Trennsäule bzw. Kapillare, wobei insbesondere mehrere Trennsäulen zu einem Trennsäulenblock zusammengefasst sind. Furthermore, the analysis device according to the invention advantageously has one Chromatograph, in particular a capillary chromatograph, with at least one separation column or capillary, in particular several Separation columns are combined to form a separation column block.  

Chromatographen sind grundsätzlich bekannt. Sie ermöglichen es unter Umständen mehr als 100 Stoffe in einem Trennungsgang zu trennen. Mittlerweile ist es durch Erhöhung des sogenannten Säulendrucks gelungen die Analysegeschwindigkeit auch bei komplexer Trennung auf wenige Minuten zu verringern. Das Produkt bzw. der zu analysierende Stoff wird z. B. durch Vergleich von Retentionszeiten oder durch die spektrale Identifikation mit Infrarot- oder Raman-Spektroskopie identifiziert. Die Analysegeschwindigkeit und die Auflösung kann durch Miniaturisierung in voll oder teilweise integrierten Chromatographen auf Siliziumchips erhöht werden. Einzelne gaschromatographische Kapillaren können in Siliziumchips mit Detektoren integriert sein. Ein wichtiges Merkmal erfindungsgemäßer Weiterbildungen ist es, dass derartige chromatographische Trennverfahren in die Analytik auf dem Chip-Labor integriert sind, d. h. lithographisch definierte Kanäle bzw. Kapillaren werden in einem planaren Substrat des Chips verwendet. Dies erlaubt eine große Steigerung der Effizienz in der Analytik von parallelen Reaktionen. Ein weiterer Vorteil ist, dass nur sehr wenig Energie verbraucht wird, so dass prinzipiell auch mobile Konzepte realisiert werden können. Die innere Oberflächen der Kapillaren können vorteilhaft chemisch behandelt sein. Mit chemischer Oberflächenbehandlung kann die Trennleistung einer Kapillare eingestellt, insbesondere erhöht werden. Die Kapillare wird beispielsweise in den Kapillarenblock geätzt und ihre innere Oberfläche dann so behandelt, dass eine gewünschte Trennleistung erhalten wird. Zum Ätzen der Kapillaren, wie z. B. isotropes und anisotropes Ätzen sowie Trockenätzen, eignet sich Silizium als Material für den Kapillarenblock. Nach der Bildung der Kapillaren werden diese durch elektrostatisches Bonding unter elektrischer Spannung mit Glas oder ähnlichen Materialien bei etwa 350 bis 450 °C verschlossen. Ein weiteres Verfahren zum Herstellen geschlossener Kapillaren ist ein direktes Bonding von zwei Siliziumflächen aneinander bei weitaus höherer Temperatur von etwa 1100°C. Jede Kapillare führt in ein kleines Detektor- bzw. Sensorvolumen, in dem sich ein Detektor befindet. Dieser detektiert das Erscheinen der chromatographisch getrennten Spitzenwerte (Peaks) der Analyte. Chromatographs are generally known. You enable it under It is possible to separate more than 100 substances in one separation. meanwhile succeeded by increasing the so-called column pressure Analysis speed even with complex separation to a few minutes reduce. The product or the substance to be analyzed is e.g. B. by comparison retention times or by spectral identification with infrared or Raman spectroscopy identified. The speed of analysis and the resolution can be achieved by miniaturization in fully or partially integrated chromatographs be increased on silicon chips. Individual gas chromatographic capillaries can be integrated in silicon chips with detectors. An important feature It is further developments according to the invention that such chromatographic Separation processes are integrated in the analysis on the chip laboratory, d. H. channels or capillaries defined by lithography are in a planar Substrate of the chip used. This allows a big increase in efficiency in the analysis of parallel reactions. Another advantage is just that little energy is consumed, so that in principle mobile concepts are also implemented can be. The inner surfaces of the capillaries can be advantageous be chemically treated. With chemical surface treatment Separation capacity of a capillary set, in particular increased. The For example, capillary is etched into the capillary block and its inner Surface then treated so that a desired separation performance is obtained. For etching the capillaries, such as. B. isotropic and anisotropic etching and Dry etching, silicon is suitable as a material for the capillary block. After Formation of the capillaries are caused by electrostatic bonding electrical voltage with glass or similar materials at around 350 to 450 ° C closed. Another method of making closed capillaries is a direct bonding of two silicon surfaces to each other with a much higher one Temperature of about 1100 ° C. Each capillary leads into a small detector or Sensor volume in which a detector is located. This detects that Appearance of the chromatographically separated peak values (peaks) of the analytes.  

Das oben genannte erfindungsgemäß weitergebildete Verfahren kann auch für die Trennung in flüssiger Phase verwendet werden. Ein fluides Medium weist jedoch eine höhere Viskosität auf, die gegebenenfalls höhere Kapillaren- bzw. Kanalquerschnitte erfordert, sowie einen höheren Druck an der Trennsäule und am Detektorfeld. Für Reaktionsprozesse mit flüssigen Reaktionsprodukten wird ein gleichzeitiges Analysieren zahlreicher Stoffe im Reaktionsprodukt mit Hilfe der sogenannten High Performance Liquid Chromatography (HPLC) möglich. Die Kapillaren des HPLC weisen vorteilhaft Wände mit einem meso- oder mikroporösen Belag oder eine derartige Füllung auf, wodurch die Trennphase relativ dicht gepackt zur Verfügung steht. Der Belag oder die Füllung kann durch verschiedene Methoden des Aufwachsens oder durch Adsorption oder Einschlämmen erfolgen. Alternativ können die Wände der Kapillaren direkt mit den gebräuchlichen molekularen Schichten belegt sein. Die Oberfläche einer porösen Trennphase kann bei Bedarf ebenfalls mit den in der Flüssigchromatographie bekannten molekularen Schichten, wie z. B. Oktadecyltrichlorsilan oder auch chiralen Molekülen modifiziert werden, um die gewünschte Trennleistung zu erzielen.The above-mentioned method developed according to the invention can also be used for Separation in the liquid phase can be used. However, a fluid medium points a higher viscosity, the possibly higher capillary or Channel cross sections required, as well as a higher pressure at the separation column and at the detector field. For reaction processes with liquid reaction products a simultaneous analysis of numerous substances in the reaction product with the help of so-called High Performance Liquid Chromatography (HPLC) possible. The Capillaries of the HPLC advantageously have walls with a meso- or microporous coating or such a filling on, causing the separation phase relatively tightly packed is available. The covering or the filling can be through different methods of growing up or by adsorption or Slurrying. Alternatively, the walls of the capillaries can be used directly the usual molecular layers. The surface of a porous separation phase can, if necessary, also with the in the Liquid chromatography known molecular layers, such as. B. Octadecyltrichlorosilane or chiral molecules can be modified to the to achieve the desired separation performance.

Das Detektieren von Reaktionsprodukten, die mit flüssigchromatographischer Trennung am Ausgang der Kapillaren vorliegen, kann in einfacher Weise auch direkt spektroskopisch erfolgen, indem die Kapillaren so in einem Detektorblock geführt sind, dass eine gewisse Strecke der Kapillaren in Transmission vom Licht durchstrahlt wird. Dazu führen die Kapillaren mit kolinearer Lichtführung beispielsweise senkrecht durch den genannten Detektorblock hindurch. Die Analyte können in diesem Fall auch quantitativ bestimmt werden, wenn sich die spektroskopische Signatur der zu trennenden Moleküle ausreichend von der des Trägerstroms bzw. der mobilen Phase unterscheidet.Detection of reaction products using liquid chromatography There may be separation at the outlet of the capillaries in a simple manner done directly spectroscopically by placing the capillaries in a detector block are led that a certain distance of the capillaries in transmission of light is irradiated. The capillaries lead to this with colinear light guidance for example, vertically through said detector block. The In this case, analytes can also be determined quantitatively if the spectroscopic signature of the molecules to be separated sufficiently from that of the Carrier current or the mobile phase differs.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Reaktoren und die Detektoren zu einem Laborblock zusammengefasst. Somit ist ein kompaktes Laborgebilde geschaffen. Als Material für den Laborblock kann z. B. Metall, Silizium, Keramik oder auch Kunststoff verwendet werden. Die Reaktoren des erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labors sind besonders vorteilhaft ihrerseits zu einem Reaktorblock zusammengefasst, wobei insbesondere die Reaktorräume besonders vorteilhaft zylindrisch gestaltet sind. Dies ermöglicht eine raumoptimierte Anordnung bei gleichzeitig hoher Stabilität des Laborblockes, guter Herstellbarkeit und einfacher Zu- und Abführmöglichkeit für das Reaktionsprodukt. Alternativ können die Reaktorräume kubisch, mit insbesondere quadratischem Querschnitt, oder kugelförmig gestaltet sein. Die Integration der beschriebenen Reaktoren und Detektoren mit mikroskopischen Strukturen erfolgt durch lithographische Techniken, wobei eine laterale Auflösung von ca. 1 bis 10 µm angestrebt wird. In diesem Laborblock können ferner auch die Injektionseinrichtungen, die Chromatographen und/oder die Selektiereinrichtungen integriert sein. Diese Baugruppen können alternativ auch getrennt von den Reaktoren angeordnet sein, was dann sinnvoll ist, wenn an den Reaktoren besondere Umgebungsbedingungen, wie etwa sehr hohe Temperaturen, herrschen.In a further advantageous embodiment, the reactors and the Detectors combined into a laboratory block. So is a compact Laboratory structures created. As a material for the laboratory block z. B. metal, Silicon, ceramic or plastic can be used. The reactors of the  integrated miniaturized chemical laboratories according to the invention particularly advantageously combined into a reactor block, wherein in particular, the reactor spaces are particularly advantageously cylindrical. This enables a space-optimized arrangement with high stability of the laboratory block, good manufacturability and easy supply and discharge options for the reaction product. Alternatively, the reactor spaces can be cubic, with in particular square cross-section, or be spherical. The Integration of the described reactors and detectors with microscopic Structures are made using lithographic techniques, with a lateral resolution from approx. 1 to 10 µm is aimed for. In this laboratory block also the Injection devices, the chromatographs and / or the selection devices be integrated. Alternatively, these modules can also be separated from the Reactors can be arranged, which is useful if at the reactors special environmental conditions, such as very high temperatures, to rule.

Der Laborblock ist vorteilhaft entlang der längsten Achse kleiner als 50 cm, insbesondere kleiner als 20 cm. Alternativ kann das erfindungsgemäße Labor aber auch in größerer Dimension mit einem Laborbock von bis zu etwa 10 m Länge ausgebildet sein. Die Reaktorräume sind ferner besonders vorteilhaft kleiner als 5 ml, vorzugsweise kleiner als 100 µl. Alternativ können größere Reaktorräume Verwendung finden, beispielsweise mit einem Volumen von bis zu 1 l oder sogar bis zu 1000 l.The laboratory block is advantageously smaller than 50 cm along the longest axis, especially smaller than 20 cm. Alternatively, the laboratory according to the invention but also in a larger dimension with a laboratory trestle of up to about 10 m Length. The reactor rooms are also particularly advantageous less than 5 ml, preferably less than 100 µl. Alternatively, larger ones Reactor rooms are used, for example with a volume of up to 1 l or even up to 1000 l.

Um eine hohe Packungsdichte im Labor zu erzielen und zugleich eine handhabbare Anzahl Reaktionsprozesse ablaufen zu lassen, ist es bei dem erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labor vorteilhaft, zwischen 16 und 20.000, insbesondere zwischen 48 und 1000 Reaktoren zu einem Block zusammenzufassen.To achieve a high packing density in the laboratory and at the same time one It is up to the manageable number of reaction processes to run integrated miniaturized chemical laboratory according to the invention advantageous, between 16 and 20,000, especially between 48 and 1,000 reactors to summarize a block.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer integrierter miniaturisierter chemischer Labore anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:In the following, exemplary embodiments according to the invention are integrated miniaturized chemical laboratories using the attached schematic Drawings explained in more detail. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labors, Fig. 1 is a longitudinal section of a first embodiment of an integrated miniaturized chemical laboratories according to the invention,

Fig. 2 den Längsschnitt gemäß Fig. 1 bei einem anderen Betriebszustand des Fig. 2 shows the longitudinal section of FIG. 1 in a different operating state of the

Fig. 3 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labors, Fig. 3 is a plan view of a second embodiment of an integrated miniaturized chemical laboratories according to the invention,

Fig. 4 die Draufsicht gemäß Fig. 3 bei einem anderen Betriebszustand des Labors, Fig. 4 shows the top view of FIG. 3 in a different operating condition of the laboratory,

Fig. 5 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen integrierten miniaturisierten chemischen Labors für Flüssigreaktionen, Fig. 5 is a longitudinal section of a third embodiment of an integrated miniaturized chemical laboratories according to the invention for liquid reactions,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Detektorblocks und einer bildverarbeitenden Einrichtung, Fig. 6 is a perspective view of a first embodiment of a detector block and an image processing means,

Fig. 7 einen Längsschnitt des ersten Ausführungsbeispiels des Detektorblocks, Fig. 7 is a longitudinal section of the first embodiment of the detector block,

Fig. 8 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Detektorblocks, und Fig. 8 is a longitudinal section of a second embodiment of a detector block, and

Fig. 9 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Detektorblocks. Fig. 9 is a longitudinal section of a third embodiment of a detector block.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments

Ein in Fig. 1 dargestelltes integriertes miniaturisiertes chemisches Labor 10 umfasst als wesentliches Bauelement einen Reaktorblock 12 aus Messing, der unter anderem aus einem Oberteil 14, einem Hauptteil 16 und einem Unterteil 18 zusammengesetzt ist. Die Bauteile 14, 16 und 18 umschließen Reaktorräume 20 von denen in Fig. 1 zwei dargestellt sind. Insgesamt umfasst der Reaktorblock 12 64 Reaktorräume 20, die je einzeln einem Reaktor zugeordnet sind.An integrated miniaturized chemical laboratory 10 shown in FIG. 1 comprises, as an essential component, a reactor block 12 made of brass, which is composed, among other things, of an upper part 14 , a main part 16 and a lower part 18 . The components 14 , 16 and 18 enclose reactor spaces 20, two of which are shown in FIG. 1. In total, the reactor block 12 comprises 64 reactor rooms 20 , each of which is individually assigned to a reactor.

Zum Reaktorblock 12 hin und von diesem weg führen nicht dargestellte Leitungen aus Stahl oder Kupfer, die auch gefräst und/oder geätzt in Anschlussblöcken ausgebildet sein können. Diese Leitungen erstrecken sich insbesondere senkrecht zu den in Fig. 1 dargestellten Ober- und Unterseiten des Reaktorblockes 12. Die wesentlichen Teile des Reaktorblockes 12 und seiner Anschlüsse sind durch nicht dargestellte Flansche und Schrauben zusammengehalten und durch Dichtungen gasdicht verbunden.Lines, not shown, made of steel or copper lead to and away from the reactor block 12 , which can also be milled and / or etched in connection blocks. These lines extend in particular perpendicular to the upper and lower sides of the reactor block 12 shown in FIG. 1. The essential parts of the reactor block 12 and its connections are held together by flanges and screws, not shown, and are connected gas-tight by seals.

Im Oberteil 14 sind pro Reaktor je zwei senkrechte Einlassöffnungen 22 ausgebildet, durch die Feststoff, z. B. Feststoffkatalysator, sowie zwei unterschiedliche Gase oder Gasprodukte in den zugehörigen Reaktorraum 20 eingebracht oder an diesen ein Vakuum angelegt werden kann. Im Oberteil 14 ist ein Schieberventil 24 integriert, mit dem die Einlassöffnungen 22 wahlweise einzeln und/oder gemeinsam geöffnet oder geschlossen werden können. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Oberteils 14 eine Haube vorgesehen, so dass alle Reaktorräume 20 gleichzeitig beispielsweise mit Gas gefüllt werden können.In the upper part 14 , two vertical inlet openings 22 are formed per reactor, through which solids, for. B. solid catalyst, and two different gases or gas products introduced into the associated reactor space 20 or a vacuum can be applied to this. A slide valve 24 is integrated in the upper part 14 , with which the inlet openings 22 can be opened or closed either individually and / or together. In an embodiment not shown, a hood is provided instead of the upper part 14 , so that all reactor spaces 20 can be filled with gas, for example, at the same time.

Im Unterteil 18 ist unter jedem Reaktorraum 20 je eine Auslassöffnung 26 ausgebildet. Diese Auslassöffnungen 26 sind im Verhältnis zu den Einlassöffnungen 22 derart eng gestaltet, dass sie den größeren Strömungswiderstand aufweisen und damit den Hauptströmungswiderstand festlegen. Die Auslassöffnungen 26 bestimmen so die Strömungsgeschwindigkeiten in den Reaktorräumen 20.An outlet opening 26 is formed in the lower part 18 under each reactor chamber 20 . These outlet openings 26 are so narrow in relation to the inlet openings 22 that they have the greater flow resistance and thus define the main flow resistance. The outlet openings 26 thus determine the flow velocities in the reactor spaces 20 .

In jedem Reaktorraum 20 ist eine Fritte 28, d. h. eine gasdurchlässige Scheibe waagrecht angeordnet, auf der ein Katalysator bzw. eine Anzahl Festkörper 30 als Schüttung gelagert ist. Der Hauptteil 16 ist auf Höhe des Katalysators 30 von Temperaturfühlern 32 durchsetzt, die je von außen zu einem der Reaktorräume 20 führen. Die Temperaturfühler 32 werden beim Steuern einer nicht dargestellten Heizung und/oder Kühlung (Heiz- oder Kühlmittelkanäle) des Reaktorblockes 12 verwendet. Wahlweise können an Stelle der Temperaturfühler 32 optische Fasern bzw. Lichtleiter vorgesehen sein, die eine spektroskopische Analyse der im Reaktorraum 20 vorhandenen Stoffe ermöglichen. Hier stehen sowohl Infrarotspektroskopie (Attenuated Total Reflection Modus ATR mit Infrarot- Lichtleitern), elektronische Anregungsspektroskopie mit ultraviolettem und sichtbarem Licht, Nah-Infrarotspektroskopie, sowie Raman-Spektroskopie zur Verfügung. Durch die relative Anordnung der Fasern zueinander können alle bekannten Geometrien zum Anregen und Aufnehmen der Spektren eingestellt werden. Beispielsweise werden für Infrarot-, Fluoreszenz- und Raman- Spektroskopie Geometrien mit 180 Grad Rückstreuung bevorzugt (Raman- und Fluoreszenz-Spektroskopie auch 90 Grad), während für elektronische Anregungsspektroskopie und Nah-Infrarotspektroskopie Transmissionsgeometrien bevorzugt werden. Die Signale an den optischen Fasern können mittels optischen Detektoren analysiert werden. Neben oder alternativ zu dieser Detektierung ist erfindungsgemäß eine weitere, unten beschriebene Detektierung von Stoffen in zumindest einem aus den Reaktorräumen 20 austretenden Reaktionsprodukt vorgesehen.A frit 28 , ie a gas-permeable disk, is horizontally arranged in each reactor chamber 20 , on which a catalyst or a number of solid bodies 30 is stored as a bed. The main part 16 is penetrated at the level of the catalyst 30 by temperature sensors 32 , which each lead to one of the reactor rooms 20 from the outside. The temperature sensors 32 are used when controlling a heating and / or cooling (heating or coolant channels) of the reactor block 12 , not shown. Instead of the temperature sensors 32, optical fibers or light guides can optionally be provided, which enable a spectroscopic analysis of the substances present in the reactor space 20 . Both infrared spectroscopy (attenuated total reflection mode ATR with infrared light guides), electronic excitation spectroscopy with ultraviolet and visible light, near infrared spectroscopy and Raman spectroscopy are available. Due to the relative arrangement of the fibers to each other, all known geometries for exciting and recording the spectra can be set. For example, geometries with backscattering of 180 degrees are preferred for infrared, fluorescence and Raman spectroscopy (Raman and fluorescence spectroscopy also 90 degrees), while transmission geometries are preferred for electronic excitation spectroscopy and near-infrared spectroscopy. The signals on the optical fibers can be analyzed using optical detectors. In addition to or as an alternative to this detection, a further detection of substances, described below, is provided according to the invention in at least one reaction product emerging from the reactor spaces 20 .

Das Unterteil 18 dient primär zum Abgrenzen der Reaktorräume 20 nach unten. Zugleich ist in das Unterteil 18 auch ein Schieberventil 34 integriert, mittels dem eine Injektion von Reaktionsprodukt aus den Reaktorräumen 20 für eine nachfolgende gaschromatographische Trennung erfolgt. Das Unterteil 18 bildet somit auch einen Injektionsblock, der nachfolgend genauer beschrieben wird. The lower part 18 serves primarily to delimit the reactor spaces 20 downwards. At the same time, a slide valve 34 is also integrated in the lower part 18 , by means of which an injection of reaction product from the reactor spaces 20 takes place for a subsequent gas chromatographic separation. The lower part 18 thus also forms an injection block, which is described in more detail below.

Dieser Injektionsblock ist bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel in den Reaktorblock 12 integriert.In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, this injection block is integrated in the reactor block 12 .

Das Schieberventil 34 ist in Gestalt einer Scheibe bzw. Platte gestaltet, die mittels eines nicht dargestellten Stell- oder Schrittmotors hin- und herschiebbar ist. Das Schieberventil 34 ist dabei durch nicht dargestellte Führungen geführt.The slide valve 34 is designed in the form of a disk or plate which can be pushed back and forth by means of an actuating or stepping motor, not shown. The slide valve 34 is guided by guides, not shown.

Das Schieberventil 34 ist von senkrecht durchgehenden, insbesondere gebohrten Kanälen 36, 38 und 40 durchsetzt, von denen je drei einem Reaktor bzw. dessen Auslassöffnung 26 zugeordnet sind. Die Kanäle 36, 38 und 40 sind voneinander gleichmäßig beabstandet.The slide valve 34 is penetrated by vertically continuous, in particular drilled, channels 36 , 38 and 40 , three of which are each assigned to a reactor or its outlet opening 26 . The channels 36 , 38 and 40 are evenly spaced from one another.

Im Unterteil 18 sind an der der Auslassöffnung 26 gegenüberliegenden Seite des Schieberventils 34 ein Auslasskanal 42 sowie in einem bestimmten Abstand, der den Abständen der Kanäle 36, 38 und 40 entspricht, seitlich dazu zwei gegenüberliegende Trägergaskanäle 44 ausgebildet.In the lower part 18 , an outlet channel 42 is formed on the side of the slide valve 34 opposite the outlet opening 26 , and two opposite carrier gas channels 44 are formed laterally at a certain distance which corresponds to the distances between the channels 36 , 38 and 40 .

Das Unterteil 18 und das Schieberventil 34 wirken in ihrer Funktion als Injektionseinrichtung wie folgt zusammen:
Zunächst befindet sich das Schieberventil 34 in Ruhestellung, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, d. h. der Kanal 38 verbindet die Auslassöffnung 26 mit dem Auslasskanal 42, er wird von Reaktionsprodukt durchströmt und dabei "geladen". Durch den Kanal 40 und die Trägergaskanäle 44 strömt während dieser Zeit Trägergas für die chromatographische Trennung, das von einer weiter nicht dargestellten Gasquelle bereitgestellt wird. Der Kanal 36 ist an beiden Enden durch das Unterteil 18 verschlossen.
The lower part 18 and the slide valve 34 interact in their function as an injection device as follows:
First of all, the slide valve 34 is in the rest position, as shown in FIG. 1, ie the channel 38 connects the outlet opening 26 to the outlet channel 42 , reaction product flows through it and thereby “charged”. During this time, carrier gas for the chromatographic separation flows through the channel 40 and the carrier gas channels 44 and is provided by a gas source (not shown). The channel 36 is closed at both ends by the lower part 18 .

Durch Verschieben des Schieberventils 34 in Richtung des Pfeils A gelangt der Kanal 38 zwischen die Trägergaskanäle 44. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei wird Reaktionsprodukt in den Trägergasstrom injiziert. Der Kanal 36 stellt währenddessen das Ausströmen von Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsraum 20 zum Auslasskanal 42 sicher. Der Kanal 40 wird vom Unterteil 18 verschlossen.By moving the slide valve 34 in the direction of arrow A, the channel 38 passes between the carrier gas channels 44 . This is shown in Fig. 2. The reaction product is injected into the carrier gas stream. The channel 36 in the meantime ensures the outflow of reaction product from the reaction space 20 to the outlet channel 42 . The channel 40 is closed by the lower part 18 .

Nach einer kurzen Zeit von in der Regel nicht länger als ca. 5 Sekunden, wird das Schieberventil 34 wieder zurückbewegt, sodass der Ruhe- und Ladezustand wieder hergestellt ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Kanal 36 in dieser Ruhelage ebenfalls von einem Gas durchspült, beispielsweise einem Reinigungsgas oder aber von einem Trägergas einer zweiten Gasquelle, die eine zweite, etwa zeitgleiche chromatographische Trennung desselben Reaktionsproduktes ermöglicht.After a short time of generally no longer than about 5 seconds, the slide valve 34 is moved back again, so that the idle and charging state is restored. In an embodiment not shown, the channel 36 is also flushed through by a gas in this rest position, for example a cleaning gas or else by a carrier gas of a second gas source, which enables a second, approximately simultaneous chromatographic separation of the same reaction product.

Das Schieberventil 34 ist bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel als kreisrunde Scheibe gestaltet, in der die Kanäle 36, 38 und 40 in Gestalt konzentrischer Kreise angeordnet sind. Diese Scheibe ist auf einem Lagerzapfen geführt. Die Schaltlogik beim Drehen entspricht der oben beschriebenen.The slide valve 34 is designed in a non-illustrated embodiment as a circular disc in which the channels 36 , 38 and 40 are arranged in the form of concentric circles. This disc is guided on a journal. The switching logic when turning corresponds to that described above.

Das Injektionsvolumen für die gaschromatographische Trennung wird durch die Dimensionen der Kanäle 36, 38 und 40 bestimmt. Insbesondere können die Dicke des Schieberventils 34 sowie die jeweiligen Durchmesser der Kanäle 36, 38 und 40 variiert werden. Das Schieberventil 34 ist sinnvoll mit einer Dicke von 4 bis 10 mm gestaltet und die Kanäle 36, 38 und 40 weisen vorteilhaft je den gleichen Durchmesser auf, und zwar zwischen 0,1 mm und 1,0 mm.The injection volume for gas chromatographic separation is determined by the dimensions of channels 36 , 38 and 40 . In particular, the thickness of the slide valve 34 and the respective diameter of the channels 36 , 38 and 40 can be varied. The slide valve 34 is sensibly designed with a thickness of 4 to 10 mm and the channels 36 , 38 and 40 advantageously each have the same diameter, namely between 0.1 mm and 1.0 mm.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Hauptteil 16 und dem Unterteil 18 ein Strömungsteiler eingesetzt, damit im Reaktor ausreichende Strömungsgeschwindigkeiten erreicht werden und zugleich die Kanäle 36, 38 und 40 nicht überlastet sind. Der Strömungsteiler kann als Verzweigung in das Hauptteil 16 oder das Unterteil 18 eingesetzt oder in einem von diesen ausgebildet sein. Die Strömungsteilung wird durch das Verhältnis der Strömungswiderstände von den Kanälen 36, 38 oder 40 und dem Strömungsteiler bestimmt. In an embodiment not shown, a flow divider is inserted between the main part 16 and the lower part 18 , so that sufficient flow velocities are achieved in the reactor and at the same time the channels 36 , 38 and 40 are not overloaded. The flow divider can be used as a branch in the main part 16 or the lower part 18 or be formed in one of these. The flow division is determined by the ratio of the flow resistances from the channels 36 , 38 or 40 and the flow divider.

Das in die Trägerkanäle 44 injizierte Reaktionsprodukt wird nachfolgend in nicht dargestellten Kapillaren chromatographisch getrennt. Die Kapillaren sind in einem Kapillarenblock ausgebildet, in den sie eingefräst oder geätzt sind. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kapillaren in einem Bündel kommerziell erhältlicher Kapillaren in gewünschter Länge gestaltet. Die Trennleistung der Kapillaren ist durch ihre Länge und eine Füllung oder einen Wandbelag bestimmt. Ihre Anzahl ist gleich der der Reaktoren, im in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl also 64.The reaction product injected into the carrier channels 44 is subsequently separated chromatographically in capillaries (not shown). The capillaries are formed in a capillary block into which they are milled or etched. In an embodiment not shown, the capillaries are designed in a bundle of commercially available capillaries in the desired length. The separation performance of the capillaries is determined by their length and a filling or a wall covering. Their number is equal to that of the reactors, so in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 the number is 64.

In diesen parallel geschalteten Kapillaren erfolgt eine echte parallele chromatographische, im dargestellten Beispiel gaschromatographische Trennung. Die Kapillaren sind in einem beheizbaren Gehäuse angeordnet, wobei die Heizung gesteuert ist und für die jeweilige Trennung eigene Heizprogramme ablaufen können.A real parallel takes place in these parallel connected capillaries chromatographic, in the example shown gas chromatographic separation. The capillaries are arranged in a heatable housing, the Heating is controlled and separate heating programs for each separation can expire.

In Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Reaktorblock ähnlich dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten verwendet wird. Der Reaktorblock ist als Gasflussreaktorblock gestaltet, d. h. als Reaktionsprodukt entsteht in ihm ein Gas, ein Dampf oder ein Gemisch aus diesen.In FIGS. 3 and 4, an embodiment is shown in which a reactor block is used similarly to that shown in Figs. 1 and 2 shown. The reactor block is designed as a gas flow reactor block, ie a gas, a vapor or a mixture of these forms as a reaction product.

Der Hauptteil dieses Reaktorblockes ist auf einen Edelstahlblock geschraubt, der ein eingefrästes Kanalsystem und ein Schieberventil entsprechend dem Unterteil 18 in Fig. 1 und 2 enthält und einen Injektionsblock bildet. Das Schieberventil ist hier als Kanalplatte 34a gestaltet, in der Kanäle 36a, 38a und 40a im wesentlichen entsprechend den Kanälen 36, 38 und 40, hier aber in planarer Anordnung, ausgebildet sind.The main part of this reactor block is screwed onto a stainless steel block, which contains a milled channel system and a slide valve corresponding to the lower part 18 in FIGS. 1 and 2 and forms an injection block. The slide valve is designed here as a channel plate 34 a, in which channels 36 a, 38 a and 40 a are essentially designed to correspond to channels 36 , 38 and 40 , but here in a planar arrangement.

Fig. 3 zeigt die Lage der Kanäle 36a, 38a und 40a beim Beladen des Kanals 38a mit Reaktionsprodukt. Fig. 4 stellt dar, wie das Reaktionsprodukt anschließend in Trägergas eines Gaschromatographen (Vielkanal-GC) injiziert wird, der dem letztgenannten Injektionsblock nachgeschaltet ist. Fig. 3 shows the position of the channels 36 a, 38 a and 40 a when loading the channel 38 a with reaction product. FIG. 4 shows how the reaction product is subsequently injected into the carrier gas of a gas chromatograph (multichannel GC) which is connected downstream of the last-mentioned injection block.

Am Ausgang jeder Kapillare ist bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen je ein Detektor bzw. Sensor angeordnet, so dass sich ein Detektorfeld ergibt. Die Detektoren sind in einem Detektorblock zusammengefasst, der sich an den Kapillarenblock anschließt.At the exit of each capillary in the described exemplary embodiments a detector or sensor is arranged so that a detector field results. The Detectors are combined in a detector block, which is located on the Capillary block connects.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines miniaturisierten Labors bei dem ein Reaktorblock 12 für Flüssigkeiten mit einer Dosierung für eine flüssigchromatographische Trennung vorgesehen ist. Der Reaktorblock 12 ist dabei ähnlich dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel gestaltet. Er weist ebenfalls ein Oberteil 14, ein Hauptteil 16 und ein Unterteil 18 auf. Im Hauptteil 16 sind Reaktorräume 20 ausgebildet, die Kegelform aufweisen und in die durch Einlassöffnungen bzw. Kanülen 22 mit einem Dosierroboter 46 Flüssigkeit, Feststoff (z. B. Harzkügelchen) sowie Gas eingebracht oder Vakuum angelegt werden kann. Der bezogen auf Fig. 5 obere Durchmesser der kegelförmigen Reaktorräume 20 beträgt 12 mm. An der Auslassöffnung 26 ist eine Fritte 28 vorgesehen, um gegebenenfalls vorhandene Festkörper im Reaktorraum 20 zurückzuhalten. FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a miniaturized laboratory in which a reactor block 12 for liquids with a dosage for liquid chromatographic separation is provided. The reactor block 12 is designed similarly to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2. It also has an upper part 14 , a main part 16 and a lower part 18 . In the main part 16 , reactor spaces 20 are formed which have a conical shape and into which liquid, solid (for example resin beads) and gas can be introduced or a vacuum can be applied through inlet openings or cannulas 22 with a dosing robot 46 . The refer to Fig. 5, upper diameter of the conical reactor chambers 20 is 12 mm. A frit 28 is provided at the outlet opening 26 in order to retain any solids present in the reactor space 20 .

Unter dem Unterteil 18 ist ein Block mit kegelförmigen Räumen 47 angeordnet, die zum Aufnehmen und Abführen des je aus einem Reaktorraum 20 austretenden Reaktionsproduktes vorgesehen sind.A block with conical spaces 47 is arranged under the lower part 18 and is provided for receiving and discharging the reaction product emerging from a reactor space 20 .

Die nach den Reaktorräumen 20 in der chromatographischen Trennung teilweise oder vollständig aufgetrennten Stoffe des Reaktionsproduktes werden in ein Feld mit Detektoren 48 geleitet, die in einem planaren Substrat bzw. Detektorblock 50 angeordnet sind. Fig. 6 zeigt diesen Detektorblock 50. An diesen Detektoren erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Raman-spektroskopische Detektierung ohne Faseroptik.The substances of the reaction product which have been partially or completely separated in the chromatographic separation after the reactor spaces 20 are conducted into a field with detectors 48 which are arranged in a planar substrate or detector block 50 . Fig. 6 shows this detector block 50. In this exemplary embodiment, Raman spectroscopic detection without fiber optics takes place on these detectors.

Der Detektorblock 50 weist Kapillaren 52 auf, von denen je eine zu einem Detektor 48 hin und von diesem weg führt. Die Anzahl der Detektoren 48 entspricht der Anzahl Reaktoren, beträgt also 64. Die Detektoren 48 werden mit monochromatischem Licht aus einem Laser bestrahlt und mit einer CCD-Kamera 54 als bildverarbeitende Einrichtung abgebildet. Vor der CCD-Kamera befinden sich holographische Filter, um intensive Rayleigh-Streuung zu beseitigen, sowie Filter zum Auswählen bestimmter gewünschter Frequenzbereiche der Raman- Streuung. Mit dieser Art Einrichtung wird das Raman-Signal in einem festgelegten Frequenzbereich für alle Detektoren 48 gleichzeitig, d. h. parallel aufgenommen. Somit kann bei einem breiten Frequenzbereich des Filters (z. B. von 400 bis 4000 Wellenzahlen) das Vorhandensein nahezu beliebiger Substanzen detektiert werden. Alternativ kann die Detektierung durch einen engeren Frequenzbereich auf gewisse Substanzgruppen limitiert werden, beispielsweise auf Stoffe mit Carbonylgruppen im Bereich um 1700 Wellenzahlen.The detector block 50 has capillaries 52 , one of which leads to and away from a detector 48 . The number of detectors 48 corresponds to the number of reactors, ie is 64. The detectors 48 are irradiated with monochromatic light from a laser and imaged with a CCD camera 54 as an image processing device. In front of the CCD camera are holographic filters to eliminate intense Rayleigh scattering, as well as filters to select certain desired frequency ranges of the Raman scattering. With this type of device, the Raman signal is recorded in a defined frequency range for all detectors 48 simultaneously, ie in parallel. This means that the presence of almost any substance can be detected over a wide frequency range of the filter (e.g. from 400 to 4000 wave numbers). Alternatively, the detection can be limited to certain substance groups by a narrower frequency range, for example to substances with carbonyl groups in the range around 1700 wave numbers.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Detektoren 48, die auf der Grundlage der Adsorption eines zu analysierenden Stoffes an einem Wirt und der bildverarbeitenden Erkennung eines Raman-Spektrums nach dieser Adsorption arbeiten. Der einzelne Detektor 48 weist eine Grundplatte 56 sowie darüber eine Zwischenplatte 64 auf, in der Kanäle 58 und 60 zum Zu- und Abführen von Stoffströmen zu einer Aussparung 62 ausgebildet sind. Auf der Zwischenplatte 64 ist eine optisch transparente Abdeckplatte 66 aus Glas oder Quarz angeordnet. In den Aussparungen 64 befindet sich je die eigentliche Detektorfläche 68, das sogenannte Pixel. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich an der Grundplatte 56 an der der Detektorfläche 68 gegenüberliegenden Seite der Aussparung 62 eine reflektierende Beschichtung, die als metallischer Spiegel oder als diffus reflektierende weiße Fläche gestaltet ist. Die in Fig. 6 veranschaulichte CCD-Kamera 54 beobachtet die Detektorfläche 68 durch die Abdeckplatte 66 in Richtung der Pfeile B. FIG. 7 shows an exemplary embodiment with detectors 48 , which operate on the basis of the adsorption of a substance to be analyzed on a host and the image processing detection of a Raman spectrum after this adsorption. The individual detector 48 has a base plate 56 and an intermediate plate 64 above it, in which channels 58 and 60 for supplying and removing material flows to a recess 62 are formed. An optically transparent cover plate 66 made of glass or quartz is arranged on the intermediate plate 64 . The actual detector surface 68 , the so-called pixel, is located in the cutouts 64 . In an exemplary embodiment not shown, there is a reflective coating on the base plate 56 on the side of the recess 62 opposite the detector surface 68 , which is designed as a metallic mirror or as a diffusely reflecting white surface. The CCD camera 54 illustrated in FIG. 6 observes the detector surface 68 through the cover plate 66 in the direction of the arrows B.

Das Material der Detektorfläche 68 ist hier der mesoporöse Wirt SBA-15, in dessen Poren Analyte beim Durchströmen von Reaktionsprodukt durch die Kanäle 58 und 60 sowie die Aussparung 62 adsorbiert werden. Das Material ist als Film durch Dip-Coating einer Suspension des Wirtes auf die transparente Abdeckplatte 66 aufgebracht worden, wobei das Muster der Detektorflächen 68 auf dem Detektorblock 50 durch eine aufgeklebte Maskenfolie definiert worden ist. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Muster mittels Lithographie mit Photoresist, durch Siebdruck, durch Sprühverfahren mit Maske oder durch hydrothermales Aufwaschen auf durch Öffnungen in einer Resist- Maske freigelassene Gebiete erzeugt worden.The material of the detector surface 68 here is the mesoporous host SBA-15, in the pores of which analytes are adsorbed when reaction product flows through the channels 58 and 60 and the recess 62 . The material has been applied as a film by dip-coating a suspension of the host onto the transparent cover plate 66 , the pattern of the detector surfaces 68 on the detector block 50 being defined by an adhesive masking film. In one exemplary embodiment, which is not shown, the pattern was produced by means of lithography with photoresist, by screen printing, by spraying with a mask or by hydrothermal washing on areas left open by openings in a resist mask.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Detektoren 48, die im wesentlichen gleich den in Fig. 7 dargestellten Detektoren 48 aufgebaut sind. Die Detektoren 48 gemäß Fig. 8 werden jedoch nicht unmittelbar sonder mittelbar mit einer Kombination von Lichtleitern bzw. Quarzfasern und entsprechender Transferoptik für einen Laser als Anregungslichtquelle sowie von Quarzfasern für die zu detektierende Strahlung abgetastet. Die zu detektierende Strahlung wird in einer linearen Anordnung der Glasfasern zu einem Monochromator zur Dispersion des Lichtes geführt, wo das Licht in der CCD-Kamera analysiert wird. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anregung über eine diffuse Anregungsquelle, während über Einzellichtleiter bzw. einzelne Glasfasern detektiert wird. Alternativ kann über verzweigte Lichtleiter angeregt und detektiert werden. FIG. 8 shows an exemplary embodiment of detectors 48 which are constructed essentially the same as the detectors 48 shown in FIG. 7. However, the detectors 48 according to FIG. 8 are not scanned directly and indirectly with a combination of light guides or quartz fibers and corresponding transfer optics for a laser as an excitation light source, and quartz fibers for the radiation to be detected. The radiation to be detected is guided in a linear arrangement of the glass fibers to a monochromator for the dispersion of the light, where the light is analyzed in the CCD camera. In an embodiment not shown, the excitation takes place via a diffuse excitation source, while detection is carried out via individual light guides or individual glass fibers. Alternatively, excitation and detection can be carried out via branched light guides.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zum Anregen ein UV-Laser genutzt, mit dem die unerwünschte Fluoreszenz vermieden und hohe Empfindlichkeit erreicht wird. Alternativ können andere Laserfarben zum Anregen verwendet werden, beispielsweise rote Diodenlaser bei etwa 780 nm. Der große Vorteil ist dabei die viel höhere Informationsdichte an jeder Detektorfläche, die sich durch die spektrale Auflösung der Raman-Signale ergibt.In the present exemplary embodiment, a UV laser is used for excitation, with which avoids the unwanted fluorescence and achieves high sensitivity becomes. Alternatively, other laser colors can be used for excitation, for example red diode lasers at around 780 nm. The big advantage here is that much higher information density on each detector surface, which is characterized by the spectral resolution of the Raman signals results.

Bei einer Anregung der Detektorfläche 68 durch Lichtleiter können jeweils mehrere Anregungs-Lichtleiter um einen Detektierungs-Lichtleiter herum gruppiert oder umgekehrt mehrere Detektierungs-Lichtleiter um einen Anregungs-Lichtleiter herum gruppiert werden. Lichtleiter und Detektorfläche können durch Einfügen optischer Elemente, wie z. B. Linsen optimal optisch gekoppelt werden. Um Streulicht in benachbarten Detektoren zu vermeiden, kann jede Detektorfläche 68 bzw. jedes Pixel von umliegenden durch eine lichtundurchlässige Trennwand abgetrennt sein. Ferner können an geeigneten Stellen optische Filter im Strahlengang eingesetzt sein, um unerwünschte Strahlung, wie z. B. Rayleigh Streuung, zurückzuhalten.When the detector surface 68 is excited by light guides, several excitation light guides can be grouped around a detection light guide or, conversely, several detection light guides can be grouped around one excitation light guide. The light guide and detector surface can be inserted by inserting optical elements, such as. B. Optically coupled lenses. In order to avoid stray light in neighboring detectors, each detector surface 68 or each pixel can be separated from the surrounding ones by an opaque partition. Furthermore, optical filters can be used at suitable points in the beam path to prevent unwanted radiation, such as. B. Rayleigh scatter.

Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Detektorfläche 68 einen mesoporösen Film, der nach Maskierung auf der transparenten Abdeckplatte 66 aufgetragen und kalziniert worden ist. Diese Detektorflächen 68 werden zum Detektieren organischer Stoffe verwendet, die in den Mesoporen der Detektorflächen 68 kurzzeitig beim Vorbeiströmen einer Substanz bzw. eines chromatographisch getrennten Substanzpeaks adsorbiert werden.In the exemplary embodiment shown in FIG. 8, the detector surface 68 comprises a mesoporous film, which after masking has been applied to the transparent cover plate 66 and calcined. These detector surfaces 68 are used for detecting organic substances which are briefly adsorbed in the mesopores of the detector surfaces 68 when a substance or a chromatographically separated substance peak flows past.

Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel eines miniaturisierten Labors werden Detektoren gemäß Fig. 8 zur Analyse von chromatographisch getrennten Flüssigkeiten (HPLC) verwendet. Die Detektoren sind dabei dahingehend modifiziert, dass sie keinen mesoporösen Film aufweisen, sondern dass direkt das Raman-Spektrum des im Probenvolumen kurzzeitig vorhandenen Analyten aufgenommen wird. Im Unterschied zur gaschromatographischen Trennung spielt bei der flüssigchromatographischen Trennung das Material des Trägerstroms eine wichtige Rolle, denn das Raman-Spektrum des Analyten muss vom Spektrum des Trägerstroms unterscheidbar sein. Als Material des Trägerstroms kommen insbesondere einfache Moleküle ohne oder mit wenigen Wasserstoffatomen, wie z. B. Kohlenstofftetrachlorid oder überkritisches Kohlendioxid, in Frage.In an exemplary embodiment of a miniaturized laboratory, not shown, detectors according to FIG. 8 are used for the analysis of chromatographically separated liquids (HPLC). The detectors are modified in such a way that they do not have a mesoporous film, but rather that the Raman spectrum of the analyte that is briefly present in the sample volume is recorded directly. In contrast to gas chromatographic separation, the material of the carrier stream plays an important role in liquid chromatographic separation, because the Raman spectrum of the analyte must be distinguishable from the spectrum of the carrier stream. In particular, simple molecules with or without a few hydrogen atoms, such as e.g. B. carbon tetrachloride or supercritical carbon dioxide in question.

Fig. 9 stellt Detektoren 48 dar, die zum Detektieren eines Analyten in strömendem chromatographisch getrenntem Reaktionsprodukt über spektral aufgelöste Infrarotspektren vorgesehen sind und dabei auf der Basis der Transmissionsgeometrie arbeiten. Alternativ kann ein mit direkter oder diffuser Reflektionsgeometrie arbeitender Detektor genutzt werden, wie er in Fig. 7 bzw. 8 veranschaulicht ist. FIG. 9 shows detectors 48 which are provided for detecting an analyte in a flowing chromatographically separated reaction product via spectrally resolved infrared spectra and which operate on the basis of the transmission geometry. Alternatively, a detector working with direct or diffuse reflection geometry can be used, as is illustrated in FIGS. 7 and 8.

Der in Fig. 9 dargestellte Detektor 48 weist ebenfalls eine Grundplatte 56, eine Zwischenplatte 64 mit Kanälen 58 und 60 sowie mit Aussparungen 62, und schließlich eine Abdeckplatte 66 auf. Die Grundplatte 56 und die Abdeckplatte 66 sind beide aus einem für Infrarotstrahlung des gewünschten Spektralbereichs durchlässigen Material, beispielsweise Germanium oder Silizium, gefertigt. In den Aussparungen sind Detektorflächen 68 ausgebildet, die analog zu den oben beschriebenen Detektoren 48 mit einem mesoporösen oder mikroporösen Material aufgebaut sind. Das poröse Material soll dabei einerseits vorbeiströmendes Reaktionsprodukt kurzfristig binden, um genügend spektrale Empfindlichkeit zu erhalten, und andererseits, falls gewünscht, durch Molekularsiebeffekte Stoffe im Reaktionsprodukt selektieren.The detector 48 shown in FIG. 9 also has a base plate 56 , an intermediate plate 64 with channels 58 and 60 and with cutouts 62 , and finally a cover plate 66 . The base plate 56 and the cover plate 66 are both made of a material which is transparent to infrared radiation of the desired spectral range, for example germanium or silicon. Detector surfaces 68 are formed in the cutouts and are constructed with a mesoporous or microporous material analogously to the detectors 48 described above. On the one hand, the porous material should bind the reaction product flowing past for a short time in order to obtain sufficient spectral sensitivity, and on the other hand, if desired, select substances in the reaction product by means of molecular sieve effects.

Die Führung der Infrarotstrahlung erfolgt über nicht dargestellte Lichtleiter in Richtung der Pfeile C. Von diesen werden die detektierenden Lichtleiter, d. h. jene Lichtleiter, in welche die durch den Detektor hindurchgetretene Infrarotstrahlung eintritt, in linearer Anordnung in einen Monochromator mit abbildender Qualität eingekoppelt und die Strahlung wird nach spektraler Dispersion am Gitter oder Prisma auf einen zweidimensionalen, ortsaufgelösten Infrarotdetektor abgebildet.The infrared radiation is guided via light guides (not shown) in Direction of arrows C. Of these, the detecting light guides, i. H. those Light guide into which the infrared radiation that has passed through the detector occurs in a linear arrangement in a monochromator with imaging quality coupled in and the radiation is after spectral dispersion on the grating or Prism imaged on a two-dimensional, spatially resolved infrared detector.

Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen werden die oben im Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 9 beschriebenen Detektoren 48 für eine direkte Abbildung oder eine Spektralanalyse von Adsorptionsflächen, oder aber zum Ermitteln eines Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektrums der Detektorflächen 68 verwendet. Dabei kann beispielsweise die Farbänderung der Detektorflächen 68 ermittelt werden, indem diese mit dem solvatochromen Farbstoff Nil Rot in den Poren eines Films des mesoporösen Wirtes SBA-15 versehen ist. Alternativ kann ein mesoporöser Film nach Maskierung auf die transparente Abdeckplatte 66 aufgetragen, kalziniert und für das Detektieren fluoreszierender Stoffe verwendet werden, die in den Mesoporen der Detektorfläche 68 kurzzeitig bei Vorbeiströmen eines chromatographisch getrennten Peaks adsorbiert werden. Der Film wird wie bei den oben beschriebenen Detektoren aufgebracht. Lichtführung und Analyse erfolgen mit Monochromator und CCD-Kamera ebenfalls analog zu den oben beschriebenen Verfahren.In exemplary embodiments that are not shown, the detectors 48 described above in connection with FIGS. 6 to 9 are used for direct imaging or a spectral analysis of adsorption surfaces, or for determining an absorption and / or fluorescence spectrum of the detector surfaces 68 . In this case, for example, the color change of the detector areas 68 can be determined by providing it with the solvatochrome dye Nile Red in the pores of a film of the mesoporous host SBA-15. Alternatively, a mesoporous film after masking can be applied to the transparent cover plate 66 , calcined and used for the detection of fluorescent substances which are briefly adsorbed in the mesopores of the detector surface 68 as a chromatographically separated peak flows past. The film is applied as with the detectors described above. Light guidance and analysis are also carried out with a monochromator and CCD camera in the same way as for the methods described above.

Abschließend sei angemerkt, dass mit dem hier verwendeten Ausdruck "Block" nicht ausschließlich ein kubischer Körper gemeint ist, sondern dass auch scheiben- bzw. plattenförmige Körper damit umfasst sein sollen.Finally, it should be noted that with the expression "block" used here not only a cubic body is meant, but that too disk-like or plate-like bodies are intended to be encompassed thereby.

Insgesamt ist durch die erfindungsgemäße konsequent modulare Schichtung eines Reaktorblockes, eines Injektionsblockes, eines Kapillarblockes und schließlich eines Sensorblockes eine besonders kompakte und zugleich kostengünstige Lösung eines miniaturisierten chemischen Labors gestaltet. Overall, the layering is consequently modular a reactor block, an injection block, a capillary block and Finally, a sensor block is particularly compact and at the same time cost-effective solution of a miniaturized chemical laboratory.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Labor
laboratory

1212

Reaktorblock
reactor block

1414

Oberteil
top

1616

Hauptteil
Bulk

1818

Unterteil
lower part

2020

Reaktorraum
reactor chamber

2222

Einlassöffnung
inlet port

2424

Schieberventil
spool valve

2626

Auslassöffnung
outlet

2828

Fritte
frit

3030

Katalysator
catalyst

3232

Temperaturfühler
temperature sensor

3434

Schieberventil
spool valve

3434

a Kanalplatte
a channel plate

3636

Kanal
channel

3636

a Kanal
a channel

3838

Kanal
channel

3838

a Kanal
a channel

4040

Kanal
channel

4040

a Kanal
a channel

4242

Auslasskanal
exhaust port

4444

Trägergaskanal
Carrier gas channel

4646

Dosierroboter
Dispensing

4747

kegelförmiger Raum
conical space

4848

Detektor
detector

5050

Detektorblock
detector block

5252

Kapillare
capillary

5454

CCD-Kamera
CCD camera

5656

Grundplatte
baseplate

5858

Kanal
channel

6060

Kanal
channel

6262

Aussparung
recess

6464

Zwischenplatte
intermediate plate

6666

Abdeckplatte
cover

6868

Detektorfläche
detector surface

Claims (33)

1. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor (10) mit einer Vielzahl Reaktoren (12, 20) zum Durchführen paralleler Reaktionsprozesse und einer Analyseeinrichtung zum Analysieren von mindestens einem entstehenden Reaktionsprodukt, die eine Detektorfläche (68) oder ein Detektorvolumen zum Detektieren mindestens eines Stoffes im Reaktionsprodukt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine bildverarbeitende Einrichtung (54) zum Ermitteln der Detektierung des Stoffes an der Detektorfläche (68) oder dem Detektorvolumen vorgesehen ist.1. Integrated miniaturized chemical laboratory ( 10 ) with a plurality of reactors ( 12 , 20 ) for carrying out parallel reaction processes and an analysis device for analyzing at least one emerging reaction product, which has a detector surface ( 68 ) or a detector volume for detecting at least one substance in the reaction product , characterized in that an image processing device ( 54 ) is provided for determining the detection of the substance on the detector surface ( 68 ) or the detector volume. 2. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl Analyseeinrichtungen vorgesehen sind, die je einzeln einem Reaktor (12, 20) zugeordnet sind, wobei insbesondere die Detektorflächen (68) oder die Detektorvolumen der Vielzahl Analyseeinrichtungen insgesamt von der bildverarbeitenden Einrichtung (54) erfasst werden.2. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 1, characterized in that a plurality of analysis devices are provided, each of which is individually assigned to a reactor ( 12 , 20 ), in particular the detector surfaces ( 68 ) or the detector volumes of the plurality of analysis devices as a whole from the image processing unit Device ( 54 ) are detected. 3. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorfläche (68) als Adsorptionsfläche mit einem Rezeptor zum Adsorbieren von wenigstens einem Stoff aus dem Reaktionsprodukt gestaltet ist, und insbesondere je Analyseeinrichtung mehrere Adsorptionsflächen mit unterschiedlichen Rezeptoren vorgesehen sind.3. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 1 or 2, characterized in that the detector surface ( 68 ) is designed as an adsorption surface with a receptor for adsorbing at least one substance from the reaction product, and in particular several adsorption surfaces with different receptors are provided per analysis device. 4. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorfläche (68) einen molekularen, anorganischen, organischen und/oder biologischen Rezeptor aufweist, wobei das Material des Rezeptors insbesondere mit vorbeiströmendem Reaktionsprodukt wechselwirken kann. 4. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the detector surface ( 68 ) has a molecular, inorganic, organic and / or biological receptor, wherein the material of the receptor can interact in particular with the reaction product flowing past. 5. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Rezeptors ein Polymer und/oder einen porösen Wirt, insbesondere Zeolith, und/oder einen periodischen mesoporösen und/oder einen mikroporösen Wirt aufweist.5. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 4, characterized in that the material of the receptor is a polymer and / or a porous host, in particular zeolite, and / or a periodic one has mesoporous and / or a microporous host. 6. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer und/oder der Wirt einen salvatochromen Farbstoff trägt.6. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 5, characterized in that the polymer and / or the host one salvatochrome dye. 7. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) auf dem Prinzip einer direkten Abbildung oder einer Spektralanalyse der Detektorfläche (68) bzw. des Detektorvolumens beruht, wobei insbesondere ein Lichtleiter zum Übertragen von Lichtstrahlung verwendet wird.7. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 6, characterized in that the image processing device ( 54 ) is based on the principle of direct imaging or spectral analysis of the detector surface ( 68 ) or the detector volume, in particular an optical fiber for transmission of light radiation is used. 8. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) ein Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektrum der Detektorfläche (68) bzw. des Detektorvolumens ermittelt.8. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 7, characterized in that the image processing device ( 54 ) determines an absorption and / or fluorescence spectrum of the detector surface ( 68 ) or the detector volume. 9. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) ein Schwingungsspektrum, insbesondere ein Raman- und/oder Infrarotspektrum, der Detektorfläche (68) bzw. des Detektorvolumens ermittelt.9. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 8, characterized in that the image processing device ( 54 ) determines an oscillation spectrum, in particular a Raman and / or infrared spectrum, of the detector surface ( 68 ) or the detector volume. 10. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) im Bereich von sichtbarem und/oder ultraviolettem und/oder infrarotem Licht arbeitet. 10. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 9, characterized in that the image processing device ( 54 ) operates in the range of visible and / or ultraviolet and / or infrared light. 11. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorfläche (68) auf dem Prinzip poröser und/oder quellbarer Adsorbentien beruht, wobei insbesondere ihr optisches Verhalten durch die Adsorption eines Stoffes beeinflusst wird.11. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 10, characterized in that the detector surface ( 68 ) is based on the principle of porous and / or swellable adsorbents, in particular their optical behavior being influenced by the adsorption of a substance. 12. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung eine Injektionseinrichtung (18, 34) aufweist, um eine kleine Menge Reaktionsprodukt in einen gasförmigen oder flüssigen Trägerstrom in Richtung zu einer zugehörigen Detektorfläche (68) bzw. eines Detektorvolumens zu injizieren, wobei insbesondere mehrere Injektionseinrichtungen (18, 34) zu einem Injektionsblock zusammengefasst sind.12. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 11, characterized in that the analysis device comprises an injection device ( 18 , 34 ) to a small amount of reaction product in a gaseous or liquid carrier stream towards an associated detector surface ( 68 ) or to inject a detector volume, in particular several injection devices ( 18 , 34 ) being combined to form an injection block. 13. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung einen Chromatographen, insbesondere einen Kapillarchromatographen (18, 20) aufweist, mit zumindest einer Trennsäule, wobei insbesondere mehrere Trennsäulen zu einem Trennsäulenblock zusammengefasst sind.13. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 12, characterized in that the analysis device has a chromatograph, in particular a capillary chromatograph ( 18 , 20 ), with at least one separation column, in particular a plurality of separation columns being combined to form a separation column block. 14. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinrichtung eine Selektionseinrichtung aufweist, zum Selektieren des Reaktionsproduktes hinsichtlich bestimmter Molekülgrößen.14. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 13, characterized in that the analysis device is a selection device has to select the reaction product for certain Molecular sizes. 15. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoren (12, 20) und die Detektoren (48), sowie insbesondere auch die Injektionseinrichtungen (18, 34), Chromatographen (16, 20) und/oder Selektionseinrichtungen, in einen Laborblock zusammengefasst sind.15. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 14, characterized in that the reactors ( 12 , 20 ) and the detectors ( 48 ), and in particular also the injection devices ( 18 , 34 ), chromatographs ( 16 , 20 ) and / or selection devices are combined in a laboratory block. 16. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Laborblock entlang der längsten Achse kleiner als 50 cm, insbesondere kleiner als 20 cm ist.16. Integrated miniaturized chemical laboratory according to claim 15, characterized in that the laboratory block is smaller along the longest axis than 50 cm, in particular less than 20 cm. 17. Integriertes miniaturisiertes chemisches Labor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 16 und 20.000, insbesondere zwischen 48 und 1000 Reaktoren (12, 20) zu einem Reaktorblock (12) zusammengefasst sind.17. Integrated miniaturized chemical laboratory according to one of claims 1 to 16, characterized in that between 16 and 20,000, in particular between 48 and 1000, reactors ( 12 , 20 ) are combined to form a reactor block ( 12 ). 18. Verfahren zur Analyse eines Reaktionsproduktes, das in einem integrierten miniaturisierten chemischen Labor (10) bei parallelen Reaktionsprozessen in einer Vielzahl Reaktoren (12, 20) entsteht, mit dem Schritt: Zuführen des Reaktionsproduktes an eine Detektorfläche (68) oder ein Detektorvolumen zum Detektieren mindestens eines Stoffes im Reaktionsprodukt, gekennzeichnet durch den Schritt: Ermitteln des Detektierens des Stoffes mit einer bildverarbeitenden Einrichtung (54).18. A method for analyzing a reaction product which is produced in an integrated miniaturized chemical laboratory ( 10 ) in parallel reaction processes in a plurality of reactors ( 12 , 20 ), with the step: supplying the reaction product to a detector surface ( 68 ) or a detector volume for detection at least one substance in the reaction product, characterized by the step: determining the detection of the substance with an image processing device ( 54 ). 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt von der Vielzahl Reaktoren (12, 20) parallel zu einer Vielzahl Detektorflächen (68) geführt wird, und die Vielzahl Detektorflächen (68) oder Detektorvolumen insgesamt von der bildverarbeitenden Einrichtung (54) erfasst werden.19. The method according to claim 18, characterized in that the reaction product from the plurality of reactors ( 12 , 20 ) is guided parallel to a plurality of detector surfaces ( 68 ), and the plurality of detector surfaces ( 68 ) or detector volume overall from the image processing device ( 54 ) be recorded. 20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorflächen (68) mit einem Rezeptor wenigstens einen Stoff des Reaktionsproduktes adsorbieren, und insbesondere Reaktionsprodukt von je einem Reaktor (12, 20) zu mehreren Detektorflächen (68) mit unterschiedlichen Rezeptoren geführt wird. 20. The method according to claim 18 or 19, characterized in that the detector surfaces ( 68 ) adsorb at least one substance of the reaction product with a receptor, and in particular the reaction product of each reactor ( 12 , 20 ) leads to a plurality of detector surfaces ( 68 ) with different receptors becomes. 21. Verfahren nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren mit einem molekularen, anorganischen, organischen und/oder biologischen Rezeptor erfolgt, wobei das Material des Rezeptors insbesondere mit vorbeiströmendem Reaktionsprodukt wechselwirkt.21. The method according to claim 18, 19 or 20, characterized in that the detection with a molecular, inorganic, organic and / or biological receptor takes place, the Material of the receptor, in particular with the reaction product flowing past interacts. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren mit einem Polymer und/oder einem porösen Wirt, insbesondere Zeolith, und/oder einem periodischen mesoporösen und/oder einem mikroporösen Wirt erfolgt.22. The method according to claim 21, characterized in that the detection with a polymer and / or a porous host, especially zeolite, and / or a periodic one mesoporous and / or a microporous host. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer bzw. der Wirt einen salvatochromen Farbstoff trägt.23. The method according to claim 22, characterized in that the polymer or the host has a salvatochromic Dye carries. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) auf dem Prinzip einer direkten Abbildung oder einer Spektralanalyse der Detektorfläche (68) oder des Detektorvolumens arbeitet, wobei insbesondere Lichtstrahlung mit einem Lichtleiter übertragen wird.24. The method according to any one of claims 18 to 23, characterized in that the image processing device ( 54 ) works on the principle of direct imaging or spectral analysis of the detector surface ( 68 ) or the detector volume, in particular light radiation being transmitted with an optical fiber. 25. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) ein Absorptions- und/oder Fluoreszenzspektrum der Detektorfläche (68) oder des Detektorvolumens ermittelt.25. The method according to any one of claims 18 to 24, characterized in that the image processing device ( 54 ) determines an absorption and / or fluorescence spectrum of the detector surface ( 68 ) or the detector volume. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) ein Schwingungsspektrum, insbesondere ein Raman- und/oder Infrarotspektrum, der Detektorfläche (68) oder des Detektorvolumens ermittelt. 26. The method according to any one of claims 18 to 25, characterized in that the image processing device ( 54 ) determines an oscillation spectrum, in particular a Raman and / or infrared spectrum, of the detector surface ( 68 ) or the detector volume. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die bildverarbeitende Einrichtung (54) im Bereich von sichtbarem und/oder ultraviolettem und/oder infrarotem Licht arbeitet.27. The method according to any one of claims 18 to 26, characterized in that the image processing device ( 54 ) operates in the range of visible and / or ultraviolet and / or infrared light. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren mit porösen und/oder quellbaren Adsorbentien erfolgt, wobei insbesondere durch die Adsorption eines Stoffes das optische Verhalten der Adsorptionsfläche beeinflusst wird.28. The method according to any one of claims 18 to 27, characterized in that the detection with porous and / or swellable Adsorbents takes place, in particular by the adsorption of a substance optical behavior of the adsorption surface is influenced. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren ein paralleles Injizieren (18, 34) von Reaktionsprodukt in einen gasförmigen oder flüssigen Trägerstrom in Richtung zu einer zugehörigen Detektorfläche (68) oder einem Detektorvolumen umfasst, wobei insbesondere das parallele Injizieren (18, 34) zusammengefasst in einem Injektionsblock erfolgt.29. The method according to any one of claims 18 to 28, characterized in that the analysis comprises a parallel injection ( 18 , 34 ) of reaction product into a gaseous or liquid carrier stream in the direction of an associated detector surface ( 68 ) or a detector volume, wherein in particular the parallel injections ( 18 , 34 ) combined in one injection block. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren ein paralleles chromatographisches Trennen, insbesondere ein kapillarchromatographisches Trennen (18, 20) umfasst, wobei das parallele Trennen insbesondere zusammengefasst in einem Trennsäulenblock erfolgt.30. The method according to any one of claims 18 to 29, characterized in that the analysis comprises a parallel chromatographic separation, in particular a capillary chromatographic separation ( 18 , 20 ), the parallel separation taking place in particular combined in a separation column block. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysieren ein Selektieren des Reaktionsproduktes hinsichtlich bestimmter Molekülgrößen umfasst.31. The method according to any one of claims 18 to 30, characterized in that the analyzing is a selection of the Reaction product includes certain molecular sizes. 32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsprozesse (12, 20) und das Detektieren an den Detektorflächen (68) bzw. den Detektorvolumen zusammengefasst in einem Laborblock erfolgen. 32. The method according to any one of claims 18 to 31, characterized in that the reaction processes ( 12 , 20 ) and the detection on the detector surfaces ( 68 ) or the detector volume take place together in a laboratory block. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 32, zusammengefasst dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 16 und 20.000, insbesondere zwischen 48 und 1000 Reaktionsprozesse (12, 20) in einem Reaktorblock (12) zusammengefasst erfolgen.33. The method as claimed in one of claims 18 to 32, characterized in that between 16 and 20,000, in particular between 48 and 1000, reaction processes ( 12 , 20 ) are carried out in a reactor block ( 12 ).
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