DE1792025U

DE1792025U - UNIT FOR THE ULTRAFILTRATION OF SOLUTIONS.

Info

Publication number: DE1792025U
Application number: DEB36846U
Authority: DE
Original assignee: Behringwerke AG
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany
Priority date: 1959-03-26
Filing date: 1959-03-26
Publication date: 1959-07-16

Description

Gerät zur Ultrafiltration von Lösungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Konzentrierung von Lösungen, deren gelöste Partikel so hochmolekular sind, daß sie durch eine semipermeable Membran zurückgehalten werden (Ultrafiltration).Apparatus for Ultrafiltration of Solutions The invention relates to on a device for concentrating solutions, the dissolved particles of which are so high molecular are that they are retained by a semipermeable membrane (ultrafiltration).

Es sind Geräte bekannt, die mit halbdurchlässigen Membranen ausgestattet sind und mit denen Lösungen eingeengt werden, sei es durch Unter-oder Überdruck oder durch Ausnützung des osmotischen Druckes, indem man gegen eine Lösung höheren osmotischen Druckes dialysiert. Die kontinuierliche und automatische Konzentrierung war mit solchen Geräten bisher nicht möglich, da bei allen zur Ultrafiltratfcn dienenden Apparaturen eine Schicht der gelösten Partikel auf der Membran sich festsetzte, die Poren der Membran verstopfte und damit eine weitere Konzentrierung verhinderte.Devices are known which are equipped with semi-permeable membranes and with which solutions are concentrated, be it by negative or positive pressure or by utilizing the osmotic pressure by opposing a higher solution dialyzed osmotic pressure. The continuous and automatic concentration was not previously possible with such devices, since all of them are used for ultrafiltration Apparatus a layer of the dissolved particles adhered to the membrane, clogged the pores of the membrane and thus prevented further concentration.

Der Vorschlag von J.L. Gardon und S.G. Mason (Canad.J.Chem.J.L. Gardon and S.G. Mason (Canad. J. Chem.

33, 1625, 1955), mit einer Membranpumpe die zu konzentrierende Lösung in Bewegung zu halten, hat die Nachteile, daß die Membranpumpe durch eine oszillierende Quecksilberpumpe, diese wiederum'durch einen Aspirator betrieben werden muß.33, 1625, 1955), the solution to be concentrated with a membrane pump To keep moving has the disadvantages that the diaphragm pump has an oscillating Mercury pump, which in turn must be operated by an aspirator.

Eine solche Anordnung ist teuer, sie erfordert einen hohen Energieaufwand und in der Handhabung eine besondere Geschicklichkeit. Die Membranen der Pumpe sind von begrenzter Lebensdauer. Zeitraubende Maßnahmen sind notwendig, um die Membranpumpe keimfrei zu machen. Bei der Queoksilberpumpe ; besteht besondereBruchgefahr. ! Das Prinzig des erfindungsgemäßen Gerätes beruht d, arauf, daß die zu konzentrierende Lösung mit Hilfe einer Schlauchpumpe aus einem Vorratsgefäß in die ein-oder mehrmals unterteilten Substanzkammern des Ultrafiltrationsgerätes und von dort l ! wieder zurück i das Vorratsgefäß gepumpt wird. Die Lösung wird dadurch in einem ständigen Kreislauf an denMembranen vorbeigeführt'und unter weitgehender Ausnutzung'der Membranen umgewälzt. Auf der anderen Seite der Membran wird eine Vakuumpumpe angeschlossen und'ein mittlerer Unterdruck (15-50 Torr) erzeugte Die hochmolekularen Partikel, für die die Membran'undurchlässig ist, bleiben in 4er zirku- lierenden Lösung. Die kleineren Moleküle, die anorganischen Salze, vor allem aber das Lösungsmittel, in deh überwiegenden ;'t Fällen Wasser, dringen durch die Poren der Membran und er- scheinen hinder der Membran als Filtrat. '''"t Aus den Abbildungen und der Beschreibung können alle Einzelheiten entnommen werden. Es handelt sich um ein Gerät zur Ultrafiltration, bestehend aus einem Vorratsgefäß 1, einer Schlauchpumpe 2*und abwechselnd nebeneinander angeordneten, unter einander verbundenen. Substanzkammern 3,4, 5 und ebenli *) oder einer geschlossenen Kreiselpumpe falls unter sich sowie mit einem Sammelgefäß 6 für das Filtrat verbundenen Vakuumkammern 7,8, die jeweils durch semipermeable Membranen 9,10,11 ; 12 getrennt sind, wobei die zu filtrierende Lösung im Kreislauf. aus dem Vorratsgefäß 1 mittels der Pumpe 2 durch die Substanzkammern 3,4,5 befördert wird, während über das Sammelgefäß 6 vermittela Vakuumleitungen 13,14 in den Vakuumkammern 7, 8 ein Druck von vorzugsweise 15-"50Torr auf- rechterhalten wird. . Das Ultrafiltrationsgerät besteht z. Bo aus Kunststoff oder Metall und enthält z. Bö drei Substanzkammern 3 ? 4 und 5 und zwei Vakuumkammern 7 und 8, wobei jedoch auch mehr Kammern möglich sind. Die einzelnen Kammern werden dadurch gebildet, daß man Kunststoff-oder Metallrahmen aufeinanderlegt und an beiden Enden durch eine Kunststoff-, Metall-oder Glasplatte abschließt, die man vorzugsweise am angrenzenden Rahmen befestigt. Alle Rahmen werden durch eine Metallspange zusammengehalten Die Vakuumkammern 7, 8 sind durch eine Siebplatte gegen die Substanzkammern 3,4 und 5 abgeschlossen. Auf die Siebplatte, auf die Seite gegen die Substanzkammern, legt man eine halbdurchlässige Membran. Ein Filterpapier von derselben Größe zwischen Siebplatte und Membran hat sich zur Schonung der Membran als günstig erwiesen. Die Substanzkammern 3,4 und 5 werden zweckmäßig durch eine waagerechte Leiste (Abb, 2, Ziffer 15) in der Mitte halbiert. Die Leiste besitzt eine Durchbohrung 17 von der unteren zur oberen Abteilung. Die Eingangsöffnung 16 der Kammer am Boden, die Durchbohrung der Leiste 17 und die Ausflußöffnung 18 sind so angeordnet, daß die Flüssigkeit zwei oder mehrere Male diagonal an der Membran vorbeifließen muß. Die Membran wird dadurch besser ausgenutzt. Die Berührungsstellen zwischen Substanz-und Vakuumkammern sind mit entsprechend ausgeschnittenen Gummiplatten abgedichtet. Die aufeinanderfolgenden Substanzkammern und die aufeinanderfolgenden Vakuumkammern sind jeweils durch einen Schlauch miteinander verbunden. Die erste und die letzte Substanzkammer sind mit der Vorratsflasche. verbunden, die erste unten, die letzte oben. Die Vakuumkammern sind mit der Filtratflasche verbunden.Such an arrangement is expensive, it requires a high expenditure of energy and special skill in handling. The diaphragms of the pump have a limited lifespan. Time-consuming measures are necessary to make the diaphragm pump sterile. At the mercury pump; consists particular risk of breakage. ! The principle of the device according to the invention is based on the fact that the solution to be concentrated using a peristaltic pump from a storage vessel into the one or more subdivided Substance chambers of the ultrafiltration device and from there l! back again i the storage vessel is pumped. The solution is thereby in a constant cycle on the membranes passed 'and with extensive utilization' of the membranes circulated. A vacuum pump is connected to the other side of the membrane and a medium negative pressure (15-50 Torr) The high molecular weight particles produced for which the membrane is impermeable, remain in 4 solution. The smaller molecules, the inorganic ones Salts, but above all the solvent, are predominant ; 't Cases of water, penetrate through the pores of the membrane and appear behind the membrane as a filtrate. '''"t All details can be found in the illustrations and the description. It is a device for ultrafiltration, consisting of a storage vessel 1, a hose pump 2 * and alternately arranged next to each other, interconnected. Substance chambers 3, 4, 5 and also *) or a closed centrifugal pump if under one another as well as vacuum chambers 7, 8 connected to a collecting vessel 6 for the filtrate, each of which is provided with semipermeable membranes 9, 10, 11; 12 are separated, with the solution to be filtered in the circuit. is conveyed from the storage vessel 1 by means of the pump 2 through the substance chambers 3, 4, 5, while via the collecting vessel 6 through vacuum lines 13, 14 into the Vacuum chambers 7, 8 a pressure of preferably 15- "50 Tor- is preserved. . The ultrafiltration device consists z. Bo made of plastic or Metal and contains z. Bo three substance chambers 3? 4 and 5 and two vacuum chambers 7 and 8, although more chambers are also possible. The individual chambers are formed by placing plastic or metal frames on top of one another and closing them off at both ends with a plastic, metal or glass plate, which is preferably attached to the adjacent frame. All frames are held together by a metal clasp. The vacuum chambers 7, 8 are closed off from the substance chambers 3, 4 and 5 by a sieve plate. A semi-permeable membrane is placed on the sieve plate, on the side against the substance chambers. A filter paper of the same size between the sieve plate and the membrane has proven to be beneficial for protecting the membrane. The substance chambers 3, 4 and 5 are appropriately halved in the middle by a horizontal bar (Fig, 2, number 15). The bar has a through hole 17 from the lower to the upper compartment. The inlet opening 16 of the chamber at the bottom, the through-hole in the strip 17 and the outlet opening 18 are arranged so that the liquid must flow diagonally past the membrane two or more times. This makes better use of the membrane. The contact points between the substance and vacuum chambers are sealed with rubber plates that have been cut out accordingly. The successive substance chambers and the successive vacuum chambers are each connected to one another by a hose. The first and the last substance chamber are with the storage bottle. connected, the first below, the last above. The vacuum chambers are connected to the filtrate bottle.

Die Schlauchpumpe 2 besteht aus einem Elektromotor, dessen Achse auf der einen Seite verlängert ist. Am Ende des verlängerten Teils befindet sich eine Scheibe, an der drei Rädchen um ihre Achse rotierbar angebracht sind. An der Bodenplatte des Elektromotors ist ein Kunststoffschlauch so befestigt, daß er bei jeder Drehung der Achse nacheinander von den drei Rädohen gequetscht wird. Befindet sich Flüssigkeit in dem Schlauch, so wird sie ein entsprechendes Stück weitergeschoben, und neue Flüssigkeit wird herangesogen, die dann vom folgenden Rädchen weitergeschoben wird. \ Die Vorn flasche 1 ist durch einen dreifach durchbohrten Gummistopfen verschlossen, wobei eine Bohrung für den'Zufluß 1 zum Ultrafiltrationsgerät, eine Bohrung für die Leitung vom Gerät und eine dritte für ein Luftrohr dient.The peristaltic pump 2 consists of an electric motor, the axis of which is extended on one side. At the end of the extended part there is a disc on which three small wheels are attached so that they can rotate about their axis. A plastic hose is attached to the base plate of the electric motor in such a way that it is squeezed by the three wheels one after the other with each rotation of the axle. If there is liquid in the tube, it is pushed a corresponding distance further, and new liquid is drawn in, which is then drawn in by the next Wheel is pushed further. \ The front bottle 1 is pierced through a triple Rubber stopper closed, with a hole for the influx 1 to the ultrafiltration device, a hole for the line from Device and a third one is used for an air tube.

Die Filtratflasche 6 ist mit einem doppelt durchbohrten Gnmmistopfen versehen, eine Durchbohrung führt zum Ultrafiltrationsgerät, die andere zur Vakuumpumpe. Die Flasche muß mit einem Unterdruck geprüft werden, der mindestens dem Unterdruck entspricht, der bei der Ultrafiltration angewandt wird. ,'- \ Zur Ultrafiltration pumpt man mit Hilfe der Schlauchpumpe 2 * die Lösung, die konzentriert werden soll, aus der Vorrats- flasche 1 in die erste Substanzkammer 3 und so weiter, bis *) oder einen geschlossenen Kreiselpumpe die Lösung wieder in die. Vorratsflasche 1 zurückfließt. Die zu filtrierende Lösung wird also durch fortlaufende Umwälzung von der Vorratsflasche in das Ultrafiltrationsgerät und von da in die Vorratsflasche gepumpt. Man schließt nun an eine Vakuumpumpe an und erzeugt hinter den Membranen ein mäßiges Vakuum (etwa 15-50 Torr).The filtrate bottle 6 is provided with a double-drilled gnm stopper, one drilled hole leads to the ultrafiltration device, the other to the vacuum pump. The bottle must be tested with a negative pressure of at least This corresponds to the negative pressure used in ultrafiltration will. , '- \ For ultrafiltration, the peristaltic pump is used to pump 2 * the solution to be concentrated from the stock bottle 1 into the first substance chamber 3 and so on, until *) or a closed centrifugal pump the solution back into the. Storage bottle 1 flows back. The solution to be filtered is therefore pumped by continuous circulation from the storage bottle into the ultrafiltration device and from there into the storage bottle. A vacuum pump is then connected and a moderate vacuum (about 15-50 Torr) is created behind the membranes.

Durch die Verwendung einer Schlauchpumpe wird die Lösung während der Ultrafiltration in einem ständigen Kreislauf umgewälzt. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Gerätes liegt darin, daß diese Umwälzung mit einer-Schlauchpumpe ausgeführt wird, die einfach gebaut, in der Anschaffung und in der Unterhaltung billig ist und die keiner besonderen Wartung bedarf. Ein etwa 20 cm langer Kunststoffschlauch ist der einzige Bestandteil der Schlauchpumpe, mit dem die Lösung in Berührung kommt. Er ist besonders einfach keimfrei zu machen, z. B. mit einer 2,0% igen Formaldehydlösung.By using a peristaltic pump, the solution is dispensed during the Ultrafiltration circulated in a constant cycle. A particular advantage of the The device according to the invention is that this circulation with a hose pump that is built to be simple to purchase and to maintain is cheap and does not require any special maintenance. A plastic tube about 20 cm long is the only part of the peristaltic pump that the solution comes into contact with. It is particularly easy to make germ-free, e.g. B. with a 2.0% formaldehyde solution.

Ein weiterer Vorteil wirderreicht, wenn die Substanzkammern ein-oder mehrmals abgestellt sind (vgl. Abb. 2). Die Öffnungen von einer Abteilung zur nächsten liegen jeweils in der entgegengesetzten Ecke der Abteilung, so daß der Flüssigkeitsstrom diagonal durch jede Abteilung an der Membran vorbeigeführt wird. Durch diese Anordnung wird die ganze Fläche der Membran gleichmäßig ausgenutzt, und an keiner Stelle der Kammer kommt es zu einem schwachen Flüssigkeitsstrom oder gar zum Stillstand der Flüssigkeitsbewegung.A further advantage is achieved if the substance chambers one or are turned off several times (see Fig. 2). The openings from one department to the next each lie in the opposite corner of the compartment, so that the liquid flow is passed diagonally through each division past the membrane. Through this arrangement the entire surface of the membrane is used evenly, and at no point of the There is a weak flow of liquid or even the standstill of the chamber Fluid movement.

Die Substanz-und Vakuumkammern sind so aneinandergereiht, daß auf jeder Seite der Substanzkammern sich eine Vakuumkammer befindet. Dadurch kann auf beiden Seiten jeder Substanzkammer eine Membran angebracht werden. Diese Anordnung hat sich als besonders raumsparend erwiesen.The substance and vacuum chambers are strung together so that there is a vacuum chamber on each side of the substance chambers. This can result in A membrane can be attached to both sides of each substance chamber. This arrangement has proven to be particularly space-saving.

Das erfindungsgemäße Unltrafiltrationsgerät gestattet zoB. das Konzentrieren folgender Flüssigkeiten : 1) 60 1 Humanserum-Albumin mit einem Eiweißgehalt von 4, 35 % werden in 24 Stunden auf 10 1 eingeengt (Eiweißgehalt 26 %).The unltrafiltration device according to the invention allows zoB. concentrating the following liquids: 1) 60 1 human serum albumin with a protein content of 4, 35% are concentrated to 10 1 in 24 hours (protein content 26%).

2) 36 1 einer mit Formaldehydlösung inaktivierten Poliomyelitisviruslösung werden in 38 Stunden auf 0, 45 1 konzentriert. Im Konzentrat wurde das Virus immunologisch und durch die Sedimentationskonstante von 164 S nachgewiesen (vgl. z. Bo Polson, A. und G. Selzer : Proc. Soc. exp. Biol. Med. 81, 218 (1952) mit S= 163 S bzw. 2) 36 l of a poliomyelitis virus solution inactivated with formaldehyde solution are concentrated to 0.45 l in 38 hours. The virus was detected immunologically and by the sedimentation constant of 164 S in the concentrate (cf., for example, Bo Polson, A. and G. Selzer: Proc. Soc. exp. Biol. Med. 81, 218 (1952) with S = 163 S or

Schwerdt, C.E. und F. L. Schaffer : Ann. N.Y.Acad.Sci. 61, 740 (1955) mit S20=154 S). Zur Prüfung des Ultrafiltrats auf Virusfreiheit wurden 10 1 auf einige ml eingeengt. Es konnte darin jedochlmlne Präzipitation mit dem spezifischen Antiserum und in der ULrazentrifuge keine Komponente in dem für das Poliomyelitisvirus charakteristischen Sedimentationsbereich beobachtet werden. Schwerdt, C.E. and F. L. Schaffer: Ann. N.Y.Acad.Sci. 61, 740 (1955) with S20 = 154 S). To test the ultrafiltrate for virus-free were 10 1 on concentrated a few ml. However, there could be little precipitation with the specific Antiserum and in the ultracentrifuge no component in that for the poliomyelitis virus characteristic sedimentation area can be observed.

3) 30 1 Rinderserum-Gammaglobulin (2,66 % Eiweiß) werden in 20 Stunden auf 5 1 eingeengt Der Eiweißgehalt betrug nach der Konzentrierung 16 %.3) 30 liters of bovine serum gamma globulin (2.66% protein) are consumed in 20 hours concentrated to 5 liters. The protein content after concentration was 16%.

4) 120 1 Tetanus-Pferdeserum mit einem Proteingehalt von 0, 75 % werden in 20 Stunden auf 10 1 mit einem Eiweißgehalt von 9 % eingeengt.4) 120 liters of tetanus horse serum with a protein content of 0.75% concentrated in 20 hours to 10 1 with a protein content of 9%.

5) 50 1 Tetanus-Formol-Toxoid mit 18 Lf werden in 24 Stunden auf 5 1 mit 170 Lf eingeengt. (Unter einer Flockungseinheit Lf eines Toxoids versteht man die Menge, die eine Einheit Antitoxin zur Flockung bringt). A 6) 25 1 Nucleinsäure aus ; Hefe mit einer Konzentration von 0,10 % werden in 5 Stunden auf 4 1 aufkonzentriert (Nukleinsäuregehalt 0,'61 %) 0 S c hut z ans p r ü c h, e 1) Gerät zur Ultrafiltration, bestehend aus einem Vorratsgefäß (1), einer Schlauchpumpe (2) @und abwechselnd nebeneinander angeordneten, untereinander verbundenen Substanzkammern (3, 4, 5) und ebenfalls unter sich sowie, mit einem Sammelgefäß (6) für das'Filtrat verbundenen Vakuumkammern (7, 8), die jeweils durch semipermeable Membranen (9, 10, 11, 12) getrennt sind, wobei die zu filtrierende Lösung im Kreislauf aus dem Vorratsgefäß (1) mittels der Pumpe (2) durch die Substanzkammern (3,4,5) befördert wird, während über das Sammelgefäß' (6) vermittels Vakuumleitungen (13, 14) in den Vakuumkammern (7,8) ein Druck von vorzugsweise 15-50 Torr aufrechterhalten wird.5) 50 l of tetanus formol toxoid with 18 Lf are concentrated to 5 l with 170 Lf in 24 hours. (One flocculation unit Lf of a toxoid is the amount that one unit of antitoxin causes flocculation). A. 6) 25 1 nucleic acid off; Yeast with a concentration of 0.10% are concentrated to 4 liters in 5 hours (nucleic acid content 0.161%) a peristaltic pump (2) @and alternately juxtaposed, interconnected substance chambers (3, 4, 5) and also under each other as well as, with a collecting vessel (6) for the filtrate connected vacuum chambers (7, 8), each through semipermeable membranes (9, 10, 11, 12) are separated, the solution to be filtered being circulated from the storage vessel (1) by means of the pump (2) through the substance chambers (3, 4, 5), while the collecting vessel '( 6) a pressure of preferably 15-50 Torr is maintained in the vacuum chambers (7, 8) by means of vacuum lines (13, 14).

Claims

2) device for ultrafiltration according to claim 19, characterized in that that the substance chambers (3, 4, 5) are divided one or more times by means of a partition (15) and the egg and outlet openings (16,17,18) are preferably arranged so that the solution is transported diagonally along the membranes.

*) or a closed centrifugal pump