DE2835362C3 - Vorrichtung zur Konditionierung einer Flüssigkeit in Analysezellen - Google Patents

Vorrichtung zur Konditionierung einer Flüssigkeit in Analysezellen

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    • G—PHYSICS
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    • B04B2005/0478—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation with filters in the separation chamber

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konditionierung einer Flüssigkeit in zahlreiche auf dem Umfang eines Kreises angeordnete Analysezellen aus einem zentralen Reservoir mithilfe der Zentrifugalkraft, bei der die Zellen je eine Öffnung zum Füllen und je eine Luftausirittsöffnung besitzen.
Aus der DFOS 22 00 730 oder der FR-OS 22 80 895 sind für bakteriologische Untersuchungen scheibenförmige Vorrichtungen bekannt, in d Tien von einem zentralen Reservoir aus die zu beobachtende bakteriologische Suspension über radiale, die Funktion geeichter Pipetten erfüllende Kanäle und eine kapillare Verengung in ein optisches Gefäß gelangt, das in lyophilisierter oder getrockneter Form eine Kultur und ein Antibiotikum enth.ilt. Im Betrieb sind zuerst das zentrale Reservoir und die Kanäle statisch gefüllt, wobei das Volumen jedes Kanals bis hin /ur Einengung der Größe nach geeicht ist. Dann werden gleichzeitig alle radialen Kanäle gegen das Reservoir hin verschlossen, und schließlich bewirkt eine schnelle Drehung der Vorrichtung die Übertragung des Kanalinhalts in das zugeordnete optische Gefäß, da erst die Zentrifugalkraft den Durchtritt der Flüssigkeit durch die Verengunp ermöglicht.
Will man solche Vorrichtungen nicht nur für bakteriologische, sondern für klassische Analyseuntcr suchungen von Flüssigkeiten einsetzen, so besteht das Bedürfnis, die Vorrichtung zu verkleinern. I lier ergeben sich jedoch Grenzen durch die geeichten radialen Kanäle und die Abmessungen der Verengungen. Für ein Taschengerät wäre eine noch weitergehende Verkleinerung der Konditioniervorrichtung wünschenswert, beU spiclsweise auf einen Schcibendurchmcssef von 4 crri. In dieser Größenordnung lassen sich jedoch keine radialen geeichten Kanäle mit hinreichender Genauigkeit mehr herstellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
Konditionierung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine wesentliche Verkleinerung der Vorrichtung möglich ist, wobei auf eine einfache und für die Herstellung in Serie geeignete Konzeption Wert gelegt wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Nachfolgend »vird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mithüfe der Zeichnungen näher erläutert
Fi g. 1 zeigt einen Blick auf eine teils aufgeschnittene erfindungsgemäße Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang den Linien 11-11 in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine teilgeschnittene Perspektivansicht der Vorrichtung aus F i g. 1.
F i g. 4 zeigt einen Blick zwischen Körper und Deckel einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 5 zeigt teilweise aufgeschnitten eine weitere erfindüRgsgeniäße Vorrichtung.
Fig.6 zeigt einen Schnitt durch die Voirichtung gemäß F i g. 5 entlang der Linien VI-VI, und
Fig. 7 zeigt in Explosionsdarstellung eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Vorrichtung gemäß den F i g. 1 bis 3 besitzt zahlreiche, auf dem Umfang eines Kreises angeordnete Analysierzellen 1, die der Größe nach gemäß der gewünschten Flüssigkeitsmenge geeicht sind. Diese Analysierzellen sollen aus einem zentralen Reservoir 2 mit Flüssigkeit versorgt werden Im Betrieb enthält jede der Zellen ein nicht dargestelltes, besonderes Reaktionsprodukt, beispielsweise in Form einer lyophilisierten bzw. getrockneten Haut. Das Reservoir 2 wird im Betrieb mit der zu analysierenden Flüssigkeit 3 (F i g. 2) über eine zentrale Öffnung im Deckel 13 gefüllt.
Gemäß dem Grundprinzip der Erfindung werden die Analysierzellen ganz mit der Flüssigkeit durch Zentrifugieren der Vorrichtung gefüllt, wobei die Luft aus den Zellen entweicht. So dienen die Zellen nicht nur der Analyse und optischen Ablesung des Analyseresultats, sondern auch der Eichung der Flüssigkeitsmenge. Dabei wird jedes Ausfließen des Zelleninhalts oder Vermischen des Inhalts benachbarter Zellen vermieden.
Die Flüssigkeit gelangt zuerst von dem Reservoir 2 über eine Öfinung 10 in eine radiale Leitung 8. welche über eine enge Öffnung 5 an den achsfernen Bereich der Zelle 1 angeschlossen ist. Die in der Zelle befindliche Luft entweicht über eine enge Öffnung 6 im achsnahen Bereich der /eile in Richtung auf das Reservoir 2. Die Weite der öffnungen 5 und 6 ist so gewählt, daß die Flüssigkeit in der gefüllten /.eile bleibt, auch wenn die Rotation der Vorrichtung um die Drehachse 7 beendet wird.
Wenn dagegen die Vorrichtung schnell zentrifugiert wird, dann drückt die Flüssigkeit heftig gegen die öffnungen 6 und 10. Der Flüssigkeitsanteil, der vor der Öffnung 10 liegt, gelangt durch die l.cituüg 8 bis zur kapillaren öffnung 5 Wegen des größeren radialen Achsabstaruls der öffnung 5 bezüglich der öffnung 6 ist der Flüssigkeitsdruck an der öffnung 5 deutlich größer als an der öffnung 6. Daher wird die in der Zelle 1 befindliche Luft durch die Öffnung 6 während des Zentrifugieren hinausgedrückt. Der Füllvorgang endet erst, wenn die Zelle Vollständig gefüllt ist und Druckausgleich zu beiden Seilen der Öffnung 6 entstanden ist. Der im Reservoir verbliebene Teil der
Flüssigkeit drückt dann gegen die öffnungen 6 und 10, solange das Zentrifugieren andauert. Flüssigkeit, die einmal in eine Zelle 1 gelangt ist, kann diese nicht mehr verlassen und zwar während des Zentrifugieren aufgrund der Zentrifugalkraft und danach durch die an den Rändern der öffnungen 5 und 6 wirksame Kapillarkraft Dieser gewünschte Effekt wird dann besonders deutlich, wenn die Öffnung 5 in der Nähe der Rückwand 12 der Zelle angeordnet ist Wie die Fig. 1 zeigt, besitzt die Leitung 8 im wesentlichen eine L-Form und ist im wesentlichen radial ausgerichtet Alternativ könnte die Leitung auch T-förmig sein und gleichzeitig zwei benachbarte Zellen versorgen. Besonders leicht iäßt sich diese Leitung 8 herstellen, indem man die Vorrichtung aus einem Grundkörper und einem Deckel 13 herstellt, und in die Oberseite des Grundkörpers in dem zwischen den Zellen 1 befindlichen Bereich 9 oder in die Unterseite des Deckels 13 Rillen eingraviert. Gleiches gilt für die öffnung 6, für die es besonders günstig ist, wenn sie verhältnismäßig hoch liegt. Dieses Prinzip kommt noch besser zum .usdruck in der Variante der erfindungsgemäßen Vun'ii'htung genieu F i g. 4, aus der zu erkennen ist. daß die achsnächste Wand 11 der Zelle höher emporragt als die übrigen Zellenwände. Demgemäß ist der Deckel 14. der in dieser Figur v^n unten sichtbar ist, mit entsprechenden Wölbungen für jede Zelle versehen. Die kapillare öffnung 6 ist als schmaler Einschnitt im höchsten Bereich der Wand 11 ausgebildet. Die Breite der kapillaren öffnungen 5 und 6 liegt in eier Groiieiiord nung von einigen hundertste! Millimeter.
Für die beiden bisher erläuterten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das zentrale Reser voir mit einem Boden 15 versehen, dessen Randbereich tellerartig erhöht ist und dessen Zentralbereich ebenfalls nach oben gev/ölbt ist. so daß sich eine wirksamere Zentrifugierung der Flüssigkeit ergibt. Der Deckel 13 bzw. 14 verschließt gleichzeitig sämtliche Zellen 1 und wölbt sich über dem zentralem Reservoir konisch oder kuppelartig, wodurch die Flüssigkeit beim Zentrifugieren besonders wirksam gegen die Zellenwän je 11 gedrückt wird.
Will man eine Flüssigkeit analysieren, die feste Teilchen in Suspension enthält, wie z. B. Blut oder Abwasser, dann ist es nützlich, einen Filterstoff zwischen dem zentralen Reservoir und den peripheren geeichten Zellen vorzusehen.
Solche Vorrichtungen mit Filtern sind in den F ι g. 5 bis 7 dargestellt. Die in den F i g. 5 und 6 gezeigte Vorrichtung ähnelt in wesentlichen Teilen den bereits anhand der F i g. 1 bis 4 erläuterten Vorrichtungen, so daß gleiche Bezugszeichen für funktionsgleiche Teile in den verschiedenen Figuren verwendet sind.
Das zentrale Reservoir 2 wird hier durch ein filterndes Rohrstück 20 in das eigentliche zentrale Reservoir 21 und einen Ringraum unterteilt. Die Porosität dieses Rohrstücks 20 ist so gewählt, daß die Festkörperteilchen bei der Zentrifugierung um die Achse 7 der Vorrichtung im Filter zurückgehalten werden Diese Figur zeigt auch radiale Rippen 22. die am Boden 15 im Inneren des Reservoirs 21 befestigt sind und die Mitnahme der Flüssigkeit bei der Drehung der Vorrichtung erleichtern.
Die zu analysierende Flüssigkeit wird also durch eine Öfinung 4 im Deckel 13 (F i g. 5 und 6) bzw. 14 (F i g. 7) eingefüllt. Durch die R/ppen 22 wird die Flüssigkeit bei der Rotation der Vorrichtung mitgenommen und gegefi die Wandung des Rohres 20 gedruckt Die gefilterte
Flüssigkeit gelangt dann gegen die Wände 11 der Zellen 1 und füllt wie beschrieben die Zellen auf.
Als Material des Filterrohrs wird beispielsweise Asbest oder Zelluloseester verwendet Statt eines Rohrstücks 20 könnte der Filterstoff auch in Höhe der Leitungen 8 angeordnet sein und als Gel oder in einer anderen geeigneten Form vorliegen.
Der Boden 15 ist auf der Unterseite mit einem Stutzen versehen. Über diesen Stutzen 16 wird die Vorrichtung von Hand oder über einen Motor angetrieben. Wie F i g. 2 und F i g. 6 erkennen lassen, ist der Stutzen 16 im Vergleich zur Öffnung 4 im Deckel so dimensioniert, daß sich die Vorrichtungen sauber stapeln lassen.
Unterteil und Deckel werden getrennt nach der Hochdruckgußtechnik hergestellt und dann mittels
ι Hochfrequenz oder einem anderen Mittel verschweißt oder verklebt. Indem Zumindest einzelne Bereiche der Zellenwände aus transparentem Material hergestellt werden, lassen sich leicht optische Ablesemittel des Reäkliohsergebnisses sowie Mittel zur Anzeige dieses
ίο Ergebnisses der Vorrichtung unmittelbar zuordnen.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    I. Vorrichtung zur Konditionierung einer Flüssigkeit in zahlreiche auf dem Umfang eines Kreises angeordnete Analysezellen aus einem zentralen Reservoir mithilfe der Zentrifugalkraft, bei der die Zellen je eine Öffnung zum Füllen und je eine Luftaustrittsöffnung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (1) ihrer Größe nach gemäß der gewünschten Flüssigkeitsmenge geeicht sind und daß die beiden Öffnungen (5, 6) jeder Zelle (1) zum Reservoir (2) hin führen, wobei die Luftaustrittsöffnung (6) der Drehachse (7) wesentlich näher liegt als die andere öffnung (5) und beide öffnungen (5, 6) so klein sind, daß die Flüssigkeit ohne Zentrifugalkraft nicht durch sie hindurchtritt.
    Z Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (8) mit im Verhältnis zu den öffnungen (5, 6) großem Querschnitt das Reservoir (2) ."iit der achsfernen öffnung (5) jeder Zelle (1) verbindet.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die achslerne Öffnung (5) in einem achsfernen Bereich der radialen Zellenwand jeder ZeIIe(I) liegt.
    4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (8) im wesentlichen die Form eines L besitzt und einen radialen Leitungsbereich großer Länge aufweist.
    5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung im wesentlichen die Form eines T besitzt und zwei benachbarte Zellen versorgt, wobei ein radialer Leitungsbereich großer Länge vorliegt.
    6. Vorrichtung nach einem der / nsprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (8) durch eine Rinne in der oberen Fläche des Vorrichtungskörpers in Verbindung mit der glatten Unlerfläche eines Deckels (13), der alle Zellen gemeinsam verschließt, gebildet wird.
    7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet daß die Leitung (8) durch eine Rinne in der Unterseite eines alle Zellen gemeinsam verschließenden Deckels in Verbindung mit der glatten Oberfläche des Vorrichtungskörpers gebildet wird.
    8 Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die achsnähere öffnung (6) jeder Zelle (1) in der achsnächsten Wand (II) der Zelle angebracht ist
    *). Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse senkrecht liegt und die achsnäheren Öffnungen (6) aller Zellen (1) am oberen Rand der achsnächsten Wand (11) jeder Zelle angeordnet ist.
    IC. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9. dadurch gekennzeichnet, daß die achsnächste Wand (11) jeder Zelle (1) eine größere Höhe aufweist iils die ihr gegenüberliegende achsferne Wand.
    II. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis löj dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Reservoir (2) einen radial ansteigenden Böden (15) aufweist und daß der die Zellen verschließende Deckeil (13, 14) auch dieses Reservoir überwölbt und im Achsbereich eine Einfüllöffnung (4) aufweist.
    12. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch
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    gekennzeichnet, daß der zentrale Deckelbereich nach außen gewölbt ist
    13. Verrichtung nach einem der Ansprüche 11 und
    12, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) des Reservoirs eine zentrale Erhöhung aufweist.
    14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis
    13, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (15) des Reservoirs mit radialen Rippen (22) versehen ist.
    15. Verrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zentralen Reservoir und den einzelnen Zellen ein Filterstoff (20) angeordnet ist.
    16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstoff die Form eines zur Drehachse koaxialen Rohrstücks aufweist, das das zentrale Reservoir nach außen begrenzt.
    17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterstoff im Bereich der Leitung (8) angeordnet ist.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 und 17. dadurch gekennzeichnet, daß als Filterstoff ein Gel, ein Zelluloseesier oder Asbest verwendet wird.
    19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Zellen Analysestoffe vorgesehen sind, und daß optische Lesemittel und Mittel zur Anzeige des Analyseresultats vorgesehen sind.
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