DE10341110A1 - Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung mit einem ersten Fluidanschluss (8) zum Zuführen der Probe, mit einem zweiten Fluidanschluss (11) zum Abführen der aufbereiteten Probe, mit einem dritten Fluidanschluss (12) für ein mit der Probe zu mischendes Fluid, mit einem Mischer (3), mit einer Dosiervolumenstrecke (2) und mit einer Ventilanordnung (7), die in einem ersten Betriebszustand der Einrichtung, bei dem über den dritten Fluidanschluss (12) Flüssigkeit abgeführt wird, ein Ende (14) der Dosiervolumenstrecke (2) mit dem ersten Fluidanschluss (8) und das andere Ende (15) der Dosiervolumenstrecke (2) mit dem dritten Fluidanschluss (12) verbindet und in einem zweiten Betriebszustand, bei dem über den dritten Fluidanschluss (12) das Fluid der Einrichtung zugeführt wird, das eine Ende (14) der Dosiervolumenstrecke (2) mit einem ersten Eingang (9) des Mischers (3) und das andere Ende (15) der Dosiervolumenstrecke (2) und den dritten Fluidanschluss (12) mit einem zweiten Eingang (13) des Mischers (3) verbindet, dessen Ausgang (10) mit dem zweiten Fluidanschluss (11) verbunden ist.
Description
- Proben müssen vor einer Analyse häufig in einem genauen Verhältnis mit einer Puffersubstanz oder einem Quench gemischt werden, um beispielsweise den pH-Wert zu stabilisieren oder eine Reaktion abzubrechen. Sollen mittels der Analyse chemische oder sonstige industrielle Prozesse quasi kontinuierlich überwacht werden, so muss die Probennahme und -aufbereitung ebenfalls quasi kontinuierlich erfolgen. Die für die Analyse, zum Beispiel Elektrophorese, benötigten Probenmengen liegen oft im Mikroliterbereich, so dass dann die Probennahme und -aufbereitung im gleichen Maßstab erfolgen sollte. Schließlich sollte die Analyse möglichst nahe an der Probenentnahmestelle erfolgen, um Zeitverzögerungen und eine kostenintensive Zuleitung von Proben aus dem Prozess zu entfernten Analysegeräten zu vermeiden. Dementsprechend sollte daher nicht nur das Analysengerät selbst sondern auch die zur Probennahme und -aufbereitung dienende Einrichtung möglichst kompakt aufgebaut sein.
- Diese Anforderungen werden durch die in Anspruch 1 angegebene Einrichtung erfüllt, wobei vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung den Unteransprüchen zu entnehmen sind.
- Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine definierte Probennahme aus einem Prozess und anschließend eine definierte Mischung der Probe mit dem dazu vorgesehenen Fluid. In dem ersten Betriebszustand der Einrichtung wird an dem dritten Fluidanschluss Flüssigkeit aus der Einrichtung abgeführt, beispielsweise mittels einer Spritzenpumpe abgesaugt, so dass über den ersten Fluidanschluss die Probe aus dem Prozess angesaugt und in die Dosiervolumenstrecke gefördert wird. In dem anschließenden zweiten Betriebszustand der Einrichtung wird das zum Mischen mit der Probe vorgesehene Fluid über den dritten Fluidanschluss der Einrichtung zugeführt, insbesondere mittels der Spritzenpumpe in die Einrichtung gedrückt, wobei dem Mischer die sich in der Dosiervolumenstrecke befindende Probe über seinen ersten Eingang und das der Probe zuzumischende Fluid über seinen zweiten Eingang zugeführt wird. Die Strömungsrichtungen der Probe, des Fluids usw. innerhalb der erfindungsgemäßen Einrichtung wird durch die Ventilanordnung gesteuert, die vorzugsweise passiv arbeitet und dazu Rückschlagventile aufweist. Das Mischungsverhältnis von Probe und Fluid in dem Mischer ist von den Viskositäten der Probe und des Fluids sowie von den Strömungswiderständen der Dosiervolumenstrecke und der zwischen dem dritten Fluidanschluss und dem zweiten Eingang des Mischers liegenden Fluidstrecke abhängig, weswegen die Strömungswiderstände in vorteilhafter Weise entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis bemessen sind. Die Dosiervolumenstrecke, der Mischer und die vorzugsweise aus den Rückschlagventilen bestehende Ventilanordnung sind in vorteilhafter Weise auf einem einzigen Trägersubstrat ausgebildet, wobei es sich vorzugsweise um einen Chip handelt, auf dem die genannten Komponenten als Mikrostrukturen, beispielsweise in Silizium, ausgebildet sind. Dadurch werden Schnittstellen zwischen den Komponenten vermieden, wodurch in der Folge das Innenvolumen minimiert, Totvolumina in Spalten usw. vermieden und die Baugröße gering gehalten werden kann.
- Die erfindungsgemäße Einrichtung kann um weitere Funktionen erweitert werden, indem sie beispielsweise elektrisch beheizbar ist, um den Ausfall von Feststoffen bei zu niedrigen Temperaturen zu verhindern, oder indem die Dosiervolumenstrecke eine gasdurchlässige Wand aufweist, durch die hindurch eine Entgasung der Probe möglich ist.
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.
- Auf einem Trägersubstrat
1 , hier einem Chip, sind eine Dosiervolumenstrecke2 , ein Mischer3 und eine aus Rückschlagventilen4 ,5 und6 bestehende Ventilanordnung7 in der Weise ausgebildet, dass ein erster Fluidanschluss8 der Einrichtung über eine Reihenschaltung der Rückschlagventile4 und5 mit einem ersten Eingang9 des Mischers3 verbunden ist, dessen Ausgang10 an einem zweiten Fluidanschluss11 der Einrichtung angeschlossen ist. Ein dritter Fluidanschluss12 der Einrichtung ist über das Rückschlagventil6 mit einem zweiten Eingang13 des Mischers3 verbunden. Das zweite Rückschlagventil5 kann zwischen den Ausgang10 des Mischers3 und den zweiten Fluidanschluss11 verschoben werden. - Die Dosiervolumenstrecke
2 ist an einem Ende14 zwischen die beiden Rückschlagventile4 und5 geschaltet und mit dem anderen Ende15 mit dem dritten Fluidanschluss12 verbunden. Die Dosiervolumenstrecke2 kann eine gasdurchlässige Wand aufweisen und ist dann innerhalb eines Volumens16 ausgebildet, an dem über einen vierten Fluidanschluss17 ein Vakuum angelegt werden kann, um eine sich in der Dosiervolumenstrecke2 befindende Flüssigkeit (Probe) zu entgasen. Schließlich kann die Einrichtung durch eine hier lediglich angedeutete Heizvorrichtung18 , die beispielsweise als Struktur auf dem Chip1 aufgesputtert wird, elektrisch beheizt werden. - Mit dem ersten Fluidanschluss
8 ist die Einrichtung an einem Prozess19 angeschlossen, aus dem eine Probe entnommen und anschließend durch Mischen mit einem Fluid aufbereitet werden soll. Die aufbereitete Probe wird über den zweiten Fluidanschluss11 aus der Einrichtung abgeführt. An dem dritten Fluidanschluss12 ist über ein Dreiwegeventil20 eine Spritzenpumpe21 angeschlossen, die über das Ventil20 aus einem Reservoir22 mit dem mit der Probe zu mischenden Fluid gefüllt werden kann. Die Spritzenpumpe21 wird über einen Antrieb23 elektromotorisch angetrieben und kann über eine Fluidleitung24 von dem Chip1 räumlich getrennt werden, um den Chip1 so nah wie möglich an der Probenentnahmestelle im Prozess19 anordnen zu können. - In einem ersten Betriebszustand der Einrichtung saugt die Spritzenpumpe
21 Flüssigkeit aus der Einrichtung, wobei die Probe aus dem Prozess19 über das Rückschlagventil4 in die Dosiervolumenstrecke2 gefördert wird. Die Rückschlagventile5 und6 befinden sich dabei in einem sperrenden Zustand. In einem zweiten Betriebszustand der Einrichtung wird das sich in der Spritzenpumpe21 befindende und mit der Probe zu mischende Fluid in die Einrichtung gedrückt, wobei ein kleinerer Teilstrom des Fluids die Probe aus der Dosiervolumenstrecke2 über das Rückschlagventil5 in den Mischer3 fördert und gleichzeitig der übrige, größere Teilstrom des Fluids über das Rückschlagventil6 direkt in den Mischer3 gelangt, sich dort mit der Probe vermischt und anschließend die Einrichtung über den zweiten Fluidanschluss11 verlässt. Das Mischungsverhältnis von Probe und Fluid ist dabei von dem Verhältnis der Strömungswiderstände der Dosiervolumenstrecke2 und der zwischen dem dritten Fluidanschluss12 und dem zweiten Eingang13 des Mischers3 liegenden Fluidstrecke25 abhängig.
Claims (8)
- Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung – mit einem ersten Fluidanschluss (
8 ) zum Zuführen der Probe, – mit einen zweiten Fluidanschluss (11 ) zum Abführen der aufbereiteten Probe, – mit einem dritten Fluidanschluss (12 ) für ein mit der Probe zu mischendes Fluid, – mit einem Mischer (3 ), – mit einer Dosiervolumenstrecke (2 ) und – mit einer Ventilanordnung (7 ), die – in einem ersten Betriebszustand der Einrichtung, bei dem über den dritten Fluidanschluss (12 ) Flüssigkeit abgeführt wird, ein Ende (14 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) mit dem ersten Fluidanschluss (8 ) und das andere Ende (15 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) mit dem dritten Fluidanschluss (12 ) verbindet, und – in einem zweiten Betriebszustand der Einrichtung, bei dem über den dritten Fluidanschluss (12 ) das Fluid der Einrichtung zugeführt wird, das eine Ende (14 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) mit einem ersten Eingang (9 ) des Mischers (3 ) und das andere Ende (15 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) und den dritten Fluidanschluss (12 ) mit einem zweiten Eingang (13 ) des Mischers (3 ) verbindet, dessen Ausgang (10 ) mit dem zweiten Fluidanschluss (11 ) verbunden ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Strömungswiderstände der Dosiervolumenstrecke (
2 ) und einer zwischen dem dritten Fluidanschluss (12 ) und dem zweiten Eingang (13 ) des Mischers (3 ) liegenden Fluidstrecke (25 ) entsprechend dem gewünschten Mischungsverhältnis von Probe und zuzumischendem Fluid bemessen ist. - Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (
7 ) Rückschlagventile (4 ,5 ,6 ) aufweist. - Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Rückschlagventil (
4 ) zwischen dem ersten Fluidanschluss (8 ) und dem einen Ende (14 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ), ein zweites Rückschlagventil (5 ) zwischen dem einen Ende (14 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) und dem ersten Eingang (9 ) des Mischers (3 ) und ein drittes Rückschlagventil (6 ) zwischen dem anderen Ende (15 ) der Dosiervolumenstrecke (2 ) und dem zweiten Eingang (13 ) des Mischers (3 ) angeordnet sind, wobei alternativ das zweite Rückschlagventil (5 ) zwischen dem Ausgang (10 ) des Mischers (3 ) und dem zweiten Fluidanschluss (11 ) angeordnet ist. - Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dritten Fluidanschluss (
12 ) eine das der Probe zuzumischende Fluid enthaltende Spritzenpumpe (21 ) angeschlossen ist. - Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervolumenstrecke (
2 ) dem Mischer (3 ) und die Ventilanordnung (7 ) auf einem einzigen Trägersubstrat (1 ) ausgebildet sind. - Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (
1 ) ein Chip ist, auf dem die Dosiervolumenstrecke (2 ), dem Mischer (3 ) und die Ventilanordnung (7 ) als Mikrostrukturen ausgebildet sind. - Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervolumenstrecke (
2 ) eine gasdurchlässige Wand aufweist und in einem zur Absaugung von hindurchströmendem Gas dienendem Volumen (16 ) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10341110A DE10341110A1 (de) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10341110A DE10341110A1 (de) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung |
Publications (1)
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DE10341110A1 true DE10341110A1 (de) | 2004-10-28 |
Family
ID=33039357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10341110A Ceased DE10341110A1 (de) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Einrichtung zur Probennahme und -aufbereitung |
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