DE2632970A1

DE2632970A1 - Geraet zur wiederholten reproduzierbaren abgabe von bestimmten variierbaren volumenmengen

Info

Publication number: DE2632970A1
Application number: DE19762632970
Authority: DE
Inventors: Ernst Kriegbaum; Johannes Dipl Chem Dr Ripphahn
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1976-07-22
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1978-01-26
Also published as: JPS5313978A; GB1531128A; JPS614581B2; US4120205A; CH617362A5

Description

2632370

Merck Patent Gesellschaft
rait beschränkter Haftung

Darmstadt 21. Juli 1976

Gerät zur wiederholten reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur wiederholten reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, wobei zwischen den wiederholten reproduzierbaren Abgaben einer bestimmten Volumenmenge das Gesamtabgabevolumen des Geräts für eine notwendig werdende Reinigung zur Verfügung gestellt werden kann, ohne daß dabei die Einstellung der bestimmten wiederholt abzugebenden Teilmenge verlorengeht.

Das Gerät kann mit Vorteil zur Abgabe sehr kleiner Volumenmehgen, z.B. im Mikroliter- oder bevorzugt im Nanoliterbereich verwendet werden. Bevorzugt kann das Gerät dabei zum Auftragen solch kleiner exakt bestimmbarer Flüssigkeitsmengen auf Platten für die Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) benutzt werden.

Bei der Anwendung der Dünnschichtchromatographie ist es üblich, kleine Flüssigkeitsmengen mit Hilfe von Spritzen oder Mikrokapillaren auf die Dünnschichtplatte aufzutragen.

709884/0368

263297(f^:<

Das Auftragen von Flüssigkeitsmengen ist dabei mit ausreichender Genauigkeit bis herab zu Mengen von etwa 100 nl = 0,1 ^Ul möglich. Durch die Entwicklung der Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC), die es erlaubt, extrem kleine Substanzmengen quantitativ zu bestimmen, hat sich die Notwendigkeit ergeben, Volumenmengen im Bereich von 5 bis 1 000 nl genau und reproduzierbar aufzutragen. Für diesen Zweck ist ein Gerät bekannt, bei dem der Stempel einer 1 jal-Spritze mit einem Mikrometer · verbunden ist. Durch Drehen der Mikrometerschraube kann • der Spritzenstempel eine bestimmte Strecke, die einer bestimmten Nanolitermenge entspricht, bewegt werden.

Dieses Gerät besitzt jedoch eine Reihe'von Nachteilen. So erfolgt die Flüssigkeitsabgabe sehr langsam, da die Bewegung des Spritzenkolbens durch Drehen der mit äußerst feinem Gewinde geschnittenen Mikrometerschraube erfolgt. Sollen wiederholt gleiche Volumina abgegeben werden, so ist das zwar im Prinzip dadurch möglich, daß die Mikrometerschraube um jeweils den gleichen Betrag weitergedreht wird (z.B. von 0,00 bis 2,73 mm, dann von 2,73 bis 5,46 mm, dann von 5,46 bis 8,19 mm, usw.); abgesehen von der mühsamen Berechnung des jeweils nächsten Wertes (und der damit verbundenen Fehlerquelle) geht jedoch bei dieser Methode sowohl der Spritzenfehler als auch der Mikrometerschraubenfehler voll ein. Vor allem aber ist bei diesem Gerät ein schneller Probenwechsel mit zwischenzeitlichem Spülen der Spritze nicht möglich.

Es bestand also ein Bedürfnis nach einem Gerät, das es ermöglicht, bestimmte, vorzugsweise sehr kleine Volumenmengen wiederholt und mit reproduzierbarer Genauigkeit

709884/0368

abzugeben und zwischendurch für einen notwendig werdenden Reinigungs- oder Spülvorgang das gesamte Abgabevolurnen zur Verfügung zu stellen, wobei dabei der einmal eingestellte Volumenwert fixiert bleibt.

• 5 Diese Aufgabe wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Gerät zur wiederholten reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, im wesentlichen bestehend aus

a) einer in einer Klemmhülse beweglich, aber arretierbar angebrachten Spritze und

b) einer Mikrometerschraube, die fest mit einer Halterung verbunden ist,

wobei Spritze und Mikrometerschraube gegeneinander beweglich und in der Dosierposition in einer Achse angeordnet sind sowie eine lösbare Arretierung besitzen, die die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens ohne Veränderung der Einstellung der Mikrometerschraube ermöglicht.

Nach bevorzugten Ausgestaltungen kann die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht werden, daß Spritze oder Mikrometerschraube schwenkbar angeordnet sind, wobei jedoch die beiden Achsen parallel zueinander bleiben, oder daß Spritze oder Mikrometerschraube dreh- oder kippbar angeordnet sind, wobei zwischen den beiden Achsen ein Winkel von mindestens 20 bis 30° gebildet werden kann.

Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltungsform, in der die Mikrometerschraube in der gemeinsamen Achse mit der Spritze verschoben werden kann, wobei die Endpunkte dieser Verschiebungsstrecke genau fixiert sind.

709884/0368

Dabei ist eine Ausführungsform besonders vorteilhaft, in der

a) die Spritze (20) durch eine Klemmhülse (18) in einer Führungshülse (15) beweglich, aber arretierbar angebracht ist,

b) der Spritzenkolben mit einer in der Führungshülse (15) beweglichen, durch eine Nut (16) der Führungshülse (15) nach außen ragenden Kolbenführung versehen ist,

c) die Führungshülse (15) fest mit einem Zentralrohr (1)

verbunden ist, das eine durch die Mikrometerschraube (10) verschiebbare, bewegliche Stoßstange (12) enthält und

d) die Halterung (6) der Mikrometerschraube (10) das Zentralrohr (1) hülsenartig umschließt, gegenüber diesem eine vorgegebene Strecke verschoben und in den beiden Endpunkten dieser Verschiebungsstrecke fixiert werden kann.

Bei dieser bevorzugten Ausgestaltungsform sind die Endpunkte der Verschiebungsstrecke der Halterung gegenüber dem Zentralrohr in der Art eines Bajonettverschlusses und in der Spülposition zusätzlich durch einen Kugelschnäpper fixiert.

709884/0368

Nach weiteren bevorzugten Ausgestaltungsformen ist die Stoßstange an beiden Enden mit gehärteten Kugeln versehen und wird durch eine Feder in Kontakt mit der Mikrometerschraube gehalten.

In den Figuren ist diese bevorzugte Ausführungsform des neuen Geräts dargestellt.

Figur I zeigt eine Seitenansicht des Dosiergeräts, teilweise im Schnitt, in Dosierposition.

Figur II zeigt eine Seitenansicht des Dosiergeräts, teilweise im Schnitt, in Spülposition.

Figur III zeigt eine Seitenansicht des Zentralrohres mit der als Bajonettverschluß ausgelegten Nut.

Figur IV zeigt eine Ansicht der Klemmhülse von der Seite (a) und von unten bzw. oben (b).

Mit 1 ist das Zentralrohr bezeichnet, 2 ist eine darin eingefräste Nut mit den Endpunkten 3 und 4. 5 ist ein im Zentralrohr angebrachter Kugelschnäpper. 6 ist eine hülsenartige Halterung, 7 eine darin eingelassene Madenschraube und 8 ein an der Halterung 6 befestigter nach innen ragender Stift. 9 i£t eine muldenartige Aushebung, in die der Kugelschnäpper 5 einrasten kann. Mit 10 ist ein Mikrometer bezeichnet und mit 11 dessen in axialer Richtung bewegliche Spindel. 12 ist eine Stoßstange, 13 sind darin an beiden Enden eingelassene gehärtete Kugeln.

709884/0368

14 ist eine Feder, die die Stoßstange 12 gegen die Spindel 11 drückt. 15 ist eine Führungshülse und 16 eine darin befindliche Nut. Mit 17 ist eine Überwurfmutter bezeichnet, mit 18 eine Klemmhülse und mit 19 partielle Einschnitte in der Klemmhülse. 20 ist eine Mikroliterspritze, 21 eine daran befestigte Kolbenführung und ein an der Kolbenführung befestigter, durch die Nut 16 nach außen ragender Handgriff. 23 ist eine Stange zur Befestigung des Geräts.

· Das Zentralrohr (1) ist fest mit der Stange (23) verbunden und kann so leicht z.B. an einem Stativ befestigt werden. Ebenfalls mit dem Zentralrohr (1) fest verbunden ist die Führungshülse (15), in der die Kolbenführung (21) mit Hilfe des durch die Nut (16) nach außen ragenden Handgriffs(22) frei in axialer Richtung bewegt werden kann. Mit Hilfe dieser axialen Bewegung kann die Spritze (20) gefüllt und entleert werden. Die Spritze (20) kann nach Lösen der Überwurfmutter (17) leicht in axialer Richtung verschoben werden, wird jedoch durch Anziehen der Überwurfmutter (17) durch die Klemmhülse (18) in der gewünschten Stellung fixiert. Die Halterung (6), in der das Mikrometer (10) durch die Madenschraube (7) (oder gegebenenfalls mehrere) befestigt ist, ist hülsenartig über das Zentralrohr (1) gestülpt und gegenüber diesem verschiebbar. Das Ausmaß dieser Verschiebung ist jedoch durch den mit der Halterung (6) fest verbundenen Stift (8) beschränkt, der in die als eine Art Bajonettverschluß ausgeführte Nut (2) eingreift. Am unteren (3) und oberen (4) Endpunkt der Nut (2) kann die Halterung (6) durch Drehen, wodurch der Stift (8)]in"die Endstellung (3) oder (4) gezwungen oder geklemmt wird, fixiert werden.

709884/0368

Das Gerät wird wie folgt betrieben: a) Eichen

Die Halterung (6) befindet sich in der Position, daß der Stift (8) im unteren Endpunkt (3) der Nut (2) einrastet. Das Mikrometer (10) wird in die Stellung 0,00 gebracht. Die Spindel (11) und damit auch die durch die Feder (14) gegen die Spindel gedrückte Stoßstange (12) befinden sich dann in der am weitesten der Spritze (20) angenäherten Position. Nachdem die Überwurfmutter .(17) gelöst ist, wird die Spritze (20) solange nach oben verschoben, bis die Kolbenführung (21) gegen die Kugel (13) der Stoßstange (12) stößt und wird dort durch Anziehen der Überwurfmutter (17) fixiert. Dank der gehärteten Kugeln (13) ist dieser Punkt sehr exakt einstellbar.

Nun wird die Mikrometerschraube solange gedreht (wobei sich die Spindel (11) und die Stoßstange (12) in axialer Richtung von der Spritze (20) wegbewegen) bis sich die Kolbenführung (21) soweit nach oben verschieben läßt, daß gerade das Einheitsvolumen der Spritze, z.B. 1,00 ul, an der Spritzenskala angezeigt wird. Durch Ablesen des dann am Mikrometer eingestellten Wertes erhält man die Relational zu mm, z.B. 1,00 JUl entsprechen 48,3 mm.

Ist bei Erreichen des maximalen Meßbereiches des Mikrometers (z.B. 50,00 mm) noch nicht das Ende der Spritzenskala erreicht, so liest man in dieser Position den erreichten Wert an der Spritzenskala ab und erhält auch so die Relationjul zu mm, z.B. 50,00 mm entsprechen 0,975

709884/0368

b) Dosieren

Die Halterung (6) bleibt in der unter a) beschriebenen Stellung. Nachdem die Relation ul zu mm bzw. nl zu mm bekannt ist, kann die gewünschte Volumenmenge an dem Mikrometer 10 eingestellt werden. Das Spiel der Kolbenführung (21) zwischen dem unteren Anschlag an der Spritze (20) und dem oberen Anschlag an der Kugel (13) der Stoßstange (12) ist dann genau so groß, daß die berechnete Volumenmenge durch die axiale Bewegung der Kolbenführung (21) in die Spritze (20) aufgezogen bzw. daraus abgegeben wird. Es kann auf diese Weise das einmal eingestellte Volumen beliebig oft aufgezogen und abgegeben werden. Diese Dosierposition ist in . Figur I dargestellt.

c) Spülen

Soll bei einem Probenwechsel für den dabei notwendig werdenden SpülVorgang das gesamte Spritzenvolumen zur Verfügung gestellt werden, so ist dies durch die erfindungsgemäße Konstruktion möglich, ohne den am Mikrometer eingestellten Wert zu verändern. Es wird dazu lediglich die Halterung (6) mit dem Stift (8). durch leichtes Drehen aus der Arretierung (3) gelöst und nach oben geschoben. Der Stift (8) bewegt sich dabei in der Nut (2). Bei Erreichen des oberen End-■ punktes der Nut (2) wird die Halterung (6) wieder durch leichtes Drehen arretiert, wobei sowohl der Stift (8) in den oberen Endpunkt (4) als auch der Kugelschnapper (5) in die Mulde (9) einrastet. Diese Position ist in Figur II gezeigt. Die Kolbenführung (21) kann unbehindert über die gesamte Länge der Führungshülse (15) bewegt werden.

709884/0368

2632978

Nach Beendigung des Spülens wird die Halterung (6) lediglich wieder in Dosierposition gebracht, so daß der Stift (8) wieder im unteren Endpunkt (3) der Nut (2) einrastet, und man kann dann ohne weitere Manipulation die exakt gleiche Volumenmenge wie vor dem Spülen nunmehr von der neuen Probe abgeben.

Die Funktionsweise der nach den anderen bevorzugten Ausgestaltungsformen gebauten Geräte, bei denen die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht wird, daß Spritze oder Mikrometerschraube schwenkbar oder drehbar oder kippbar angeordnet sind, ist im Prinzip die gleiche wie oben beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen fehlen jedoch einige der oben beschriebenen Teile. So muß man dabei in der Regel auf die Führungshülse verzichten, in der die Kolbenführung bewegt wird. Auch wird dabei in der Regel der Hub des Spritzenkolbens von der Spindel der Mikrometerschraube direkt begrenzt und nicht durch eine dazwischengeschaltete Stoßstange. Der Verzicht auf die Führungshülse kann dabei die Gefahr in sich bergen, daß durch einen unachtsamen Benutzer der sehr empfindliche Spritzenkolben abgeknickt oder verbogen wird. Dies kann bis zur Zerstörung der Spritze führen, ,zumindest kann dadurch, daß der Spritzenkolben nicht mehr genau in der durch Spritze und Mikrometer gebildeten Achse bewegt wird, die Maßgenauigkeit beeinträchtigt werden. Diese Gefahr besteht auch dann, wenn nach dem Spülen das Mikrometer oder die Spritze nicht wieder exakt in die gemeinsame Achse zurückgedreht oder -gekippt oder -geschwenkt werden.

709884/0368

Al 263297α

Diese möglichen Bee-Lnoi-ächtigungen der Maßgenauigkeit sind dann, \fenn nur eine Verschiebung in axialer Richtung erfolgt, in geringerem Maße gegeben. Wenn jedoch die Maßgenauigkeit keine so große Rolle spielt, dagegen eine einfache und preiswerte Lösung gesucht wird, kann eine solche, einfachere Ausführungsform bevorzugt sein.

Die von dem neuen Gerät abzugebenden Volumenmengen sind an sich nicht beschränkt, sondern allein abhängig -vom Volumen der Spritze (20). Da jedoclrzur Abgabe von größeren Volumenmengen hinreichend genaue Geräte bekannt sind, wird das neue Gerät mit Vorteil zur Abgabe von sehr kleinen Volumenmengen benutzt, z.B. solchen im Nanoliterbereich. Als Spritze (20) wird man dann z.B. eine handelsübliche 1 yxl-Spritze benutzen.

Die Maße des neuen Geräts richten sich in erster Linie nach dem verwendeten Spritzentyp. Dabei ist vor allem die Länge des Spritzenkörpers von der Markierung 0,0 μ± bis zur Markierung für das maximale Volumen (d.h. die Skalenlänge) bestimmend, da einmal die Führungshülse

(15) zumindest ebenso lang sein muß, damit die Kolbenführung (21) den maximalen Hub ausführen kann und zum anderen auch die Länge des Zentralrohres (1) darauf abgestimmt sein muß, da die Stoßstange (12) den gleichen Bewegungsspielraum benötigt. Darüber hinaus muß auch die Länge der Nut (2) bzw. der Abstand der beiden Endpunkte 3 und 4 etwa gleich der Skalenlänge sein und schließlich muß auch das Mikrometer (10) so auf die Spritze (20) abgestimmt sein, daß der maximale Meßbereich des Mikrometers (10) etwa gleich der Skalenlänge der Spritze (20) ist.

Geht man davon aus, daß die Skalenlänge einer Mikroliterspritze einige Zentimeter, z.B, 5 bis 6 cm beträgt, so ergibt sich eine Gesamtbaulänge des Geräts von etwa

709884/0368

BAD ORIGINAL

20 cm bzw. mix eingo^o^oei¹ Spritze bis zum Ende der Kanüle von etwa 30 cm.

Als Spritze (20) kann im Prinzip jede handelsübliche Mikroliterspritze verwendet werden. Solche Spritzen sind in Größen von 1 bis 500 ill erhältlich. Bevorzugt wird jedoch eine 1yUl-Spritze verwendet, da hiermit Volumenmengen im Nanoliterbereich dosiert werden können, wie es bei der HPTLC erforderlich ist.

Auch das Mikrometer (10) ist ein handelsübliches Teil, das so ausgesucht wird, daß der Meßbereich etwa mit der Skalenlänge der verwendeten Spritze übereinstimmt.

Die übrigen Teile, wie Zentralrohr (1), Stange (23) und Kolbenführung (21), die nach den in der Beschreibung und Zeichnungen gemachten Angaben leicht hergestellt werden können, sind bevorzugt aus einem rostfreien Edelstahl gefertigt, während Halterung (6), Führungshülse (15) und Überwurfmutter (17) z.B. aus vernickeltem Messing sind. Die Klemmhülse (18) dagegen ist aus einem Kunststoff, vorzugsweise PVC. Die Stoßstange (12) selbst kann aus Messing hergestellt sein, die an den beiden Enden angebrachten Kugeln (13) sind jedoch vorzugsweise aus gehärtetem Edelstahl.

Aus den Angaben in der Beschreibung und der in den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausgestaltungsform kann der Fachmann leicht Herstellung und Funktionsweise des erfindungsgemäßen Gerätes entnehmen.

BAD ORIGlMAL 709884/0368

Durch die Erfindung steht somit ein Gerät zur Verfügung, das es erlaubt, bestimmte variierbare Volumenmengen vor allem auch im Nanoliterbereich mit reproduzierbarer Genauigkeit wiederholt abzugeben, und das es darüber hinaus erlaubt, für einen beim Probenwechsel notwendig werdenden Spülvorgang das Gesamtabgabevolumen des Geräts zur Verfügung zu stellen, ohne den einmal exakt eingestellten Abgabewert verändern zu müssen.

Überraschenderweise wurde dabei gefunden, daß nach dem Spülvorgang das vorher eingestellte Abgabevolumen wieder exakt erreicht wird, obwohl zwischenzeitlich beliebig große Volumina in die Spritze aufgezogen und daraus abgegeben werden können und obwohl die Umstellung von der Dosier- in die Spülposition und umgekehrt sehr einfach und schnell mit nur einem Handgriff erfolgt.

709884/0368

© e r s €

Claims

263297Q Patentansprüche:

1. Gerät zur wiederholten, reproduzierbaren Abgabe von bestimmten variierbaren Volumenmengen, im wesentlichen bestehend aus

b) einer Mikrometerschraube, die fest mit einer Halterung verbunden ist,

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzkolbens dadurch ermöglicht wird, daß Spritze oder Mikrometerschraube aus der in Dosierposition gemeinsamen Achse ausgeschwenkt werden kann, wobei jedoch die Achsen von Mikrometer und Spritze stets parallel zueinander angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht wird, daß Mikrometer oder Spritze dreh- oder kippbar angeordnet sind, wobei zwischen den Achsen von Mikrometer und Spritze ein Winkel

von mindestens 20 bis 30° gebildet wird.

709884/0368

t 263297Q

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnutzung des maximalen Hubs des Spritzenkolbens dadurch ermöglicht wird, daß die Mikrometerschraube in der gemeinsamen Achse mit der Spritze verschoben werden kann, wobei die Endpunkte dieser Verschiebungsstrecke genau fixiert sind,

5. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß

c) die Führungshülse (15) fest mit einem Zentralrohr (1) verbunden ist, das eine durch die Mikrometerschraube (10) verschiebbare, bewegliche Stoßstange (12) enthält und

6. Gerät nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endpunkte der Verschiebungsstrecke der Halterung (6) gegenüber dem Zentralrohr (1) durch einen Bajonettverschluß fixiert sind.

709884/0368

7. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Endpunkt der Verschiebungsstrecke der Halterung (6) gegenüber dem Zentralrohr (1) in Spülstellung zusätzlich durch einen Kugelschnäpper (5) fixiert ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstange (12) durch eine Feder (14) in Kontakt mit der Mikrometerschraube (10) gehalten wird.

9. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstange (12) an beiden Enden mit gehärteten Kugeln (13) versehen ist.

709884/0368