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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Probentrennmodul, ein Probentrenngerät, eine Anordnung und ein Verfahren zum Trennen einer fluidischen Probe.
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In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar sein kann, durch eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der
EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc.
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Wenn eine fluidische Probe in einem Probenreaktor erzeugt wird, wird von dieser herkömmlich eine zu analysierende Menge zum Beispiel mit einer Spritzenpumpe entnommen und die zu analysierende Menge in ein Labor eingeschickt. Dort wird dann, zum Beispiel mittels einer HPLC, die zu analysierende Menge analysiert, insbesondere aufgetrennt. Danach wird das Ergebnis an den Probenreaktor zurückgemeldet. Dadurch ist eine Kontrolle des Prozesses in dem Probenreaktor nur verzögert und mit hohem Aufwand möglich.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Prozess in einem Probenreaktor einfach, präzise und schnell zu überwachen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Probentrennmodul zum Einführen in einen Probenreaktor zum Trennen einer fluidischen Probe mittels eines Probentrenngeräts geschaffen, wobei das Probentrennmodul zum Durchführen mindestens einer Funktion im Rahmen des Trennens der fluidischen Probe mittels des Probentrenngeräts eingerichtet ist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer mittels eines Probenreaktors bereitgestellten fluidischen Probe bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät ein Probentrennmodul mit den oben beschriebenen Merkmalen aufweist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung bereitgestellt, die einen Probenreaktor zum Bereitstellen einer zu trennenden fluidischen Probe und ein Probentrenngerät mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Trennen der fluidischen Probe aufweist, wobei das Probentrennmodul in dem Probenreaktor angeordnet und der andere Teil außerhalb des Probenreaktors angeordnet ist.
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Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren ein Probentrennmodul eines Probentrenngeräts in einen Probenreaktor eingeführt wird, die fluidische Probe mittels des Probenreaktors bereitgestellt wird und das Probentrennmodul zum Durchführen mindestens einer Funktion im Rahmen des Trennens der fluidischen Probe mittels des Probentrenngeräts betrieben wird.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Probentrennmodul geschaffen, das als Sonde direkt in einen Flüssigkeitsbehälter eines Probenreaktors eingeführt werden kann. Dadurch kann das Probentrennmodul in unmittelbaren räumlichen und physischen Kontakt mit der fluidischen Probe in dem Probenreaktor gelangen und eine Probentrennung zur Charakterisierung des Prozesses in dem Probenreaktor schnell, unmittelbar und unverfälscht durchführen. Um zum Zwecke einer möglichst geringen Beeinflussung des Prozesses in dem Probenreaktor das Volumen des Probentrennmoduls gering zu halten, das in den Probenreaktor eingeführt wird, ist bevorzugt ein anderes Teil des Probentrenngeräts außerhalb des Probenreaktors angeordnet und kann mit dem Probentrennmodul zum gemeinsamen Durchführen der Probentrennung wirkgekoppelt sein.
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Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen das Probentrennmoduls, des Probentrenngeräts, der Anordnung und des Verfahrens beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul eine Kopplungseinrichtung zum Wirkkoppeln des Probentrennmoduls mit einem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts aufweisen. Die Kopplungseinrichtung kann zum Beispiel als Verbindungsleitung zwischen dem Probentrennmodul des Probentrenngeräts und dem Restteil des Probentrenngeräts ausgebildet sein. Diese Verbindungsleitung kann das Probentrennmodul mit dem Rest des Probentrenngeräts verbinden, so dass das Probentrennmodul teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Probenreaktors angeordnet sein kann. Die Kopplungseinrichtung kann eine oder mehrere der folgenden Verbindungsleitungen bzw. Verbindungskanäle aufweisen:
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kopplungseinrichtung eine fluidische Kopplungseinrichtung zum fluidischen Koppeln des Probentrennmoduls mit dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts aufweisen. Auf diese Weise kann ein Fluid (wobei ein Fluid insbesondere eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, optional aufweisend Festkörperartikel, aufweisen kann) von dem Probentrennmodul zu dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts und/oder in umgekehrter Richtung transportiert werden. Ein solches Fluid kann die (bereits getrennte oder noch ungetrennte) fluidische Probe selbst sein oder aufweisen und/oder kann eine mobile Phase (zum Beispiel ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung) sein, die zur Versorgung des Probentrennmoduls über die Kopplungseinrichtung vom Probentrenngerät zum Probentrennmodul geleitet wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kopplungseinrichtung eine Datenkopplungseinrichtung, insbesondere eine drahtlose Datenkopplungseinrichtung, zum kommunizierfähigen Koppeln des Probentrennmoduls mit dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts aufweisen. Eine solche Datenübertragung kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Zum Beispiel kann das Ergebnis der Probentrennung durch das Probentrennmodul mittels der Datenkopplungseinrichtung an den außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts übermittelt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kopplungseinrichtung eine optische Kopplungseinrichtung zum Übermitteln optischer Signale, insbesondere optischer Detektionsignale zum Detektieren der fluidischen Probe, zwischen dem Probentrennmodul und dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts aufweisen. Eine solche optische Kopplungseinrichtung kann zum Beispiel ein Lichtleiterkabel sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Kopplungseinrichtung eine Steuerkopplungseinrichtung zum Übermitteln von Steuersignalen zwischen dem Probentrennmodul und dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts aufweisen. Zum Beispiel kann der reaktorexterne Teil des Probentrenngeräts im Rahmen der Probentrennung als Master und das Probentrennmodul als Slave fungieren, der mittels Steuersignalen des Masters gesteuert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil einer Probenentnahmeeinrichtung aufweisen, die zum Entnehmen der fluidischen Probe aus dem Probenreaktor ausgebildet ist. Zum Beispiel kann das Probentrennmodul mit seiner Probenentnahmeeinrichtung kontinuierlich, in bestimmten räumlichen Abständen oder auf ein Ereignis (zum Beispiel ein entsprechendes Steuersignal) hin eine Probenentnahmeprozedur durchführen, mit der aus dem Probereaktor fluidische Probe zur Probentrennung entnommen wird. Gemäß einer Ausgestaltung des Probentrennmoduls ist die Probenentnahme die einzige Funktion, die das Probentrennmodul im Rahmen der Probentrennung ausführt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil einer Probenaufbereitungseinrichtung aufweisen, die zum Aufbereiten der fluidischen Probe aus dem Probenreaktor, insbesondere vor dem Trennen, ausgebildet ist. Funktionen, die mittels der Probenaufbereitungseinrichtung erfüllt werden können, sind zum Beispiel eine Verdünnung der fluidischen Probe, das Bereitstellen von Druck zum Transport der fluidischen Probe vom Probenreaktor zu einer (insbesondere chromatographischen) Probentrenneinrichtung), etc.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil eines Fluidantriebs aufweisen, der zum Antreiben der fluidischen Probe und/oder einer mobilen Phase ausgebildet ist. Zum Beispiel kann eine Fluidpumpe in dem Probentrennmodul implementiert sein. Es ist auch möglich, einen solchen Fluidantrieb in dem reaktorexternen Teil des Probentrenngeräts unterzubringen und über die oben beschriebene Kopplungseinrichtung Druck auf das Probentrennmodul zu übertragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil eines Injektors aufweisen, der zum Injizieren der fluidischen Probe in einen Probentrennpfad ausgebildet ist. Ein solcher Injektor kann zum Beispiel ein bestimmtes Volumen der zu analysierenden fluidischen Probe aus dem Reaktionsreaktor in einen chromatographischen Trennpfad zwischen einer Hochdruckpumpe und einer chromatographischen Trennsäule injizieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil einer Probentrenneinrichtung zum Trennen der fluidischen Probe des Probenreaktors aufweisen. Zum Beispiel kann die oben angesprochene chromatographische Trennsäule in das Probentrennmodul integriert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zumindest einen Teil eines Detektors zum Detektieren der getrennten fluidischen Probe aufweisen. Zum Beispiel kann ein Teil eines Detektors zum optischen Detektieren der getrennten fluidischen Probe in dem Probentrennmodul implementiert sein und kann ein anderer Teil dieses Detektors in dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Teil des Probentrenngeräts implementiert sein. Zum Beispiel kann eine relativ kleinvolumige Flusszelle in dem kompakten Probentrennmodul untergebracht sein und kann ein Rest des Detektors (insbesondere eine Lichterfasseinheit) in dem reaktorexternen Teil des Probentrenngeräts untergebracht sein. Die von der Flusszelle stammenden optischen Signale können dann zur weiteren Auswertung entlang der Kopplungseinrichtung (die dann ein Glasfaserkabel aufweisen kann oder daraus bestehen kann) an den reaktorexternen Teil übertragen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul eine Kartuschenaufnahme (zum Beispiel einen Steckplatz) zum auswechselbaren Aufnehmen mindestens einer Kartusche zum Durchführen mindestens einer Funktion im Rahmen des Trennens der fluidischen Probe aufweisen. Auf diese Weise kann durch das Auswählen einer für eine jeweilige Applikation geeigneten Kartusche und durch bloßes Einführen dieser Kartusche in die Kartuschenaufnahme das Probentrennmodul applikationsspezifisch bzw. benutzerspezifisch konfiguriert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul die Kartusche mit mindestens einem Lösungsmittelbehälter und/oder einer chromatographischen Trennsäule aufweisen. Solche Lösungsmittelbehälter können zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel (beispielsweise Ethanol) bzw. Wasser aufweisen. Auf diese Weise kann ein chromatographischer Gradientenlauf durchgeführt werden. Auch ist es möglich, eine für eine bestimmte Applikation gewünschte chromatographische Trennsäule bedarfsspezifisch in die entsprechende Kartuschenaufnahme (insbesondere den entsprechenden Steckplatz) einzustecken oder einzuschrauben. Dies erlaubt einen flexiblen und benutzerfreundlichen Betrieb des Probentrennmoduls.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul zum Durchführen ausschließlich einer applikationsspezifischen Probentrennaufgabe ausgebildet sein. Zum Beispiel kann das Probentrennmodul speziell für die Untersuchung von Orangensaft, der in dem Probenreaktor verarbeitet wird, hinsichtlich einer möglichen Kontamination mit Resten von Pflanzenschutzmittel konfiguriert sein. Indem das Probentrennmodul lediglich applikationsspezifisch konfiguriert ist, kann es kompakt und einfach ausgestaltet und somit störungsfrei in einem Behälter des Probenreaktors aufgenommen werden. Viele Komponenten einer HPLC, die für diese Applikation nicht erforderlich sind, können gemäß der beschriebenen Ausgestaltung anschaulich weggelassen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrennmodul als Tauchsonde ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann gemäß dieser Ausgestaltung das gesamte Probentrennmodul in das Flüssigkeitsvolumen des Probenreaktors, das die fluidische Probe aufweist, eingetaucht werden. Dies erlaubt einen flexiblen einfachen Betrieb.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät einen außerhalb des Probenreaktors anzuordnenden Teil des Probentrenngeräts aufweisen, der mit dem Probentrennmodul zum Trennen der fluidischen Probe zusammenwirkt. Auf diese Weise kann das Volumen des Probentrennmoduls, das in den Probenreaktor eingebracht wird, gering gehalten werden. Die nicht notwendigerweise in den Probenreaktor einzuführenden Komponenten des Probentrenngeräts können daher mit Vorteil reaktorextern angeordnet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät zum vollständigen Einführen in ein Flüssigkeitsvolumen des Probenreaktors ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine HPLC mit flüssigkeitsdichtem Mantel als Ganzes in einen Probenreaktor eingeführt werden (zum Beispiel in einen großindustriellen Behälter).
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Das Probenseparationsgerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage, ein SFC-(superkritische Flüssigchromatographie) Gerät, ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrochromatographiegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
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Der Fluidantrieb bzw. die Fluidpumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu befördern.
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Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor bzw. eine Probenaufgabeeinheit zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt.
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Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden.
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Vorzugsweise kann das Probentrenngerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist.
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Figurenliste
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Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
- 1 zeigt eine Anordnung aus einem als HPLC-System ausgebildeten Probentrenngerät und einem Probenreaktor gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 bis 4 zeigen unterschiedliche Darstellungen von Anordnungen aus einem Probentrenngerät und einem Probenreaktor gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
- 5 und 6 zeigen Probenreaktoren, die gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung gemeinsam mit einem als Tauchsonde ausgebildeten Probentrennmodul betrieben werden.
- 7 zeigt ein herkömmliches System aus einem Probenreaktor und einem Probentrenngerät.
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Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch.
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Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrennmodul geschaffen, das einen Teil eines Probentrenngeräts bilden kann und direkt in einen Probenreaktor (insbesondere einen Behälter des Probenreaktors, in dem ein zu untersuchendes Medium bzw. die zu untersuchende fluidische Probe enthalten ist) eingeführt werden kann. Das Probentrennmodul kann mit einem außerhalb des Probenreaktors bzw. des Behälters angeordneten anderen Teils des Probentrenngeräts zusammenwirken, um eine In-Line-Überwachung des Prozesses in dem Probenreaktor zu ermöglichen. Dies erlaubt es, den Prozess in dem Probenreaktor schnell (insbesondere annähernd in Echtzeit), einfach und kompakt überwachen zu können, da die der Überwachung zugrunde liegende Probentrennung räumlich und funktionell eng mit dem Prozess in dem Probenreaktor wirkgekoppelt ist. Insbesondere erlaubt eine solche Architektur die Durchführung einer kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen HPLC-Messung der in dem Probenreaktor anfallenden fluidischen Probe. Alternativ zu einer solchen kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Überwachung des Prozesses ist es auch möglich, mittels des Probentrennmoduls nur punktuell, d.h. zu ganz bestimmten definierten Zeitpunkten, eine Analyse in Form einer Probentrennung durchzuführen.
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Exemplarische Ausführungsbeispiele ermöglichen somit eine präzise Überwachung des ordnungsgemäßen Ablaufes der Reaktion in dem Probenreaktor mit hoher Geschwindigkeit und geringem personellen und apparativen Aufwand. Dabei können ganz unterschiedliche Probentrennmechanismen in dem Probentrennmodul bzw. in dem Probentrenngerät implementiert sein (zum Beispiel Probentrennung mittels Chromatographie, insbesondere Flüssigchromatographie, oder Elektrophorese, insbesondere Gel-Elektrophorese).
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Ein herkömmlich erforderliches Entnehmen einer fluidischen Probe aus dem Probenreaktor und ein Verbringen in eine von dem Probenreaktor physisch getrennte HPLC ist gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel also mit Vorteil entbehrlich.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein funktioneller Teil, auch als Probentrennmodul bezeichnet, eines Probentrenngeräts (insbesondere einer HPLC) in Form einer Tauchsonde in den Probenbehälter des Probenreaktors eingetaucht werden. Das Probentrennmodul kann dann direkt in dem Probereaktor einen funktionellen Beitrag zur Durchführung der Probentrennung leisten und in Zusammenwirken mit dem außerhalb des Probenreaktors angeordneten Restteil des Probentrenngeräts die (insbesondere chromatographische) Charakterisierung der fluidischen Probe bewerkstelligen.
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Zum Beispiel ist es möglich, dass ein HPLC-Chip oder auch das gesamte Probentrenngerät (in Form des Probentrennmoduls) in die Flüssigkeit in dem Behälter des Probenreaktors eingeführt wird, dort die chromatographische Trennung der fluidischen Probe durchführt bzw. steuert und das Ergebnis an ein Kommunikationspartnergerät außerhalb des Probenreaktors übermittelt (zum Beispiel drahtlos funkt). Zum Beispiel kann ein Probentrenngerät (insbesondere eine HPLC) flüssigkeitsdicht ausgebildet werden und als Ganzes in den Probenreaktor eingeführt werden, zum Beispiel einen Kühlbehälter eines Atomkraftwerks.
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1 zeigt eine Anordnung 120 aus einem Probenreaktor 102 und einem HPLC-System als Beispiel für ein Probentrenngerät 10 mit einer Steuervorrichtung 70 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems als Beispiel für ein als Probentrenngerät 10 ausgebildetes Messgerät, wie es zum Beispiel zur Flüssigkeitschromatographie verwendet werden kann. Eine Fluidpumpe als Fluidantrieb 20, der mit Lösungsmitteln aus einer Versorgungseinheit 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch eine Trenneinrichtung 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase beinhaltet. Ein Entgaser 27 kann die Lösungsmittel entgasen, bevor diese dem Fluidantrieb 20 zugeführt werden. Eine Probenaufgabeeinheit 40 mit einem Fluidventil 95 ist zwischen der Fluidpumpe 20 und der Trenneinrichtung 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit in den fluidischen Trennpfad einzubringen. Die stationäre Phase der Trenneinrichtung 30 ist passend gewählt und dazu vorgesehen, Komponenten der Probe zu separieren. Ein Detektor 50 mit einer Flusszelle detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter ausgegeben werden.
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Die Steuervorrichtung 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 27, 30, 40, 50, 60, 95 des Probentrenngeräts 10.
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Gemäß dem in 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Probentrenngerät 10 funktionell und strukturell in zwei Vorrichtungen getrennt, wie mit den beiden gestrichelten Polygonen veranschaulicht: Zum einen ist ein als Tauchsonde ausgebildetes Probentrennmodul 100 vorgesehen, das unmittelbar und als Ganzes in ein Flüssigkeitsvolumen eines in 1 nur schematisch dargestellten Probenreaktors 102 eingetaucht ist. Zum anderen bildet ein reaktorexterner Teil 106 eine zweite Vorrichtung des Probentrenngeräts 10 und wirkt funktionell mit dem Probentrennmodul 100 zum Probentrennen zusammen.
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Wie oben beschrieben, zeigt 1 schematisch eine Anordnung 120 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die das Probentrenngerät 10 und den Probenreaktor 102 zum Bereitstellen der zu trennenden fluidischen Probe aufweist. In dem Probenreaktor 102 findet ein bestimmter Prozess statt, der gegebenenfalls auch fluidische Probe erzeugt. Um den Prozess in dem Probenreaktor 102 zu überwachen, kann mittels des Probentrenngeräts 10 (gebildet durch das Probentrennmodul 100 und den separaten Teil 106) überwacht werden, ob und wenn ja welche bzw. in welcher Konzentration fluidische Probe in dem Probenreaktor 102 befindlich ist. Das Probentrennmodul 100 ist in dem Probenreaktor 102 angeordnet, wohingegen der andere Teil 106 außerhalb des Probenreaktors 102 angeordnet ist. Das in den Probenreaktor 102 eingeführte Probentrennmodul 100 trägt zum Durchführen des Trennprozesses eine oder mehrere Funktionen bei. Die restlichen Funktionen werden durch den anderen Teil 106 des Probentrenngeräts 10 übernommen.
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Im schematisch in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel übernimmt das Probentrennmodul 100 einen Teil der Funktion des Injektors bzw. der Probenaufgabeeinheit 40 zum Injizieren der fluidischen Probe in den Probentrennpfad zwischen Fluidantrieb 20 und Probentrenneinrichtung 30. Ferner beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel das Probentrennmodul 100 die Probentrenneinrichtung 30 zum Trennen der fluidischen Probe des Probenreaktors 102 und einen Teil des Detektors 50 zum Detektieren der getrennten fluidischen Probe. Darüber hinaus bildet eine Probenentnahmeeinrichtung 108 zum Entnehmen von fluidischer Probe aus dem Probenreaktor 102 einen Teil der Anordnung 120.
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2 bis 4 zeigen unterschiedliche Darstellungen von Anordnungen 120 aus einem Probentrenngerät 10 und einem Probenreaktor 102 gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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In 2 ist eine Anordnung 120 dargestellt, die den Probenreaktor 102 zum Bereitstellen einer zu trennenden fluidischen Probe zeigt. Bei dem Probenreaktor 102 wird unter Zuführung von Reaktanten 130 in dem Probenreaktor 102 eine fluidische Probe hergestellt oder ist an einer entsprechenden Reaktion beteiligt. Ein Rührer 132 rührt das Medium in dem Behälter des Probenreaktors 102. Sensoren 134 überwachen den Betrieb des Probenreaktors 102 sensorisch. Eine Temperiereinrichtung 136 kann den Probenreaktor 102 und das darin befindliche Medium temperieren, d.h. kühlen und/oder heizen. Ferner ist in 2 ein Ablauf 142 dargestellt, durch den Flüssigkeit 138 aus dem Probenreaktor 102 abfließen kann.
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Die Anordnung 120 gemäß 2 weist ferner das Probentrenngerät 10 zum Trennen der mittels des Probenreaktors 102 bereitgestellten fluidischen Probe in einer Flüssigkeit 138 auf, um den Prozess in dem Probenreaktor 102 In-line zu überwachen. Das Probentrennmodul 100 das Probentrenngeräts 10 ist in die Flüssigkeit 138 in dem Behälter des Probenreaktor 102 eingetaucht. Ein anderer Teil 106 das Probentrenngeräts 10 ist außerhalb des Probenreaktors 102 angeordnet und als Turm von einzelnen Modulen ausgebildet.
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Wie in 1 dient auch gemäß 2 das als Tauchsonde ausgebildete und daher in die Flüssigkeit 138 in dem Probenreaktor 102 eingetauchte Probentrennmodul 100 zum Durchführen einer Teilfunktion im Rahmen des Trennens der fluidischen Probe mittels des Probentrenngeräts 10. Die Restfunktionen im Rahmen des Trennens der fluidischen Probe mittels des Probentrenngeräts 10 werden durch den reaktorexternen Teil 106 des Probentrenngeräts 10 bewerkstelligt. Diese Funktionen werden in 3 und 4 im Rahmen von zwei unterschiedlichen Ausführungsformen näher beschrieben.
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Die Anordnung 120 gemäß 2 weist eine Kopplungseinrichtung 104 zum Wirkkoppeln des Probentrennmoduls 100 mit dem außerhalb des Probenreaktors 102 angeordneten Teil 106 des Probentrenngeräts 10 auf. Die Kopplungseinrichtung 104 ist als flüssigkeitsdichte Verbindungsleitung ausgebildet, die zum Teil in die Flüssigkeit 138 eintaucht und den räumlichen Abstand zwischen dem Probentrennmodul 100 und dem reaktorexternen Teil 106 überbrückt. Ein Detail 140 in 2 zeigt den inneren Aufbau der Kopplungseinrichtung 104.
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Zunächst zeigt das Detail 140, dass die Kopplungseinrichtung 104 eine fluidische Kopplungseinrichtung 140' zum fluidischen Koppeln des Probentrennmoduls 100 mit dem außerhalb des Probenreaktors 102 angeordneten Teil 106 des Probentrenngeräts 10 aufweist. Über diese (unidirektionale oder bidirektionale) fluidische Kopplungseinrichtung 140' kann ein Fluid transportiert werden. Zum Beispiel kann die ungetrennte oder bereits getrennte fluidische Probe von dem Probentrennmodul 100 durch die fluidische Kopplungseinrichtung 140' zu dem reaktorexternen Teil 106 transportiert werden. Umgekehrt ist es möglich, mobile Phase (zum Beispiel ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung) zum Betrieb des Probentrennmoduls 100 vom reaktorexternen Teil 106 durch die fluidische Kopplungseinrichtung 140' zu dem Probentrennmodul 100 zu leiten.
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Das Detail 140 zeigt ferner, dass die Kopplungseinrichtung 104 zusätzlich eine zum Beispiel als Glasfaserkabel ausgebildete optische Kopplungseinrichtung 140" zum Übermitteln optischer Signale, insbesondere optischer Detektionsignale zum Detektieren der fluidischen Probe, zwischen dem Probentrennmodul 100 und dem außerhalb des Probenreaktors 102 angeordneten Teil 106 des Probentrenngeräts 10 aufweist. Ist die fluidische Probe in dem Probentrennmodul 100 aufgetrennt und zum Beispiel in einer Flusszelle optisch detektiert worden (zum Beispiel durch eine Absorptionsmessung und/oder eine Fluoreszenzmessung), kann das entsprechende Licht (oder allgemeiner die entsprechende elektromagnetische Strahlung) durch die optische Kopplungseinrichtung 140" zur weiteren Detektion und Auswertung in dem reaktorexternen Teil 106 (zum Beispiel mittels eines darin enthaltenen lichtempfindlichen Sensors) übermittelt werden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, durch die optische Kopplungseinrichtung 140" ein optisches Anregungssignal einer in dem Teil 106 befindlichen Lichtquelle in das Probentrennmodul 100 einzuleiten.
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Darüber hinaus weist gemäß 2 die Kopplungseinrichtung 104 eine in dem Detail 140 dargestellte und zum Beispiel als elektrische Leitung ausgebildete Steuerkopplungseinrichtung 140''' zum Übermitteln von Steuersignalen zwischen dem Probentrennmodul 100 und dem außerhalb des Probenreaktors 102 angeordneten Teil 106 des Probentrenngeräts 10 auf.
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Das Probentrennmodul 100 dient gemäß 2 zum Beispiel zur Flüssigkeitshandhabung, als Lichtleiter, zur Probenentnahme, zur Probentrennung und/oder zum Detektieren eines Trennergebnisses.
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Indem gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel das reaktorexterne Teil 106 des Probentrenngeräts 10 mit dem Probentrennmodul 100 kombiniert wird, wobei nur letzteres direkt in den Probenreaktor 102 eingeführt wird, kann das Probentrennmodul 100 insbesondere als Durchflussmodul die Evaluierung des Reaktionsprozesses unterstützen. Durch das direkte fluidische Koppeln des Probentrennmoduls 100 mit der Flüssigkeit 138 des Probenreaktors 102 können mit hoher Geschwindigkeit chromatographische Ergebnisse erhalten werden. Die Analyseergebnisse sind zudem aufgrund der direkten fluidischen Kopplung hochpräzise und können insbesondere mit Ergebnissen der Sensoren 134 zur Prozesssteuerung und Prozessüberwachung in dem Probenreaktor 102 eingesetzt werden. Auf diese Weise können besonders schnelle Entscheidungen hinsichtlich des Prozesses, beispielsweise einer erforderlichen Prozessanpassung, getroffen werden. Dies erhöht letztlich auch die Betriebssicherheit der Anordnung 120. Darüber hinaus fällt eine verringerte Menge von Reaktant 130 und über den Ablauf 142 abfließender Flüssigkeit 138 an. Darüber hinaus ist die Anordnung 120 sehr kompakt.
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In 3 ist dargestellt, dass gemäß dem dortigen Ausführungsbeispiel das Probentrennmodul 100 eine Probenentnahmeeinrichtung 108 (die zum Beispiel dazu eingerichtet sein kann, eine bestimmte zu analysierende Menge der fluidischen Probe aus der Flüssigkeit 138 anzusaugen) aufweisen kann, die zum Entnehmen der fluidischen Probe aus dem Probenreaktor 102 ausgebildet ist. Ferner weist gemäß 3 das Probentrennmodul 100 eine Probentrenneinrichtung 30 zum Trennen der fluidischen Probe des Probenreaktors 102 auf, die zum Beispiel als chromatographische Trennsäule ausgebildet sein kann. Ferner weist das Probentrennmodul 100 gemäß 3 zumindest einen Teil eines optischen Detektors 50 zum Detektieren der getrennten fluidischen Probe auf.
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Anschaulich wird gemäß 3 die Probe aus dem Probenreaktor 102 mittels der Probenentnahmeeinrichtung 108 in das Probentrennmodul 100 eingebracht. Hierbei kann gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Beispiel der Druck aus dem Probenreaktor 102 ausgenutzt werden, um die fluidische Probe aus dem Probenreaktor 102 in das Probentrennmodul 100 zu überführen.
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Die mittels der Probenentnahmeeinrichtung 108 entnommene fluidische Probe wird in die zum Beispiel als Kartusche ausgebildete Probentrenneinrichtung 30 zum chromatographischen Trennen der fluidischen Probe in ihre Fraktionen überführt. Am Ausgang der Probentrenneinrichtung 30 werden die einzelnen Fraktionen nachfolgend in den hier ebenfalls als Kartusche ausgebildeten Teil des Detektors 50 transportiert. Dort sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Flusszellen 144, 146 vorgesehen, durch welche die Fraktionen der fluidischen Probe fließen und mittels elektromagnetischer Strahlung 148 (zum Beispiel sichtbares Licht, UV-Licht, etc.) analysiert bzw. optisch detektiert werden.
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An einer optischen Schnittstelle 150 kann das Probentrennmodul 100 mit der Kopplungseinrichtung 104 verbunden sein (vergleiche 2). An einer weiteren optischen Schnittstelle 156 kann nach der Detektion die elektromagnetische Strahlung 148 wieder aus dem Probentrennmodul 100 herausgeführt werden, und zum Beispiel mittels der Kopplungseinrichtung 104 zum reaktorexternen Teil 106 zurückgeführt werden. An einer fluidischen Schnittstelle 152 kann die analysierte fluidische Probe aus dem Probentrennmodul 100 herausgeführt werden, zum Beispiel wieder in den Probenreaktor 102 zurückgeführt werden. Ein Strahlteiler kann an einer Position 154 des Probentrennmoduls 100 die elektromagnetische Strahlung 148 in zwei Teilstrahlen aufspalten, die getrennt voneinander den Flusszellen 144, 146 zugeführt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Probentrenneinrichtung 30 des Probentrennmoduls 100 auf eine bestimmte Applikation spezifisch angepasst sein und einfach ausgetauscht werden. Auch die optischen Zellen bzw. optischen Schnittstellen können applikationsspezifisch ausgebildet werden und gegebenenfalls austauschbar vorgesehen werden.
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Mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist eine direkte Messung in dem Probenreaktor 102 möglich und können Analyseergebnisse schnell und mit geringem Aufwand in HPLC-Qualität erreicht werden.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das zusätzlich zu den Komponenten gemäß 3 in dem Probentrennmodul 100 eine Probenaufbereitungseinrichtung 110 implementiert, die zum Aufbereiten der fluidischen Probe aus dem Probenreaktor 102 vor dem Trennen ausgebildet ist. Die Probenaufbereitungseinrichtung 110 kann die fluidische Probe zum Beispiel in Wirkverbindung mit einer mobilen Phase bringen. Gemäß 4 sind zusätzliche fluidische Schnittstellen 160, 162 an der Probenaufbereitungseinrichtung 110 vorgesehen.
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Zudem sind gemäß 4 Steckplätze als Kartuschenaufnahmen 112 zum auswechselbaren Aufnehmen von Kartuschen 114 vorgesehen. Zwei Kartuschen 114 weisen einen jeweiligen Lösungsmittelbehälter 116 auf, eine dritte Kartusche 114 weist eine chromatographische Trennsäule als Probentrenneinrichtung 30 auf. Die Kartuschen 114 sind austauschbar und applikationsspezifisch auswählbar.
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5 und 6 zeigen Probenreaktoren 102, die gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung gemeinsam mit einem als Tauchsonde ausgebildeten Probentrennmodul 100 betrieben werden.
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In 5 ist ein Bioreaktor dargestellt, in den ein Probentrennmodul 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel eingeführt ist. Gemäß 5 ist die Kopplungseinrichtung 104 eine drahtlose Datenkopplungseinrichtung zum kommunizierfähigen Koppeln des Probentrennmoduls 100 mit dem außerhalb des Probenreaktors 102 angeordneten Teil 106 des Probentrenngeräts 10.
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In 6 ist ein Batch-Reaktor dargestellt, in den ein Probentrennmodul 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel eingeführt ist.
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5 und 6 zeigen, dass ein Probentrennmodul 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel mit ganz unterschiedlichen Reaktortypen kombinierbar ist.
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7 zeigt ein herkömmliches System 200 aus einem Probenreaktor 202 und einem Probentrenngerät 204.
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Bei dem herkömmlichen System 200 wird unter Zuführung von Reaktanten 206 in den Probenreaktor 202 eine fluidische Probe hergestellt oder ist an einer entsprechenden Reaktion beteiligt. Ein Rührer 208 rührt das Medium in dem Behälter des Probenreaktors 202. Sensoren 210 überwachen den Betrieb des Probenreaktors 202 sensorisch. Eine Temperiereinrichtung 212 kann den Probenreaktor 202 und das darin befindliche Medium temperieren, d.h. kühlen und/oder heizen. Ferner ist in 7 ein Ablauf 220 dargestellt, mit dem Flüssigkeit aus dem Probenreaktor 202 abfließen kann.
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Für viele Anwendungen sind herkömmliche Sensoren 210 nicht genau genug, um den Prozess in dem Probenreaktor 202 ausreichend zuverlässig zu beschreiben und zu überwachen. Daher wird herkömmlich, zum Beispiel mittels einer Spritze 214, eine bestimmte Menge der zu charakterisierenden fluidischen Probe entnommen und an ein Labor geschickt (siehe Pfeil 216). In dem Labor wird mittels des Probentrenngeräts 204, insbesondere einer HPLC, eine präzisere bzw. aussagekräftigere chromatographische Charakterisierung der entnommenen fluidischen Probe durchgeführt. Die Ergebnisse werden an den Probenreaktor 202 zurückgemeldet, siehe Pfeil 218. An dem Probenreaktor 202 kann eine Bedienperson oder ein Automat entscheiden, ob angesichts der nun vorliegenden Charakterisierung der fluidischen Probe die Prozessparameter in dem Probenreaktor 202 verändert werden sollen oder nicht.
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Das beschriebene herkömmliche System 200 ist also zeitaufwendig und involviert mehrere Prozesse mit einem hohen personellen und apparativen Aufwand.
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Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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