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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Probe in ein
Durchfluss-Analysensystem.
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In Durchfluss-Analysensystemen, z. B. Flüssig- oder Gas-Chromatographen oder
Biosensoren, werden zu untersuchende Proben üblicherweise über Probenschleifen
eingebracht. Die Probenschleifen werden generell drucklos, d. h. aus dem Fluss
herausgeschaltet, mit der zu untersuchenden Probe befüllt. Währenddessen baut sich
im übrigen System ein höherer Arbeitsdruck auf, der durch den entsprechenden
Widerstand von längeren Kapillaren und der Detektorzelle bedingt ist. Ein
Ventilschaltsystem zur Versorgung eines Biosensors mit verschiedenen Proben ist in
dem U.S. Patent 5,313,264 offenbart, das ein kompliziertes System an Leitungen,
Ventilen und Flüssigkeitsvolumina beschreibt, um einen Biosensor nacheinander mit
unterschiedlichen Flüssigkeiten (Proben) zu versorgen. In den Flüssigkeitsvolumina
wird die zweite Probe für die Untersuchung mit dem Biosensor vorbereitet, während
parallel dazu am Biosensor noch die Messung der ersten Probe stattfindet.
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Üblicherweise werden für die Messung der zweiten Probe die drucklosen
Flüssigkeitsvolumina in das unter Druck stehende System geschaltet. Bis sich an der
Oberfläche des Biosensors wieder eine geeignetes Druckgleichgewicht eingestellt
hat, vergeht Zeit. Eine störungsfreie Messung ist während dieser Zeit nicht möglich, da
die Ergebnisse stark von den an der Oberfläche des Biosensors vorherrschenden
Duckverhältnissen abhängig ist.
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Wenn eine drucklose Probenschleife mittels eines üblichen Wechsel-Schaltventils in
den unter Druck stehenden Fluss geschaltet wird, wie es dem Stand der Technik
entspricht, bricht der Arbeitsdruck über kürzer oder länger ein, da der Inhalt der
Probenschleife erst durch Kompression auf Druck gebracht werden muss. Dies gilt
nicht nur für Gase, sondern auch für Flüssigkeiten, die ebenfalls kompressibel sind. Die
Dauer des Druckabfalls steigt entgegen der Flussrate und mit dem Arbeitsdruck des
Systems sowie mit der Kompressibilität des Schleifeninhalts und mit dem Volumen der
Schleife relativ zum Systemvolumen. Der Effekt wirkt sich in allen druck- und
dichteempfindlichen Detektorzellen (z. B. in Brechungsindexdetektoren) durch eine
unerwünschte, z. T. stark störende Signalschwankung aus.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein
Umschalten auf eine oder mehrere weitere Probenschleifen derart durchgeführt wird,
dass keine durch Druckschwankung bedingte Signaländerung bei der Aufnahme von
Messsignalen auftritt.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der Erfindung sind darin begründet, dass die Druckschwankungen, die beim
Einbringen einer Probe in die Messzelle eines Durchfluss-Analysesystems
üblicherweise auftreten, ausgeschlossen werden. Da Druckschwankungen die
Messgenauigkeit der Messzelle beeinflussen, ist die Vermeidung dieser
Druckschwankungen für die Genauigkeit der Messung von entscheidender Bedeutung.
Kennzeichnend ist, dass die Probe mittels eines Ventils schon vor ihrem Einbringen in
die Messzelle unter den Druck des übrigen Systems gesetzt wird, so dass beim
Einbringen der Probe in die Messzelle mittels eines weiteren Ventils keinerlei
Druckschwankungen auftreten.
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Die Vorrichtung zum Einbringen einer Probe in ein Durchfluss-Analysesystem ist mit
einer Einfüllstelle ausgestaltet, um darüber ein druckloses Einbringen der Probe zu
ermöglichen. In einem Leitungssystem sind mehrere, unabhängig voneinander
schaltbare Ventile zum Steuern des Flusses der Probe eingebaut. Erfindungsgemäß ist
ein erstes und ein zweites drehbar betätigbares 6-Port-Ventil vorgesehen, die derart im
Leitungssystem angeordnet sind, dass durch die Betätigung des ersten Ventils in einer
Probenschleife ein bestimmter Arbeitsdruck erzeugbar ist. Das zweite 6-Port-Ventil ist
in der Probenschleife (11) eingebaut.
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Mittels einer Drehung des zweiten 6-Port-Ventils kann der in der Probenschleife
aufgebaute Arbeitsdruck auf einen Detektorauslass gelegt werden. Der
Detektorauslass ist mit dem Einlass einer Messzelle eines Durchfluss-
Analysesystems verbunden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der
nachfolgenden Figurenbeschreibung. Es zeigen im Einzelnen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Durchfluss-Analysensystems, das
nach der SPR Technologie arbeitet,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einbringen einer Probe
in ein Durchfluss-Analysensystems, wobei in der hier gezeigten Darstellung
die Probe drucklos eingebracht wird,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einbringen einer Probe
in ein Durchfluss-Analysensystems, wobei in der hier gezeigten Darstellung
auf die eingebrachte Probe ein Druck aufgebracht wird, und
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Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einbringen einer Probe
in ein Durchfluss-Analysensystems, wobei in der hier gezeigten Darstellung
die Probe mit einem gewissen Druck in die Messzelle des Durchfluss-
Analysensystems eingebracht wird.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchfluss-Analysensystems 20, das
nach der SPR Technologie arbeitet. Eine Sensoroberfläche 22 ist auf einem mit einer
Metallschicht beschichteten Glasplättchen 24 aufgebracht. Gold wird am häufigsten
als Metall zur Beschichtung verwendet. Das Glasplättchen 24 ist auf ein Glasprisma 25
aufgelegt. Zur optischen Kopplung zwischen dem Glasplättchen 24 und dem
Glasprisma 25 wird eine Ölschicht mit geeignetem Brechungsindex verwendet. In das
Glasprisma 25 wird von einer Lichtquelle 26 mittels einer ersten Optik 27 ein
Lichtbündel 28 eingestrahlt, welches auf die Metallschicht 23 des Glasplättchens 24
trifft. Die Goldschicht wirkt wie ein Spiegel und reflektiert das divergente Lichtbündel
28 in Richtung auf ein lineares Array 30 von lichtempfindlichen Detektoren. Zwischen
dem Glasprisma 25 und dem linearen Array 30 ist eine zweite Optik 29 vorgesehen, die
das divergente Lichtbündel formt. Eine Messzelle 32, die hier als Durchflusszelle
ausgebildet ist, ist auf der Sensoroberfläche 22 vorgesehen. Die Messzelle 32 verfügt
in der hier offenbarten Ausführungsform über einen Einlass 33 und einen Auslass 34,
durch die die zu untersuchenden Proben mit der Sensoroberfläche 22 in Kontakt
gebracht bzw. von der Sensoroberfläche 22 entfernt werden können. Ein Durchfluss-
Analysensystem 20 wie hier beschrieben misst an der Sensoroberfläche 22 die
probenbedingte Änderung des Brechungsindexes, der aber auch abhängt von dem
Messzellen-Arbeitsdruck, der seinerseits von den Fluss- und Druckverhältnissen vor
der Messzelle 32 abhängt.
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In Fig. 2 ist die Vorrichtung 1 dargestellt, die an das in Fig. 1 dargestellte Durchfluss-
Analysensystem 20 angeschlossen werden kann. Die Vorrichtung 1 besitzt einen
Detektorauslass 2, der mit dem Einlass 33 zur Messzelle 32 verbunden ist. Ferner ist ein
Reservoir 4 an Pufferlösung vorgesehen, die mittels einer Pumpe 5 bei Bedarf
gefördert werden kann. In dem Leitungssystem der Vorrichtung 1 ist ein erstes und ein
zweites handelsübliches 6-Port-Ventil 3 und 6 eingebaut. Jedes der handelsüblichen 6-
Port-Ventile 3 und 6 ist mit jeweils drei Kanälen ausgestattet, die mit einer 60°-
Schaltung im Uhrzeigersinn von einer ersten Position (als durchgezogenen Linie
dargestellt) in eine zweite Position (als gestrichelte Linie dargestellt) geschaltet und im
Gegenuhrzeigersinn auch wieder zurückgeschaltet werden können. Die Verbindungen
zwischen den einzelnen Ports 3 1, 3 2, 3 3, 3 4, 3 5 und 3 6 des ersten Ventils 3, den Ports 6 1, 6 2,
6 3, 6 4, 6 5 und 6 6 des zweiten Ventils 6 und anderen Bestandteilen der Vorrichtung 1 sind
mittels Kapillaren oder Röhren realisiert. Die Kapillaren oder Röhren stellen ein
Leitungssystem dar, das in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einer
Versorgungsleitung 7, einer Abzweigung 12, einer Probenschleife 11 und einer ersten
und zweiten Verbindungsleitung 13 und 14 besteht. Je nach Anwendungszweck sind
die Kapillaren oder Röhren beliebig ausgelegt. Am ersten Ventil 3 führt der erste Port 3 1
zu einem Überlauf 8, der zweite Port 3 2 zu einer Einfüllstelle 9 für eine Probe, der dritte
Port zum zweiten Port 6 2 des zweiten Ventils 6, der vierte Port 3 4 zu einem Dead End 10,
der fünfte Port 3 5 zu der Abzweigung 12 und der sechste Port 3 6 zum ersten Port 6 1 des
zweiten Ventils 6. Die Abzweigung 12 ist in Verbindung mit der Versorgungsleitung 7,
die vom Reservoir 4 über den fünften und vierten Port 6 5 und 6 4 des zweiten Ventils 6
zum Detektorauslass 2 führt.
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Der dritte Port 6 3 und der sechste Port 6 6 des zweiten Ventils 6 sind über die
Probenschleife 11 miteinander verbunden. Wie bereits oben erwähnt, führt der fünfte
Port 6 5 zu der Versorgungsleitung 7 und der vierte Port 6 4 führt dann zum
Detektorauslass 2.
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In der in Fig. 2 dargestellten Stellung des ersten und des zweiten Ventils 3 und 6 fördert
die Pumpe 5 aus dem Reservoir 4 stetig Pufferlösung über den fünften und vierten Port
6 5 und 6 4 des zweiten Ventils 6 zum Detektorauslass 2. Über die Messzelle 32 baut sich
ein bestimmter Arbeitsdruck (Rückdruck) auf. Dieser Arbeitsdruck liegt ebenfalls über
den fünften und vierten Port 3 5 und 3 4 des ersten Ventils 3 am Dead End 10 an. Die
Versorgungsleitung 7 ist über die Abzweigung 12 und dem fünften und dem vierten Port
3 5 und 3 4 mit dem Dead End 10 verbunden.
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Während die Messzelle 32 über den fünften und vierten Port 6 5 und 6 4 des zweiten
Ventils 6 mit Pufferlösung beschickt wird, wird die Probenschleife 11 drucklos mit einer
zu messenden Probe befüllt. Zuvor sind die Probenschleife 11 und alle weiteren
Verbindungen zwischen der Einfüllstelle 9 und dem Überlauf 8 vom vorangegangenen
Analysenlauf bzw. durch Spülvorgänge üblicherweise mit Pufferlösung befüllt. Die
Befüllung der Probenschleife 11 mit Probe erfolgt über den zweiten Port 3 2 des ersten
Ventils 3. Die Probe bewegt sich vom zweiten Port 3 2 des ersten Ventils 3 zum dritten
Port 3 3 und gelangt von dort über die erste Verbindungsleitung 13 zum zweiten Port 6 2
des zweiten Ventils 6 und tritt über dessen dritten Port 6 3 in die Probenschleife 11 ein.
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Die Probenschleife 11 mündet am sechsten Port 6 6 des zweiten Ventils 6. Der sechste
Port 6 6 ist mit dem ersten Port 6 1 des zweiten Ventils 6 verbunden und vom ersten Port
6 1 des zweiten Ventils 6 führt die zweite Verbindungsleitung 14 zum sechsten Port des
36 des ersten Ventils 3. Über den ersten Port 3 1 des ersten Ventils 3 gelangt die Probe
schließlich zum Überlauf 8, so dass die gesamte Pufferlösung von der Probe in den
Überlauf 8 verdrängt wurde. Die Befüllung erfolgt aber nicht notwendigerweise bis zum
Überlauf 8, d. h., dass die Probe in den Abfall gelangt. In diesem Fall ist dennoch eine
vollständige Befüllung mit in diesem Fall flüssigem Medium gewährleistet, da zwischen
der Probenfront und dem Überlauf 8 noch nicht verdrängte Pufferlösung ansteht.
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In Fig. 3 ist die Situation dargestellt, bei der ausreichend Probe in die Probenschleife 11
der Vorrichtung 1 eingebracht wurde und das erste Ventil 3 im Uhrzeigersinn um 60°
geschaltet worden ist. Hierdurch wird erreicht, dass sich der Rückdruck auch in der
Probenschleife 11 aufbaut. Der Aufbau des Rückdrucks erfolgt von der
Versorgungsleitung 7 über die Abzweigung 12 und den fünften und sechsten Port 3 5
und 36 des ersten Ventils 3. Mittels der zweiten Verbindungsleitung 14 gelangt der
Druck zum ersten Port 6 1 des zweiten Ventils 6 und von dort zum sechsten Port 6 6 des
zweiten Ventils 6. Über die Probenschleife 11 wird der Rückdruck zum dritten und
zweiten Port 6 3 und 6 2 des zweiten Ventils 6 aufgebaut. Vom zweiten Port 6 2 des zweiten
Ventils 6 wird der Rückdruck über die erste Verbindungsleitung 13 zum dritten und
vierten Port 3 3 und 3 4 des ersten Ventils 3 aufgebaut. Das gewünschte Druckniveau wird
dadurch erreicht, dass der vierte Port 3 4 des ersten Ventils 3 in dem Dead End 10 endet.
Wegen der Kompression des Volumens in der Probenschleife 11 bricht jetzt kurzfristig
der Druck in der restlichen Vorrichtung zusammen. Dies bedeutet, dass es auch zu
einem Druckabfall in der Messzelle 32 kommt, so dass zu diesem Zeitpunkt eine
Signalaufzeichnung üblicherweise nicht erfolgt. Dies ist weniger von Bedeutung, da
man von der Pufferlösung zu dieser Zeit keine relevanten Messergebnisse erwartet.
Eine Messung bei nicht stabilem Druck würde dazu führen, dass die Messwerte von
den Druckschwankungen beeinflusst sind. Nach der Wiedereinstellung des
Arbeitsdruckes (und noch vor der in Fig. 4 beschriebenen Probenaufgabe) kann die
Signalaufzeichnung zur ungestörten Aufnahme einer sogenannten Basislinie gestartet
werden. In der Zwischenzeit könnte bei Bedarf die Verbindung am ersten Ventil 3
zwischen der Einfüllstelle 9 über den zweiten Port 3 2 und den ersten Port 3 1 zum
Überlauf 8 mit einer geeigneten Lösung gereinigt werden.
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In Fig. 4 ist die Situation dargestellt, dass das zweite Ventil 6 nun derart im
Uhrzeigersinn geschaltet ist, dass der in der Probenschleife 11 aufgebaute Rückdruck
ohne Schwankungen auch in der Messzelle 32 wirken kann. Durch das Schalten des
zweiten Ventils 6 ist nun die Probenschleife 11 von der Versorgungsleitung 7 über den
fünften und sechsten Port 6 5 und 6 6 des zweiten Ventils 6 und über den dritten und
vierten Port 6 3 und 6 4 des zweiten Ventils 6 direkt mit dem Detektorauslass 2
verbunden. Da sich bereits vor der Aufgabe der Probe auf die Sensoroberfläche 22 der
Messzelle 32 in der Probenschleife 11 ein Arbeitsdruck aufbauen konnte, der dem
Rückdruck der Vorrichtung entspricht, treten keinerlei druckbedingte
Signalschwankungen auf. In der Messzelle kann das probenbedingte Signal ungestört
aufgezeichnet werden. Es ist nicht mehr notwendig, eine gewisse Zeit vor der
Signalaufzeichnung abzuwarten, bis in der Messzelle 32 nach der Probenaufgabe eine
Druckgleichgewicht ausgebildet ist, zumal in diesem Fall das besonders signifikante
Startsignal verloren weil nicht aufgezeichnet wäre.
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Die Erfindung wurde in Bezug auf bevorzugte Ausführungen beschrieben. Änderungen
und Abwandlungen des Verfahrens oder des Systems können durchgeführt werden,
ohne dabei den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Detektorauslass
3 erstes 6-Port-Ventil
3 1 erster Port
3 2 zweiter Port
3 3 dritter Port
3 4 vierter Port
3 5 fünfter Port
3 6 sechster Port
4 Reservoir
5 Pumpe
6 zweites 6-Port-Ventil
6 1 erster Port
6 2 zweiter Port
6 3 dritter Port
6 4 vierter Port
6 5 fünfter Port
6 6 sechster Port
7 Versorgungsleitung
8 Überlauf
9 Einfüllstelle
10 Dead End
11 Probenschleife
12 Abzweigung
13 erste Verbindungsleitung
14 zweite Verbindungsleitung
20 Analysensystem
22 Sensoroberfläche
23 Metallschicht
24 Glasplättchen
25 Glasprisma
26 Lichtquelle
27 erste Optik
28 Lichtbündel
29 zweite Optik
30 lineares Array
32 Durchflusszelle
33 Einlass
34 Auslass