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Die Erfindung betrifft eine Sammelvorrichtung zum Sammeln von Substanzen aus einem Gas, mit einem Sammelkopf, in dem ein Probenträger angeordnet ist, einer Gasfördereinrichtung, die in einem Sammelvorgang eine Strömung des Gases von Außen durch den Sammelkopf zum Probenträger ermöglicht, wodurch die Substanzen im Probenträger sammelbar sind.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt über Sammelvorrichtungen Substanzen jeglicher Art zu sammeln. Diese Sammelvorrichtung kann z. B. mikrobiologische Luftproben entnehmen, die anschließend in einem weiteren Schritt, beispielsweise in einem Labor untersucht werden können. Ein Anwendungsgebiet ist die Überprüfung von Räumen, ob schädliche Partikel, Allergene, wie beispielsweise Allergene von Pilzen, Milben etc. in der Luft vorhanden sind, die sich gesundheitsschädlich für den Menschen auswirken können, die sich in diesen Räumen aufhalten. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Sammelvorrichtung für das oben genannte Problem einzusetzen, die über eine definierte Zeit Luftproben durchführt. Hierbei ist es bekannt, Filter in der Sammelvorrichtung einzusetzen, an der die zu sammelnde biologische Substanz zuverlässig aufgefangen werden kann. Beispielsweise kommen zur Filtrierung der Luft Glasfaserfilter zum Einsatz. Ein Nachteil des Einsatzes eines Filters in der Sammelvorrichtung ist, dass für die anschließende Untersuchung der Luftprobe, die gesammelten biologischen Substanzen vom Filter entfernt werden müssen, insbesondere zu extrahieren sind. Das bedeutet, dass erst nachdem die biologischen Substanzen vom Filter entfernt worden sind, die eigentliche Laborauswertung der Luftprobe erfolgen kann, um beispielsweise die Art und die Menge der biologischen Substanzen zu ermitteln. In diesem Zusammenhang ergibt sich das zusätzliche Problem, dass bei bestimmten Filtermaterialien und/oder in Abhängigkeit von den biologischen Substanzen es zu einer starken Bindung zwischen der gesammelten biologischen Substanz und dem Filtermaterial kommen kann. Die biologischen Substanzen sind in einem derartigen Fall kaum oder gar nicht mehr vom Filtermaterial zu entfernen, das bedeutet, dass eine Extraktion der biologischen Substanzen vom Filtermaterial Schwierigkeiten bereiten kann. Ebenfalls hat sich das Problem ergeben, dass in Abhängigkeit von der zu sammelnden biologischen Substanz sowie vom eingesetzten Filtermaterial es kaum zu einer Bindung am Filtermaterial kommt, so dass die Luftprobe, die mit der Sammelvorrichtung gemessen wird, falsche Ergebnisse bei der anschließenden Laboruntersuchung entstehen lässt. Weitere Nachteile und Schwierigkeiten bei der Luftprobenanalyse ergeben sich dadurch, dass die im Filtermaterial zunächst gesammelten biologischen Substanzen beim Transport zum Labor und/oder bei der Aufbereitung des Filters (Extraktion) verloren gehen können. Auch hier können fehlerhafte Ergebnisse bei der Auswertung der Luftprobe entstehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden, insbesondere eine Sammelvorrichtung zum Sammeln von Substanzen aus Gas bereitzustellen, die konstruktiv einfach ausgestaltet ist und eine zuverlässige Sammlung von Substanzen gewährleistet und gleichzeitig ermöglicht, dass in einem anschließenden Überprüfungsverfahren, welches beispielsweise im Labor stattfinden kann, die gesammelten Substanzen ohne wesentlichen Aufwand zu untersuchen sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch sämtliche Merkmale des Anspruches 1 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind mögliche Ausführungsformen beschrieben.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Probenträger eine Vielzahl an Kavitäten aufweist, die mit einer derartigen Bindekapazität ausgestaltet sind, so dass beim Sammelvorgang die Substanzen zuverlässig in den Kavitäten verbleiben. Der wesentliche Kern der Erfindung ist, dass der Sammelvorgang filterlos stattfindet. Anstelle des Filters wird ein Probenträger verwendet, der eine Vielzahl an Kavitäten umfasst, in die Gas von Außen geleitet wird. Hierbei ist der Probenträger mit einer entsprechenden hohen Bindekapazität an seiner Oberfläche ausgebildet, wodurch hohe Haftungseigenschaften der Substanzen hervorgerufen werden. Ist der Sammelvorgang beendet, kann der Probenträger aus der Sammelvorrichtung entnommen werden und für den nächsten Untersuchungsschritt, beispielsweise im Labor, verwendet werden. Das bedeutet, dass der Probenträger in der Sammelvorrichtung die Substanzen auffängt, bzw. die Substanzen an ihm haften bleiben. Insbesondere entsteht die Bindung der Substanzen mit dem Probenträger in den jeweiligen Kavitäten. Im anschließenden Auswerteverfahren, beispielsweise ELISA-Verfahren, wird der identische Probenträger mit den etwaig abgeschiedenen Substanzen innerhalb der Kavität verwendet, wobei der eigentliche Nachweis sowie die Nachweisreaktion in der einzelnen Kavität des Probenträgers stattfindet. Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist somit, dass im Vergleich zum Stand der Technik der Zwischenschritt der Extraktion vom Filter entfällt. Erfindungsgemäß kann in den Kavitäten, die zur Sammlung der Substanzen während des Sammelvorgangs dienen, auch das sich anschließende Nachweisverfahren, insbesondere antikörperbasierte Nachweisverfahren und/oder das immunologische Nachweisverfahren stattfinden. Bei den Probenträgern kann es sich beispielsweise um eine Mikrotiterplatte oder Teile von einer Mikrotiterplatte handeln, die beispielsweise streifenartig ausgebildet sind.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung können die Kavitäten zylinderartig ausgebildet sein und/oder die Kavitäten nebeneinander angeordnet sein und/oder die Kavitäten in ihrer Anordnung eine translatorische Ausrichtung aufweisen und/oder einen Streifen bilden. Während des Sammelvorgangs sorgt die Gasfördereinrichtung dafür, dass ein ausreichender Gasvolumenstrom durch die Sammelvorrichtung strömt. Hierbei bleiben die Substanzen an der Oberfläche der Kavitäten haften, ohne dass die Gefahr besteht, dass die gesammelten Substanzen sich wieder von den Kavitäten lösen. Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Sammelvorgang die Kavitäten einzeln durch jeweils einen Deckel geschlossen werden können, bevor sie zum nachgeschalteten Auswerteverfahren transportiert werden. Der Einsatz des Deckels dient als zusätzliche Sicherheit, um zu verhindern, dass die gesammelten Substanzen in den Kavitäten verlustig gehen.
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Um eine hohe Effizienz des Sammelvorganges zu bewirken kann es von Vorteil sein, dass der Sammelkopf mehrere Einströmbereiche aufweist, durch die das Gas beim Sammelvorgang in Richtung Probenträger strömt. Jeder Einströmbereich ist jeweils einer Kavität zugeordnet, wobei insbesondere die Kavität unterhalb des jeweiligen Einströmbereiches liegt. Diese Ausgestaltungsform der Erfindung bewirkt, dass eine zielgerichtete Gasströmung in die jeweilige Kavität bewirkt wird, um zuverlässig im Gas vorhandene Substanzen zu sammeln.
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Der Einströmbereich kann z. B. eine Öffnung aufweisen, die beispielsweise einen düsenartigen Querschnitt haben kann. Die Erstreckung der Öffnung ist zur Kavität ausgerichtet, damit der von Außen einströmende Gasstrom zuverlässig in die Kavität geleitet wird.
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Alternativ ist es denkbar, dass jeder Einströmbereich mehrere Öffnungen aufweisen kann. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Effizienz beim Sammelvorgang wesentlich durch eine derartige Ausführungsform der Erfindung erhöht werden kann. Die Öffnungen jedes Einströmbereiches sind einer Kavität zugeordnet, so dass auch bei dieser Ausführungsform das einströmende Gas zielgerichtet in die jeweilige Kavität des dazu gehörigen Einströmbereiches geleitet wird.
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Vorteilhafterweise kann die Öffnung konisch ausgeführt sein. Es hat sich gezeigt, dass der Gaseingangsbereich der Öffnung, der der Außenseite zugewandt ist, konisch ausgebildet sein kann, das bedeutet, dass der Querschnitt in Richtung Innenbereich der Sammelvorrichtung, insbesondere in Richtung Probenträger sich verjüngt. Die Reduzierung des Querschnitts der Öffnung bewirkt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases und den darin enthaltenen Substanzen während des Sammelvorgangs. Die beschleunigten Substanzen strömen aufgrund ihrer in der Öffnung erhaltenen Geschwindigkeit und ihrer Massenträgheit zum Probenträger, insbesondere in die Kavitäten. Durch das hohe Bindungsvermögen der Kavitäten verbleiben die Substanzen zuverlässig innerhalb dieser Kavitäten und stehen verlustfrei für die weitere Auswertung, beispielsweise für die immunologische Auswertung, beispielsweise ELISA-Verfahren, zur Verfügung. Es hat sich in Tests gezeigt, dass gerade die Verwendung von mehreren Öffnungen mit einem geringen Querschnitt in jedem Einströmbereich eine hohe Abscheideleistung, das bedeutet eine hohe Sammelleistung der Substanzen am Probenträger erreicht wird. Dies ist dadurch bedingt, dass Öffnungen mit einem derart geringen Querschnitt in jedem Einströmbereich vorhanden sind, dass hohe Beschleunigungen der Substanzen entstehen. Die hohen Beschleunigungen der zu sammelnden biologischen Substanzen begünstigen die Bindewirkung am Probenträger, insbesondere in den Kavitäten.
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Bei einer weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen eines jeden Einströmbereiches konzentrisch zu einem Bezugspunkt angeordnet sind. Überraschenderweise haben sich bei dieser Ausführungsform gute Abscheideleistungen erzielen lassen.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass der Sammelkopf derart ausgebildet ist, dass der Einströmbereich lösbar befestigt ist. In Abhängigkeit von den zu sammelnden Substanzen kann es von Vorteil sein, die Strömung, Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsrichtung zu variieren, um eine effiziente Sammlung der Substanzen am Probenträger zu erzielen. Um hierfür nicht den kompletten Sammelkopf austauschen zu müssen, kann es von Vorteil sein, lediglich die Einströmbereiche austauschen zu können. Der Einströmbereich kann beispielsweise über einen Kraft- und/oder Formschluss am Sammelkopf befestigt sein. Denkbar ist, den Einströmbereich über eine Rastverbindung am Sammelkopf anordnen zu können. Alternative Befestigungsarten sind ebenfalls denkbar, wie beispielsweise über ein Gewinde den Einströmbereich am Sammelkopf einzudrehen.
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Eine die Erfindung verbessernde Maßnahme kann vorsehen, dass die Kavität mit einem Boden und einer Wand ausgebildet ist, wobei die Öffnungen der Wand gleichmäßig zugewandt sind und die geometrische Erstreckung der Öffnungen zum Boden gerichtet ist, so dass beim Sammelvorgang das Gas entlang der Wand in Richtung Boden strömt.
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Ebenfalls ist es denkbar, dass der Sammelkopf einen Halter aufweist, an den der Probenträger lösbar befestigt ist. Der Sammelkopf kann beispielsweise an der Gasfördereinrichtung lösbar befestigt sein. Zwischen der Gasfördereinrichtung und dem Sammelkopf kann eine Dichtung angeordnet sein. Ist der Sammelvorgang beendet, ist der Sammelkopf von der Gasfördereinrichtung entfernbar. Anschließend kann der Probenträger vom Halter entfernt werden und für das nachgeschaltete Auswerteverfahren verwendet werden.
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Vorteilhafterweise ist der Probenträger mediendicht und/oder medienundurchlässig, insbesondere undurchlässig für Gas ausgeführt. Zudem kann vorgesehen sein, dass der Einströmbereich sich bis zur Kavität erstreckt, wobei das zur Kavität ausgerichtete freie Ende des Einströmbereiches nicht in die Kavität hineinragt. Somit kann eine gezielte Gasströmung in die jeweilige Kavität erreicht werden, bei der möglichst der gesamte Volumenstrom, der durch den Einströmbereich in das Innere der Sammelvorrichtung geleitet wird, in die Kavität strömt. Somit kann die Abscheideleistung der Substanzen an der Kavität hochgehalten werden.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung kann der Probenträger eine Kontrollkavität aufweisen, der kein Einströmbereich zugeordnet ist, wobei insbesondere der Sammelkopf sowie der Probenträger derart angeordnet sind, dass nahezu kein Gas beim Sammelvorgang in die Kontrollkavität strömt. Die Kontrollkavität dient dazu, eine Kontrolle im anschließenden Auswerteverfahren zur Verfügung zu haben, die eine Aussage über die Richtigkeit des Auswerteverfahrens gibt. Die Kontrolle kann beispielsweise eine Negativkontrolle sein.
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Weiterhin ist es denkbar, dass die Gasfördereinrichtung sowie die Einströmbereiche derart ausgebildet und zueinander abgestimmt sind, dass beim Sammelvorgang mindestens 50 l/min, bevorzugt mindestens 100 l/min Luft in den Sammelkopf förderbar sind. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund der geringen Größe der Substanzen eine hohe Abscheideleistung der Sammelvorrichtung notwendig ist. Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens 50 l/min, bevorzugt mindestens 100 l/min Gas in den Sammelkopf eingesaugt werden. Zweckmäßigerweise ist ein Auslass vorgesehen, durch den beim Sammelvorgang eingebrachtes Gas wieder nach Außen leitbar ist. Der Auslass kann z. B. in der Gasfördereinrichtung angeordnet sein. Zudem kann die Gasfördereinrichtung mit einem wiederaufladbaren Energiespeicher ausgebildet sein, so dass die Sammelvorrichtung mobil und autark zu betreiben ist. Die Gasfördereinrichtung kann über ein Display, Eingabefeld etc. verfügen, so dass unter anderem diverse Einstellmöglichkeiten bestehen, wie beispielsweise Förderleistung, Probevolumen, Dauer des Betriebes etc.
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Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäße Sammelvorrichtung besonders für das Sammeln von Substanzen aus Luft geeignet ist, wobei insbesondere die Substanzen biologische Substanzen sind. Die biologischen Substanzen können Proteine und/oder Antigene und/oder Allergene und/oder Latex-Allergene und/oder Allergene von Pilzen, Hausstaubmilben, Tieren, Kakerlaken, Schimmelpilzen, Pollen oder Milbenarten sein. Alternativ ist es denkbar, dass die Substanzen anorganische Substanzen sein können, die mit der erfindungsgemäßen Sammelvorrichtung filterlos gesammelt werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Sammelvorrichtung mit einem Sammelkopf, der eine Vielzahl an Einströmbereichen aufweist,
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2 eine vergrößerte Ansicht gemäß 1 und
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3 eine Draufsicht auf einen Einströmbereich gemäß 1.
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In 1 ist eine Sammelvorrichtung 1 dargestellt, mit der Substanzen aus einem Gas 3 gesammelt werden können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um biologische Substanzen, die aus Luft 3 gesammelt werden. Die gezeigte Sammelvorrichtung 1 ist besonders geeignet Allergene von Pilzen, insbesondere Schimmelpilzen zu sammeln. Selbstverständlich ist die im folgenden beschriebene Sammelvorrichtung 1 auch in der Lage Substanzen aus einem Gas filterlos zu sammeln, wobei die Substanzen anorganische Substanzen sein können, wie z.B. Platin, etc.
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Die Sammelvorrichtung 1 weist einen Sammelkopf 10 auf, in dem ein Probenträger 20 angeordnet ist. Der Probenträger 20 weist eine Vielzahl an Kavitäten 21 auf. Die Kavitäten 21 sind mit einer hohen Bindekapazität ausgestattet, damit bei einem Sammelvorgang die biologischen Substanzen zuverlässig in den Kavitäten verbleiben. Um die Luft 3 von Außen 2 in den Innenbereich der Sammelvorrichtung 1 einzusaugen, ist eine Gasfördereinrichtung 30 vorgesehen, die rein schematisch dargestellt ist. Die Gasfördereinrichtung 30 stellt eine Art Station dar, an der der Benutzer, beispielsweise über Bedienelemente den Sammelvorgang starten und/oder anhalten und/oder beenden kann. Zudem verfügt die Gasfördereinrichtung über eine Pumpe oder über einen Lüfter, die den nötigen Unterdruck innerhalb der Sammelvorrichtung bereitstellt, um Luft 3 von Außen 2 einströmen zu lassen.
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Der Sammelkopf 10 weist mehrere Einströmbereiche 11 auf, durch die die Luft 3 am Sammelvorgang in Richtung Probenträger 20 strömen kann. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, ist jedem Einströmbereich 11 genau eine Kavität 21 zugeordnet. Der Probenträger 20 ist an einem Halter 13 des Sammelkopfes 10 gehalten. Nach dem Sammelvorgang ist der Probenträger 20 vom Halter 13 zu lösen.
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Jede Kavität 21 ist mit einem Boden 22 und einer Wand 23 ausgebildet. Sowohl Wand 23 als auch Boden 22 weisen eine entsprechende Bindekapazität auf, damit beim Sammelvorgang die in die Kavität 21 einströmende biologische Substanz zuverlässig am Probenträger 20 abgeschieden wird. Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, sind die Kavitäten 21 zylinderartig ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen die Kavitäten 21 nebeneinander an und bilden einen Streifen. Dieser Streifen kann im anschließenden Auswerteverfahren der Sammelvorrichtung entnommen werden, wobei der gleiche Probenträger mit den etwaig abgeschiedenen biologischen Substanzen im nachgeschalteten Auswerteverfahren zum Einsatz kommt. In den Kavitäten 21 erfolgt das Nachweisverfahren, das beispielsweise über eine Farbreaktion, insbesondere über eine enzymatische Farbreaktion erfolgt.
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Um eine hohe Abscheideleistung zu erzielen, weist jeder Einströmbereich 11 mehrere Öffnungen 12 auf, welches besonders in 3 gezeigt ist. Gemäß 3 sind die Öffnungen 12 des Einströmbereiches 11 konzentrisch zu dem Bezugspunkt 4 angeordnet. Durch den Einsatz von mehreren Öffnungen 12 mit einem geringen Querschnitt können hohe Abscheideleistungen erzielt werden. Der geringe Querschnitt sowie die konische Ausführung der Öffnungen 12 am Außenbereich 2 begünstigen, dass hohe Luftgeschwindigkeiten innerhalb jeder Öffnung 12 erzielt werden, die anschließend in die jeweilige Kavität 21 hineinströmt. Durch das hohe Bindevermögen des Probenträgers 20 für allergene Substanzen verbleiben diese allergenen Substanzen zuverlässig innerhalb der Kavität 21 und stehen verlustfrei für weitere sich anschließende Auswertungen zur Verfügung.
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In 3 ist gezeigt, dass die Öffnungen 12 der jeweiligen Wand 23 der Kavität 21 gleichmäßig zugewandt sind. Gleichzeitig ist die geometrische Erstreckung der Öffnungen 12 zum Boden 22 gerichtet. Hierdurch wird erzielt, dass beim Sammelvorgang die Luft 3 sowie die enthaltenen biologischen Substanzen, insbesondere Allergene entlang der Wand 23 in Richtung Boden 22 strömen, welches dazu beiträgt, dass möglichst eine große Zahl an biologischen Substanzen an der Oberfläche jeder Kavität 21 anhaftet.
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In 1 ist zudem gezeigt, dass Probenträger 20 eine weitere Kavität 24 aufweist, die als Kontrollkavität 24 dient. Der Kontrollkavität 24 ist kein Einströmbereich zugeordnet. Der Sammelkopf 10 sowie der Probenträger 20 sind derart angeordnet, dass nahezu keine Luft 3 beim Sammelvorgang in die Kontrollkavität strömt. Bei dem nachgeschalteten Auswerteverfahren wird die Kontrollkavität als Kontroll-Null-Probe benutzt. Von dieser Kontroll-Null-Probe wird bei ordnungsgemäß verlaufenden Probenahmen kein Auswertesignal erzeugt, das bedeutet, dass dies eine Aussage über die Richtigkeit des nachgeschalteten Auswerteverfahrens geben kann. Vorteilhafterweise wird die Kontrollkavität als Negativkontrolle im nachgeschalteten Auswerteverfahren verwendet.
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Wie in 1 schematisch gezeigt ist, weist die Gasfördereinrichtung 30 einen Auslass 31 auf, durch den beim Sammelvorgang eingebrachte Luft 3 wieder nach Außen 2 leitbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Einströmbereiche 11 lösbar am Sammelkopf 10 befestigt. Somit lässt sich der Sammelkopf 10 in kürzester Zeit mit unterschiedlichen Öffnungen, die düsenartig ausgeführt sein können, ausrüsten. Dieses kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn unterschiedliche Arten von biologischen Substanzen zu messen sind und diese andere Strömungsbedingungen benötigen, um am Probenträger 20 beim Sammelvorgang zuverlässig haften zu bleiben. Wie in 1 zu erkennen ist, befindet sich zwischen dem Sammelkopf 10 und der Gasfördereinrichtung 30 eine Dichtung 5. Zudem ist der Sammelkopf 10 lösbar an der Gasfördereinrichtung 30 gehalten. Die Gasfördereinrichtung 30 weist einen Durchgang 32 auf, durch den die Luft 3 aus dem Innenbereich des Sammelkopfes 10 in die Gasfördereinrichtung 30 strömt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sammelvorrichtung
- 2
- Außen
- 3
- Luft, Gas
- 4
- Bezugspunkt
- 5
- Dichtung
- 10
- Sammelkopf
- 11
- Einströmbereich
- 11a
- freies Ende
- 12
- Öffnung
- 13
- Halter
- 20
- Probenträger
- 21
- Kavität
- 22
- Boden
- 23
- Wand
- 24
- Kontrollkavität
- 30
- Gasfördereinrichtung
- 31
- Auslass
- 32
- Durchgang
