DE1941481B2

DE1941481B2 -

Info

Publication number: DE1941481B2
Application number: DE1941481A
Authority: DE
Inventors: William Joseph Newark Ambrose; James Edward Wilmington Mcerlane
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1968-08-16
Filing date: 1969-08-14
Publication date: 1974-02-07
Also published as: JPS503952B1; DE1941481A1; FR2015815A1; DE1941481C3; GB1281349A; SE368743B; US3612360A; NL6912494A

Description

kugq sowie der dabei zu verwendenden Pumpe, die auch eine exakte Probenahme von proben im μΙ-Bereich ermöglicht, ergeben sich aus den Uiiteransptüchen.

Durch die erfindur.gsgernäße Ausgestaltung des wischen Prubesoii.'.e und Pumpe angeordneten Ventils wird gewahrleistet, daß an der Probensondenspiize haftende überschüssige Flüssigkeit bei der Betätigung des Ventil« mit Sicherheit in die Sonde zurückgesaugt wird und damit bei einem erneuten Eintauchen der Sonde in die Probeflüssigkeit diese nicht verunreinigt wh'd, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Handgriff nötig ist. Damit kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch vollautomatisch betrieben werden. Die erfindungsgemäßc Vorrichtung eignet sich damit insbesondere auch 2ur Probenahme von sehr kleinen Probem«. iigen im μΙ-Bereich, vor allem wenn gemäß einer VS ,·;L^,bildungder Erfindung die Ventile zum Zuführen der Sekundärflüssigkeit so ausgebildet sind, daß sie praktisch keinerlei Pumpwirkung besitzen. Wenn na«: π der Erfindung sowohl zum Ansaugen der Probeiiüssigkeit als auch zum Ansaugen der Sekundärflüssigkeit mit jeweils in diese Leitungen eingeschalteten Ventilen in an sich bekannter Weise eine einzige Pumpe verwendet wird, erjibt sich damit ein besonders einfacher Gesamtaufbau einer solchen Vorrichtung. Wird hierzu noch eine spezieile Pumpe gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung verwendet, die auch nach langem Gebrauch keinerlei Leckverluste besitzt, so ist mit einer derart aufgebauten Vorrichtung auch an kleinen Probemengen eine s_hr exakte automatische Analyse durchführbar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematicher Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA und 1 B ein bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzuwendendes nichtpumpendes Ventil,

Fi₁". 2 ein bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anzuwendendes Ventil mit vorbestimmter Pumpwirkung,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Pumpenventils,

Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform einer Pumpe, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Probenehmen.

Das in den Fig. IA und 1 B dargeste'lte nichtpumpende Ventil pumpt weniger als einen Mikroliter (μΙ) Flüssigkeit und kann als Einlaßventil für die Probenahmevorrichtung dienen. Fig. IB zeigt eine Seitenansicht dieses nichtpumpenden Ventils. Der Ventilkörper 11 schließt eine zylindrische Ventilkammcr Ii ein und ist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten parallel zueinander abgeflacht. Das Schließteil hat die Form eines zylindrischen Schließkörpers 13, der konzentrisch innerhalb der Veniilkammer angeordnet ist und darin durch Stützstangen 14 und 15 gehalten ist, welche sich in Richtung der Ventilzylinderachse erstrecken. Die Stützstange 14 reicht durch die eine -Seite der Ventilkammer 16, durch den Ventilkörper 11 und durch den Endverschlußteil 17 nach außen. Die Stützstange 15 reicht durch den Verschlußteil 18 nach außen. Auf der Seite der Stützstange 14 weist die Ventilkam.Tier 12 stirnseitig eine Öffnung 19 auf. Diese Öffnung lührl in einen zur Stützstange 14 konzentrischen Kanal 20 in den Ventilzylinder. An den Kanal 20 sind rjvei weitere Kanäle 21 und 22, die zu den abgeflachten Seiten des Ventilzylinders führen.

angeschlossen. An ihren Enden sind die Kanäle 21 und 21 veibreiten, so daU sie einen Dichtungssitz bilden, um einen dieser Kanüle, beispielsweise Kanal 21, mit einem entsprechenden Kanal entweder in einem

s anderen Einlaß-Ventil oder in der Pumpe, wie dies noch erläutert wird, und den anderen Kanal 22 mit einem ähnlichen Kanal in dem Einiaß-Auslaß-Ventil, wie dies ebenfalls noch erläutert wird, dichtend verbinden zu können. Die Ventilkammer 12 weist femer

ίο noch eine Öffnung 23 in ihrer Seitenwand auf, die über einen Kanal zur Außenseite des v'entils führt. Dies läßt sich insbesondere Fig. IB entnehmen. An die Verbindung 23 ist über den Kanal 24 normalerweise ein nicht dargestellter Sekundär-Flüssigkeitsbe-

s5 halter über die Leitung 25 angeschlossen. Im folgenden wird die öffnung 23 und der Kanal 24 gemeinsam als Einlaß-Öffnung bezeichnet. Der Durchmesser des zylindrischen SchlieSkörpers 13 ist kleiner als der der Ventilkammer 12, so daß dieser frei in der Ventilkammer hin- und herbewegt werden kann, ohne die Einlaßöffnung 23 zu verschließen. Der Durchmesser des Schließknrpers ist andererseits größer als der Durchmesser der Öffnung 19, so dab, wenn der Schließkörper auf der Seite 16 der Ventilkammer, in der die

Öffnung vorgesehen ist, anliegt, die Öffnung versperrt und das Ventil so wirksam schließt. Die Stellung des Schließkörpers 13 innerhalb der Ventilkammer kann von außen her entweder von Hand oder durch eine entsprechende Einrichtung, die entweder auf das Ende der Stützstange 14 oder das der Stützstange 15 wirkt, verändert werden. Der Schließkörper kann auch, wie in Fig. IA gezeichnet, mittels einer Feder 25 in die Schließstellung vorgespannt sein, so daß es, ganz gleich von welcher Stützstange die Betätigung

erfolgte, in die Schließstellung anschließend zurückkehrt. Die Feder kann auch so angeordnet sein, daß das Ventil in die Öffnungsstellung vorgespannt ist. Alle Dichtungsstellen, an denen Leckflüssigkeit durchrreten könnte, sind mit O-Ringiiichtungen abgedichtet. Die Stellen der Verschlußteile und des Ventilkörpers, durch die die Stützstangen reichen, sind so ausgebildet, daß sich die Stützstangen frei bewegen können.

Das neue Merkmal diesem Ventils liegt in der Tatsaehe, daß es keine Flüssigkeit pumpt. Die beiden Stützstangen 14 und 15 haben identische Durchmesser, so daß bei der Bewegung des Schließkörpers 13 in dem Maße, in dem die eine Stange aus der Kammer 12 herausbewegt wird, ihr Volumen durch ein gleiches

Volumen der anderen Stange bei ihrer Einwärtsbewegung ersetzt wird. Auf diese Weise bleibt das freie Volumen in der Kammer konstant und wird keine Flüssigkeit gepumpt. DasNichtpumpcn wurde hier als eine Bewegung definiert, die zu einer Flüssigkeitsbewegung von weniger als eineni μ\ führt. Durch die Konstruktion des Ventils gemäß Fig. 1 wird dessen Eigenr :haft, keine Flüssigkeit zu pumpen, in keiner Weise begrenzt, mit Ausnahme durch die Praktikabilität. Theoretisch können die beiden Stützstanger zwar exakt gleichgemacht werden, so daß keinerle Änderung des freien Volumens der Kammer 12 be der Bewegung des Schließkörpers 13 erfolgt. Eine gewisse Flüssigkeitsbewegung bleibt zwar auf Grund dei Schließbwegung des Schließkörpers noch möglich

doch wird diese auf einen Minimalwcrt durch lang same Bewegung des Schließkörpers herabgesetzt Praktisch können die Stützstangen nur im Rahmei gewisser Toleranzgrenzen gleichgroß gemacht wer

den. Eine Volumenändcrung von weniger als einem μΙ laßt sich jedoch ohne weiteres erreichen. Eine noch kleinere Änderung ließe sich mit größeren Schwierigkeiten und höheren Kosten jedoch im Bedarfsfalle erreichen, jedoch werden noch höhere Genauigkeitsanforderungen für Probenahmesysteme nicht für erforderlich erachtet.

Nachdem einmal das Probelm eines unerwünscht pumpenden Ventils erkannt und ein nichtpumpendes Ventil entwickelt ist, dann kann auch ein Ventil, das absichtlich bestimmte Flüssigkeitsmengen pumpt, angegeben werden. Ein solches pumpendes Ventil ist in Fig. 2 dargestellt. Es ist mit dem in Fig. 1 dargestellten weitgehend identisch, insoweit es eine zylindrische Ventilkammer 28, einen Ventilkörper 29 und zwei Stützstangen 31 und 32 aufnehmende Verschlußteile aufweist. Die Stützstange 31 reicht durch den Ventilkörper 29 und durch den Endverschluß 33 nach außen, während die Stützstange 32 durch den Endverschluß 34 herausgeführt ist. Das Ventil 28 hat eine öffnung Z5 am einen Ende bzw. an der einen Seite der Ventilkammer, welche in einen Kanal 36 fuhrt, der über einen zweiten Kanal 37 mit der einer der beiden abgeflachten Seiten des Ventilkörpers in Verbindung steht. Im vorliegenden Fall ist nur ein zur einen abgeflachten Seite führender Kanal 37 vorgesehen. Bei anderen Ausführungsformen, wie sie noch erläutert werden, können auch zwei solcher Verbindungskanäle vorgesehen sein. Nahe der Außenseite des Ventilgehäuse* ist auch dieser Kanal 37 so erweitert, damit in dieser Ausnehmungeine Dichtung vorgesehen werden kann, die eine dichtende Verbindung entweder zu einer Pumpe oder einem korrespondierenden Kanal, wie beispielsweise Kanal 22 im nichtpumpenden Ventil nachFig. 1, hergestellt werden kann. In die zylindrische Wand der Ventilkammer 28 mündet an der Öffnung 38 ferner ein Kanal von der Außenseite des Ventilkörpers in gleicher Weise, wie dies für das Ventil nach Fig. IB dargestellt ist, ein. Das Ventil kann ferner durch eine Feder 39 entweder in seine öffnungssteüung, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. oder in seine Schließstellung vorgespannt sein.

Der Hauptunterschied zwischen diesem Ventil und dem nichtpumpenden Ventil nach Fig. 1 besteht in der unterschiedlichen Stärke der Stützstangen. Die Stützstange 31 hat einen größeren Durchmesser als die Stützstange 32, was zur Folge hat, daß bei der Bewegung des Schließkörpers 30 in die Schließstellung das freie Volumen in der Ventilkammer vergrößert wird, da das Volumen der Stützstange 32, das in die Ventilkammer hineinbewegt wird, kleiner als das Volumen der Stützstange 31 ist, die gleichzeitig aus der Ventilkammer herausbewegt wird. Durch geeignete Wahl der unterschiedlichen Durchmesser der beiden Stützstangen läßt sich die gewünschte Änderung des freien Volumens in der Ventilkammer erreichen. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ventil erfolgt eine Vergrößerung des freien Volumens bei der Schließung. Diese Volumenzunahme bewirkt eine Saugwirkung an der Öffnung 38, durch welche ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumei: von der öffnung her über den sie mit der Außenseite des Ventils verbindenden Kanal in die Ventilkammer angesaugt wird. Durch diese Ansaugwirkung kann wirksam jeglicher Flüssigkeitsüberschuß _am äußeren Rand der Einlaß-Auslaß-Öffnung oder an der Auslaß-Mündung der Überführungssonde, die an die öffnung angeschlossen ist. beseitigt werden.

Das Pumpventil kann auch derart ausgebildet sein, daß es bei der Bewegung des Schließteils in die Öffnungsstcllung ansaugt. Ein derart ausgebildetes Ventil zeig! Fig. 3. Dieses Ventil gleicht dem in Fig. 2 dargestellten Ventil mit der Ausnahme, daß die Stiit/-stangcn ausgetauscht sind. Die Stützstange 40 mit dem kleineren Durchmesser erstreckt sich durch die Öffnung 41 im Ventilkörper 42 und reicht durch ihn und den Endverschluß45 hindurch nach außen. Die Stiit/-stange 44, die den größeren Durchmesser aufweist, isl unmittelbar durch den Endverschluß 45 nach außen geführt. Auch hier weist die öffnung 41 in einen axia len Kanal 46, der seinerseits mit einer der beiden abgeflachten Seiten des Ventilkörpers über einen Kanal

47 in Verbindung steht. Außerdem ist noch eine Öffnung 48 in der zylindrischen Wand der Ventilkammer 49 vorgesehen. Bei diesem Ventil vergrößert sich das freie Volumen im Ventilzylinder bei der Bewegung des Schließkörpers 50 in die Öffnungsstellung und be-

wirkt eine Saugwirkung an der Öffnung 48. Mit einer Feder 51 kann das Ventil in die Schließstellung vorgespannt sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, oder in die Öffnungsstellung.

Dy Körper des pumpenden Ventils nach Fig. 3 und der des nichtpumpenden Ventils nach Fig. 1 weisen noch eine weitere Abweichung voneinander auf. Das pumpende Ventil hat nur einen Kanal 47. der zur verlängerten Öffnung 41 führt. Das bedeutet, dab bei der normalen Betriebsweise Flüssigkeit in das

Ventil durch die Öffnung 48 eintritt und durch die Ventilkammer 49 und die Kanäle 46 und 47 strömt Wenn der Schließkörper 50 das Ventil schließt, höri jegliche Strömung durch das Ventil auf. Das nichtpumpendc Ventil nach Fig. 1 jedoch hat zwei von der verlängerten Axialöffnung 19 ausgehende Kanäle, so daß ein durchgehender Kanal 20, 21 und 22 direkt durch den Ventilkörper führt. Dadurch kann selbst bei geschlossenem Ventil durch den Ventilkörper Flüssigkeit strömen. Wird das Ventil geöffnet, kann

sich ein zweiter Flüssigkeitsstrom durch die öffnung 23 mit dem ersten, durch den Ventilkörper hindurchfließenden Strom vereinigen. Bei dieser Konstruktion kann das nichtpumpendc Ventil als inneres Segmen¹ einer Verbindungsleitung verwendet werden, während das pumpende Ventil als Endsegment einer solchen Leitung zu verwenden ist. Hieraus folgt allerdings nicht, daß die Ventile derart konstruiert seir müssen. In vielen praktischen Fällen ist es häufig vorteilhaft, die Ventilzylinder des pumpenden und dei nichtpumpenden Ventils identisch auszubilden. Ir diesem Fall würde der Ventilkörper 42 des pumpenden Ventils nach Fi g. 3 zwei in die verlängerte Axialöffnung 41 mündende Kanäle statt eines aufweisen Normalerweise würde man dann den einen Kanal aui geeignete Weise verschließen, so daß die Ventilkörpei untereinander austauschbar bleiben. In vielen Fäller würde allerdings ein derartig verschlossener zusätzli eher Kanal nachteilig insofern sein, als die Spülunf dadurch erschwert und die Möglichkeit von Verunrei

nigung begründet wird. Auch das nichtpumpend« Ventil kann mit nur einem Kanal statt derer zwei ge baut werden. Ob die eine oder andere Ausbildung ge wählt wird, hängt von ihrem Einsatz ab. Ein mögliche! Anwendungsfall ist unten beschrieben.

"Die Werkstoffwahl erfolgt für beide Vcniiie nacl bekannten Gesichtspunkten. Die gleiche Konstruk tion wurde für die beiden Ventile aus Bequemlich keitsgriinden gewählt. Die Ventile sind im vorliegen

den Fall klein, wirksam und einfach aufzubauen und zu reinigen. Außerdem erlaubt ihre Konstruktion sie ohne weiteres mit anderen Ventilen zusammenzusetzen oder zu verschachtelt! und /war entweder mi.' Ve-.tilcn gleicher Konstruktion oder mit der noch zu erläuternden Pumpe. Beim Zusammenschalten mit einer Pumpe bildet das System eine Vorrichtung zum Handhaben und Probenehmen von Flüssigkeiten, bei der gleichartig ausgebildete Ventile betriebliche Vorlüge aufweisen. Hieraus folgt allerdings nicht, daß grundsätzlich unterschiedliche Konstruktionen die jedoch ;iiif dem gleichen Prinzip basieren, nicht verwendet werden könnten.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Pumpe, »ic sie in einem Präzisions-Prohenahmesystem \ertvendbarist. Sie besteht aus einem Zylinder 59. einem Kolben 60 und einer Antriebseinrichtung für den Kolben. Der Kolbenzylinder kann so ausgebildet sein, daß er unmittelbar mit einem Einlaßventil (oder Finlaß-Auslaß-Ventil, wenn kein Einlaßventil vorgesehen ist) dadurch zusammengebaut werden kann, daß der in die Pumpenkammer 63 führende Kanal 62 mit einem der Kanäle des Einlaßventils, wie beispielsweise des Kanals 36 des Ventils nach Fig. 3. zusammenpaßt. Auf dem rückwärtigen Ende des Zylinders ist eine Dichtungspackung 73 zur Abdichtung der Kolbenstange vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist das stirnscilige Ende des Pumpzylinders, das die vordere Wand der Pumpkammer 63 bildet, abgerundet, um zu verhindern, daß Flüssigkeitsreste in eckigen Kanten, wie sie bei ebenen Stirnwänden auftreten, nicht zurückgehalter, werden können. Hei einer anderen Ausführungsform ist die vordere Wand aus dem gleichen Grunde konisch ausgebildet. Der Kolben 60 besteht aus einer deformierbaren Kappe 64. einem Mhnseitigen Stopfen 65, einer hohlen Stange 66, einem rückseitigen Stopfen 67 und einer durch den rückseitigen Stopfen 67 und konzentrisch durch die hohle Stange 66 in die deformierhare Kappe 64 reichenden Gewinciestange 68. Zweck dieser Konstruktion ist es, die Form der deformierbaren Kappe von außen her, durch die Gewindestange 68 der Stirnseite und den Seitenwänden der Pumpenkammer anzupassen. Die deformierbare Kappe 64 wird aus geeignetem deformierbareiTt Werkstoff, z. B. Polytetrafluoräthylen hergestellt und kann pilzförmig ausgebildet sein, dessen Stamm durch den stirnseitigen Stopfen 65 in die hohle Stange 66 reicht. Beim Eindrehen der Schraube 68 wird der Stamm oder Stiel der deformierbaren Kappe 64 weiter in die hohle Stange 66 eingebogen und der Kopf der pilzförmigen Kappe gegen den stirnseitigen Stopfen 65 gepreßt. Diese Pressung führt zu einer Formänderung der deformierbaren Kappe und diese wieder zur Anpressung deren Seiten an die Wandungen des Zylinders 59. Dies ist vorteilhaft, weil bei längerem Gebrauch die Kappe an dieser Berührungsstelle verschleißt und dann nicht mehr genau im Zylinder sitzt. Dies hat Undichtigkeiten zur Folge die zu einem so großen Fehler fühTen können, daß die Genauigkeit der Pumpe dadurch eingeschränkt ist. Bei der vorliegenden Ausbildung der Pumpe kann ein solcher Verschleiß von außen her dadurch ausgeglichen werden, daß die deformierbare Kappe so weit verformt wird, daß sie wieder genau zwischen die Wandungen des Zylinders paßt. Dadurch, daß diese Nachjustierung von außen her erfolgen kann, entfallen zeitraubende und kostspielige Demontagen der Pumpe. Die Herstellung der Kappe aus deformierbarem Werkstoff hat noch den weiteren Vorteil, daß beim Inberühriingbringcn des Kolbens mit der abgerundeten Stirnwand es möglich ist. daß die Stelle der Kappe, die vom Auslaßkanal am weitestcu entfernt liegt, mit der Stirnwand zuerst in Berührung k-Miimt. Bei weiterer Vorwärtsbewegung veifornit sich die Kappe so lange etwas, bis sie völlig zur Anlage an der Stirnwand kommt. Auf diese Weise werden am Boden der Stirnseite verbliebene Flüssigkeitsreste in den Auslaßkanal gedrängt und die Pumpenkammer 63 so vollständig gcleer¹.

Die Antriebseinrichtung 61 fur den Pumpenkolben kann beliebig ausgebildet sein. Dem Fachmann stehen mehrere zur Auswahl. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die hohle Stützstange 66 mit einer Kugelschraube mittels zweier Kugclmuiiern verbunden. Die Kugcimut'.ern sind auf die kugelschraube Rucken an Rücken geschraubt und derart eingestellt, daß sie jeglichen toten Gang zwischen den Kugelmuttern und der Kugelschraube verhindern. Die Kugelschraube wird über einen Riemenscheibensatz, und einen Sleucrriemen von einem Schrittmotor angetrieben. Durch einen Arbcüsschritt des Motors wird der Kolben um einen Betrag bewegt, der ein Volumen von 20 u\ dei art bewegt, daß der Fehler hierbei kleiner 0.5 id ist.

Da das beschriebene System für die Verwenduni: genauer analytischer Tests gcjignet ist. muß es jederzeit unbedingt rein gehalten sein. Saugt die Pumpe Flüssigkeit an, werden die Zylinderwände dieser 211sgesetzt. Beim Ausstoßen der Flüssigkeit verbleibt ein mc'.'kularer Flüssigkeitsfilm auf den Wanden selbst eh. n, wenn der verwendete Kolben genauestens eingepaßt ist. Dieser Flüssigkeitsfilm würde das nächste eingesaugte Flüssigkeitsvolumen um mehr als 0,02 bis (',03 ''■■(, der bei einigen Analysen hochstzulässigen Grenze, verunreinigen. I'm dies zu vermeiden, muß die Pumpe selbstreinigend ausgebildet sei.!. Der vor dem Kolben liegende Teil des Zylinders kann durch Ansaugen einer Waschflüssigkeit durch den Kanal 62, wie es noch beschrieben wird, gereinigt werden. Bei einigen Verfahren muß jedoch auch der sich hinter dem Kolben befindliche Teil des Zylinders gereinigt werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß man einen Anschluß 69 vorsieht, durch den man Reinigungsflüssigkeit durch die hohle Stange 66 und durch einen Auslaß 70 in den Bereich 71 hinter dem Kolben einläßt. Durch die Vorwärtsbewegung des Kolbens wirci automatisch Reinigungsflüssigkeit durch den Einlaß-Anschluß 69 in den Bereich 71 angesaugt und bei der Rückwärtsbewegung durch den Auslaß-Anschluß 72 ausgestoßen. Sowohl der Einlaß-Anschluß 69 als auch der Auslaß-Ansch!uß 72 müssen Einwegventile aufweisen. Da die an diese Einwegventile zu stellenden Anforderungen nicht übermäßig streng sind, können die bekannten hierzu geeigneten Ventile verwendet werden. Sowohl der Einlaß- als auch der Auslaß-Anschluß können in den Ventilzylinder münden.

F i g. 5 zeigt schematisch die zu einer Probenahmevorrichtung vereinigten oben beschriebenen Einzelteile. Diese Vorrichtung kann bei einer vollautomatischen Analyseneinrichtung, bei welcher nacheinander eine Reihe von Bearbeitungsschritten an einer Probe vorgenommen werden könne, verwendet werden und zwar insbesondere bei einer solchen, deren Arbeitsablauf durch ein kodiertes Eingangssignal gesteuert wird. Sie kann selbstverständlich auch bei manuell betätigten Analysiereinrichtungen mit Vorteil eingesetzt werden. Ihr eigentlicher Betriebsablauf würde der

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gleiche sein. Zur Verdeutlichung der folgenden Beschreibung wird eine Probenahmevorrichtung zugrunde gelegt, die ein einziges Einlaß-Auslaß-Ventil 73, ein mit einem Rcinigungsflüssigkeitsbehälter verbundenes Einlaß-Ventil 77, ein mit einem Pufferlösungsbehälier verbundenes Einlaßventil 78 und eine Pumpe 75 aufweist. Am besten läßt sich diese Vorrichtung an Hand ihrer Betriebsweise beschreiben. Zunächst sind des Binlaü-Auslaß-Ventil 73 geöffnet ■nd die beiden Einlaßventile 77 und 78 geschlossen. t>er Betriebsablauf beginnt mit dem Schließen des Einlaß-Auslaß-Ventils 73 und dem öffnen des Ein-Ihßventils 78. Durch die von der Pumpe 75 erzeugte laugwirkung wird Pufferlösung vom Behälter 79 in das Einlaßventil 78 durch die Einlaßöffnung 80 und bi die Pumpenkammer 81 angesaugt. Bei der Fördefung sehr eng tolerierter Flüssigkeitsmengen von eidem Vorratsbehälter in irgendeine Reaktionskammer fet normalerweise erforderlich, daß das Übertragungssystem frei von Gasblasen ist, damit die Pumpe Wirklich die genaue Flüssigkeitsmenge abgibt. In eitern solchen System kann daher ein Entgaser 82 •d.dgl. den Vorratsbehältern nachgeschaltet sein. Derartige Entgasungseinrichtungen sind bekannt.

Die Fördermenge der beschriebenen Probenahmetorrichtung beträgt 5 ml. Die Pumpe saugt zunächst •inen ml Pufferlösung an. Dann wird das Einlaß-Ventil 78 geschlossen und das Auslaß-Ventil 73 geöffnet, •nd die Pumpe gibt die Pufferlösung über die öffnung T6 in einen Ausguß durch eine Probensonde 74. Auf 4iese Weise ist die Vorrichtung mit Pufferlösung ge-Ipült worden. Danach wird das Einlaß-Auslaß-Ventil 78 wieder geöffnet und die Pumpe 75 saugt 5 ml ablüglich des erforderlichen Probenflüssigkeitsvolutiens an. Bei dieser Ausführungsform kann die Pro-Itengröße normalerweise von 20 bis 500 μΙ in Schritten ♦on 20μ1 verändert werden. Dann schließt das Einlaß-Ventil 78, das Einlaß-Auslaß-Ventil 73 öffnet sich •nd die Probenüberführungssonde 74 bewegt sich torn Ausguß weg und taucht in die Probenflüssigkeit •in. Es sei darauf hingewiesen, daß beim öffnen das Einlaß-Auslaß-Ventil 73 jeglichen Flüssigkeitsüberlchuß an der Sondenmündung in die Sonde eingesaugt kai, so daß kein Flüssigkeitsrest an der Ausflußmünlung der Sonde zur Verunreinigung oder Verdünnung der Probenflüssigkeit verbleibt. Die Pumpe saugt dann das gewünschte Probenvolurrten an, um das |anze Volumen von 5 ml auszufüllen. Die Überfühfungssonde wird dann vom Probenvorratsbehälter in eine Stellung über einem Aufnahmegefäß, das die Proben- und Pufferflüssigkeit aufnimmt, aufgebracht. Die Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß die Mischung auf beliebige Weise abgegeben wird. Eine Möglichkeit, die Mischung in einem Probenpack einzugeben, ist in der schweizerischen Patentschrift 472 675 beschrieben. Dort ist die Überführungssonde eine Injektionskanäle, die durch einen Gummistopfen, der den Verschluß des Probenpacks bildet, eingeführt werden kann. Die Anwendung der vorliegenden probenahnievorrichtung soll jedoch nicht aaf die Verwendung mit solchen Probenpacks beschränkt sein. Die Vorrichtung kann vielmehr ztc- Überführung vort Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter an eine beliebige Stelle auf beliebige Weise verwendet werden.

Bei der beschriebenen Betriebsweise werden die Probenflüssigkeil und die Pufferlösung üblicherweise in zwei Schritten in einen Behälter abgegeben. Hierdurch wird die Verwendung einer Trennsäule in dem Probenbehälter erleichtert, wenn eine solche für erforderlich erachtet wird. Der größte Teil der Pufferlösung ist in der Pumpe 75 enthalten. Die Probe ist meistens von der Pufferlösung getrennt und hinsichtlich ihres Volumens klein genug, um innerhalb der Überführungssonde und den zur Pumpenkammer führenden Leitungen ganz enthalten sein zu können. Dadurch erfolgt kein Vermischen von Probenflüssigkeit

und Pufferlösung innerhalb der Probenahme vorrichtung, selbst dann nicht, wenn die beiden Flüssigkeiten miteinander in Berührung kommen. Bei der Flüssigkeitsabgabe, die durch die Bewegungsumkehr der Pumpe 75 bewirkt wird, wird zunächst die Probenflüs-

ao sigkeit und dann die Pufferlösung abgegeben. Das bedeutet, daß bei Verwendung einer Trennsäule die Probenflüssigkeit durch die Trennsäule mittels der Pufferlösung gewaschen wird, wie es gute Laborpraxis ist.

»5 Dann wird die Überführungssonde 74 wieder über den Ausguß gebracht. Das Einlaß-Auslaß-Ventil 73 schließt, das Einlaß-Ventil 77 öffnet sich und 1 ml Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein Lösungsmittel oder irgendeine andere Flüssigkeit, die

den gewünschten Spüleffekt erzielt, wird von dem Waschflüssigkeitsvorratsbehälter 83, gegebenenfalls durch einen Entgaser 84, durch die Einlaßöffnung 85 in das Einlaß-Ventil 77 und in die Pumpenkammer 81 angesaugt. Das Einlaß-Ventil 77 schließt, das Ein-Iaß-Auslaß-Ventil 73 öffnet und die Pumpe gibt die Spülflüssigkeit in den Ausguß ab. Diese Wasserspülung kann so häufig wie erforderlich wiederholt werden. Nach dem Spülen mit Wasser ist die Probenahmevorrichtung gesäubert und zum Ansaugen von Pufferlösung bei der nächsten Probenahme bereit. Wenn nur eine Pufferlösung verwendet wird, ist es im allgemeinen nicht erforderlich, den Spülschritt einzuschalten. Das Spülen mit Wasser oder einer anderen Waschflüssigkeit wird erst bei der Verwendung meb-

rerer Pufferlösungen erforderlich. Die Spülung mil Wasser bei Verwendung nur einer einzigen Pufferlösung wurde nur zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung vorgenommen.
Die in Fig. 5 dargestellte Pumpe 75 gleicht der tr Fi g. 4 angegebenen. Dies ist eine vorteilhafte Pumpe für den beschriebenen Anwendungsfall, jedoch niehl die einzig verwendbare. Wie oben angegeben, kanr die in Fig. 5 dargestellte Pampe so ausgebildet sein daß automatisch der sich hinter dem Kolben 86 befindende Teil gereinigt wird. Dies erfolgt durch Ansaugen von Reinigungsflüssigkeit durch den Anschluß 8" bei der Verkleinerung des Volumens der Pumpenkammer 81 und durch Ausstoßen der Reinigungsflüssigkeit durch den Anschluß 88 bei der Vergrößerung des Volumens der Mischkammer. Durch diese doppelte Reinigung wird die Verunreinigung verklemen und die gewünschte Genauigkeit der Vorrichtung sichergestellt.

Claims

Paientansprüche:

1. Vorrichtung 2ur Probenahme einer Flüssigkeit und Mischen derselben mil mindestens einer Sekundärflüssigkeit, bei welcher mindestens eine Sekundärflüssigkeit über mindestens ein Ventil in eine Pumpe ansaugbar ist und die Probefiüssigkeit über ein weiteres Ventil in die Probesonde ansaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Ansaugen der Probeflüssigkeit dienende Ventil (73) derart ausgestaltet ist, daß es bei seiner Betätigung durch eigene Pumpwirkung eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge in die Eintrittsöffnung der Probesonde (74) ansaugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Ansaugen der Probeflüssigkeit dienende Ventil (73) einen in einer Ventilkammei _t28, 49) zwischen zwei Ventilöffnungen (35,38; 41,48) bewegbaren Ventilkörper (30; 50) umfaßt, der durch zwei in die Ventilkammer ragende Stützen (31, 32; 40, 44) betätigbar ist und deren Durchmesser derart unterschiedlich gewählt sind, daß bei der Bewegung des Ventilkörpers (30: 50) von der einen- Ventilstellung in die andere an einer der Ventilöffnungen eine vorbestimmte Saugwirkung erzeugt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Sekundärflüssigkeitszufuhr dienende Ventil (77, 78) so ausgebildet ist, daß es nicht mehr Js 1 μ\ Flüssigkeit pumpt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Sekundärflüssigkeitszufuhr dienende Ventil (77, 78) einen in einer Ventilkammer (12) zwischen Ventilöffnungen bewegbaren Ventilkörper (13) aufweist, der durch zwei in die Ventilkammer ragende, gleichgroßen Durchmesser aufweisende Stützen betätigbar ist, derart, daß bei Bewegung des Ventilkörpers (13) von der einen Ventilstellung in die andere das Volumen der Ventilkammer (12) konstant bleibt.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch das zum Ansaugen der Probeflüssigkeit dienende Ventil (73) mit der zum Ansaugen der Sekundärflüssigkeit dienenden Pumpe (75) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Pumpe (75) eine konvexe Zylinderstirnwand besitzt und ihr Kolben (60) durch eine von außen verformbare stirnseitig konvexe Kappe (64) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (60) auf einem Rohr (66) unterstützt ist, daß wenigstens eine in die Pumpkammer (71) mündende Öffnung (70) •nd außerhalb des Pumpenzylinders einen mit einem Einwegventil versehenen Anschluß (69) für •ine Reinigungsflüssigkeit aufweist, wobei die Funkenkammer (71) an ihrem rückwärtigen Ende einen mit einem Einwegventil versehenen Auslaß (72) für diese Reinigungsflüssigkeit aufweist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zw Probenahme einer Flüssigkeit und Mischen derselben mil mindestens einer Sekundärflüssigkeu, bei weiche; mindestens eine SekundärflüssigKeit über mindestens

S ein Ventil in eine Pumpe ansaugbar ist und die Probefiüssigkeit über ein weiteres Ventil in die Probesonde ansaugbar ist.

Vorrichtungen dieser Art, die zur chemischen Analyse insbesondere sehr kleiner Probeflüssigk^itsmen-

gen dienen, sind bekannt (USA.-Patentschriftcp 3 012 863 bzw. 3 192 969). Sei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird mittels einer gemeinsamen Pumpe einerseits durca eine Probesonde Probeflüssigkeit und über ein Veiuii aus einer Sekundärflüssig-

keitsquelle Sekundärflüssigkeit angesaugt (USA.-Patentschrift 3 192 969). Hierbei ist es auch schon bekannt, zum Ansaugen der verschiedenen Flüssigkeiten mehrere getrennte Pumpen zu verwenden. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art sind zwei getrennte Pumpenkreisläufe vorgesehen, die über ein gemeinsames Ventil einerseits das Ansaugen von Probeflüssigkeit in die Probesonde und andererseits das Ansaugen von Sekundärflüssigkeit in eine der Pumpenkammern ermöglicht (USA.-Patentschrift

a5 3 012 863). Diesen bekannten Vorrichtungen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie nur bedingt zur Probenahme sehr kleiner Flüssigkeitsmengen im μΙ-Bereich geeignet sind. Sie eignen sich auch nur bedingt zur automatischen Durchführung einer Analyse. Die hier zwischen Pumpe und Sekundärflüssigkeitsquelle vorgesehenen Ventile gewährleisten nicht, daß die zu übertragende Flüssigkeitsmenge konstant bleibt, was insbesondere bei der Analyse von sehr kleinen Probemengen zu Analysefehlern führen kann. Auch die hierbei eingesetzten Pumpen gewährleisten nicht diejenige Genauigkeit, die für die Analyse von Proben mit μΙ-Menge nötig ist. Bei der zuletzt geschilderten Vorrichtungsgattung (USA.-Patcntschrift 3 012 863) mit einem auch zwischen Probesonde und zugeordneter Pumpe angeordneten Ventil besteht ferner noch das Problem, daß die Probeflüssigkeit durch einen an der Probensondenspitze hängenbleibenden Flüssigkeitstropfen verunreinigt wird. Nach dem Abgehen der gemischten Flüssigkeiten über die Probesonde bleibt nämlich an der Spitze der Sonde meist noch ein Flüssigkeitstropfen hängen, der beim Wiedereintauchen in die Probeflüssigkeit bei der nächsten Probenahme diese verunreinigt. Dies könnte zwar durch wiederholtes Reinigen der Sonde nach jeder Verwendung gelöst werden oder durch Abschütteln eines solchen Tropfens von Hand, wodurch jedoch die Bedienung solcher Vorrichtung unnötig kompliziert würde. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der all diese Nachteile vermieden sind und die eine exakte Probenahme und Analyse auch im μΙ-Probenbereich ermöglicht und die insbesondere eine Verunreinigung der Probeflüssigkeit durch an der Probesonde haftenbleibende Flüssigkeitsreste vermeidet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere bezüglich der Ausgestaltung des selbstpumpendcn Ventils zwischen Pumpe und Sonde, des möglichst eine konstante Sekundärflüssigkeitszufuhr gewährleistenden Ventils zwischen Pumpe und Se-