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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen einer flüssigen Probe
in ein NMR-Spektrometer zur Messung eines NMR-Spektrums der flüssigen Probe,
wobei die flüssige
Probe in eine Zuführungsleitung
injiziert wird, und wobei der flüssigen
Probe in der Zuführungsleitung
weitere Flüssigkeiten
folgen, die voneinander und von der flüssigen Probe durch Gasblasen
getrennt sind.
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Ein
solches Verfahren ist bereits aus der
US 5397989 A bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden
in einer Probenschleife zwischen einer Probenflüssigkeit und einer Transportflüssigkeit
Gasblasen erzeugt, welche die beiden Flüssigkeiten räumlich voneinander
trennt. Hierdurch soll eine Vermischung der Flüssigkeiten vermieden werden.
Die Probenflüssigkeit
und Trennungs-Segmente (Gas- und
Flüssigkeits-Segmente)
werden nacheinander mittels einer Nadel in die Probenschleife aufgezogen. Anschließend wird
die Probenschleife mittels einer Verbindungskapillare mit dem NMR
verbunden. Die Probe kann dann durch die Kapillare in das NMR-Spektrometer
gepumpt werden. Es kann auch eine interne Parkkapillare benutzt
werden, die mit einem Ventil mit dem NMR verbindbar ist. Auch hier werden
Segmente bestehend aus Probe, Gas- und Flüssigkeits-Segmenten gebildet
und zwischengeparkt, bevor sie in Richtung NMR-Spektrometer gepumpt
werden.
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Nachteilig
an diesem Verfahren ist, dass die Probe so lange in einer Parkposition
gehalten wird bis sämtlich
Gas und/oder Flüssigkeits-Segmente
in die Probenschleife aufgezogen sind. Erst dann wird das Proben-Segment
mit den Trennungs-Segmenten dem NMR-Spektrometer zugeführt. Durch
diese Vorgehensweise ergibt sich ein erheblicher Zeitverlust, der
insbesondere bei instabilen Proben zu einer Verschlechterung des
Messergebnisses führen
kann. Ein weiteres und weitaus größeres Problem ist das so genannte „Back Mixing" oder „Carry
Over". Da nur eine
Nadel für
alle Aktionen verwendet wird, d.h. sowohl zum Aufziehen der Probe
als auch zum Aufziehen der unterschiedlichen Flüssigkeits-Segmente, kann es zu Verunreinigung
der Flüssigkeiten
in den Aufbewahrungsbehältern
sowie zu einer Vermischung der Flüssigkeiten innerhalb der Kapillare kommen.
Derartige Verunreinigungen ließen
sich nur durch aufwendiges Reinigen zwischen den einzelnen Schritten
vermeiden. Dies ist aber nur bedingt möglich, da die Gefahr besteht,
dass das Reinigungsmittel in die Nadel hinein diffundiert und sich
mit den aufgezogenen Flüssigkeiten
vermischt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zuführen einer flüssigen Probe
in ein NMR-Spektrometer vorzuschlagen, das einen schnellen Probentransfer
erlaubt und die Vermischung und Verdünnung der einzelnen Segmente verhindert.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die flüssige
Probe über
einen Injektions-Einlass einer Ventilanordnung zugeführt wird, die
ausgangsseitig mit der Zuführungsleitung
verbunden werden kann, dass die weiteren Flüssigkeiten und Gas über Zuleitungen
der Ventilanordnung zugeführt
werden, und dass durch zeitlich abgestimmtes Schalten der Ventilanordnung
in der Zuführungsleitung
eine gewünschte
Sequenz von Probe-Segmenten, Gasblasen und weiteren Flüssigkeits-Segmenten
erzeugt wird, die dem NMR-Spektrometer zugeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht für jede
Flüssigkeit
(z.B. Lösemittel),
die Proben-Segmente und das Gas eigene Leitungen und Anschlüsse vor,
die in einer Ventilanordnung enden. Hierdurch kann eine Vermischung
der verschiedenen Komponenten sowohl in den Aufbewahrungsbehältern als auch
innerhalb der Kapillare vermieden werden. Darüber hinaus können mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Ventilanordnung
die gewünschten
Flüssigkeits-
und Gas-Segmente auf einfache Weise in der Kapillare erzeugt werden.
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In
einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erzeugte
Sequenz direkt ohne Zwischenspeicherung dem NMR-Spektrometer zugeführt. Die
einzelne Flüssig- und
Gas-Segmente, die für
den Transfer zum NMR notwendig sind, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht in einer Verzögerungsschleife
zwischen geparkt, sondern werden „on the fly" in der Transferkapillare
zum NMR zusammengestellt. Hierdurch verkürzt sich der Weg zum NMR-Spektrometer,
so dass nach der Zusammenstellung nur noch wenig Volumen benötigt wird
um die Probe in dem FI-Probenkopf in Position zu bringen. Diese
Technik spart ca. 50% der Vorbereitungszeit. In Sekunden ausgedrückt beläuft sich
der Zeitgewinn zwischen ca. 20 und 40 Sekunden, je nach Applikation.
Bei einer Zykluszeit von 1,5 bis 2 Minuten ist dieser Gewinn drastisch.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn beim oder nach dem Verlassen der Ventilanordnung
in die Zuführungsleitung
die Sequenz überwacht
und gegebenenfalls geregelt wird. Die Positionen und Abgabemengen
der einzelnen Segmente werden so synchronisiert, dass man auf schnelle
Weise den gesamten gewünschten
Probenzug, mit Proben-, Gas- und Flüssigkeits-Segmenten zusammenstellen
kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
nach der Messung ein Rückwaschen
der Zuführungsleitung entgegen
der Zuführungsrichtung
mittels eines Spülgases
und/oder mindestens einer Spülflüssigkeit durchgeführt wird.
Eine Kontamination einer nachfolgenden Probe durch einen Übertrag
der bereits vermessenen Probe kann somit vermieden werden.
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Eine
Weiterbildung des Verfahren sieht vor, dass das Rückwaschen über eine
weitere Ventilanordnung erfolgt, die ausgangsseitig mit der Zuführungsleitung
verbunden werden kann, wobei das Spülgas und/oder die Spülflüssigkeit(en) über Zuleitungen
der weiteren Ventilanordnung zugeführt werden. Die weitere Ventilanordnung
gewährleistet
eine einfache und gut kontrollierbare Zuführung der Spülflüssigkeit(en)
und/oder des Spülgases
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Bei
einer vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird durch zeitlich abgestimmtes Schalten der weiteren Ventilanordnung
in der Zuführungsleitung
eine gewünschte
Sequenz von Spülgasblasen
und Spülflüssigkeits-Segmenten zum Rückwaschen
erzeugt. Durch eine geeignete, beispielsweise gepulste, Sequenz
von Spülgasblasen
und Spülflüssigkeits-Segmenten
kann eine gegenüber
einer konventionellen Reinigung mittels einer kontinuierlichen Flüssigkeitsmenge
effizientere Reinigung realisiert werden.
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In
einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird die Zuführungsleitung
beheizt. die Proben können
schon auf dem Weg zum NMR-Spektrometer auf eine gewünschte Temperatur
gebracht werden, die es erlaubt die Viskosität der Probe zu steuern und
reproduzierbare, stabile Bedingungen zu schaffen. Darüber hinaus
wird ein eventueller Aufheizvorgang im NMR-Spektrometer durch das
Vorheizen der Probe in der Zuleitung verkürzt, so dass eine zusätzliche Zeitersparnis
die Folge ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des
beschriebenen Verfahrens mit einer Zuführungsleitung zum Zuführen der
flüssigen
Probe in das NMR-Spektrometer, wobei die Vorrichtung eine ausgangsseitig
mit der Zuführungsleitung
verbindbare Ventilanordnung mit dem Injektions-Einlass und Zuleitungs-Einlässen für Gas und
die weiteren Flüssigkeiten
umfasst. Die in der Ventilanordnung zusammenführbaren, separaten Zuleitungs-Einlässe für Gas und
weitere Flüssigkeiten
verhindern eine ungewünschte
Vermischung beziehungsweise Kontamination der Flüssigkeiten, so dass das erfindungsgemäße Verfahren
mit dieser Vorrichtung durchgeführt
werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die Zuführungsleitung
mit einem Sensor zur Messung des Gasvolumens der Gasblasen und/oder
des Flüssigkeitsvolumens
der Flüssigkeits-Segmente
versehen. Die Menge der zugeführten
Flüssigkeit
beziehungsweise des zugeführten
Gases kann auf diese Weise präzise kontrolliert
werden.
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In
einer Weiterbildung dieser Ausführungsform
handelt es sich bei dem Sensor um einen optischen Sensor.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung weist eine
mit dem Sensor und der Ventilanordnung verbundene elektronische
Regeleinrichtung zur exakten Regelung des Gasvolumens der Gasblasen,
bzw. der Flüssigkeitsvolumen
der Flüssigkeits-Segmente
auf. Mithilfe einer derartigen Regeleinrichtung kann eine beliebige
Sequenz mit Gas-, Flüssigkeits-Segmenten
und Probe zusammengestellt werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
umfasst eine weitere, ausgangsseitig mit der Zuführungsleitung verbindbare Ventilanordnung
mit Zuleitungs-Einlässen
für das
Spülgas
und/oder die Spülflüssigkeit
und einen Entsorgungs-Auslass. Über
die weitere Ventilanordnung kann eine Rei nigung der Zuführungsleitungen
mit Spülgas
und/oder die Spülflüssigkeit
stattfinden, damit kein Übertrag
von der Probensubstanz in die nächste
Probe erfolgt.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der
Zeichnung. Ebenso können
die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder
zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte
und beschriebene Ausführungsform
ist nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung
der Erfindung.
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Die
Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von einem
Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 mit
Proben-, Gas- und Flüssigkeitssegmenten
befüllte
Kapillaren;
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2 eine
Vorrichtung zum Zuführen
einer flüssigen
Probe in ein NMR-Spektrometer nach dem Stand der Technik; und
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3 eine
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Zuführen
einer flüssigen
Probe in ein NMR-Spektrometer;
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Um
eine Probensubstanz 1 mittels eines Durchfluss-Verfahrens
in eine NMR-Spektrometer 2 zu
transferieren, wird eine Kapillare 3 verwendet, die neben
einem Proben-Segment 1a mit der Probensubstanz 1 weitere
Flüssigkeits-Segmente 4a, 5a, 6a, 6b und
Gasblasen 7 aufnehmen kann, wie in 1 dargestellt.
Die als Reinigungs-Segment 4a in der Kapillare eingebrachte
Reinigungsflüssigkeit 4 wirkt
aufgrund der Adhäsion
zwischen dem Reinigungs-Segment 4a und der Wand der Kapillare 3 wie eine
Bürste
und dient zur Reinigung der Kapillare 3, um einen Übertrag
von einer zuvor durch die Kapillare 3 transportierten Probe
auf die nachfolgende Probe zu vermeiden. Der Transport des Proben-Segments 1a erfolgt über das
Zuführen
eines Stoßflüssigkeits-Segments 5a,
welches mit Hilfe einer Pumpe 8 in Zuführungsrichtung 9 getrieben
wird. Um eine Vermischung der Probensubstanz 1 und der
Reinigungs-, beziehungsweise Stoßflüssigkeit 4, 5 zu
vermeiden, werden zwischen dem Proben-Segment 1a und dem
Reinigungs- Segment 4a beziehungsweise zwischen
dem Proben-Segment 1a der Stoßflüssigkeits-Segment 5a abwechselnd
Gasblasen 7 und Trennungs-Segmente 6a, 6b aufgezogen.
Bei einer bereits gereinigten Kapillare 3 kann auf das
Reinigungs-Segment 4a und
die Trennungs-Segmente 6a verzichtet werden. Dies ist im
unteren Teil der 1 dargestellt.
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2 zeigt
eine Vorrichtung zum Zuführen einer
flüssigen
Probe in ein NMR-Spektrometer 2 nach
dem Stand der Technik. Die Probensubstanz 1 sowie die Reinigungsflüssigkeit 4 und
die Flüssigkeit 6 für die Trennungs-Segmente 6a, 6b werden
in der gewünschten
Reihenfolge nacheinander durch eine Nadel 10 in die Kapillaren 3 aufgezogen.
Das Aufziehen der Flüssigkeiten 1, 4, 6 erfolgt
lediglich mit einer Nadel 10, so dass es zu einer ungewünschten
Vermischung der verschiedenen Flüssigkeiten 1, 4, 6 innerhalb
der Kapillare 3 kommen kann. Während des Aufziehens der einzelnen
Substanzen werden die bereits aufgezogenen Substanzen in der Kapillare 3 „geparkt" bis sich die gewünschte Sequenz
an Flüssigkeits-
und Gas-Segmenten 1a, 4a, 5a, 6a, 6b, 7 in der
Kapillare 3 befindet. Anschließend wird die Kapillare 3 über einen
Injektionseinlass 11 mit einer Zuführungsleitung 12 verbunden,
durch welche die Flüssigkeits-
und Gas-Segmente 1a, 4a, 5a, 6a, 6b, 7 zum
Eingang 13 des NMR-Spektrometers 2 transferiert
werden. Die Stoßflüssigkeit 5 sorgt
dabei für
einen definierten Transport der Flüssigkeits- und Gas-Segmente 1a, 4a, 5a, 6a, 6b.
Nach der Messung werden die Flüssigkeits-
und Gas-Segmente 1a, 4a, 5a, 6a, 6b, 7 durch
einen Ausgang 14 des NMR-Spektrometers 2 einem Entsorgungs-Auslass 15 zugeführt.
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3 zeigt
eine Vorrichtung zum Zuführen einer
flüssigen
Probe in ein NMR-Spektrometer 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der die Flüssigkeits-
und Gas-Segmente 4a, 5a, 6a, 6b, 7 über eine Ventilanordnung 16 gebildet
werden. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine unabhängige Nadel 10 zum Aufnehmen
und Abgeben der Probensubstanz 1, die über den Injektionseinlass 11 mit
der schnell drehenden Ventilanordnung 16 verbindbar ist.
Von der Ventilanordnung 16 erfolgt der Transfer der Probensubstanz 1 über die
Zuführungsleitung 12 zum NMR-Spektrometer 2.
Die zusätzlich
zu der Probensubstanz 1 für den Proben transport benötigten Flüssigkeiten 4, 5, 6 und/oder
Gase 7 werden der Zuführungsleitung 12 über separate
Zuleitungen 17a der Ventilanordnung 16 zugeführt. Dazu
können
weitere Nadeln (nicht gezeigt) direkt in der Ventilanordnung 16 eindockt
sein, die jeweils direkt mit den entsprechenden Flüssigkeiten
verbunden sind. Die Ventilanordnung 16 besitzt neben den
Zuleitungen 17a auch einen Gasanschluss 17b und
einen Entsorgungs-Auslass 15. Sind die Nadeln in der Ventilanordnung 16 eindockt,
werden Position und Abgabemenge synchronisiert, so dass man auf
schnellste Weise den gesamten Probenzug, mit Gas- und Flüssigkeits-Segmenten 4a, 5a, 6a, 6b, 7 und
Probe-Segment 1a, zusammenstellen kann. Nach Beendigung der
Messung kann die Probensubstanz über
die Zuführungsleitung 12 zurückgeführt werden
oder über einen
Entsorgungs-Auslass 23 einer weiteren, unten beschriebenen,
Ventilanordnung 21 entsorgt werden.
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Im
Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung
(2) kommt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Nadel 10 während eines
Probentransfers mit keiner anderen Flüssigkeit in Berührung und
wird daher nur die Probensubstanz 1 sehen. Für jede Flüssigkeit,
die Probensegmente und das Gas gibt es eigene Leitungen und Einlässe, wodurch
ein „Backmixing" ausgeschlossen wird.
Zwar weist auch die Ventilanordnung 16 ein kleines Volumen 20 auf,
durch das sämtliche Flüssigkeiten 1, 4, 5, 6 und
Gase 7 vor der Bildung der Segmente geführt werden, so dass prinzipiell eine
Vermischung der einzelnen Substanzen möglich wäre, jedoch laufen die Flüssigkeiten 1, 4, 5, 6 und Gase 7 alle
in dieselbe Richtung durch das Volumen 20, so dass eine
Vermischung der einzelnen Komponenten, wenn überhaupt, sehr gering ist.
Um einen automatischen Solventwechsel anbieten zu können, ist
auch ein Konstrukt mit mehreren Nadeln und Injektions- Einlässen denkbar.
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Um
einen Übertrag
von der Probensubstanz 1 in die nächste Probe zu vermeiden, kann
die Nadel 10 nach jeder Aktion gereinigt werden, ohne eine Verdünnung und/oder
Vermischung der Flüssigkeits-Segmente
zu verursachen. Zur Reinigung der Zuführungsleitung 12 sieht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die oben bereits erwähnte
weitere Ventilanordnung 21 vor. Die Ventilanordnung 21 ist
mit der Zu führungsleitung 12 verbindbar
und weist Zuleitungs-Einlässe 22a für Spülflüssigkeiten,
einen Einlass 22b für
ein Spülgas
und den Entsorgungs-Auslass 23 zum Entsorgen der untersuchten
Probensubstanz 1 und der mit der Probensubstanz in der
Kapillare 3 transportierten Flüssigkeiten und/oder Gase auf.
Das Spülgas
und/oder die Spülflüssigkeiten
werden entgegen der Zuführungsrichtung
durch den Ausgang 14 des NMR-Spektrometers 2 durch
die Kapillare 3 geführt
und über
den Auslass 15 der Ventilanordnung 16 entsorgt.
Mit Hilfe der weiteren Ventilanordnung 21 kann auf einfache
und schnelle Weise eine Spülsequenz
aus verschiedenen Spülflüssigkeiten
und -gasen erstellt werden, wodurch eine effektivere Reinigung der
Zuführungsleitung 12 realisiert werden
kann.
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Da,
im Gegensatz zum Stand der Technik, das Proben-Segment 1 mit
den Flüssigkeits-
und Gas-Segmenten 4a, 5a, 6a, 6b, 7 nicht
geparkt, sondern direkt auf dem Weg gebildet werden, wird nach der
Zusammenstellung nur noch wenig Volumen benötigt, um das Proben-Segment 1a in
dem FI-Probenkopf des NMR-Spektrometers 2 in
Position zu bringen. Neben der Vermeidung beziehungsweise Minimierung
der Kontamination der Flüssigkeiten wird
daher durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung auch eine geringere Transferdauer realisiert.
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Problematisch
bei dieser Technik ist die Portionierung des Gases. Durch einen
variablen Eingangsdruck, Gas-Kompression und unterschiedlichen Rückdruckbedingungen
im System kann man diesen Prozess nicht ausschließlich zeitsteuern.
Um das benötigte
Gasvolumen exakt zu bestimmen, sind daher Sensoren 18 in
der Zuleitung 17b des Gases zum NMR-Spektrometer 2 vorgesehen
mit deren Hilfe die, Portionierung des Gases gesteuert werden kann.
Die schnell drehende Ventilanordnung 16 wird von der Gasposition
in die nächste
Position zum Zuführen
der gewünschten
Flüssigkeit
verdreht, sobald der Sensor 18 das eingestellte Volumen
errechnet hat. Die Berechnung der Gasvolumina kann dabei über ein
kalibriertes Volumen zwischen zwei Sensoren 18 erfolgen.
Größerer Volumina
werden mit einem Zeitfaktor multipliziert. Zur genaueren Bestimmung
der finalen Position im NMR-Spektrometer 2 kann ein identischer
Sensor 18 im Probekopf des NMR-Spektrometers 2 vorgesehen
sein. Zusätzlich kann
eine elektronische Regeleinrichtung 19 vorgesehen sein,
welche die Gaszufuhr entsprechend den vom Sensor 18 gemessenen
Werten kontrolliert und regelt.
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Die
vorliegende Erfindung realisiert daher ein Verfahren beziehungsweise
eine Vorrichtung zum Zuführen
einer flüssigen
Probe in ein NMR-Spektrometer mit einem schnellen Probentransfer,
wobei eine Vermischung und Verdünnung
der einzelnen Segmente vermieden wird.
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- 1
- Probensubstanz
- 1a
- Proben-Segment
- 2
- NMR-Spektrometer
- 3
- Kapillare
- 4a
- Reinigungs-Segmente
- 4
- Reinigungsflüssigkeit
- 5a
- Stoßflüssigkeits-Segment
- 5
- Stoßflüssigkeit
- 6
- Flüssigkeit
für Trennungs-Segmente
- 6a
- Trennungs-Segment
- 6b
- Trennungs-Segment
- 7
- Gasblasen
- 8
- Pumpe
- 9
- Zuführungsrichtung
- 10
- Nadel
- 11
- Injektionseinlass
- 12
- Zuführungsleitung
- 13
- Eingang
zum NMR-Spektrometer
- 14
- Ausgang
des NMR-Spektrometer
- 15
- Entsorgungs-Auslass
- 16
- Ventilanordnung
- 17a
- Zuleitung
für weitere
Flüssigkeiten
- 17b
- Zuleitung
für Gas
- 18
- Sensor
- 19
- elektronische
Regeleinrichtung
- 20
- Volumen
- 21
- weitere
Ventilanordnung
- 22a
- Zuleitungs-Einlässe für Spülflüssigkeiten
- 22b
- Zuleitungs-Einlass
für Spülgas
- 23
- Entsorgungs-Auslass