DE2914379A1

DE2914379A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln von chargen von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2914379A1
Application number: DE19792914379
Authority: DE
Inventors: Niilo Kaartinen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-10
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1979-10-18
Also published as: CH641580A5; DK153969C; IT7912543A0; GB2019995B; NO791194L; FR2422884B1; DE2914379C2; AU4599079A; US4269212A; DK153969B; AU521891B2; GB2019995A; NO152817B; IT1124038B; BR7902183A; NO152817C; SE7903152L; FR2422884A1; NL7902804A; DK146979A

Description

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Anwaltsakte; P Kyi Niilo Kaartinen,

Kennwort: "Flüssigkeitstransport" 21620 Kuusisto/ FINNLAND

Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Chargen von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Behandlung von Chargen von Flüssigkeiten, wobei die Flüssigkeit mit Hilfe eines Differenzdruckes von einem Raum zu einem anderen gefördert wird, und wobei das Unterbrechen des Durchflusses mittels Unterkühlung vorgenommen wird, so daß die Ströraungs mit ihrem Erstarren (Einfrieren) abgestoppt wird.

Die Strömung von Flüssigkeiten wird in Leitungen im allgemeinen mittels Ventilen, Hähnen und anderen Absperrorganen vorgenommen. Herkömmliche Absperrmittel werden entweder von Hand oder mechanisch betätigt und umfassen bewegliche Teile, die den Weg der Flüssigkeitsströmung absperren. Derartige

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Absperrmittel haben jedoch den Nachteil« daß Dichtungsschwierigkeiten an den zwischen den Einzelelementen verbleibenden Spalten auftreten. Darüber hinaus erschwert das Eintreten von Flüssigkeit in diese Spalten die Reinhaltung der Absperrorgane. Dies ist insbesondere dann nachteilig« wenn verschiedene Flüssigkeiten durch ein und dasselbe Ventil hindurchgeleitet werden müssen.

Die genannten Nachteile wurden bei jenen Ventilarten vermieden« deren Arbeitsweise auf dem Einfrieren der Flüssigkeit innerhalb der Leitung im Bereich des Absperrventiles beruht. Ventile dieser Art, die keinerlei mit der Flüssigkeit in Berührung gelangende« bewegliche Teile aufweisen, wurden für die besonderen Bedürfnisse gSiiieser Verfahrensindustrien entwickelt. Das Kühlen der Plüübl;v^eii wird in diesen Absperrorganen mit Hilfe eines außerhalb üei- Rohrleitung angeordneten Kühlers vorgenommen, der beispielsweise mit einem geeigneten Kühlmittel arbeiten kann. Die Anwendung dieser Absperrorgane ist jedoch durch den Umstand beschränkt« daß diese sehr groß in ihren Abmessungen, nicht einfach in der Bedienung, und langsam in ihrer Betriebswelse sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« ein Verfahren zu schaffen« das zwar auf dem Prinzip beruht, einen Ventilschluß durch Einfrieren herbeizuführen, wobei jedoch Chargen oder Portionen von Flüssigkeit wirksam ohne die obengenannten Nachteile gehandhabt werden können. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Chargen in einem System behandelt werden, das aus Speicher- oder Behandlungsvolumina sowie aus diese miteinander verbindenden Rohrleitungen besteht, wobei die Rohrleitung zwischen zwei gegebenen Volumina wenigstens einen Ventilpunkt aufweist, der mit einem KUhlaggregat kommuniziert, wobei ferner die Leitung .einfrierbar ist, um an diesem Punkte abzusperren, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil mit einem elektrisch geregelten Heizelement ausgestattet 1st, mit dessen Hilfe das Ventil durch Temperatursteigerung auf einen über dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit liegenden Punkt geöffnet werden

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kann, daß ferner eine PlUssigkeits-Charge in ein gegebenes Volumen des Systemes dadurch geleitet wird, daß die Ventile auf dem Fließweg der Flüssigkeit geöffnet werden, und daß das Einschließen der Flüssigkeit in dem genannten Volumen oder Raum durch Ausschalten des Heizens der Ventile in den Leitungen für das in Rede stehende Volumen erfolgt, wobei die Flüssigkeit an den genannten Ventilen einfrieren kann. Das Ausrüsten des Ventiles mit einem elektrisch regelbaren Heizelement versetzt das Kühlaggregat in die Lage, kontinuierlich arbeiten zu können. Das Offnen und Schließen des Ventils wird ganz einfach mit Hilfe eines elektrischen Regelsignales durchgeführt,und auf diese Weise wird die Arbeltswelse des Ventiles in hohem Maße zuverlässig. Darüber hinaus geht das Einfrleren der Flüssigkeit im Ventil nach dem Abschalten der Heizung außerordentlich schnell vor sich, da die Umgebung des Ventils ja bereits unterkühlt ist. Da das Verfahren gemäß der Erfindung zum Manipulieren von Flüssigkeits-Chargen im wesentlichen auf dem öffnen und Schließen von Ventilen in den Rohrleitungen beruht, erlaubt das elektrische Regeln (oder Steuern) der Ventiltätigkeit, daß das derartige Behandlungssystem automatisch arbeitend gestaltet werden kann.

Die Überführung einer Charge von Flüssigkeit von einem Volumen (Raum) zu einem anderen wird in dem erfindungsgemHßen Verfahren vorteilhafterweise dadurch ausgeführt, daß der überfUhrweg aus Leitungen und/oder Volumina besteht, die zunächst wenigstens teilweise frei von Flüssigkeit sind; sofern Flüssigkeit überführt wird, wird der Flüssigkeitsstrom durch vorausgegangenes Einfrleren des Ventiles am Absperrpunkt eingefroren, wobei die Flüssigkeit* die am Ventil ankommt, unverzüglich einfriert und die Leitung absperrt. Ein derartiges Ventil, das die an ihm ankommende Flüssigkeitsströmung absperrt, ist derart gestaltet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit nierin wirksam abgesenkt wird. Es muß gleichzeitig derart eng in einer Dimension sein, daß sein "Durch- und Durch-Frieren" (d.h· sein Frieren bis zum Kern der Flüssigkeitsströmung hin) unverzüglich

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stattfindet* So sollte beispielsweise die Abmessung des Ventiles bei der Behandlung von wässrigen Flüssigkeiten weniger als 0,5 nun betragen. Am besten verwendet man Ventile mit dem sehr kleinen Durchtrittsquerschnitt von 0.05 bis 0,1 mm. Abweichend von Standardventilen hat ein enges Ventil dieser Art drei funktionale Stadien: Es ist entweder ganz auf, wenn das Heizelement in Betrieb ist, oder für Gasströmung nur dann geöffnet, wenn das Heizelement abgeschaltet ist, oder völlig geöffnet, wenn die Flüssigkeit im Ventil eingefroren ist. Ein enges Ventil hat die weiteren Vorteile geringen Energiebedarfes sowie geringen Bedarfes an totem Raum und kleiner Abmessungen. Alle diese Vorteile lassen es gut geeignet erscheinen für die Behandlung kleinster Quanten von Flüssigkeiten. Es sie Jedoch vermerkt, daß sämtliche Ventile bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehandlungssystem auf gar keinen Fall dynamisch schließende Ventile sein dürfen von jener Art, die zuvor beschrieben wurden* Ihre Anwendung kann beschränkt bleiben auf jene Punkte, bei welchen ein rasches Absperren des Flüssigkeitsflusses erwünscht ist.

Ein grundlegender Verfahrensschritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 1st das Abgeben eines Flüssigkeitsquantums gegebener Größe in irgendeinen der Volumina (Räume), die dem System angehören, und sodann sein Transport in dieses System. Dies wird beispielsweise dann vorgenommen, wenn Flüssigkeit in einem gegebenen Verhältnis mit einer anderen Flüssigkeit gemischt wird. In diesem Falle wird die zweite Flüssigkeit zum Transport der abgegebenen Flüssigkeitsmenge ausgenutzt, indem man sie (d.h. die zweite Flüssigkeit) das erstgenannte Flüssigkeitsquantum vor sich herschieben läßt von dem abgebenden Raum zu dem Mischraum, der stromabwärts angeordnet ist. Diese einfache Ausführungsart dieser Operationen beinhaltet doch eine Reihe von Fehlerquellen, die Ungenau!gkeiten bei der quantitativen Behandlung von Flüssigkeiten nach sich ziehen kann. Da das erfindungsgeraäße Verfahren insbesondere zur Behandlung von sehr kleinen Flüssigkeitsquanten ge/eignet 1st, sind die Querschnitte der

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bei dem System verwendeten Leitungen von annähernd kapillaren Dimensionen* Demzufolge bilden sich insbesondere auf konkaven Flächen der Rohrleitungen aufgrund der Kapillarkräfte FlüssigkeitsrUckstände. Diese verringern das Volumen der nachfolgend in derselben Rohrleitung zu transportierenden Flüssigkeits-Charge und führen damit zu ungenauer Dosierung. Der Flüssigkeitsrückstand kann weiterhin gelöste Komponenten hoher Konzentration beinhalten und damit einen hohen Fehler dann zur Folge haben, wenn dieser Rückstand mit der nachfolgenden FlUssigkeits-Charge vermischt wird, in welcher der Gehalt der betroffenen Komponente gering ist. Weitere Fehler können durch den Umstand eingeführt werden, daß eine der zu behandelnden Flüssigkeiten ständigen Wandlungen beim Frieren in den Ventilen der Leitungen unterliegt. Werden diese Ventile später geöffnet, so werden diese genannten Flüssigkeitsdosen, welche bis zur Unbrauchbarkeit sich verändert haben können, zu nachfolgenden Behandlungsstationen weitergeschleppt. Alle diese potentiellen Fehlerquellen können wie folgt ausgeschaltet werden: Das Abgeben eines FlUssigkeitsquantums im System in ein erstes Volumen und seine überführung durch eine Verbindungsleitung in ein im System nachgeschaltetes zweites Volumen durch eine Eingangsleitung, die mit dem genannten ersten Volumen verbunden und durch die Strömung angetrieben ist, wird dadurch bewirkt, daß die Eingangsleitung und die Verbindungsleitung und das dazwischen befindliche erste Volumen zunächst mit einer Hilfsflüssigkeit gefüllt, und die Ventile in Eingangs- und Verbindungsleitung geschlossen werden, daß sodann das genannte erste Volumen von der Hilfsflüssigkeit durch Hilfsleitungen, die mit den Ventilen verbunden sind, geleert wird, daß es mit der abzugebenden Flüssigkeit gefüllt wird und daß die Ventile in den Hilfsleitungen abgesperrt werden, und daß schließlich die Ventile in der Eingangs- und in der Verbindungsleitung geöffnet werden, wobei das Flüssigkeitsquantum, das in das erste Volumen abgegeben wurde« in das genannte zweite Volumen überführt wird.

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Das Vermeiden von Fehlern in einem Abgabeprozeß gemäß der vorbeschriebenen Methode beruht im wesentlichen auf der Anwendung einer Hilfsflüssigkeit und von Hilfsleitungen, die an diejenige Leitung angeschlossen sind, die aus der Eingangs- und Verbindungsleitung besteht. So werden beispielsweise auf Flüssigkeitsrückstände zurückgehende Fehler dadurch vermieden, daß das zum Abgeben verwendete Volumen vor dem Verfahrensschritt des Abgebens durch die Hilfsleitungen gereinigt und getrocknet wird.

Das Reinigen kann zu Beginn durch ein Spülen weiterhin beschleunigt werden. Hierzu kann zunächst ein Volumen mit einer flüchtigen Flüssigkeit verwendet werden, die dann mit Hilfe der Gasströmung evaporiert wird. Das Reinigen und Trocknen des Volumens wie auch sein Füllen mit der Flüssigkeits-Charge, die abgegeben werden soll, kann völlig unabhängig von dem gleichzeitig in anderen Bereichen des Systems ablaufenden Vorgang ausgeführt werden. Die einzelnen Verfahrensschritte werden hierdurch wesentlich beschleunigt. Die Flüssigkeits-Charge, die abgegeben werden soll, wird in das Volumen nach der Trocknungsphase durch die Hilfsleitungen eingeführt, und das in der Leitung vorhandene Ventil, das als Ausgangsweg dient, schließt dynamisch, nach dem Füllen des Volumens» Die Abwandlungen, die möglicherweise beim Grad des Füllens dieses Ventiles auftreten können, wie auch die möglichen Verschlechterungen der gefrorenen Flüssigkeit, sind ohne Bedeutung, da&Le in den Ventilen gefrorene Flüssigkeit bei der weiteren Behandlung der Flüssigkeits-Charge nicht länger eingeschlossen 1st. Als Hilfsflüssigkeit kann wiederum eine geeignete Anti-Gefrier-Flüssigkeit ausgewählt werden. Insbesondere kann als Hilfsflüssigkeit ein Lösungsmittel benutzt werden, das eine Komponente des abzugebenden Flüssigkeitequantums 1st, wobei eine Zumischung der Hilfsflüssigkeit zum Flüssigkeitsquantum keinen Nachteil verursacht· Um daa Handhaben der Flüssigkeiten im System voll und ganz in den Griff zu bekommen, ist es vorteilhaft, die Abgabe des Flüssigkeits-

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quantums durch einen Mechanismus zu überwachen, der unabhängig vom Betrieb der Ventile ist. Ein derartiger Mechanismus besteht aus einem Durchfluß- oder einem Differentialdruck-Meßkreis, der an die Rohrleitungen angeschlossen ist und der beispielsweise mit Hilfe von druckempfindlichen piezoresistiven Elementen, die in den Leitungen montiert sind, ausgeführt vrird. Das Voranschreiteri des Flüssigkeitsquantums im System kann auf der Grundlage der aus einem solchen Meßkreis abgegebenen Signale überwacht werden und die Ankunft des Flüssigkeitsquantums kann mit Sicherheit ermittelt werden, bevor man zum nächsten Verfahrensschritt übergeht.

Das überwachen des Handhabungssystems kann weiterhin verfeinert werden durch Beobachten des Arbeitens des einzelnen Ventiles mit Hilfe der diesem zugeordneten Betriebszustands-Meßkreisen. Sobald dies geschehen ist und während der Übergang von Flüssigkeiten in beschriebener Welse überwacht wird, erhält man ständige Informationen über das Geschehen in Jedem Bereich des Systems; Jegliche Störungen, die irgendwo auftreten können, werden somit augenblicklich erfaßbar.

Sowohl im Hinblick auf die Überwachung des Systemes wie auch auf die überwachung der Verwendung als Heizelemente in den Ventilen ist es vorteilhaft, elektrische Widerstände einzusetzen. Das Kühlen der Leitungen zum Zwecke des Abschliessens wird durch Unterbrechen des durch die Widerstände hindurchtretenden elektrischen Stromes vorgenommen. Besteht der Widerstand aus Thermistorverbindungen, so läßt sich der Ventil-Arbeitsablauf durch Ausnutzung der Thermistoreigenschaften des Widerstandes überwachen. In der Praxis wird das Überwachen durch Beobachten des Widerstandswertes des Widerstandes mit Hilfe derart geringer Spannungen durchgeführt, die keinen erheblichen Einfluß auf die Temperatur des Ventils selbst hat. Es ist andererseits auch möglich, die Ventile mit getrennten Sensorelementen auszurüsten, die Informationen bezüglich Veränderungen liefern, welche im Betriebszustand des Ventils auftreten. In jedem Falle kann die

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überwachung auf elelctronische Weise vorgenommen werden, so daß sie keinerlei Einfluß auf den mechanischen Aufbau des Behandlungssystemes selbst hat.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Gerät zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein integrales System umfaßt, welches aus Lager- und Behandlungsvolumina sowie aus diese miteinander verbindenden Leitungen besteht; dabei umfaßt jede Leitung zwischen zwei Volumina wenigstens einen Ventilpunkt, der mit einem Kühlaggregat in Verbindung steht, so daß die Leitung durch die darin vorhandene Flüssigkeit zum Zwecke des Schliessens gekühlt werden kann; ferner ist hierbei ein elektrisch regelbares Heizelement vorgesehen, durch welches das Ventil geöffnet werden kann, und zwar durch Anheben seiner Temperatur auf einen Wert, der über dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit liegt. Es ist ferner möglich, die verschiedenen Ausführungsforraen des Systemes durch entsprechend weiteres Ausbauen und Verändern des Gerätes in die Tat umzusetzen. So lassen sich z.B. im Hinblick auf das besonders rasche Absperren eines im System voranschreitenden FlUssigkeitsstromes Ventile verwenden, deren Durchflußquerschnitte wenigstens in einer Richtung derart eng bemessen sind, daß die am leeren, vorgekühlten Ventil ankommende Flüssigkeit augenblicklich einfriert. Es ist ferner im Hinblick auf die Regelung und überwachung der Arbeitsweise des Systemes vorteilhaft, als Heizelemente für die Ventile elektrische Widerstände einzusetzen und die Ventile und Leitungen mit Meßkreisen auszustatten, duroh welche die Behandlungsoperationen in den verschiedenen Bereichen des Systemes kontinuierlich verfolgt werden können.

Eine besonders vorteilhafte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Gerätes besteht darin, daß die Ventile unter Verwendung von Komponenten gebildet wurden, welche Filmwiderstände aufweisen, so daß verschiedene Ventile, die zu dem System gehören, mit Hilfe einer einzigen Komponente gebildet werden. Derartige

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Ventile haben vorzugsweise sehr geringe Abmessungen, wobei große Anzahlen derartiger Ventile auf geringstem Raum untergebracht werden können. Da weiterhin blättchenförmige Komponenten» welche Widerstände enthalten, billig in der Herstellung sind, sind der Verwendung derartiger Ventile auch vom Preis her keinerlei Grenzen gesetzt. So wird z.B. der Preis eines einzelnen Ventiles je nach Größe nur zwischen einem Zehntel und einem Tausendstel des Preises eines entsprechenden Magnetventiles liegen. Es ist daher bei Verwendung von Widerstände enthaltenden Komponenten möglich, sogar vergleichsweise komplexe Geräteteile zu bauen, die mit kleinen Flüssigkeitsquanten arbeiten, und die als kompakte Einheiten ohne irgendwelche beweglichen Teile ausgeführt sind und ausschließlich auf elektrische Regelung basierend .arbeiten.

In der Praxis kann das Vorsehen von Ventilen in den Rohrleitungen unter Zuhilfenahme von Widerstände umfassenden Komponenten dadurch verwirklicht werden, daß die Komponente gegen eine Außenfläche hin angeordnet ist, wobei die Ventile zwischen dieser Außenfläche und den Widerständen in der Komponente gebildet werden. Die andere Seite der Komponenten ist in diesem Falle an das KUhlaggregat angeschlossen, das auf einem Temperaturwert gehalten werden kann, der während der gesamten Zeit unter dem Gefrierpunkt der zu handhabenden Flüssigkeit liegt. Sobald sich dann der zwischen der Fläche und der Komponente vorhandene Spalt mit Flüssigkeit füllt» werden die Ventilpunkte automatisch gegenüber den Widerständen gebildet, während die Spalte zwischen den Widerständen ständig einfrieren.

Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät wenigstens eine Einheit umfaßt, die aus Lager- oder Behandlungsvolumina besteht« wobei die Volumina parallelgeschaltet sind durch deren Zusammenschalten unter Verwendung von Verbindungsleitungen zwischen zwei parallelen Hauptleitungen, und wobei jede

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Verbindungsleitung mit einem Ventil ausgerüstet ist. Eine derartige Anlage kann zur Speicherung von Flüssigkeitsquanten verwendet werdenj da die Ventile mangels beweglicher Teile extrem klein gestaltet werden können, lassen sich derartige Einheiten als kompakte Batterien von Zellen bauen, die außerordentlich große Anzahlen von kleinen Lagervolumina identischer Größe umfassen. So kann das Gerät ein großes Probenregister umfassen, von dem aus Jedes gewünschte #lüssigkeitsquantum für jede gewünschte Behandlung entnommen werden kann. Die aus Speichervolumina zusammengesetzten Einheiten können z.B. die Gestalt von rechteckigen Parallelepipeden aufweisen, die sowohl die Speichervolumina als auch die Hauptleitungen und hierzu gehörenden Verbindungsleitungen umfassen. Die die Ventile parallel schaltenden Leitungen, die mit derselben Hauptleitung zusammengeschaltet sind, werden in einem solchen Falle besonders vorteilhaft unter Verwendung einer einzelnen Komponente gebildet, welche Filmwiderstände aufweist. Dies vereinfacht den Aufbau des Gerätes ganz merklich, insbesondere dann, wenn die Anzahl der Speichervolumina hoch 1st. Die Ventile können in der Praxis beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß die Verbindungsleitungen, die innerhalb des die Speichervolumina umfassenden Blocks verlaufen, szu den Flächen des Blocks weitergeführt werden, sowie dadurch, daß die Offnungen der Leitungen dadurch abgeschlossen werden, daß man die die Widerstände enthaltenden Komponenten hierauf plaziert. Die Widerstände stellen sodann auf der Fläche des Blocks die notwendigen Durchflußpassagen dar, die die Offnungen der Leitungen verbinden und die mittels eines elektrischen Stromes, welcher durch die Widerstände fiießt, geöffnet werden können. Die ständig eingefrorenen Bereiche trennen wjfederum wirksam die Strömungspassagen, die zu den einzelnen Verbindungsleitungen führen, voneinander.

Die Erfindung kann ferner dahingehend weiter entwickelt werden, daß das betreffende Gerät auf der Seite der Einheit, die aus Speichervolumina zusammengesetzt ist, auch Volumina zum Abgeben

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und Mischen von Flüssigkeits-Chargen umfaßt. Die Abgabevolumina (abgebende Kammern) können in einer Einheit angeordnet werden« die parallele Volumina umfaßt, die mit Verbindungsleitungen mit Ventilen ausgerüstet sind und die jeweils von unterschiedlicher Größe sind. Darüber hinaus kann man derartige Systeme miteinander verbinden« die aus in Serie geschalteten parallelen Volumina bestehen, wobei die Abgabemöglichkeiten des Gerätes weiterhin gesteigert werden· Da dasjenige, was normalerweise abgegeben wird, in der Regel aus Flüssigkeitsquanten besteht, welche in den Speichervolumina gespeichert sind, ist es angezeigt, die Abgabeeinheit neben der Einheit zu plazieren, die aus Speichervolumina besteht, so daß sie eine gemeinsame Hauptleitung haben. Hierdurch wird der Abstand zwischen Speichervolumen und Abgabeeinheit sehr stark verringert. Der Zweck des im Gerät enthaltenen Mischvolumens besteht wiederum darin, verschiedene Fltissigkeltsquanten miteinander in gewünschten Verhältnissen kombinieren zu können. Es ist vorteilhaft, das Mischvolumen dicht bei der Abgabeeinheit anzuordnen; beim Überführen der abgegebenen Flüssigkeits-Chargen zum Mischvolumen lassen sich dieselben Leitungen verwenden. In diesem Falle spült die zuletzt überführte Flüssigkeit auch die Leitungen und die Abgabevolumina.

Sofern das Gerät weiterhin Volumina zur Inkubation der miteinander gemischten Flüssigkeitsquanten umfaßt, kann es auch dazu verwendet werden, um Reaktionen zwischen den Flüssigkeiten auszuführen. Die Inkubationsvolumina können parallel zueinander angeordnet werden, um eine Batterieeinheit zu schaffen, die in ihrem Aufbau dem oben beschriebenen, batterieartigen Spelchergerät entspricht. Auf diese Welse können in Verbindung mit den Inkubationsvolumina ähnliche Komponenten mit Filmwiderständen verwendet werden, um die Ventile in den Verbindungsleitungen zu bilden·

die

Damit die Reaktionen beobachtet werden können,/in den Inkubationsvolumina stattfinden, muß das Gerät ein getrenntes Uber-

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wachungsvolumen enthalten, das dicht bei den Inkubationsvolumina angeordnet ist. Das Überwachungsvolumen kann eine derart kleine Kapazität haben, daß die Flüssigkeitsmenge, die von dem Inkubationsvolumen zum Überwachungsvolumen überführt v/erden muß, nur ein Bruchteil des Gesamtvolumens der PlUssigkeitsmischung darstellt, die im Inkubationsvolumen reagiert. Es ist sodann vorteilhaft, derart zu arbeiten, daß die Flüssigkeits-Charge aus dem Überwachungsvolumen unmittelbar nach dem Messen entfernt wird, bevor die nächste Messung nach einem gewissen Zeitintervall ausgeführt wird, was möglicherweise vom Ergebnis der Erfassung abhängt, wonach eine neue Flüssigkeitsprobe aus dem Inkubationsvolumen abgezogen wird. Da das Erfassungsvolumen ferner leicht durchgespült werden kann, läßt sich ein einzelnes Erfassungsvolumen verwenden, um gleichzeitig den Fortschritt zahlreicher getrennter Reaktionen zu beobachten. Das Gerät kann dazu eine Mehrzahl von Einheiten umfassen, die aus Speicher- und Abgabeeinheiten, Mischvolumina und Inkubationseinheiten bestehen, die gemeinsam nur ein einziges Er faaaongs volumen erfordern. Da die Ventile, die zu einem derartigen Analysegerät gehören, elektronisch geregelt werden können, ist die Arbeitsweise des Gerätes eine voll automatisierbare.

Das erfindungsgemäße Gerät ist gut geeignet zum Ausführen der chemischen Naßanalyse mit kleinen Flüssigkeits-Chargen. Die Erfindung kann insbesondere sehr gut in der klinischen Chemie eingesetzt werden, insbesondere als elektronisch kontrollierbares Analysegerät, daß ohne irgendwelche bewegten mechanischen Teile arbeitet.

Der klinischen Analyse werden aus einer großen Anzahl von Flüssigkeitsproben eine oder mehrere Komponenten bestimmt; ferner werden auf der Grundlage der Ergebnisse Wiederholungen und Überprüfungen oft durchgeführt wie auch Komplementärmessungen gemacht. Die Bestimmung einer jeden Komponente umfaßt verschie-

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dene Lagerungs-, Abgabe-, Kombinier-, Misch- und Trennvorgänge, die an Flüssigkeits-Chargen durchgeführt werden müssen. Allgemein ausgedrückt sind logische Vorgänge mit den Flüssigkeiten durchzuführen, die in hohem Maße der Automation bedürfen.

Moderne Mikrocomputer bieten keinerlei Schwierigkeiten bezüglich des Programmieren der Handhabung bei einem solchen Maß von Komplexität, bei welchem die analytischen oder klinischen Chemiker mit manuellen Verfahren arbeiten. Bei bestehenden analytischen Analysegeräten kann jedoch bezüglich der Handhabung getrennter Flüssigkeits-Chargen eine elektrische Kontrolle nicht durchgeführt werden; dies liegt in erster Linie daran, daß Magnetventile mit großem totem Raum und hohen Stückpreisen verwendet werden. Deshalb werden die quantitativen und logischen Vorgänge in bezug auf die Flüssigkeitsquanten in erster Linie mechanisch ausgeführt, und zwar entweder durch kontinuierliches Fördern der Flüssigkeiten in parallelen Kanalsystemen und durch deren ZusammenfUhrung in T-Stücken, also ohne bewegte mechanische logische Elemente, oder durch mechanisches Bewegen getrennter Behälter oder miteinander gekoppelter Behälter, zwischen denen die Flüssigkeiten immer noch auf mechanische Weise mittels verschiedener Arten von Pipetten durch die Luft gefördert werden. Mit Hilfe derartiger mechanischer logischer Handhabungen können nur die entscheidendsten, am meisten durchgeführten Verfahrensschritte in der Flüssigkeitsbehandlung ausgeführt werden, und zwar auch dann noch meistens in streng konstanter Folge.

Bei getrennten Systemaufgaben der Zuverlässigkeit und Genauigkeit sind ebenfalls zahlreiche Kompromisse notwendig, veranlaßt durch die vielfältigen mechanischen Operationen! demgemäß leidet die Qualität der Analyse· Außerdem verursachen ausscheidbare getrennte Stoffe gesteigerte Handhabungskosten. Bei dem kontinuierlichen Strömungssystem besteht ein großes Problem

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wiederum Im hohen Verbrauch von Reagenzien sowie in den Fehlern, die durch Rückstände von vorausgegangenen FlUsslgkeitsquanten bei der Behandlung der folgenden Flüssigkeitsquanten verursacht werden. Um zu brauchbaren Ergebnissen zu gelangen, müssen diese Fehler durch außerordentlich konstante Arbeitsbedingungen und eine sehr hohe Computerkapazität beseitigt werden· Ohne Änderungen des Aufbaues ist ein nennenswertes Umprogrammieren unmöglich, obgleich andererseits die Betriebslogistik, die aus einem kohärenten System von Durchgängen und kontinuierlicher Strömung, besteht, für ihre hohe Genauigkeit des Betriebes bekannt ist. Es sei weiter erwähnt, daß beide Systeme vom Folgetyp sind, d.h./das eine Ereignis streng auf das andere in vorbestimmter Reihenfolge folgt. Parallele Fälle sind nur durch Verbinden verschiedener Reihensysteme In paralleler Weise erreichbar, wobei der Aufwand des Systemes ansteigt, ohne daß sich dessen Flexibilität vergrößert.

Die zu dem Analysegerät gehörenden Detektoren, wie die Üblicher-

mlt weise verwendeten optischen Detektoren, können theoretisch/sehr geringen FlUssigkeitsvolumina arbeiten. Sowohl im Hinblick auf die begrenzte Verfügbarkeit von Probenmaterial als auch auf den Verbrauch von Reagenzien wäre es wünschenswert, die notwendige Flüssigkeitsmenge so klein wie möglich zu halten. In der klinischen Chemie, in welcher das übliche Probenmaterial aus Blut besteht, sind zahlreiche unterschiedliche Tests an einer Probe durchzuführen. Die Genauigkeit bestehender Abgabe- und Handhabungssysteme erlaubt Jedoch in der Regel nicht die Anwendung irgendwelcher FlUssigkeitsmengen unterhalb der Größenordnung eines Milliliters.

Genaugenommen können bestehende automatische Analysegeräte nicht einmal als automatisch, sondern nur als mechanisiert betrachtet werden, da es normalerweise nicht möglich ist, die typischen Funktionen der Automation auszuführen} Rückführung, Selbstkontrolle oder Selbstkorrektur· Diese Mängel gehen auf die Be-

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schränkungen der Flüssigkeits-Handhabungssyßteme zurück« Aus demselben Grund ist es beispielsweise nicht möglich« Detektoren in wirksamer Weise einzusetzen, da die Probe zum Minimieren der Flüssigkeitsoperationen den Detektor auch dann belegt, wenn keine Messung ausgeführt wird. Der größte Nachteil der heute verwendeten Flüssigkeitsbehandlungssysteme besteht im Mangel von Lager- und Handhabungssystemen, die trotz des Fortschrittes der logischen Technologie in modernen Computern dem RAM (Handom Access Memory) entsprechen« Die gewünschten Objekte, die der Automation von klinischen Flüssigkeitsbehandlungssystemen zugeordnet sind, wurden beispielsweise in dem Bericht von T.D» Kinney and R.S. Melville "Mechanization, automation and increased effectiveness of the clinic laboratory" (U,S. Department of Health, Education and Welfare, Publication No. (NIH) 78-145), definiert. Dort wird auf Seite 8 von dem System das folgende gefordert:

1) Es soll genaue, wiederholbare Ergebnisse erbringen.

2) Es soll eine genügend große Kapazität haben, um verschiedene Teste hintereinander mit minimalem Zeltabstand zwischen Probeneinbringung und Ergebnis durchführen zu können.

5) Es sollen kleine Proben pro Analyse einsetzbar sein ( 25 Milliliter oder weniger)·

4) Es soll damit möglich sein, in das System Notproben einzuführen, und zwar ohne Unterbrechung der laufenden analytischen Untersuchungen.

5) Es soll dabei eine zuverlässige Probenidentifizierung zwischen Eingang und Ausgang ermöglichen.

6) Es soll Mechanismen zur Fehlerbestimmung und Verfahren zur Standardisierung aufweisen.

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7) Jeder Verfahrensschritt soll in einem automatisierten Verfahren überwacht werden, um irgendwelche abnormalen Funktionen zu erfassen.

8) Es soll höchst zuverlässig sein und geringste Wartungsanforderungen haben·

Bei dem gemäß der Erfindung ausgeführten AnalysegerSt lassen sich die obengenannten Einzelaufgaben lösen und gleichzeitig die Nachteile der vorbekannten Geräte vermeiden. Dies beruht auf der Tatsache« daß die Handhabung von Flüssigkeitsquanten auf deren überführen ausschließlich mit Hilfe von Differentialdruck ohne irgendwelche bewegten Teile geschieht. Das Überführen sowie weitere Handhabungen der Flüssigkeit wird direkt elektronisch gesteuert; die Überwachung von FlUasigkeitsoperationen und anderen Handhabungen ist ebenfalls auf elektronische Weise vorgesehen. Deshalb ist es sehr vorteilhaft« einen Computer einzusetzen« um das Analysegerät zu regeln« wobei Lagerung« Abgeben sowie andere Verfahrensschritte der Handhabung programmiert werden können« um automatisch vorgenommen zu werden. Das Analysegerät kann darüber hinaus kontinuierlich programmiert wiedergeregelt und ferngesteuert werden. Die Abwesenheit bewegter Teile steigert die Zuverlässigkeit des Analysegerätes und vermindert dessen Herstellungskosten. Da die Flüssigkeits-Chargen« die zu behandeln sind« äußerst klein sind« läßt sich der Detektor in bezug auf die Zeltausnutzung sehr wirksam verwenden und die Betriebskosten sind sehr, gering. Aus demselben Grunde können die Speichervolumina in Gestalt eines Probenregisters untergebracht werden« das mehrere tausend» von den Patienten genommene Proben aufnimmt· Sofern die Proben auf Wasser-Basis beruhen und ihre Gefrierpunkte nahe beieinanderliegen« läßt sich das Arbeiten der Ventile leicht überprüfen! es bestehen keinerlei Bedenken dagegen« sie an ein und dasselbe Kühlsystem anzuschließen« sofern dies Im Hinblick auf den Aufbau des Analysegerätes anderweitig möglich ist. Jede ge-

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wünsohte Probe kann aus dem Register überführt werden zu automatischer Behandlung und« falls gewünscht« lassen sich die Ergebnisse leicht und schnell durch Wiederholen der betreffenden Messung kontrollieren»

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin 1st im einzelnen folgendes dargestellt»

Flg. 1 veranschaulicht die aus Lagervolumina zusammengesetzte Einheit.

Fig. 2 zeigt die Einheit gemSfl Fig. 1 in Draufsicht.

Flg. 3 zeigt eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2.

Fig. 5 zeigt ein plattenförmiges Element, das Filmwiderstände enthält.

Fig. 6 zeigt genau wie Fig· 4 in einer Schnittansicht einen

Teil der Einheit, die aus Lagervolumina zusammengesetzt ist« und gegen deren Seitenfläche eine Komponente gemäß Fig. 5 gelegt ist.

Fig. 7 zeigt ein Schema eines Analysegerätes gemäß der Erfindung« bestehend aus Volumina sowie aus mit Ventilen ausgestatteten« diese miteinander verbindenden Leitungen.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild« das die Durchführung einer RIA-

Bestimmung durch das erfindungsgemäße Gerät veranschaulicht.

In Fig. 1 erkennt man ein blockförmlges« rechtwinkeliges Parallelepiped 1« das eine batterieartige Einheit mit Lagervolumina 2 darstellt. Die Lagervolumina 2« die zu der Einheit gehören« sind zwischen zwei Hauptleitungen parallelgeschaltet durch Verbinden ihrer beiden Enden über Verbindungsleitungen ■it Ventilen an dl· genannten Hauptleitungen. Die Enden der Lagervolumina 2 sind auf der Seite 2 des rechtwinkeligen Blocks 1 angeordnet! die Hauptleitungen der Volumina wurden durch die Seite 4 in den Bloek hineingeführt« wobei die Leitungeenden 5«6 in Pig. 1 siohtbar sind·

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Der Aufbau von Block 1 gemäß Fig. 1 ist in seinen Einzelheiten noch besser aus den Figuren 2 bis 4 erkennbar. Die Lagervolumina 2 sind von zylindrischer Gestalt und erstrecken sich von der Seite 3 des Blockes zur gegenüberliegenden Seite 7. Die Hauptleitungen der Volumina gehen hauptsächlich ins Innere des Blockes 1, benachbart und parallel zu den Seiten 3 und 7. Die Teile parallel zu den Seiten sind in den Zeichnungen durch die Bezugszeichen 8 und 9 angedeutet. Am Ende der Teile 8 und 9 kehren die Hauptlinien um parallel zu dem Lagervolumina 2 und steigen zur Fläche des Blockes auf den Seiten 3 und 7 an. Die öffnungen auf Seite 3, die zur Hauptleitung gehören, sind in den Zeichnungen mit 10 und 11 bezeichnet. Die Bezugszeichen 12 und 13 bedeuten ferner öffnungen, die über die Kanäle 14 und 15 mit den Eingangspunkten 5 der Hauptleitung auf der Seite 4 des Blockes in Verbindung stehen. Die andere Hauptleitung ist auf Seite 7 des Blockes geführt und in völlig gleichartiger Weise an die Eingangspunkte 6 angeschlossen. Jedes einzelne der vier zylindrischen Lagervolumina 2 ist mittels der Verbindungskanäle 16 und 17 mit beiden Enden an den geradlinigen Teil 8, 9 der jeweiligen, innerhalb des Blockes verlaufenden Hauptleitung angeschlossen. Jeder Verbindungskanal 16, 17 läuft in kurzer Entfernung entlang der Seitenfläche des Blockes 1. Au#Öer Seite 3 sind die zu den Verbindungskanälen gehörenden öffnungen 18 und 19 erkennbar.

Block 1 gemäß den Figuren 1 bis 4 arbeitet nicht für sich allein als Einheit zum Lagern von Flüssigkeits-Chargen. Deshalb sind die Enden der Lagervolumina 2 auf den Seiten 3 und 7 dicht verschlossen; die darin eingeschlossenen Volumina kommunizieren mit dem den Block 1 umgebenden Raum somit nur durch ihre engen Verbindungs- und Hauptleitungen. Außerdem muß jede Verbindungeleitung l6, 17 mit einem Ventil zwischen Lagervolumen und Hauptleitung ausgerüstet sein, mit dessen Hilfe das Lagervolumen geöffnet und geschlossen werden kann. (Ee sei hier nochmals daran erinnert, daß der Ausdruck "Volumen" gleichbedeutend mit dem Ausdruck "Kammer" oder "Raum" ist.) Um die Ventilpunkte zu bilden, wird die blättchenartige Komponente 20 gemäß Fig· 5

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verwendet. Diese umfaßt rechteckige, filmartige elektrische Widerstände 21. Die Widerstände 21 sind zwischen einem gemeinsamen, filmartigen Leiter 22 sowie Bereiche 23, die mit leitendem Material Überzogen sind, parallel geschlossen* Die Widerstände können aus jeglichem Material bestehen, das bei FlImwiderständen Verwendung findet» So können sie beispielsweise aas einer Mischung von Edelmetalloxyden bestehen. Die die Basis von Widerständen und Leitern der Komponente 20 bildende Platte kann beispielsweise aus Aluminiumoxyd bestehen*

Die Ventile werden mit Hilfe der Komponente 20 gebildet, und zwar dadurch, daß die Komponente gegenüber den öffnungen 10 bis 13, 13 bis 19 auf Seite 3 des Blockes 1 plaziert wird, so daß die Filmwiderstände 21 die öffnungen zu je zwei und zwei gruppiert überdecken. Fig« 6 zeigt eines der Ventile, das auf diese Welse für den Verbindungskanal 16 gebildet 1st. Zwischen Seitenfläche 3 und der Komponentenfläche 20 befindet sich isolierendes Material 27« während gegenüber dem Widerstand 21 ein separater Transistorwiderstand 25 derart angeordnet ist, daß eine schmale Passage 26 zwischen diesen Widerständen gebildet wird. Gegen den Boden von Komponente 20 ist ein Kühler 27 angelegt. Dieser kann ständig auf einer Temperatur gehalten werden, die unterhalb des Gefrierpunktes der durch die Verbindungsleitung l6 zu leitenden Flüssigkeiten liegt. Die Leitung 21 auf der Komponente wie auch die Punkte 23, die mit leitendem Material überzogen sind, sind über die Leitungsdrähte 28 an eine Spannungsquelle angeschlossen· Die Leitungen des Thermistorwiderstandes 25 sind in Flg. 6 nicht bezeichnet·

Die Komponente gemäß Flg. 5 liegt auf Seite 3 des Blockes 1 an, Insgesamt sechs parallele Ventile darstellend, von denen vier zu den Verbindungeleitungen 16 und zwei zu der Hauptleitung auf dieser Seite gehören. Eine ähnliche Komponente wird auf der gegenüberliegenden Seite 7 des Blockes angeordnet.

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Das Arbeiten des Ventils beruht auf der Temperaturregelung im Kanal 26, das mit Hilfe des elektrischen Widerstandes 21 und des Kühlers 27 durchgeführt wird, Kühler 27 hält die Umgebung des Ventiles ständig auf einer Temperatur, die sich unterhalb des Gefrierpunktes der Flüssigkeit befindet, welche in den Verbindungsleitungen 16 transportiert wird. Ein elektrischer Strom, der durch Widerstand 21 fließt, erzeugt jedoch Wärme, so daß der Kanal 26 offengehalten wird. Sof«m der elektrische Strom abgeschaltet wird, während die Verbindungsleitung 16 flüssigkeitsgefüllt ist, friert Kanal 26 unverzüglich ein und schließt damit ab. Ist andererseits Verbindungsleitung 16 in dem Augenblick, in dem der Strom abgeschaltet wird, leer, so verbleibt das Ventil für Gasströmungen offen. Es wird jedoch sofort dann gefrierschließen, wenn ein Flüssigkeitsstrom an Kanal 26 ankommt* Das Ventil hat somit drei funktionale Stellungen! Es kann völlig geöffnet sein, es kann für Gasströmungen offen sein oder es kann für Gas als auch für Flüssigkeit offen sein. Die Aufgabe des Thermistorwiderstandes 25 besteht darin, den Betriebszustand des Ventiles zu überwachen und ein Signal zu erzeugen, das Änderungen des in Kanal 26 vorhandenen Aggregat· zustandes anzeigt.

Fig. 7 veranschaulicht ein Gerät, das aus Leitungen sowie aus hieran angeschlossenen Volumina aufgebaut ist; das Gerät dient dem Lagern und der Analyse von Flüssigkeitsquanten. Die kleinen Kreuzlinien In den Leitungen stellen Ventile dar, die entsprechend dem in Flg. 6 veranschaulichten Grundprinzip ausgeführt sind. Die Kreuze bedeuten Hochleistungsventile, die dynamisch geschlossen werden können. Dies bedeutet, daß die vorgekühlten Ventile sofort gefrierschließen, sobald die Flüssigkeit diese betreffende Stelle erreicht hat. Die durch eine einfache Kreuzlinie angedeuteten Ventile stellen Ventile geringen Widerstandes dar, die dazu dienen, bei stationärer Flüssigkeit zu schließen. Das Gerät gemäß dieser Figur umfaßt eine Lagereinheit, die aus vier Lagervolumina 33 besteht, die mittels Verbindungsleitungen 29, 30 zwischen zwei parallele Hauptleitungen 31, 32 angeschlossen sind, und in welcher Einheit die Verbin-

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dungsleitungen mit Iledrig-Widerstanda-Ventilen 34 ausgestattet sind« während die Hauptleitungen Hochleistungs- oder Hoto-Kraft-Ventile 35 enthalten. Die Lagereinheit kann gemäß der Figuren 1 bis 6 ausgeführt sein. Die Hauptleitung 32 der Lagereinheit steht mit einer Abgabeeinheit in Verbindung, die aus zueinander parallelen und verschieden dimensionierten Volumina 36 zusammengesetzt ist. Jedes Volumen 36 läßt sich durch Ventile 37, 38 von den anderen, zur Abgabeeinheit gehörenden Volumina sowie von den Hauptleitungen 32 und 39 trennen· Die Hauptleitung 39 schließt die Abgabeeinheit an das Mischvolumen 40 an, und zwar an dem unter Bezugnahme auf die genannte Lagereinheit gegenüberliegenden Ende, und in welches die Menge der gespeicherten Flüssigkeit, die von der Abgabeeinheit abgegeben wurde. Überführt werden kann. Die beiden Hauptleitungen 32 und 39 sind ferner an Hilfsleitungen 4l bis 43 angeschlossen, die beidseits der Abgabeeineheit liegen und die es erlauben, daß eine Hilfsflüssigkeit in Verbindung mit dem Abgeben verwendet wird. Die Hilfsleitung 42 1st mit einem Hoch-KrKfte-Ventil 44 ausgestattet, während die Hilfsleitungen 41 und 43 Niedrig-Widerstands-Ventile 45 und 46 aufweisen, hinter welchen sich die Leitungen in zwei Teile verzweigen» In der Hauptleitung 39 sind weiterhin zwei Nledrig-Widerstand3-Ventlie 47 und 48 verzweigt.

Hinter der Abgabeeinheit, die aus den parallelen Volumina 36 besteht, ist im Gerät eine weitere Abgabeeinheit genau entsprechenden Aufbaus plaziert. Diese Einheit liegt zwischen den Hauptleitungen 49 und 50 und besteht aus drei parallelen, verschieden dimensionierten Volumina 51 und aus den Ventilen 52 und 53· An die Hauptleitungen 49 und 50 sind mit Ventilen ausgerüstete Hilfsleitungen 54 bis 56 angeschlossen, und die Leitung 49 enthält weiterhin zwei Nledrig-Widerstands-Ventile 57 und 58. Außerdem sind mit der Hauptleitung 50 vier Leitungen 59 parallelen Eingangs angeschlossen, die Niedrig-Widerstands-Ventlle 60 enthalten sowie druckempfindliche piezoresistlve Bleeente 6l, welche Signale auf der Basis liefern, auf der der Transport von FlUssigkeitsquanten in den Leitungen geregelt

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und gesteuert werden kann· Die Flüssigkeitsquanten, die in die aus dem Volumina 51 gebildeten Abgabeeinheiten abgegeben werden« sollen in das Mischvolumen 40 Oberführt werden. Diese überführung wird am besten durch die Hauptleitungen 49 und 39 durchgeführt« so daß die in Rede stehende Flüssigkeit ein solches Flüssigkeitsquantum vor sich her in das Mischvolumen schiebt« das zuvor in irgendeines der Volumina 36 abgegeben wurde« wobei die zuletzt hindurchtretende Mlutionsflüssigkeit das Spülen der Leitungen und der Abgabevolumina ausführt· Weiterhin angeschlossen an das Mischvolumen 4o 1st die Hilfsleitung 65, die mit Hoch-Kraft-Ventil 62 ausgerüstet ist, durch welches das dynamische Verschließen des Mischvolumens bewirkt wird.

Die Arbeitswelse des Gerätes als Analysegerat basiert auf Reaktionen« die zwischen den Flüssigkeitsquanten stattfinden« welche in das Mischvolumen 40 eingeführt werden« sowie auf deren Beobachtung. Zu diesem Zweck umfaßt das Gerät eine Inkubationseinheit« die aus parallelen Inkubationsvolumina 64 besteht. Diese Einheit ist in ihrem Aufbau der genannten Lagereinheit gleichwertig« die aus den Volumina 33 besteht. Sie umfaßt somit zwei Hauptleitungen 65 und 66, deren erste über die Leitung 67 an das Mischvolumen 40 angeschlossen ist. Die Inkubationsvolumina 64 sind durch Anschlußleitungen 69 und 70« die ihrerseits Niedrig-Widerstands-Ventile aufweisen, an die genannten Hauptleitungen angeschlossen. Um die Reaktionen beobachten zu können« ist neben der Inkubationseinheit ein Detektorvolumen 61 angeordnet« das einen wesentlich kleineren Rauminhalt als die Inkubationsvolumina 64 hat. Das Detektorvolumen 71 kommuniziert über die Leitung 72 mit der Hauptleitung 65, an die eine Abzugsleitung 74 mit Hoch-Kraft-Ventil 73 angeschlossen 1st; durch diese Leitung wird das Detektorvolumen sofort nach dem Durchführen der Messung abgezogen·

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Der Transport von Flüssigkeits-Chargen oder Flüssigkeitsquanten in dem in Fig. 7 dargestellten Gerät wird mit Hilfe von Differentialdruck durchgeführt, der in den Leitungen aufgebracht wird. Das Prinzip besteht dann darin, daß die Ventile auf dem gewünschten Überführungswege mit Hilfe der elektrischen Widerstände offengehalten werden, während alle kreuzenden Leitungen geschlossen gehalten werden. Das in überführung befindliche Flüssigkeitsquantum kann an einem Hoch-Kraft-Ventil durch Unterkühlen des betreffenden Ventils im voraus abgestoppt werden, wobei dies unverzüglich durch die ankommende Flüssigkeitssäule gefriergeschlossen xdLrd. Sodann kann der elektrische Strom an einem anderen Ventil auf dem genannten überführweg, der nun flüssigkeitsgefüllt ist, abgesperrt werden, wodurch die Flüssigkeit zwischen diesen Ventilen eingesperrt wird. Sobald es wiederum gewünscht wird, die Flüssigkeit voranzutreiben, so werden die Ventile dadurch geöffnet, daß die in ihnen befindlichen Eistropfen mit Hilfe des elektrischen Stromes durchgesägt werden.

Wird mit dem Gerät das Abgeben zweier Flüssigkeitsquanten in den Abgabeeinheiten vorgenommen, die aus den Volumina 51 und 36 bestehen sowie das Mischen der FlUssigkeitsquanten und deren Dilution im Mischvolumen 40, so besteht der erste Schritt darin, die Abgabevolumina sowie die Leitungen 49 und 39 zu reinigen. Zu diesem Zweck kann ein reines Lösungsmittel der in den FlUssigkeitsquanten vorliegenden Art verwendet werden. Bezüglich desjenigen Teiles der Abgabeeinheit, die aus den Volumina 36 besteht, wird dies dadurch durchgeführt, daß durch die Leitung, die aus den Kanälen 54, 49, 39 und 43 besteht, reines Lösungsmittel hindurohgeführt und, nach dem genügenden Reinigen der Leitung und der Volumina 36, die Ventile 57* 47 und 43 geschlossen werden. In diesem selben Zusammenhang kann man mit Hilfe der Ventile 37 und 38 ständig jene Abgabevolumina schließen, die in dem in Rede stehenden Abgabeprozeß nicht benötigt wird. Sodann werden die Ventile 46 und 44 der Hllfsleitungen 4l und geöffnet und das Lösungsmittel aus dem Volumen 36 dadurch abge-

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zogen, daß in dieses Volumen durch die Hilfsleitungen zunächst Gas und eine leicht flüchtige Austauschflüssigkeit, und schließlich reines trockenes Gas eingeleitet wird, und zwar solange, bis das Volumen ausgetrocknet ist. Die Eignung der Trocknung kann mit Hilfe des Ventils 44 dadurch geprüft werden, daß dies zunächst nicht beaufschlagt wird. Tritt sodann ein Gefrieren dieses Ventiles auf, was sich anhand der Beobachtung einer verminderten Gasströmung erkennen läßt, so ist das Trocknen fortzusetzen. Das Reinigen, Spülen und Trocknen der Volumina 59 und 40 kann auf/die gleiche Welse durchgeführt werden. Das Füllen des Volumens 36 mit in einer der Volumina 33 gespeicherter Flüssigkeit - wobei diese Flüssigkeit eine Komponente der herzustellenden Mischung ist - , wird durch die Hauptleitung 32 durchgeführt. Nach dem Füllen des Volumens 36 bis zu seinem Fassungsvermögen erreicht der Flüssigkeitsstrom das Hoch-Kraft-Ventil 44 in der Hilfsleitung 42, und dieses Ventil schließt sofort. Sodann wird lauch Ventil 34 in der Verbindungsleitung des zugehörenden Speichervolumens geschlossen. Das Füllen des Volumens 51 mit einer anderen Mischungskomponente wird in gleicher Weise mit Hilfe der Hilfsleitungen 56 und 55 durchgeführt. In diesem Stadium werden die Komponenten der zu bildenden Mischung in den Volumina 51 und 36 eingeschlossen. Die Leitungen 49 und 39 wie auch die Ventile 60, 58, 57* 47 und 48 werden mit Lösungsmittel gefüllt. Sodann wird die Überführung der Flüssigkeitsquanten aus den Volumina 51 und 36 in das leere Mischvolumen 40 mit Hilfe reinen Lösungsmittels durchgeführt, das durch die Leitungen 59 und 50 eingebracht wird. Um dies zu erreichen, werden die genannten Ventile, mit Hilfe des Lösungsmittels geschlossen, geöffnet, wobei das Lösungsmittel die Flüssigkeitsquanten vor sich her in das Volumen 40 schiebt. Dabei spült das Lösungsmittel die in die Volumina 51 und 36 abgegebenen Flüssigkeiten quantitativ in das Volumen 40} beim schliefilichen Füllen dieses Volumens führt es die Dilution der Mischung bis zu dem gewünschten Volumen aus. Das Volumen 40 wird dann abgesperrt, wenn die Mischung am Ventil 62 ankommt. Der Fehler, der auf das Füllen dieses Ventils in unterschiedlichen Mafien zurück-

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zuführen 1st* ist gering, da dieses Ventil in Vergleich zum großen Fassungsvermögen des Volumens 40 nur ein sehr geringes Fassungsvermögen hat«

Das Verfahren und das Gerät zum Handhaben von Flüssigkeitsquanten gemäß der vorliegenden Erfindungl^ö^/sich in Verbindung mit zahlreichen Arten analytischer Methoden anwenden, und zwar unabhängig von der Betriebstireise des Detektors. So kann z.B. der Radio-immunologische Test (RIA)₄ der auf der Radioaktivität beruht, in der durch Fig. 8 veranschaulichten Art und Weise ausgeführt werden. Diese Figur zeigt schematisch die wichtigsten Funktionseinheiten des Analysegerätes. Die Proben, Normen und Reagenzien sind in den Registern 75 bis gespeichert, die über die Abgabeeinheiten 78 und 79 mit der Dilutionseinheit 80 in Verbindung stehen, die das Verfahren beinhaltet. Die Dilutionseinheit kann z.B. einen Mischer umfassen sowie einen hier angegliederten Dispenser (Abgabeeinheit), der von dem Mischer bis zu dem Fassungsvermögen gefüllt wird, das durch das Dilutionsspülen bestimmt 1st. So lassen sich beispielsweise 2/2 des PlUssigkeitsquanturns, das im Mischer enthalten 1st, in den Dispenser überführen, der wiederum in eines der Inkubationsvolumina in Register 8l entleert wird. Das eine Drittel, das im Mischer verblieben ist, wird weiterhin verdünnt durch Füllen des Mischers mit dem jeweiligen Reagenz und durch Entleeren des Dispensers wie zuvor. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine Dilution von IO aus den Probenregieter 75 zum Inkubationsregister 8l überführt wird. Bs versteht eich, daß das Dilutionsverhältnis mit Hilfe des Entleerverhältnisses völlig frei gewählt werden kann.

Dl· Inkubation findet in herkömmlicher Weise statt; in ihrem Verlauf wird ein Teil der Radioaktivität an eine der beteiligten Komponenten gebunden. Die gebundenen und löslichen Fraktionen werden in Separator 82 voneinander getrennt} dies kann z.B. auf der Bindung von Magnetteilen elektromagnetisch vor-

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genommen werden, die an der Trennungsstation während der Dauer des Auswasehens der löslichen Fraktion verbleiben, worauf die Partikel mit einer kleinen Flussigkeitsmenge direkt zum Detektor 83 überführt werden, von dem mehrere vorhanden sein können. Die gebundene Fraktion - noch am häufigsten Gegenstand der Messung in einem erfindungsgemäßen Gerät - läßt sich leicht zu einer solchen kleinen Menge konzentrieren, daß ein Gammastrahlen-Halbleiterdetektor als Detektor verwendet werden kann. Dieser Detektortyp ist in konventionellen Zählern nicht anwendbar, in welchen Reagenzgläser oder dergleichen mechanisch bewegt werden, und zwar aufgrund des großen Volumens.

Die Regelelektronik, wie beispielsweise ein Mikrocomputer 34 findet sich ebenfalls in den Figuren. Das automatische RIA-Gerät, das hier beschrieben ist, kann derart programmiert werden, daß nur diese Regelvorgänge, Prüfungen und Normierungen, die sonst die mit deren Bestimmung befaßte Person manuell zu erledigen hätte, vornimmt· Dies ergibt sich daraus, daß bei diesem Gerät alle Reagenzien, auch solche, die nur selten gebraucht werden, automatisch verfügbar sind.

Heidenheim, den 09.04.79

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Claims

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Anwaltsaktei P 4?1 Niilo Kaartinen

Kennwort: "Flüssigkeitstransport" 21620 Kuusisto, FINNLAND

Patentansprüche

1. Verfahren zum Handhaben von Flüssigkeitsquanten« wobei Flüssigkeit in einer Leitung von einem Volumen (d.h. einem Raum) in ein anderes mit Hilfe von Differentialdrücken Überführt wird und wobei das Unterbrechen des Flüssigkeitsstromes durch Unterkühlung der Leitung vorgenommen wird« so daß diese dann abgesperrt wird, wenn die Flüssigkeit hierin einfriert« dadurch gekennzeichnet« daß die Flüssigkeitsquanten in einem System gehandhabt werden« das aus Speicher- oder Behandlungsvolumina (2,53, 36, 40) sowie aus diesen mitein ander verbindenden Leitungen (8, 16, 29 bis 52, 39« 49) besteht« daS in diesem System jegliche Leitung zwischen zwei Volumina wenigstens einen Ventilpunkt (26m 54, 47« 57» 62) umfaßt« der mit einem KUhlaggregat (27) in Verbindung steht« wo die Leitung gefriergeschlossen werden kann, daß ferner dem Ventilpunkt ein elektrisch regelbares Heizelement (21) zugeordnet 1st« durch welches das Ventil offenbar ist« und zwar durch Anheben seiner Temperatur auf einen über dem Gefrierpunkt »,der Flüssigkeit liegenden Temperaturwert« daß das Hinführen eines gegebenen Flüeslgkeitsquantuas in eines der Volueina« dl« de« System angehören, durch Regeln der Ventile auf den OberfUhrweg der Flüssigkeit in Sinne eines öffnene geschieht, und daß das Einfließen der Flüsslgkeits- quanten in dem genannten Volumen durch Abschalten der Heizung der Ventile in den das Volumen betreffenden Leitungen vorgenomsen wird« so daß die Flüssigkeit an den Stellen der Ventile einfrieren kann*

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ORIGINAL INSPECTED

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung eines Flüssigkeitsquantums in dem System auf dem OberfUhrungswege vorgenommen wird, der aus Leitungen (59* 65) und/oder aus Volumina (36, 40) besteht, und der wenigstens teilweise von Flüssigkeit geleert ist, und daß der Flüssigkeitsstrom durch Kühlen des Ventiles (62) am Unterbrechungspunkt im voraus unterbrochen wird, wobei die an der Stelle des Ventiles ankommende Flüssigkeit sofort einfriert und die Leitung abschließt·

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgeben eines Flüssigkeitsquantums in ein gegebenes erstes Volumen (36)* das zu dem System gehört sowie seine überführung durch eine Verbindungsleitung (39) in ein anderes Volumen (40), das in dem System weiter weg angeordnet ist, vorgenommen wird» durch eine Strömung verdrängt, die durch eine Eingangsleitung (49) ausgeführt wird, welche an das genannte erste Volumen angeschlossen wird, und zwar durch Füllen der Eingangsleitung und der Verbindungeleitung mit einer Hilfsflüssigkeit sowie durch deren Schließen, durch Füllen des ersten, genannten Volumens mit der abzugebenden Flüssigkeit durch Hilfsleitungen (4l, 42) mit zugeordneten Ventilen« durch Schließen der Ventile (44, 46) in den Hilfsleitungen und schließlich durch öffnen der Ventile (47* 57) der Eingangs- und Verbindungsleitungen, wobei das In das erste Voluten abgegebene FlUsBigkeitsquantum in das genannte zweite Volumen überführt wird»

4· Verfahren nach Anspruch j?« dadurch gekennzeichnet, da« als Hilfsflüssigkeit ein Losungsalttel verwendet wird, das Bestandteil des abzugebenden Flüssigkeitsquantums ist.

5· Verfahren nach einen der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet« daß die Überführung des Flüssigkeitsquantums in den System alt Hilfe eines Strötaungs- oder Differentialdruckneflkreises überwacht wird, der an die Leitungen angeschlossen 1st.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsablauf der Ventile (26) mit Hilfe von diesen zugeordneten Betriebszustands-Meßkreisen überwacht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelemente für die Ventile (26) elektrische Widerstände (21) verwendet werden, wobei das Kühlen eines Ventiles zum Schließen einer Leitung durch Unterbrechen des elektrischen Stromes vorgenommen wird, der durch dHßSt Widerstand fließt, und daß der Thermistor des Widerstandes zum überwachen des Betriebsaustandes des Ventiles ausgenutzt wird.

8. Gerät zum Durchfuhren des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7« dadurch gekennzeichnet« daß das Gerät ein Integralsystem umfaßt, welches aus Lager- oder Behandlungsvolumina (2, 55, 56, 40) sowie aus diese miteinander verbindenden Leitungen (8, l6, 20 bis 32, 39, k9) besteht, daß in dem System jede Leitung zwischen zwei Volumina wenigstens einen Ventilpunkt (26, 54, 47, 57, 62) umfaßt, dem ein KUhlaggregat zugeordnet ist, und wobei die Leitung mittels der in der Leitung vorhandenen Flüssigkeit gefriergeschlossen werden kann, und daß die Leitung ferner mit einem elektrisch regelbaren Heizelement (21) ausgerüstet ist, durch welches das Ventil mittels Anhebens seiner Temperatur auf einen über dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit liegenden Temperaturwert geöffnet werden kann.

9* Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das System Ventilpunkte (26, 44, 62) aufweist« deren Querschnitt derart eng in wenigstens einer Richtung bemessen ist, daß die am Eingangsventil ankommende Flüssigkeit im voraus auf einen Temperaturwert abgekühlt wird, der unter dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit liegt* so daß die Flüssig keit sofort einfriert und die Leitung absperrt«

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10. Gerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen an einen Durchfluß- oder Differentialdruckmeßkreis angeschlossen sind, mittels welchem die überführung von Flüssigkeitsquanten im System beobachtet werden kann.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente der Ventile (26) elektrische Widerstände (Sl) umfassen, und daß die Ventile an Meßkreise angeschlossen sind, mit denen deren Betrieb beobachtet werden kann.

12* Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile unter Verwendung von Komponenten (20) gebildet sind, die Filmwiderstände aufweisen, und daß eine Mehrzahl von Ventilen, die zu dem System gehören, unter Verwendung einer einzelnen Komponente geschaffen werden.

13· Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (20), die Filmwiderstände umfaßt, gegen eine Fläche (5) plaziert wird, so daß die Ventile (26) in Intervallen zwischen der genannten Fläche und den Widerständen (21) auf der Komponente gebildet werden, und daß die andere Seite der Komponente an ein Kühlaggregat (2) angeschlossen 1st, das ständig auf einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt der zu handhabenden Flüssigkeit gehalten werden kann.

l4. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät wenigstens eine Einheit umfaßt, die aus Lager- oder Behandlungsvolumina besteht und wobei die Volumina parallelgeschaltet sind durch deren Anschließen mittels Verbindungsleitungen (l6, 17« 29, 30) zwischen zwei parallele Hauptleitungen (8, 9, 51, 52) und wobei Jede der Verbindungsleitungen mit einem Ventil (26, J>k) ausgerüstet ist.

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15. Gerät nach Anspruch IJ oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (26) in zueinander parallelen Verbindungsleitungen (l6), die an ein und dieselbe Hauptleitung (8) angeschlossen sind, mit Hilfe einer Komponente (20) gebildet sind, welche Filmwiderstände aufweist.

16. Gerät nach Anspruch l4 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät auf einer Seite der Einheit, die aus Lagervolumina (53) besteht, auch Volumina (j56, 40, 64, 71) zur Abgabe und zum Mischen von Flüssigkei >squanten und zur Inkubation von gemischten Flüssigkeitsquanten sowie zum Erfassen umfaßt, wobei das Gerät gestaltet ist fUr die Analyse, Bestimmung und Identifizierung mit elektronisch regelbarer Punktion und ohne Verwendung mechanisch beweglicher Teile

Heldenheim, den 09.04,79
DrW/Srö

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