DE202021107050U1 - Device for extracting volatile substances from sample material - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (100) zur Extraktion flüchtiger Stoffe (E) aus Probenmaterial (P), aufweisend
einen Reaktionsraum (R) mit einem Probenraum (20) zur Aufnahme des Probenmaterials (P),
eine Heizvorrichtung (10) zum Erhitzen des Probenmaterials (P) in dem Probenraum (20) zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe (E) enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung,
einen Fluid-Einlass (E), welcher mit dem Probenraum (20) fluidisch verbunden ist, um Prozessgas in den Probenraum (20) zuzuführen,
einen Sammelraum (S), welcher stromabwärts des Fluid-Einlasses (E) mit dem Probenraum (20) fluidisch über einen Fluidpfad (23, 24, 60) verbunden ist, um die Gase aus dem Probenraum (20) abzuführen,
wobei der Fluidpfad (23, 24, 60) einen Kondensator (60) aufweist, um das Verdampfungsgas in den Sammelraum (S) zu kondensieren,
wobei der Probenraum (20), der Fluidpfad (23, 24, 60) und der Sammelraum (S) zusammen einen Vorrichtungsraum (V) bilden, und
wobei der Sammelraum (S) einen Fluid-Auslass (A) mit einem Überdruckventil (70) aufweist, welches derart ausgebildet ist, dass in dem Vorrichtungsraum (V) befindliches Gas bei Überschreiten eines definierten Drucks nach außen entweichen kann.
A device (100) for extracting volatile substances (E) from sample material (P), comprising
a reaction space (R) with a sample space (20) for receiving the sample material (P),
a heating device (10) for heating the sample material (P) in the sample chamber (20) to form an evaporation gas containing the volatile substances (E) by evaporation,
a fluid inlet (E) which is fluidically connected to the sample space (20) in order to feed process gas into the sample space (20),
a collection space (S) which is fluidically connected to the sample space (20) via a fluid path (23, 24, 60) downstream of the fluid inlet (E) in order to discharge the gases from the sample space (20),
wherein the fluid path (23, 24, 60) has a condenser (60) to condense the evaporation gas into the collection space (S),
wherein the sample space (20), the fluid path (23, 24, 60) and the collection space (S) together form a device space (V), and
wherein the collection space (S) has a fluid outlet (A) with a pressure relief valve (70) which is designed such that gas in the device space (V) can escape to the outside when a defined pressure is exceeded.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur (vorzugsweise mikrowellengestützten) Extraktion flüchtiger Stoffe aus Probenmaterial, insbesondere aus Naturstoffen, wie Pflanzen oder Pflanzenteilen.The present invention relates to a device for the (preferably microwave-assisted) extraction of volatile substances from sample material, in particular from natural substances such as plants or parts of plants.
Die Extraktion flüchtiger Stoffe aus Probenmaterial, insbesondere aus Naturstoffen, findet breite Anwendung im Bereich der Pharmazie, Medizin, Lebensmitteltechnologie und dergleichen, um flüchtige Stoffe wie Öle beispielsweise aus Pflanzenmaterial zu extrahieren. Beispielsweise können CBD, THC und Terpene aus Cannabis-Pflanzenmaterial extrahiert werden, Lavendelöl aus Lavendelblüten, Zitronenöl aus Zitronenschalen etc.The extraction of volatile substances from sample material, in particular from natural substances, is widely used in the fields of pharmacy, medicine, food technology and the like in order to extract volatile substances such as oils from plant material, for example. For example, CBD, THC, and terpenes can be extracted from cannabis plant material, lavender oil from lavender flowers, lemon oil from lemon peel, etc.
Verfahren zur Extraktion flüchtiger Stoffe aus Probenmaterial sind bekannt, insbesondere durch Verdampfen der flüchtigen Stoffe, kondensieren der so entstandenen Gasphase und Auffangen des Kondensats als Extrakt („Destillation“). Problematisch bei Extraktionsverfahren empfindlichen Probenmaterials ist die Einwirkung von Sauerstoff auf das Probenmaterial, welches zur Oxidation führt und das aufzufangende Extrakt, d.h. das Kondensat des flüchtigen Stoffs, schädigen kann. Es kann aber auch gerade erwünscht sein, gezielt reaktiv auf das Probenmaterial einzuwirken, um den Aufschluss desselben zu verbessern, was konventionell nicht möglich ist.Methods for extracting volatile substances from sample material are known, in particular by evaporating the volatile substances, condensing the resulting gas phase and collecting the condensate as an extract (“distillation”). The problem with extraction methods of sensitive sample material is the effect of oxygen on the sample material, which leads to oxidation and can damage the extract to be collected, i.e. the condensate of the volatile substance. However, it can also be desirable to have a targeted reactive effect on the sample material in order to improve the breakdown of the same, which is not possible with conventional methods.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Umstände gemacht und stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Extraktion flüchtiger Stoffe bereitzustellen, mittels welcher flüchtige Stoffe besser extrahiert werden können.The present invention has been made with the foregoing circumstances in mind, and has an object of providing a volatile matter extracting apparatus which can improve the ability of volatile matter extraction.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden die Erfindung vorteilhaft weiter.This object is achieved by the device according to the invention according to the independent claim. The dependent claims further develop the invention to advantage.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Extraktion flüchtiger Stoffe aus Probenmaterial bereitgestellt. Die Vorrichtung weist einen Reaktionsraum mit einem Probenraum zur Aufnahme des Probenmaterials auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Heizvorrichtung zum Erhitzen des Probenmaterials in dem Probenraum zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung auf. Die Vorrichtung weist außerdem einen Fluid-Einlass auf, welcher mit dem Probenraum fluidisch verbunden ist, um Prozessgas in den Probenraum zuzuführen. Des Weitere weist die Vorrichtung einen Sammelraum auf, welcher stromabwärts des Fluid-Einlasses mit dem Probenraum fluidisch über einen Fluidpfad verbunden ist, um (die) Gase (also insbesondere wenigstens das Verdampfungsgas und das Prozessgas) aus dem Probenraum abzuführen. Der Fluidpfad weist einen Kondensator auf, um das Verdampfungsgas in den Sammelraum zu kondensieren. Der Probenraum, der Fluidpfad und der Sammelraum bilden zusammen einen Vorrichtungsraum. Der Sammelraum weist einen Fluid-Auslass mit einem Überdruckventil auf. Das Überdruckventil ist derart ausgebildet, so dass in dem Vorrichtungsraum befindliches Gas bei Überschreiten eines definierten (Gas-)Drucks nach außen, d.h. aus der Vorrichtung hinaus, entweichen kann.According to the present invention, an apparatus for extracting volatiles from sample material is provided. The device has a reaction space with a sample space for receiving the sample material. Furthermore, the device has a heating device for heating the sample material in the sample chamber to form an evaporation gas containing the volatile substances by means of evaporation. The device also has a fluid inlet which is fluidically connected to the sample space in order to supply process gas into the sample space. Furthermore, the device has a collection space which is fluidically connected to the sample space via a fluid path downstream of the fluid inlet in order to discharge (the) gases (ie in particular at least the vaporization gas and the process gas) from the sample space. The fluid path includes a condenser to condense the vaporization gas into the plenum. The sample space, fluid path, and collection space together form a device space. The plenum has a fluid outlet with a pressure relief valve. The pressure relief valve is designed in such a way that gas in the device space can escape to the outside, i.e. out of the device, if a defined (gas) pressure is exceeded.
Erfindungsgemäß werden unter „Probematerial“ alle Materialien verstanden, die flüchtige Stoffe enthalten, welche mittels Verdampfung gewonnen werden können. Insbesondere umfasst sind Naturstoffe, wie Pflanzenmaterial, z.B. ganze Pflanzen oder Teile davon (wie z.B. Blüten), sowohl in frischem als auch in einem vorprozessierten Zustand, wie (gefrier-)getrocknet, rehydriert, zerkleinert, etc.According to the invention, “sample material” means all materials that contain volatile substances that can be obtained by means of evaporation. In particular, natural substances such as plant material, e.g. whole plants or parts thereof (e.g. flowers), both in a fresh and in a pre-processed state, such as (freeze-)dried, rehydrated, crushed, etc. are included.
Erfindungsgemäß werden unter „flüchtigen Stoffen“ die Inhaltsstoffe des Probenmaterials verstanden, welche mittels Verdampfung gewonnen werden können, z.B. (ätherische) Öle.According to the invention, “volatile substances” are understood to mean the components of the sample material that can be obtained by evaporation, e.g. (ethereal) oils.
Die Extraktion kann durch Einsatz eines Lösungsmittels verbessert werden. Als Lösungsmittels kann Wasser oder ein organisches Lösungsmittel verwendet werden.Extraction can be improved by using a solvent. Water or an organic solvent can be used as the solvent.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, die Extraktion der flüchtigen Stoffe in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. Zunächst ist es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, den Vorrichtungsraum vor Beginn der eigentlichen Verdampfung mit dem Prozessgas zu spülen, d.h. in dem Vorrichtungsraum befindliches Gas (bspw. Luft) durch Einbringen einer entsprechenden Menge von Prozessgas über das Überdruckventil nach außen, d.h. aus der Vorrichtung hinaus, zu verdrängen und so weitestgehend durch das Prozessgas zu ersetzen. Die Zusammensetzung der Gasphase (d.h. das Gas) in dem Vorrichtungsraum kann somit gezielt beeinflusst werden, z.B. kann ggf. unerwünschter Sauerstoff ausgespült werden. Ferner erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch, während des Verdampfungsprozesses gebildete bzw. freiwerdende Gase kontinuierlich nach außen auszutreiben, indem Prozessgas über den Fluid-Einlass nachgeführt wird. Da über das Überdruckventil lediglich ein Austritt der Gase nach außen, aber kein Eintritt aus der Umgebung in die Vorrichtung möglich ist, muss lediglich ein kleines Volumen freiwerdender / gebildeter Gase ausgetrieben werden, was vorteilhaft zu einem geringen Prozessgas-Verbraucht führt. Ferner führt das Überdruckventil durch Erhöhung des Drucks im Vorrichtungsraum vorteilhaft dazu, dass der Taupunkt in dem Kondensator erhöht wird, wodurch die Extraktion ebenfalls verbessert wird. Letztendlich kann so der Vorrichtungsraum auf eine bestimmte Gaszusammensetzung eingestellt und auf dieser gehalten werden, dies darüber hinaus mit nur geringem Verbrauch von Prozessgas. Ferner kann die Güte, d.h. insbesondere die Qualität der extrahierten flüchtigen Stoffe verbessert werden, da unerwünschte Prozesse wie Oxidation behindert, ggf. erwünschte Prozesse durch Wahl eines geeigneten Prozessgases hingegen gefördert werden können. Indem es also erfindungsgemäß möglich ist, die Gasphase (das Gas) in der Vorrichtung gezielt zu beeinflussen, kann die Reaktion des Gases mit dem Probenmaterial gezielt beeinflusst oder unterbunden werden, so dass die Qualität der flüchtigen Stoffe verbessert werden kann. Ferner wird dieser Vorteil mit einem besonders geringen Gasverbrauch erzielt, so dass die Vorrichtung gleichzeitig vorteilhaft bezüglich ihrer Betriebskosten ist.The device according to the invention makes it possible to improve the extraction of volatile substances in several respects. First of all, it is possible with the device according to the invention to flush the device space with the process gas before the actual evaporation begins, ie gas (e.g. air) in the device space by introducing a corresponding quantity of process gas to the outside via the pressure relief valve, ie from the device addition, to displace and replace it as far as possible with the process gas. The composition of the gas phase (ie the gas) in the device space can thus be influenced in a targeted manner, for example unwanted oxygen can be flushed out if necessary. Furthermore, the device according to the invention also allows gases formed or released during the evaporation process to be continuously expelled to the outside, in that process gas is fed in via the fluid inlet. Since the gases can only escape to the outside via the pressure relief valve, but cannot enter the device from the environment, only a small volume of released/formed gases has to be expelled, which advantageously leads to low process gas consumption. Furthermore, by increasing the pressure in the device space, the relief valve advantageously causes the dew point in the condenser to be increased, which also improves extraction. Ultimately, the device space can be set to a specific gas composition and maintained at this level, and this with only a small consumption of process gas. Furthermore, the quality, ie in particular the quality of the extracted volatile substances, can be improved, since undesired processes such as oxidation are impeded, while desired processes can be promoted by selecting a suitable process gas. By making it possible according to the invention to specifically influence the gas phase (the gas) in the device, the reaction of the gas with the sample material can be specifically influenced or prevented, so that the quality of the volatile substances can be improved. Furthermore, this advantage is achieved with a particularly low gas consumption, so that the device is at the same time advantageous in terms of its operating costs.
Als Prozessgase kommen prinzipiell alle (Prozess-)Gase oder (Prozess-)Gasmischungen in Betracht, mit denen der Extraktionsprozess vorteilhaft beeinflusst werden kann. Vorzugsweise ist das Prozessgas ein inertes Gas (auch als Inertgas bezeichnet) oder ein reaktives Gas oder eine Mischung der genannten Gase. Inerte (Prozess-)Gase oder (Prozess-)Gasmischungen unterbinden eine Oxidation oder sonstige Reaktionen. Reaktive (Prozess-)Gase oder (Prozess-)Gasmischungen erlauben bspw. die Verbesserung des Aufschlusses des Probenmaterials und/oder das Hervorrufen gewünschter Reaktionen. Reaktive (Prozess-)Gase oder (Prozess-)Gasmischungen können einen oxidativen und/oder reduktiven Charakter aufweisen.In principle, all (process) gases or (process) gas mixtures with which the extraction process can be advantageously influenced come into consideration as process gases. The process gas is preferably an inert gas (also referred to as an inert gas) or a reactive gas or a mixture of the gases mentioned. Inert (process) gases or (process) gas mixtures prevent oxidation or other reactions. Reactive (process) gases or (process) gas mixtures make it possible, for example, to improve the digestion of the sample material and/or to bring about desired reactions. Reactive (process) gases or (process) gas mixtures can have an oxidative and/or reductive character.
Weiterhin bevorzugt kann das Prozessgas Argon oder Wasserstoff oder eine Mischung von Argon und Wasserstoff umfassen. Bevorzugt ist das Prozessgas ein Argon/Wasserstoff-Gemisch. Wenn Wasserstoff vorhanden ist, kann der Anteil Wasserstoff im Prozessgas vorzugsweise kleiner oder gleich 5 Vol.-% sein, weiter bevorzugt zwischen 0,1 Vol.-% und 5 Vol.-% betragen. Dabei wird jeder Zwischenwert ausdrücklich mit offenbart. Besonders bevorzugt wird der Einsatz von einem Argon/Wasserstoff-Gemisch, so dass das Prozessgas gleichzeitig reduktiven als auch inerten Charakter aufweist. Insbesondere ist das Prozessgas zur Beeinflussung des Probenmaterials geeignet, ohne dabei aber brennbar zu sein. Die Verwendung von Argon oder einer Mischung von Argon und Wasserstoff kann zudem die Verdrängung des Gases aus dem Probenraum vereinfachen, da Argon eine höhere Dichte als Luft hat.Furthermore, the process gas can preferably comprise argon or hydrogen or a mixture of argon and hydrogen. The process gas is preferably an argon/hydrogen mixture. If hydrogen is present, the proportion of hydrogen in the process gas can preferably be less than or equal to 5% by volume, more preferably between 0.1% by volume and 5% by volume. Each intermediate value is also expressly disclosed. The use of an argon/hydrogen mixture is particularly preferred, so that the process gas has both a reductive and an inert character at the same time. In particular, the process gas is suitable for influencing the sample material, but without being combustible. The use of argon or a mixture of argon and hydrogen can also make it easier to evacuate the gas from the sample chamber, since argon has a higher density than air.
Die Heizvorrichtung kann bevorzugt eine Mikrowellen-Heizeinrichtung sein. Somit kann die Heizvorrichtung dazu eingerichtet sein, Mikrowellenstrahlung zu erzeugen; dies vorzugsweise mittels einem oder mehrerer Magnetron(s).The heating device may preferably be a microwave heating device. Thus, the heating device can be set up to generate microwave radiation; this preferably by means of one or more magnetron(s).
Durch Bestrahlung des Probenraums mit Mikrowellenstrahlung ist ein besonders gezielter Eintrag von Energie möglich, wodurch das Probenmaterial gezielt, d.h. lokal und nach seinem Energieeintrag gezielt zur Bildung der Verdampfungsgase erhitzt werden kann. Durch den gezielten Energieeintrag kann eine Veränderung der flüchtigen Stoffe vermieden werden, was die Qualität der Extraktion weiter verbessert. Ferner kann das Probenmaterial gleichmäßig erhitzt werden, was die Ausbeute und somit ebenfalls die Extraktion verbessert.By irradiating the sample space with microwave radiation, a particularly targeted input of energy is possible, as a result of which the sample material can be heated in a targeted manner, i.e. locally and after its energy input, in a targeted manner to form the vaporization gases. A change in the volatile substances can be avoided through the targeted energy input, which further improves the quality of the extraction. Furthermore, the sample material can be heated evenly, which improves the yield and thus also the extraction.
Der Fluid-Einlass kann bevorzugt eine Zuführleitung aufweisen, die sich vorzugweise in den Probenraum hinein erstreckt. Dabei kann sie sich beim Verfahren besonders bevorzugt bis zum Probenmaterial hin bzw. auf das Probenmaterial zu gerichtet erstrecken.The fluid inlet can preferably have a feed line, which preferably extends into the sample chamber. In the process, it can particularly preferably extend as far as the sample material or directed towards the sample material.
Durch Zuführung des Prozessgases über eine Zuführleitung ist der gezielte Eintrag von Prozessgas in den Probenraum möglich. Für den besonders bevorzugten Fall, dass diese Zuführleitung sich bis in den Probenraum hinein erstreckt, kann das Prozessgas gezielt einem darin befindlichen Probenmaterial zugeführt und besonders bevorzugt unmittelbar auf der Oberfläche des Probenmaterials eingetragen werden, wodurch die Wirkung des Prozessgases gesteigert werden kann. Dies kann insbesondere bei Prozessgasen oder Prozessgasmischungen geringer Dichte vorteilhaft sein.By supplying the process gas via a supply line, the targeted entry of process gas into the sample chamber is possible. In the particularly preferred case that this supply line extends into the sample chamber, the process gas can be supplied in a targeted manner to a sample material located therein and particularly preferably introduced directly onto the surface of the sample material, whereby the effect of the process gas can be increased. This can be particularly advantageous in the case of low-density process gases or process gas mixtures.
Der Fluid-Einlass kann bevorzugt ein nur zum Probenraum bzw. Vorrichtungsraum hin öffnendes Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, aufweisen, über das das Prozessgas zugeführt werden kann.The fluid inlet can preferably have a valve that opens only towards the sample space or device space, in particular a non-return valve, via which the process gas can be supplied.
Hierdurch kann auf einfache Weise verhindert werden, dass während des Eintrags des Prozessgases durch den Fluid-Einlass (Prozess-)Gas aus der Vorrichtung austreten kann. Die Effizienz der Extraktion kann so weiter verbessert werden, da der Verbrauch an Prozessgas durch Unterbindung unerwünschter Verluste so minimiert werden kann.As a result, it can be prevented in a simple manner that (process) gas can escape from the device through the fluid inlet during the introduction of the process gas. The efficiency of the extraction can thus be further improved since the consumption of process gas can be minimized by preventing unwanted losses.
Die Vorrichtung kann ferner bevorzugt eine Prozessgasquelle aufweisen, welche mit dem Fluid-Einlass fluidisch verbunden ist, um Prozessgas in den Probenraum bzw. Vorrichtungsraum zuzuführen.The device can also preferably have a process gas source which is fluidically connected to the fluid inlet in order to feed process gas into the sample space or device space.
Auf diese Weise kann ein beliebiges Prozessgas in ausreichender Menge für den Prozess zur Verfügung gestellt werden. Auch lässt sich so zwischen unterschiedlichen Prozessgasen einfach wechseln oder diese zur Bildung eines Gasgemisches vor Ort einfach verbinden.In this way, any desired process gas can be made available in sufficient quantity for the process. It is also easy to switch between different process gases or simply combine them to form a gas mixture on site.
Die Vorrichtung kann ferner bevorzugt eine Prozessgaspumpe zum Fördern eines Prozessgases über den Fluid-Einlass in den Probenraum bzw. Vorrichtungsraum aufweisen; dies vorzugsweise von der Prozessgasquelle.The device can also preferably have a process gas pump for conveying a process gas via the fluid inlet into the sample space or device space; preferably from the process gas source.
Somit lässt sich das Prozessgas in einfacher Weise und bevorzugt einfach regelbar in das System einführen.The process gas can thus be introduced into the system in a simple manner and preferably in an easily controllable manner.
Die Vorrichtung kann ferner bevorzugt ein Probenbehältnis aufweisen, welches den Probenraum bildet bzw. aufweist. Mithin weist der vom Probenbehältnis begrenzte Innenraum den Probenraum auf oder bildet diesen.The device can also preferably have a sample container which forms or has the sample space. Consequently, the interior delimited by the sample container has or forms the sample space.
Somit kann ein definierter Probenraum bereitgestellt werden, in den das Probenmaterial in einfacher Weise aufgenommen und von dem es wieder entnommen werden kann. Auch kann durch den definierten Probenraum ein Eintrag von Prozessgas und von der Heizquelle (bspw. Mikrowellen) gezielt ausgeführt werden.A defined sample space can thus be provided, into which the sample material can be accommodated in a simple manner and from which it can be removed again. Process gas and the heating source (e.g. microwaves) can also be introduced in a targeted manner through the defined sample space.
Das Probenbehältnis kann bevorzugt lösbar in dem Reaktionsraum vorgesehen sein.The sample container can preferably be detachably provided in the reaction space.
Folglich kann der Probenraum über das Probenbehältnis in einfacher Weise zur Entnahme und Aufnahme von Probenmaterial aus der Vorrichtung bzw. dem Reaktionsraum entnommen werden. Auch ist es so möglich, den Probenraum auf das Probenmaterial (bspw. Art, Menge, etc.) und das zu verwendende Prozessgas sowie ggf. die Heizvorrichtung entsprechend abgestimmt auszuwählen.Consequently, the sample chamber can be easily removed via the sample container for removing and receiving sample material from the device or the reaction chamber. It is also possible in this way to select the sample chamber appropriately matched to the sample material (e.g. type, quantity, etc.) and the process gas to be used and, if necessary, the heating device.
Das Probenbehältnis kann bevorzugt ein Griffelement, vorzugsweise ein den Probenraum oder das Probenbehältnis außen umgebendes Ringelement, zum Anheben des Probenbehältnisses aufweisen.The sample container can preferably have a handle element, preferably a ring element surrounding the sample space or the sample container on the outside, for lifting the sample container.
Mit dem Griffelement wird ein einfaches Mittel zum Handling des Probenbehältnisses bereitgestellt. Wenn dies als Ringelement ausgebildet ist, lässt es sich zudem einfach zum besonders sicheren Handling greifen.A simple means for handling the sample container is provided with the grip element. If this is designed as a ring element, it can also be easily grabbed for particularly safe handling.
Der Reaktionsraum kann bevorzugt Positionierstrukturen aufweisen, welche mit dem Probenbehältnis, vorzugsweise einem Ausrichtelement bzw. Zentrierelement desselben, welches besonders bevorzugt durch dessen Griffelement oder Ringelement gebildet ist, zusammenwirken, um das Probenbehältnis im Reaktionsraum definiert zu positionieren, vorzugsweise zu zentrieren.The reaction space can preferably have positioning structures which interact with the sample container, preferably an alignment element or centering element of the same, which is particularly preferably formed by its gripping element or ring element, in order to position the sample container in a defined manner, preferably centering it.
Mittels der Positionierstrukturen kann so eine definierte Position des Probenbehältnisses erzielt werden. Somit kann das Probenbehältnis bspw. zur Heizvorrichtung definiert ausgerichtet werden, um eine effektive Erwärmung des Probenmaterials im Probenraum zu bewirken.A defined position of the sample container can thus be achieved by means of the positioning structures. The sample container can thus be aligned in a defined manner with respect to the heating device, for example, in order to bring about effective heating of the sample material in the sample chamber.
Die Vorrichtung kann ferner bevorzugt eine Antriebseinheit zum drehbaren Antrieb des Probenraumes, vorzugsweise des Probenbehältnisses, im Reaktionsraum aufweisen.The device can also preferably have a drive unit for rotatably driving the sample space, preferably the sample container, in the reaction space.
Auf diese Weise kann eine besonders homogene Erwärmung des Probenmaterials erzielt werden.In this way, a particularly homogeneous heating of the sample material can be achieved.
Die Antriebseinheit kann bevorzugt einen Drehteller aufweisen. Dieser kann den Probenraum und weiter bevorzugt das Probenbehältnis aufnehmen. Dabei kann der Drehteller in einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform die Positionierstrukturen aufweisen.The drive unit can preferably have a turntable. This can accommodate the sample space and more preferably the sample container. In this case, in a particularly preferred embodiment, the turntable can have the positioning structures.
Somit kann ein einfaches aber effektives Mittel zur drehbaren Bereitstellung des Probenmaterials bzw. des Probenraumes oder des Probenbehältnisses bereitgestellt werden.Thus, a simple but effective means for providing the sample material or the sample space or the sample container in a rotatable manner can be provided.
Der Probenraum, vorzugsweise das Probenbehältnis, kann bevorzugt einen Deckel zum wahlweisen Öffnen des Probenraumes zur Aufnahme und Entnahme von Probenmaterial aufweisen. Der Deckel kann beispielsweise durch Abheben vom Reaktionsraum bzw. Probenraum oder Probenbehältnis geöffnet werden.The sample space, preferably the sample container, can preferably have a cover for selectively opening the sample space to receive and remove sample material. The cover can be opened, for example, by lifting it off the reaction space or sample space or sample container.
Somit kann ein einfach zugänglicher Probenraum bereitgestellt werden. Insbesondere ist es bei einer derartigen Ausführung des Probenraums möglich, das Probenmaterial in einfacher Weise aus dem Reaktionsraum bzw. der Vorrichtung zu entnehmen bzw. in diese aufzunehmen. Sofern ein lösbares Probenbehältnis vorgesehen ist, kann so das Probenbehältnis zur Aufnahme und Entnahme von Probenmaterial einfach entnommen werden. Insgesamt kann so die Handhabbarkeit der Vorrichtung verbessert werden.An easily accessible sample space can thus be provided. In particular, with such an embodiment of the sample space, it is possible to easily remove the sample material from the reaction space or the device or to take it up. If a detachable sample container is provided, the sample container can be easily removed for receiving and removing sample material. Overall, the handling of the device can be improved.
Vorzugsweise kann wenigstens ein Teil des Fluidpfades und vorzugsweise ferner des Sammelraums derart mit dem Deckel verbunden sein, dass diese beim Öffnen des Probenraumes gemeinsam mit dem Deckel bewegt oder angehoben werden; beispielsweise vom Probenbehältnis angehoben werden können. Vorzugsweise ist der Deckel dazu bewegbar aber ortsfest in der Vorrichtung vorgesehen, während - soweit vorhanden - das Probenbehältnis entnommen werden kann. Somit müssen die restlichen Komponenten der Vorrichtung vor Abnahme des Deckels nicht demontiert werden, um an den Probenraum zu gelangen bzw. um das Probenbehältnis zu entnehmen. Insgesamt kann so die Handhabbarkeit der Vorrichtung weiter vereinfacht und verbessert werden.Preferably, at least part of the fluid path and preferably also of the collection space can be connected to the cover in such a way that they are moved or lifted together with the cover when the sample space is opened; for example, can be raised from the sample container. For this purpose, the cover is preferably provided in a movable but stationary manner in the device, while—if present—the sample container can be removed. Thus, the remaining components of the device do not have to be dismantled before removing the cover in order to access the sample chamber or to remove the sample container. Overall, so the Handling of the device can be further simplified and improved.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung ferner einen Aktuator aufweisen, mittels welchem der Deckel wahlweise geöffnet werden kann.Preferably, the device can also have an actuator, by means of which the cover can be selectively opened.
Somit ist es möglich, die Öffnung des Deckels zu automatisieren. Dies vereinfacht die Entnahme des Probenbehältnisses. Insgesamt kann so die Handhabbarkeit der Vorrichtung noch weiter vereinfacht und verbessert werden.Thus, it is possible to automate the opening of the lid. This simplifies the removal of the sample container. Overall, the handling of the device can thus be further simplified and improved.
Die Vorrichtung kann ferner bevorzugt einen Sammelbehälter aufweisen, vorzugsweise in der Form eines Abscheiders, welcher wiederum den Sammelraum aufweist.The device can also preferably have a collection container, preferably in the form of a separator, which in turn has the collection space.
Somit kann der Sammelraum einfach bereitgestellt und gehandhabt werden.Thus, the plenum can be easily provided and managed.
Der Sammelraum kann bevorzugt eine Rückführleitung zur Rückführung einer kondensierten Lösungsmittelphase, vorzugsweise einer Wasserphase, in den Probenraum aufweisen.The collection space can preferably have a return line for returning a condensed solvent phase, preferably a water phase, into the sample space.
Es ist somit möglich, einen Kreislauf des Lösungsmittels in der Vorrichtung zu erzeugen, indem kondensiertes und abgeschiedenes Lösungsmittel wieder in den Probenraum zurückgeführt wird, wo es dann wieder zur Lösung der flüchtigen Stoffe zur Verfügung steht. Als Lösungsmittel kommen dabei grundsätzlich alle geeigneten Stoffe in Frage, insbesondere Wasser, aber auch Kohlenwasserstoffe, Alkohole etc. Auf diese Weise kann die Wirksamkeit der Extraktion gesteigert und der Verbrauch an Lösungsmittel sowie die nötige Heizleistung reduziert werden.It is thus possible to create a circulation of the solvent in the device, in that condensed and separated solvent is fed back into the sample chamber, where it is then available again for dissolving the volatile substances. In principle, all suitable substances can be used as solvents, in particular water, but also hydrocarbons, alcohols, etc. In this way, the effectiveness of the extraction can be increased and the consumption of solvents and the required heating power can be reduced.
Die Rückführleitung kann bevorzugt derart angeordnet sein, dass diese bei vorhandener Lösungsmittelphase einen Gasfluss durch die Rückführleitung verhindert.The return line can preferably be arranged in such a way that it prevents a gas flow through the return line when the solvent phase is present.
Somit ist es möglich, den Sammelraum gegenüber dem Probenraum einseitig gasdicht über die Lösungsmittelphase abzusperren, beispielsweise durch Verwendung eines Abscheiders mit Überlauf, so dass ein Gasfluss nur durch den Fluidpfad stattfinden kann. Dadurch kann das Volumen der Gasphase in dem Vorrichtungsraum reduziert werden, was den Verbrauch an Prozessgas weiter senkt. Ferner kann so sichergestellt werden, dass sich die Flussrichtung des Gases im Vorrichtungsraum vom Probenraum hin zum Überdruckventil über den Fluidpfad einstellt, was die Wirkung der Verdrängung unerwünschter Gase im Vorrichtungsraum verbessert.It is thus possible to shut off the collection space from the sample space in a gas-tight manner via the solvent phase on one side, for example by using a separator with an overflow, so that a gas flow can only take place through the fluid path. As a result, the volume of the gas phase in the device space can be reduced, which further reduces the consumption of process gas. Furthermore, it can be ensured in this way that the direction of flow of the gas in the device space is adjusted from the sample space to the pressure relief valve via the fluid path, which improves the effect of the displacement of undesired gases in the device space.
Die Rückführleitung kann bevorzugt wenigstens teilweise koaxial mit der Zuführleitung verlaufen.The return line can preferably run at least partially coaxially with the feed line.
Hierdurch wird zum einen der Aufbau vereinfacht, da nur eine Öffnung in dem Probenraum nötig ist, um Prozessgas und rückgeführte Lösungsmittelphase in diesen einzutragen. Ferner können sich die Temperatur des Prozessgases und der rückgeführten Lösungsmittelphase bereits vor Eintrag in den Probenraum angleichen, was zu einer verbesserten thermischen Stabilität des Prozesses führt.On the one hand, this simplifies the structure, since only one opening is required in the sample space in order to introduce the process gas and recycled solvent phase into it. Furthermore, the temperature of the process gas and the returned solvent phase can already equalize before entry into the sample chamber, which leads to improved thermal stability of the process.
Wenigstens ein Teil der Rückführleitung und ein Teil des Fluidpfades zwischen Probenraum und Kondensator können identisch sein bzw. gemeinsam verlaufen.At least part of the return line and part of the fluid path between sample space and condenser can be identical or run together.
Auf diese Weise kann der Aufbau des Systems weiter vereinfacht werden; vergleichbar den Vorteilen, wie sie bei dem vorhergehenden Merkmal beschrieben sind.In this way, the structure of the system can be further simplified; comparable to the advantages described in the previous feature.
Die Vorrichtung kann bevorzugt ferner einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur im Vorrichtungsraum aufweisen.The device can preferably further have a temperature sensor for measuring a temperature in the device space.
Somit ist es möglich, den Zustand des Extraktionsprozess zu überwachen und bei Überschreiten einer vorbestimmten kritischen Temperatur geeignete Korrektur-Maßnahmen zu ergreifen; beispielsweise die Heizleistung zu reduzieren. So kann die Freiwerdung unerwünschter Stoffe unterbunden werden und letztendlich eine hohe Qualität der extrahierten flüchtigen Stoffe gewährleistet werden. Ferner kann so verhindert werden, dass ein mit erhöhter Temperatur verbundener übermäßiger Druckanstieg zum Entweichen einer zu hohen Menge Gas aus dem Überdruckventil führen würde, was die Qualität der Extraktion noch weiter verbessert.It is thus possible to monitor the state of the extraction process and to take appropriate corrective measures if a predetermined critical temperature is exceeded; for example to reduce the heating output. In this way, the release of unwanted substances can be prevented and ultimately a high quality of the extracted volatile substances can be guaranteed. Furthermore, it can be prevented in this way that an excessive increase in pressure associated with increased temperature would lead to an excessive amount of gas escaping from the pressure relief valve, which further improves the quality of the extraction.
Der Temperatursensor kann bevorzugt einen Probentemperatursensor aufweisen, welcher dem Probenraum zur Messung einer Temperatur des Probenmaterials zugeordnet ist. Dabei kann es sich bspw. um einen auf den Probenraum gerichteten Infrarot-Sensor handeln.The temperature sensor can preferably have a sample temperature sensor which is assigned to the sample space for measuring a temperature of the sample material. This can be, for example, an infrared sensor directed towards the sample space.
Somit kann die Temperatur im Probenraum und insbesondere des Probenmaterials überwacht werden, um so bspw. die Freiwerdung unerwünschter Stoffe zu unterbinden und letztendlich eine hohe Qualität der extrahierten flüchtigen Stoffe zu gewährleisten. Wie im Folgenden noch erläutert wird, kann so bspw. die Heizvorrichtung zur Prozesssteuerung angesteuert bzw. geregelt werden.Thus, the temperature in the sample chamber and in particular of the sample material can be monitored in order to prevent the release of unwanted substances and ultimately to ensure a high quality of the extracted volatile substances. As will be explained below, the heating device for process control, for example, can be controlled or regulated in this way.
Der Temperatursensor kann bevorzugt einen Kontrolltemperatursensor zur Messung einer Temperatur in dem Vorrichtungsraumes stromabwärts des Kondensators, vorzugsweise im Bereich des Fluid-Auslasses, aufweisen.The temperature sensor may preferably be a control temperature sensor for measuring a temperature in the device space downstream of the Condenser, preferably in the area of the fluid outlet have.
Somit kann die Temperatur im Vorrichtungsraum und besonders bevorzugt im Bereich des Fluid-Auslasses überwacht werden. Auf diese Weise kann bevorzugt verhindert werden, dass ein mit erhöhter Temperatur verbundener übermäßiger Druckanstieg zum Entweichen einer zu hohen Menge Gas aus dem Überdruckventil führen würde. Somit kann die Qualität der Extraktion noch weiter verbessert werden.Thus, the temperature in the device space and particularly preferably in the area of the fluid outlet can be monitored. In this way, it can preferably be prevented that an excessive increase in pressure associated with increased temperature would lead to an excessive amount of gas escaping from the pressure relief valve. Thus, the quality of the extraction can be further improved.
Das Überdruckventil kann bevorzugt den Kontrolltemperatursensor aufweisen oder tragen.The pressure relief valve can preferably have or carry the control temperature sensor.
Somit kann der Aufbau der Vorrichtung weiter vereinfacht werden. Wird der Kontrolltemperatursensor von dem Überdruckventil getragen, kann dessen exakte Positionierung vereinfacht und dessen ggf. notwendige Entnahme - bspw. zu Wartungszwecken - vereinfacht werden.Thus, the structure of the device can be further simplified. If the control temperature sensor is carried by the pressure relief valve, its exact positioning can be simplified and its removal, which may be necessary, for example for maintenance purposes, can be simplified.
Das Überdruckventil kann bevorzugt ein gravimetrisches Ventil sein oder ein solches aufweisen.The pressure relief valve can preferably be or have a gravimetric valve.
Auf diese Weise kann ein auch dauerhaft genaues Ventil bereitgestellt werden. Grundsätzlich sind auch andere Überdruckventile bspw. mit Federelementen denkbar.In this way, a valve that is also permanently accurate can be provided. In principle, other pressure relief valves, for example with spring elements, are also conceivable.
Der definierte Druck im Vorrichtungsraum kann grundsätzlichen jedem gewünschten Überdruck gegenüber der Umgebung entsprechen. Insbesondere kann der definierte Druck von der Art des Prozesses, dem Aufbau der Vorrichtung, den Volumina von Probenraum, Fluidpfad und Sammelraum sowie Vorrichtungsraum als Ganzes, und vielen weiteren Faktoren abhängen. Bevorzugt liegt der definierte Druck 5 bis 800mbar über dem Umgebungsdruck, weiter bevorzugt 10 bis 400mbar über dem Umgebungsdruck. Auf diese Weise kann der Taupunkt in dem Kondensator gezielt und definiert erhöht werden, wodurch die Extraktion weiter verbessert wird.The defined pressure in the device space can basically correspond to any desired overpressure compared to the environment. In particular, the defined pressure may depend on the nature of the process, the design of the device, the volumes of the sample space, fluid path and collection space, as well as the device space as a whole, and many other factors. The defined pressure is preferably 5 to 800 mbar above ambient pressure, more preferably 10 to 400 mbar above ambient pressure. In this way, the dew point in the condenser can be increased in a targeted and defined manner, which further improves the extraction.
Die Vorrichtung kann bevorzugt ferner eine Steuereinheit zur Steuerung eines Extraktionsprozesses mittels der Vorrichtung aufweisen. Dabei dient die Steuereinheit bevorzugt der Steuerung der Heizvorrichtung und/oder des Fluid-Einlasses und, wenn vorhanden, auch der Prozessgaspumpe und/oder des Aktuators und/oder der Antriebseinheit.The device can preferably also have a control unit for controlling an extraction process by means of the device. The control unit preferably serves to control the heating device and/or the fluid inlet and, if present, also the process gas pump and/or the actuator and/or the drive unit.
Auf diese Weise kann ein Extraktionsprozess bevorzugt automatisch und mit besonders hoher Genauigkeit durchgeführt werden.In this way, an extraction process can preferably be carried out automatically and with particularly high accuracy.
Die Steuereinheit kann bevorzugt derart eingerichtet sein, um die Vorrichtung auf Basis wenigstens eines der Temperatursensoren zu steuern.The control unit can preferably be set up in such a way to control the device on the basis of at least one of the temperature sensors.
Die Steuerung bzw. Regelung auf Basis wenigstens eines der Temperatursensoren (also wenigstens Probentemperatursensor und/oder Kontrolltemperatursensor) sorgt für einen besonders genauen und effektiven Extraktionsprozess.The control or regulation based on at least one of the temperature sensors (ie at least sample temperature sensor and/or control temperature sensor) ensures a particularly accurate and effective extraction process.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Extraktion flüchtiger Stoffe aus Probenmaterial bereitgestellt. Dies wird vorzugsweise mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst:
- - Aufnehmen des Probenmaterials in einem Probenraum eines Reaktionsraumes,
- - Zuführen von Prozessgas in den Probenraum über einen Fluid-Einlass,
- - Erhitzen des Probenmaterials zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe aus dem Probenmaterial enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung,
- - Abführen der Gase aus dem Probenraum über einen Fluidpfad,
- - Kondensieren des abgeführten Verdampfungsgases in einen Sammelraum (S), wobei der Probenraum, der Fluidpfad und der Sammelraum zusammen einen Vorrichtungsraum bilden, und
- - bei Überschreiten eines definierten Drucks in dem Vorrichtungsraum, Entweichen des in dem Vorrichtungsraum befindlichen Gases nach außen über ein Überdruckventil eines Fluid-Auslasses des Sammelraumes.
- - Picking up the sample material in a sample space of a reaction space,
- - supply of process gas into the sample chamber via a fluid inlet,
- - heating the sample material to form a vaporization gas containing the volatile substances from the sample material by means of evaporation,
- - discharge of the gases from the sample chamber via a fluid path,
- - condensing the evacuated evaporation gas into a collection space (S), wherein the sample space, the fluid path and the collection space together form a device space, and
- - When a defined pressure in the device space is exceeded, the gas in the device space escapes to the outside via a pressure relief valve of a fluid outlet of the collecting space.
Der definierte Druck im Vorrichtungsraum ergibt sich wie zuvor bereits beschrieben, und kann folglich grundsätzlichen jedem gewünschten Überdruck gegenüber der Umgebung entsprechen. Insbesondere kann der definierte Druck von der Art des Prozesses, dem Aufbau der Vorrichtung, den Volumina von Probenraum, Fluidpfad und Sammelraum sowie Vorrichtungsraum als Ganzes, und vielen weiteren Faktoren abhängen. Bevorzugt liegt der definierte Druck 5 bis 800mbar über dem Umgebungsdruck, weiter bevorzugt 10 bis 400mbar über dem Umgebungsdruck.The defined pressure in the device space results as already described above, and can consequently correspond to any desired excess pressure compared to the environment. In particular, the defined pressure may depend on the nature of the process, the design of the device, the volumes of the sample space, fluid path and collection space, as well as the device space as a whole, and many other factors. The defined pressure is preferably 5 to 800 mbar above ambient pressure, more preferably 10 to 400 mbar above ambient pressure.
Der Probenraum kann vorzugsweise durch ein Probenbehältnis gebildet werden, welches zum Aufnehmen des Probenmaterials wahlweise aus dem Reaktionsraum entnommen werden kann.The sample space can preferably be formed by a sample container, which can be optionally removed from the reaction space to receive the sample material.
Bei einem Einsetzen des Probenbehältnisses in den Reaktionsraum kann das Probenbehältnis mit Positionierstrukturen des Reaktionsraumes bevorzugt derart zusammenwirken, so dass das Probenbehältnis in dem Reaktionsraum definiert positioniert oder zentriert wird.When the sample container is inserted into the reaction space, the sample container can be fitted with positioning structures of the reaction space preferably interact in such a way that the sample container is positioned or centered in a defined manner in the reaction space.
Der Probenraum, vorzugsweise das Probenbehältnis, kann bevorzugt wenigstens während des Erhitzens des Probenmaterials im Reaktionsraum bewegt und weiter vorzugsweise gedreht werden.The sample space, preferably the sample container, can preferably be moved and more preferably rotated at least during the heating of the sample material in the reaction space.
Der Vorrichtungsraum kann bevorzugt vor dem Erhitzen des Probenmaterials durch das Zuführen des Prozessgases über den Fluid-Einlass über das Überdruckventil gespült werden.The device space can preferably be flushed before the heating of the sample material by supplying the process gas via the fluid inlet via the pressure relief valve.
Das Erhitzen kann bevorzugt mittels Mikrowellen erfolgen.The heating can preferably be done by means of microwaves.
Das Prozessgas kann bevorzugt während des gesamten oder eines Teils des Extraktionsprozesses zugeführt werden.The process gas can preferably be supplied during all or part of the extraction process.
Das Prozessgas kann bevorzugt in einer Menge pro Minute zugeführt werden, welche im Wesentlichen dem Volumen des Vorrichtungsraumes entspricht, vorzugsweise ¼ bis 2/1 des Volumens des Vorrichtungsraumes, weiter bevorzugt ½ bis 3/2 des Volumens des Vorrichtungsraumes.The process gas can preferably be supplied in an amount per minute which essentially corresponds to the volume of the device space, preferably 1/4 to 2/1 of the volume of the device space, more preferably 1/2 to 3/2 of the volume of the device space.
Der Schritt des Zuführens von Prozessgas und/oder der Schritt des Erhitzens des Probenmaterials kann bevorzugt in Abhängigkeit einer Temperatur in dem Vorrichtungsraum bzw. dem Sammelraum und/oder einer Temperatur des Probenmaterials gesteuert werden.The step of supplying process gas and/or the step of heating the sample material can preferably be controlled as a function of a temperature in the device space or the collection space and/or a temperature of the sample material.
Der Sammelraum kann bevorzugt eine Rückführleitung aufweisen, über die eine kondensierte Lösungsmittelphase, vorzugsweise eine Wasserphase, in den Probenraum zurückgeführt wird, wobei die Rückführleitung derart angeordnet ist, dass diese bei vorhandener Lösungsmittelphase einen Gasfluss durch die Rückführleitung verhindert.The collection space can preferably have a return line via which a condensed solvent phase, preferably a water phase, is returned to the sample space, the return line being arranged in such a way that it prevents a gas flow through the return line when the solvent phase is present.
Das Prozessgas kann bevorzugt wenigstens teilweise ein reduktives, oxidatives oder inertes Gas sein, bevorzugt eine Gasmischung mit Argon-Anteil, besonders bevorzugt eine nicht-brennbare Gasmischung mit Argon- und Wasserstoff-Anteil.The process gas can preferably be at least partially a reductive, oxidative or inert gas, preferably a gas mixture containing argon, particularly preferably a non-combustible gas mixture containing argon and hydrogen.
Die Vorteile und bevorzugten weiterbildenden Aspekte des Verfahrens ergeben sich analog zu denen der bereits erläuterten Vorrichtung. Auf eine wiederholende Wiedergabe wird daher der Übersichtlichkeit wegen verzichtet.The advantages and preferred further developing aspects of the method result analogously to those of the device already explained. For the sake of clarity, repeated reproduction is therefore dispensed with.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insofern analog zu der Vorrichtung ebenso möglich, die Extraktion zu verbessern. Die Gasphase in dem Vorrichtungsraum kann also gezielt vor und während der Verdampfung beeinflusst werden, wobei der Prozessgas-Verbrauch verringert werden kann. Ferner kann die Qualität der gewonnen flüchtigen Stoffe verbessert werden.With the method according to the invention it is also possible to improve the extraction analogously to the device. The gas phase in the device space can therefore be influenced in a targeted manner before and during the evaporation, with the process gas consumption being able to be reduced. Furthermore, the quality of the recovered volatiles can be improved.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung und der einzigen Figur. Die nachfolgende Beschreibung und Figur haben dabei aber keine beschränkende Wirkung. Ferner können einzelne Merkmale losgelöst beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden, insofern dies vom Umfang der unabhängigen Ansprüche gedeckt ist und keine Widersprüche erzeugt. Es zeigt
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
1 an embodiment of a device according to the invention.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Extraktion flüchtiger Stoffe X aus Probenmaterial P ist in
Die Vorrichtung weist einen Reaktionsraum R auf. Der Reaktionsraum R wiederum weist einen Probenraum 20 zur Aufnahme des Probenmaterials P auf. Dabei kann der gesamte Reaktionsraum R als Probenraum 20 dienen. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Probenraum 20 nur einen Teil des Reaktionsraumes R bildet. Der Probenraum 20 kann dabei einen festen bzw. integralen Bestandteil des Reaktionsraumes R bilden. Auch ist es denkbar, dass der Probenraum 20 lösbar vorgesehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung ein Probenbehältnis 21 auf, welches den Probenraum 20 bildet oder aufweist. Das Probenbehältnis 21 ist dabei bevorzugt lösbar in dem Reaktionsraum R vorgesehen. Vorzugsweise ist der Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 aus Glas, PTFE oder einem anderen wenigstens teilweise mikrowellentransparenten Werkstoff hergestellt.The device has a reaction space R. The reaction space R in turn has a
Die Vorrichtung 100 weist ferner eine Heizvorrichtung 10 zum Erhitzen des Probenmaterials P in dem Probenraum 20 zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe X enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung auf. Besonders bevorzugt ist die Heizvorrichtung 10 eine Mikrowellen-Heizeinrichtung. Der Reaktionsraum R oder wenigstens der Probenraum 20 ist in diesem Fall als Mikrowellenraum ausgebildet. Die Mikrowellen-Heizeinrichtung ist dazu eingerichtet, Mikrowellenstrahlung zu erzeugen, vorzugsweise, indem diese Magnetrons (nicht dargestellt) umfasst. Die Heizvorrichtung 10 kann grundsätzlich jedoch auch eine andere, bspw. konventionelle, Heizvorrichtung 10 sein, und beispielsweise Heizmatten, Heizpatronen, Wärmelampen und dergleichen aufweisen.The
Die Vorrichtung 100 weist ferner einen Fluid-Einlass E auf, welcher mit dem Probenraum 20 fluidisch verbunden ist, um Prozessgas in den Probenraum 20 zuzuführen. Als Prozessgas kommen, wie bereits beschrieben, bevorzugt (Prozess-)Gase oder (Prozess-)Gasmischungen insbesondere mit inertem, reduktiven und/oder oxidativem Charakter in Betracht.The
Wie in
Das Prozessgas kann bspw. über eine Prozessgasquelle Q bereitgestellt sein. Dies kann, wie in
Die Vorrichtung 100 weist ferner einen Sammelraum S auf, welcher stromabwärts des Fluid-Einlasses E mit dem Probenraum 20 fluidisch über einen Fluidpfad 23, 24, 60 verbunden ist, um (die) Gase aus dem Probenraum 20 abzuführen. Der Fluidpfad 23, 24, 60 weist einen Kondensator 60 auf, um das Verdampfungsgas in den Sammelraum S zu kondensieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 einen Sammelbehälter 80 auf, welcher wiederum den Sammelraum S aufweist. Der Sammelbehälter 80 ist hier beispielhaft in Form eines Abscheiders ausgebildet, in dem sich die kondensierten flüchtigen Stoffe (im Folgenden auch als Extrakt X bezeichnet) als Phase geringerer Dichte über der Lösemittelphase L abscheiden. Bevorzugt ist die Lösemittelphase L eine Wasserphase, welche sich in einem vorzugsweise vorhandenen Auslassteil 81 des Sammelraumes S bzw. Sammelbehälters 80 sammelt. Beispielsweise über einen Hahn 84 können die kondensierten Phasen X, L und insbesondere das Extrakt X entnommen werden. Dargestellt ist ferner, dass der Sammelraum S bzw. der Sammelbehälter 80 mittels eines optionalen Kühlers 83 wahlweise gekühlt werden kann.The
Der Probenraum 20, der Fluidpfad 23, 24, 60 und der Sammelraum S bilden zusammen einen Vorrichtungsraum V. Im dargestellten Beispiel wird der Fluidpfad 23, 24, 60 gebildet durch eine noch näher zu beschreibende Rückführleitung 23, einen die Rückführleitung 23 und den Kondensator 60 verbindenden Schlauch 24, sowie den Kondensator 60. Grundsätzlich kann der Fluidpfad durch jede beliebige fluidische Verbindung und Räume gebildet werden.The
Der Sammelraum S weist einen Fluid-Auslass A mit einem Überdruckventil 70 auf, welches derart ausgebildet ist, dass in dem Vorrichtungsraum V befindliches Gas bei Überschreiten eines definierten Drucks nach außen entweichen kann. Das Überdruckventil 70 kann bevorzugt ein gravimetrisches Ventil aufweisen oder sein. Der definierte Druck im Vorrichtungsraum V kann grundsätzlichen jedem gewünschten Überdruck gegenüber der Umgebung entsprechen. Bevorzugt liegt der definierte Druck 5 bis 800mbar über dem Umgebungsdruck, weiter bevorzugt 10 bis 400mbar über dem Umgebungsdruck.The collecting space S has a fluid outlet A with a
Das Probenbehältnis 21 kann ein Griffelement zum Anheben des Probenbehältnisses 21 aufweisen. Dieses Griffelement kann, wie in
Der Reaktionsraum R kann ferner Positionierstrukturen 33 aufweisen. Diese sind derart ausgebildet, dass sie mit dem Probenbehältnis 21 bzw. einem Ausrichtelement desselben zusammenwirken, um das Probenbehältnis 21 im Reaktionsraum R definiert zu positionieren. Vorzugsweise ist das Ausrichtelement durch das Griffelement bzw. Ringelement 25 gebildet. Bevorzugt ist eine Zentrierung, wobei das Ausrichtelement 25 dann als Zentrierring ausgebildet ist.The reaction space R can also have
Die Vorrichtung 100 kann ferner, wie in
Zur Positionierung bzw. Zentrierung des Probenraumes 20 bzw. Probenbehältnisses 21 kann das Ausrichtelement (bspw. Griffelement bzw. Ringelement) 25 hier bevorzugt vertikal entlang des Probenraums 20 / Probenbehältnisses 21 gleitbar angeordnet sein. So kann der Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 zunächst in dem Reaktionsraum R - bspw. auf dem Drehteller 31 - positioniert werden. Durch Heruntergleiten bzw. -schieben des Ausrichtelements 25 kann letzteres in Wirkkontakt mit den Positionierstrukturen 33 gebracht werden, um so den Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 entsprechend definiert zu positionieren bzw. zu zentrieren.In order to position or center the
Wie ebenfalls in
Vorzugsweise ist wenigstens ein Teil des Fluidpfades 23, 24, 60 und vorzugsweise ferner des Sammelraums S derart mit dem Deckel 22 verbunden, so dass diese beim Öffnen des Probenraumes 20 gemeinsam mit dem Deckel 22 bewegt oder angehoben werden; hier bevorzugt gemeinsam mit dem Deckel 22 vom Probenbehältnis 21 angehoben werden. Dargestellt ist, dass sämtliche Anbauten, d.h. Elemente 23, 24, 60, 70, 80 mit dem Deckel 22 verbunden sein können, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Rückführleitung 23 mechanisch tragend mit dem Sammelraum S und dieser mechanisch tragend mit dem Kondensator 60 verbunden ist. Grundsätzlich sind auch andere Ausgestaltungsformen denkbar. Beispielsweise können die zu bewegenden bzw. anzuhebenden Elemente über einen gemeinsamen Rahmen oder ein gemeinsames Gehäuse verbunden und bewegbar sein.Preferably, at least part of the
Die Vorrichtung 100 weist vorzugweise ferner einen Aktuator 40, wie einen Linearmotor 40, auf, mittels welchem der Deckel 22 wahlweise geöffnet, also vorzugsweise abgehoben, werden kann. Der Aktuator 40 kann gegenüber einem Gehäuse G der Vorrichtung ortsfest verbunden sein. Ist wenigstens ein Teil oder der gesamte Fluidpfad 23, 24, 60 mit dem Deckel 22 verbunden, wie zuvor beschrieben, kann der Aktuator 40 all diese verbundenen Anbauten inklusive Deckel 22 verschieben und so den Deckel 22 öffnen, ohne dass die genannten Anbauten zuvor manuell entfernt werden müssen. Für den Fall, dass der Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 drehbar in der Vorrichtung 100 aufgenommen ist, ist es bevorzugt, dass die Anbauten wie die Rückführleitung 23 nicht rotieren, sondern eine entsprechende Gleitdichtung, bspw. zwischen Deckel 22 und Rückführleitung 23, vorgesehen ist.The
Die genannte Rückführleitung 23, 82 kann vorzugsweise vorgesehen werden, um den Sammelraum S zur Rückführung der kondensierten Lösungsmittelphase L, vorzugsweise der Wasserphase L, in den Probenraum 20 mit diesem zu verbinden. Wie in
Wie in
Wenigstens ein Teil der Rückführleitung 23 und ein Teil des Fluidpfades 23 zwischen Probenraum 20 und Kondensator 60 können, wie in
Der Fluidpfad 23 erstreckt sich bevorzugt durch den Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis 21 hindurch aus dem Probenraum 20 heraus. Ebenso kann sich die Zuführleitung 51 durch den Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis 21 hindurch in den Probenraum 20 hinein erstrecken. Ferner kann sich auch die Rückführleitung 23 durch den Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis 21 hindurch in den Probenraum 20 hinein erstrecken. Hierzu weist der Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis 21 eine entsprechende Durchtrittsöffnung 26 auf. In der Durchtrittsöffnung ist bevorzugt eine Dichtung vorgesehen, um die den Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis durchlaufende Leitung bzw. Pfad 23, 51 gegen den Deckel 22 bzw. das Probenbehältnis 21 entsprechend abzudichten. Hierbei kann es sich im Falle des drehbaren Vorsehens des Probenraumes 20 um vorbeschrieben Gleitdichtung handeln.The
Die Vorrichtung 100 kann bevorzugt ferner einen Temperatursensor 11, 71 zur Messung einer Temperatur im Vorrichtungsraum V aufweisen. Der Temperatursensor kann bevorzugt einen Kontrolltemperatursensor 71 zur Messung einer Temperatur in dem Vorrichtungsraumes V stromabwärts des Kondensators 60, vorzugsweise im Bereich des Fluid-Auslasses A, aufweisen. Vorzugsweise weist dabei das Überdruckventil 70 den bevorzugt in den Vorrichtungsraum V gerichteten Kontrolltemperatursensor 71 auf, der hier bevorzugt die Temperatur im Sammelraum S messen kann. Ferner kann die Temperatur am Fluid-Einlass E mit einem dafür vorgesehen weiteren Temperatursensor (nicht gezeigt) bestimmt werden. Ebenso ist eine Bestimmung der Temperatur in dem Probenraum 20 mit einem vorzugsweise kontaktlosen Sensor 11, wie einem Infrarotsensor 11, möglich. Hierzu kann der Temperatursensor bevorzugt einen Probentemperatursensor 11 aufweisen, welcher dem Probenraum 20 zur Messung einer Temperatur des Probenmaterials P zugeordnet istThe
Die Vorrichtung 100 weist vorzugsweise ferner eine Steuereinheit auf. Eine solche ist grundsätzlich hinlänglich bekannt und ist daher der Übersichtlichkeit halber in der
Die Steuereinheit ist bevorzugt derart eingerichtet, um die Vorrichtung 100 auf Basis wenigstens eines der Temperatursensoren 11, 71 zu steuern. So kann die Steuereinheit beispielsweise derart eingerichtet sein, dass sie Temperaturmesswerte der Temperatursensoren 11, 71 empfängt und abhängig von vorbestimmten Prozessparametern die Heizleistung der Heizvorrichtung 10 regelt, um den Extraktionsprozess optimal zu steuern. Jene Steuereinheit kann, wenn vorhanden, auch den Aktuator 40 steuern, um eine Entnahme des Probenmaterials P bspw. über das Probenbehältnis 21 zu ermöglichen. Die Steuereinheit kann, wenn vorhanden, ferner auch den Antrieb 32 bspw. zum Drehantrieb des Drehtellers 31 steuern. Auch kann über die Steuereinheit die Prozessgaspumpe F, wenn vorhanden, zum definierten und Prozessabhängigen Zuführen von Prozessgas gesteuert werden. Ebenso ist eine Steuerung des Fluid-Einlasses E, bspw. über dessen Ventil 50, denkbar, um eine Prozessgaszufuhr definiert zu steuern.The control unit is preferably set up in such a way to control the
Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Extraktion flüchtiger Stoffe X aus Probenmaterial P, vorzugsweise mittels einer Vorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung, beschrieben.A method according to the invention for extracting volatile substances X from sample material P, preferably by means of a
Zunächst wird das Probenmaterial P in dem Probenraum 20 des Reaktionsraumes R aufgenommen, beispielsweise in den Probenraum 20 gefüllt. Der Probenraum 20 kann durch das vorbeschriebenes Probenbehältnis 21 gebildet sein, welches dann zum Aufnehmen des Probenmaterials P dient und dazu wahlweise aus dem Reaktionsraum R entnommen werden kann. Beim optimalen Einsetzen des optionalen Probenbehältnisses 21 in den Reaktionsraum R wirkt das Probenbehältnis 21 bevorzugt mit Positionierstrukturen 33 des Reaktionsraumes R derart zusammen, so dass das Probenbehältnis 21 dann in dem Reaktionsraum R definiert positioniert oder zentriert wird.First, the sample material P is received in the
Dann wird das Prozessgas in den Probenraum 20 über den Fluid-Einlass E zugeführt. Das Prozessgas kann dabei beispielsweise in einer Menge pro Minute zugeführt werden, welche im Wesentlichen dem Volumen des Vorrichtungsraumes V entspricht, vorzugsweise ¼ bis 2/1 des Volumens des Vorrichtungsraumes V, weiter bevorzugt ½ bis 3/2 des Volumens des Vorrichtungsraumes V. Das Prozessgas kann bevorzugt wenigstens teilweise ein reduktives, oxidatives oder inertes Gas sein, weiter bevorzugt eine Gasmischung mit Argon-Anteil, besonders bevorzugt eine nicht-brennbare Gasmischung mit Argon- und Wasserstoff-Anteil.Then the process gas is fed into the
Sodann wird das Probenmaterial P erhitzt zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe X aus dem Probenmaterial P enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung. Das Erhitzen erfolgt besonders bevorzugt mittels Mikrowellen. Der Probenraum 20, vorzugsweise das Probenbehältnis 21, wird bevorzugt wenigstens während des Erhitzens des Probenmaterials P im Reaktionsraum R bewegt bzw. gedreht, um so eine homogene Erwärmung des Probenmaterials zu bewirken.Then, the sample material P is heated to form an evaporation gas containing the volatile matter X from the sample material P by evaporation. The heating is particularly preferably carried out by means of microwaves. The
Das Zuführen von Prozessgas und/oder das Erhitzen des Probenmaterials P wird bevorzugt in Abhängigkeit einer Temperatur in dem Vorrichtungsraum V bzw. dem Sammelraum S und/oder einer Temperatur des Probenmaterials P gesteuert.The supply of process gas and/or the heating of the sample material P is preferably controlled as a function of a temperature in the device space V or the collection space S and/or a temperature of the sample material P.
Bevorzugt wird der vorbeschriebene Vorrichtungsraum V vor dem Erhitzen des Probenmaterials P durch das Zuführen des Prozessgases über den Fluid-Einlass E über das Überdruckventil 70 gespült.The device space V described above is preferably purged before the sample material P is heated by the supply of the process gas via the fluid inlet E via the
Die Gase aus dem Probenraum 20 werden über den Fluidpfad 23, 24, 60 abgeführt. Das abgeführte Verdampfungsgas wird in den Sammelraum S kondensiert, wobei der Probenraum 20, der Fluidpfad 23, 24, 60 und der Sammelraum S zusammen den vorbeschriebenen Vorrichtungsraum V bilden. Bei Überschreiten eines definierten Drucks in dem Vorrichtungsraum V entweicht das in dem Vorrichtungsraum V befindliche Gas nach außen über das Überdruckventil 70 des Fluid-Auslasses A des Sammelraumes 80.The gases from the
Das Überdruckventil 70 kann bevorzugt ein gravimetrisches Ventil aufweisen oder sein. Der definierte Druck im Vorrichtungsraum V kann grundsätzlichen jedem gewünschten Überdruck gegenüber der Umgebung entsprechen. Bevorzugt liegt der definierte Druck 5 bis 800mbar über dem Umgebungsdruck, weiter bevorzugt 10 bis 400mbar über dem Umgebungsdruck.The
Das Prozessgas wird bevorzugt während des gesamten oder eines Teils des Extraktionsprozesses zugeführt.The process gas is preferably supplied during all or part of the extraction process.
Der Sammelraum S weist bevorzugt die Rückführleitung 23, 82 auf, über die die kondensierte Lösungsmittelphase L, vorzugsweise eine Wasserphase L, in den Probenraum 20 zurückgeführt werden kann. Die Rückführleitung 23, 82 ist dabei bevorzugt derart angeordnet, so dass diese bei vorhandener Lösungsmittelphase L einen Gasfluss durch die Rückführleitung 23, 82 verhindert. Es wird bevorzugt, den Sammelraum S mit einer vorbestimmten Menge Lösungsmittel L vor Beginn des Erhitzens bzw. des Verdampfungsprozesses zu befüllen, besonders bevorzugt mit einer solchen Menge (bspw. 200-300ml), dass der Gasfluss durch die Rückführleitung 82 verhindert wird. Die Befüllung kann durch Entnahme des Überdruckventils 70 und Einfüllen des Lösungsmittels L durch die entsprechende Öffnung 72 geschehen.The collection space S preferably has the
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es so insbesondere ermöglicht, vor Beginn des Verdampfungsprozesses den Vorrichtungsraum V mit Prozessgas zu spülen, aber ebenso - und dies mit besonders geringem Prozessgasverbrauch - während des Verdampfungsprozesses entstehendes Gas durch nachgeführtes Prozessgas zu verdrängen. So kann zu jedem Zeitpunkt der Extraktion die Güte des entstehenden Extrakts X bzw. der kondensierten Verdampfungsgasphase enthaltend die flüchtigen Stoffe X sichergestellt werden.With the
Die vorliegenden Erfindung betrifft als unabhängigen Aspekt ferner eine Vorrichtung 100 zur Extraktion flüchtiger Stoffe X aus Probenmaterial P. Die Vorrichtung 100 weist einen Reaktionsraum R mit einem Probenraum 20 zur Aufnahme des Probenmaterials P, und eine Heizvorrichtung 10 zum Erhitzen des Probenmaterials P in dem Probenraum 20 zur Bildung eines die flüchtigen Stoffe X enthaltenen Verdampfungsgases mittels Verdampfung. Der Probenraum 20 ist durch ein Probenbehältnis 21 gebildet, welches lösbar in dem Reaktionsraum R angeordnet ist. Des Weiteren weist der Reaktionsraum R Positionierstrukturen 33 auf, welche mit einem Ausrichtelement 25 des Probenbehältnisses 21 zusammenwirken, um das Probenbehältnis 21 im Reaktionsraum R definiert zu positionieren, vorzugsweise zu zentrieren.As an independent aspect, the present invention also relates to a
Das Ausrichtelement 25 kann dabei entlang des Probenraums 20 bzw. Probenbehältnisses 21 hier vertikal bewegbar oder gleitbar angeordnet sein. So kann der Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 zunächst in dem Reaktionsraum R - bspw. auf dem vorbeschriebenen Drehteller 31 - positioniert werden. Durch Heruntergleiten bzw. -schieben des Ausrichtelements 25 kann letzteres in Wirkkontakt mit den Positionierstrukturen 33 gebracht werden, um so den Probenraum 20 bzw. das Probenbehältnis 21 entsprechend definiert zu positionieren bzw. zu zentrieren.In this case, the
Das Ausrichtelement 25 kann als Griffelement zum Greifen und Handhaben bzw. Anheben des Probenbehältnisses 21 und/oder den Probentraum 20 oder das Probenbehältnis 21 außen umgebendes Ringelement ausgebildet sein.The
Die Vorrichtung 100 kann ferner den vorbeschriebenen Drehteller 31 aufweisen, welcher wiederum die Positionierstrukturen 33 aufweisen kann.The
Die Vorrichtung dieses unabhängigen Aspektes kann zudem alle weiteren Merkmale der vorbeschriebenen Vorrichtung 100 aufweisen, wie sie beispielhaft auch in der
Die vorliegenden Erfindungen sind durch die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sofern sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst sind. Insbesondere sind die optionalen Merkmale der Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombinierbar, sowie die Merkmale der Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombinierbar und austauschbar.The present inventions are not limited by the exemplary embodiments described above, insofar as they are covered by the subject matter of the following claims. In particular, the optional features of the exemplary embodiments can be combined with one another as desired, and the features of the exemplary embodiments can be combined with one another and exchanged in any way.
Claims (30)
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