DE3826131A1 - Verfahren und geraet zur gefrierpunktosmometrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Gerät zum Bestimmen der Anzahl der in einer Lösung enthaltenen Teil­ chen einer festen Substanz mittels der Gefrierpunkt-Osmo­ metrie durch kristallisationsfreies Abkühlen einer Meßgut­ menge bis zu einer vorbestimmten Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes des Lösungsmittels und anschließendes mecha­ nisches Einleiten der Kristallisation, wobei ständig die Temperatur der Meßgutmenge mittels einer Meßsonde erfaßt und ihr Verlauf mit dem Temperaturverlauf beim entsprechen­ den Behandeln des reinen Lösungsmittels verglichen wird.

Bei einem bekannten Gerät (DE-GM 79 25 438) wird die Ge­ frierpunkt-Osmometrie verfahrensmäßig derart durchgeführt, daß ein mit einer Meßgutmenge angefülltes Meßgefäß zusam­ men mit einer Thermistor-Temperatursonde in eine erste Kühl­ einrichtung abgesenkt und darin unter den Gefrierpunkt abge­ kühlt wird und daß hieraufhin ein an einer Hubeinrichtung aufgehängter stabförmiger Metallkörper, der in der angeho­ benen Stellung durch eine zweite Kühleinrichtung gleich­ falls auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der Probelösung abgekühlt worden ist, in die Meßgutmenge inner­ halb des Meßgefäßes eingetaucht wird, wodurch spontan die Kristallisation einsetzt. Auch andere bekannte Geräte ar­ beiten mit Meßgefäßen, wodurch zum einen verhältnismäßig große Meßgutmengen benötigt werden und zum anderen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen verhältnismäßig viel Zeit für das Entleeren und Reinigen oder Auswechseln des Meßgefäßes vergeht. Darüber hinaus ist die Betätigung um­ ständlich und stellt ein Hindernis gegenüber einer sinnvol­ len Automatisierung solcher Geräte bzw. Messungen dar.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren und ein zu dessen Durchführung geeignetes Gerät zu schaffen, das ein wesentlich schnelleres und einfacheres Arbeiten mit kleineren Meßgutmengen gestattet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch, daß als Meßgutmenge ein auf eine hydrophobe Unterlage auf­ gebrachter Tropfen der Lösung verwendet wird, daß dem Trop­ fen durch die Unterlage hindurch Wärme zur Abkühlung auf die vorbestimmte Temperatur entzogen wird und daß die Kri­ stallisation durch das Versetzen der Meßsonde in mechani­ sche Schwingungen eingeleitet wird.

Die Erfindung macht sich somit die natürliche Kohäsion von Flüssigkeiten zunutze, die bei begrenzten Mengen auf hydro­ phoben Flächen zur Ausbildung von nahezu kugelförmigen Trop­ fen führt, und spart durch die gleichzeitige Verwendung der Temperatursonde als Kristallisationsauslöser ein be­ sonderes Auslöserelement ein. Gleichzeitig ermöglicht die ebene Unterlage eine wesentlich schnellere Reinigung als ein Gefäß, und das gesamte Verfahren läßt sich auf einfache Weise mit herkömmlichen Mitteln automatisch betreiben.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Tropfen mit etwa 20 bis 50 µl bemessen, was gegenüber den bisher verwendeten Meßgutmengen in der Größenordnung von ca. 150 µl eine wesentliche Einsparung bedeutet, die insbesondere dann wich­ tig ist, wenn - wie beispielsweise bei der Anwendung der Gefrierpunkt-Osmometrie auf Körperflüssigkeiten von Säuglin­ gen - nur geringe Lösungsmengen zur Verfügung stehen.

Ein anderes Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Abkühlung des Tropfens un­ ter Abschirmung von der umgebenden Atmosphäre erfolgt. Da­ durch werden unerwünschte Verdünnungen der Probe durch Kon­ denswasser sowie Meßwertverfälschungen wirkungsvoll vermie­ den.

Nach der Abkühlung auf die vorbestimmte Temperatur wird die Meßsonde vorzugsweise mit Schwingungen im Ultraschall­ bereich erregt, wodurch nicht anders als bei dem bekannten Eintauchen eines zusätzlichen Auslöseelements die Kristalli­ sation unverzüglich eingeleitet wird.

Ein Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich in weiterer Ausbildung der Erfindung mit Vor­ teil aus durch ein zwischen einer Abwickel-Trommel und einer Aufwickel-Trommel verlaufendes Förderband aus einem hydrophoben Material, das wenigstens auf einem dazwischen­ liegenden Teilbereich horizontal geführt ist, einem Antrieb zum gesteuerten Fortbewegen des Förderbandes, einer am An­ fang des Teilbereichs angeordneten Aufgabestation zum selek­ tiven Aufgeben der Lösung in Tropfenform auf das Förder­ band, eine mit Abstand auf die Aufgabestation folgende Kühl- und Meßstation sowie eine mit Abstand auf diese fol­ gende Reinigungsstation, wobei die Kühl- und Meßstation aus einer in die Führungsbahn integrierten Peltier-Kühleinrich­ tung und einer oberhalb derselben angeordneten senkbaren Thermistorsonde sowie einem Schwingungserreger für diese besteht.

Weitere Merkmale zur Vorteilhaften Ausgestaltung des er­ findungsgemäßen Geräts ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 12.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich­ nung schematisch dargestellten Geräts zu ihrer Durchführung näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 das Gehäuse des Gerätes bezeich­ net, über dessen horizontale Oberseite 12 ein Förderband 14 geführt ist, das von einer Abwickel-Trommel 16 abgespult und von einer Aufwickel-Trommel 18 wieder aufgespult werden kann. Von der Abwickel-Trommel 16 wird das Förderband 14 über eine Führungsrolle 20 auf die Ebene der Gehäuseober­ seite 12 umgelenkt und im Anschluß an diese zwischen einer Gummirolle 22 und einer Andruckrolle 24 der Aufwickel-Trom­ mel 18 zugeleitet. Die Gummirolle 22 ist von einem (nicht gezeigten) Antriebsmotor schrittweise antreibbar und über einen Seil- oder Riementrieb 26 und eine (nicht gezeigte) Rutschkupplung mit der Aufwickel-Trommel 18 gekuppelt.

Die Wickeltrommeln 16, 18 sind ebenso wie die Rollen 20, 22, 24 mit dem Antriebsmotor und der Rutschkupplung auf beliebige Weise am Gehäuse 10 gelagert und können vorzugs­ weise, ähnlich wie das Farbband einer Schreibmaschine, mit­ einander vertauscht werden, wenn der gesamte Bandvorrat von der Abwickel-Trommel 14 auf die Aufwickel-Trommel 16 umgespult worden ist.

Das Förderband 14 ist verhältnismäßig dünnwandig ausgebil­ det und besteht aus einem beliebigen hydrophoben Material, das zugleich unempfindlich gegenüber Reinigungs- und/oder Desinfektionsflüssigkeiten ist.

Die Oberseite 12 des Gestells 10 enthält etwa in der Mitte eine Öffnung 28, in der ein Block 30 aus gut wärmeleitendem Material angeordnet ist, auf dessen Oberseite das Förder­ band 14 flächig anliegt. Unter dem Block 30 befindet sich eine Peltier-Kühleinrichtung 32, an deren "heiße" Seite ein Radiator 34 zur Wärmeabführung angeschlossen ist.

Oberhalb der von dem Block 30 gebildeten Kühlstelle ist vertikal verschieblich eine nach unten offene Schutzhaube 36 angeordnet, die mit ihrem Öffnungsrand flächenbündig gegen das Förderband 14 abgesenkt werden kann. Der Boden der Haube 36 enthält eine Öffnung 38, durch welche eine dünne Meßsonde 40 in das Innere der Haube 36 abgesenkt wer­ den kann. Die Meßsonde sitzt an einem Tragarm 42, der unab­ hängig von der Haube mit der Meßsonde durch einen (nicht gezeigten) elektromotorischen Antrieb aufwärts und abwärts bewegt werden kann. Ferner befindet sich auf den Boden der Haube 36 ein Schwingungserzeuger in Gestalt eines hochtouri­ gen Elektromotors 44, mit welchem die Meßsonde 40 in Schwin­ gungen im Ultraschallbereich versetzt werden kann. Der Schwingungserreger ist von einer balgartigen Umkleidung 46 umschlossen, deren unteres Ende an der Haube 36 be­ festigt ist und deren oberes Ende dichtend an den nach un­ ten abgewinkelten Schenkel des Tragarms 42 anschließt.

Die Meßsonde 40 ist vorzugsweise eine Thermistor-Sonde, die an eine (nicht gezeigte) elektronische Meßeinrichtung ange­ schlossen ist, mit welcher die Größe und der Verlauf der gemesseren Temperatur über einen bestimmten Zeitabschnitt aufgezeichnet werden können.

In Förderrichtung betrachtet, befindet sich vor dem Kühl­ block 30 eine Aufgabestation 48 zur selektiven Aufgebung der zu untersuchenden Lösung in Gestalt einer Pipettierein­ richtung, mit welcher jeweils ein Tropfen 50 in der Größe von etwa 20 bis 50 µl auf das Förderband 14 aufgegeben wer­ den kann. Ferner ist, wiederum in Förderrichtung betrach­ tet, hinter dem Kühlblock 30 eine Filzrolle 52 mit einer Abdeckung 54 angeordnet. Die Filzrolle 52 kann auf nicht gezeigte Weise mit einem flüssigen Reinigungs- und/oder Desinfiziermittel getränkt werden und liegt mit leichter Vorspannung gegen die Oberseite des Förderbandes 14 an.

Das beschriebene Gerät wird wie folgt betrieben:

Zunächst wird bei aufgelegtem Förderband 14 und angehobener Haube 36 sowie auch angehobener Meßsonde 40 ein Tropfen 50 der zu untersuchenden Lösung mit Hilfe der Pipettierein­ richtung 48 auf das Förderband 14 aufgegeben. Hierauf wird das Förderband mit Hilfe des Antriebs der Gummirolle 22 und der Aufwickel-Trommel 18 "um einen Schritt" nach rechts mit Bezug auf die Zeichnung bewegt, so daß der Tropfen 50 unter die Öffnung 38 der Haube 36 oberhalb des Kühlblocks 30 gelangt. Nun wird die Meßsonde 40 in den Tropfen 50 ein­ getaucht und gleichzeitig die Haube auf das Förderband 14 abgesenkt, so daß der zu untersuchende Tropfen 50 von der umgebenden Atmosphäre abgeschirmt ist.

In diesem Zustand kann die eigentliche Messung beginnen, wozu zunächst die Peltier-Kühleinrichtung 34 eingeschaltet wird. Gleichzeitig wird die Temperatur des Tropfens 50 mit Hilfe der Meßsonde 40 gemessen und ihr Verlauf aufgezeich­ net. Sobald eine bestimmte Unterkühlungstemperatur erreicht ist, bei der noch keine Kristallisation des Tropfens er­ folgt, wird der Motor 44 eingeschaltet und dadurch die Meßsonde 36 in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt, was augenblicklich die Einleitung der Kristallisation des Tropfens 50 zur Folge hat. Mit der Kristallisation tritt bekanntlich ein erneutes Ansteigen der Temperatur auf einen bestimmten Wert unterhalb des Gefrierpunktes des reinen Lösungsmittels auf, bis der Tropfen vollständig kristalli­ siert ist. Hierauf sinkt die Temperatur erneut weiter ab, woraufhin die Kühleinrichtung 34 abgeschaltet wird. Die Differenz zwischen dem bekannten Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels und der angehobenen Temperatur während der Kristallisation ist bekanntlich ein Maß für die Anzahl der in der Lösung enthaltenen Teilchen der festen Substanz, die auf diesem Wege festgestellt werden kann.

Nach dem Abschalten der Peltier-Kühleinrichtung 34 werden die Haube 36 und die Meßsonde 40 erneut angehoben, und zwar letztere um eine größere Strecke, so daß ihr unteres Ende in die Öffnung 38 zurückgezogen und dabei der Tropfen 50 von der Meßsonde 40 abgestreift wird. Dies wird im allge­ meinen mit einer erneuten Verflüssigung der Meßgutmenge verbunden sein, so daß durch anschließendes Weiterbewegen des Förderbands 14 um einen weiteren Schaltschritt der Trop­ fen 50 unter der Filzrolle 52 hindurchgezogen und dadurch das Förderband 14 gereinigt und/oder desinfiziert wird.

Mit dem zweiten Schaltschritt kann bereits ein neuer, zuvor auf das Förderband aufgebrachter Tropfen 50 unter die Öff­ nung 38 in der Haube 36 zur Durchführung einer Messung ge­ bracht werden.

Ist das Förderband vollständig von der Abwickel-Trommel 16 auf die Aufwickel-Trommel 18 umgespult, werden die Trom­ meln vertauscht, und es steht erneut die gesamte Bandlänge für eine Vielzahl von Messungen zur Verfügung. Es versteht sich von selbst, daß anstelle einer solchen Umspulung auch ein endloses Förderband verwendet werden kann, das von der Trommel 18 unterhalb des Radiators 14 zur Trommel 16 zurück­ geführt wird. Ebenso ist es aber auch möglich, die Trommel 16 mit einem zusätzlichen Antrieb zu versehen, mit welchem das Förderband auf die Trommel 16 zurückgespult werden kann.

Claims (12)

1. Verfahren zum Bestimmen der Anzahl der in einer Lösung enthaltenen Teilchen einer festen Substanz mittels der Gefrierpunkt-Osmometrie durch kristallisationsfreies Abkühlen einer Meßgutmenge bis zu einer vorbestimmten Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes des Lösungsmit­ tels und anschließendes mechanisches Einleiten der Kri­ stallisation, wobei ständig die Temperatur der Meßgut­ menge mittels einer Meßsonde erfaßt und ihr Verlauf mit dem Temperaturverlauf beim entsprechenden Behandeln des reinen Lösungsmittels verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgutmenge ein auf eine hydrophobe Unterlage aufgebrachter Tropfen der Lösung verwendet wird, daß dem Tropfen durch die Unter­ lage hindurch Wärme zur Abkühlung auf die vorbestimmte Temperatur entzogen wird und daß die Kristallisation durch das Versetzen der Meßsonde in mechanische Schwin­ gungen eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Tropfen mit etwa 20 bis 50 µl bemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Tropfens unter Abschirmung von der umgebenden Atmosphä­ re erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsonde mit Schwingungen im Ultraschallbereich erregt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage nach Beendigung der Temperaturmessung selbsttätig gereinigt und desinfiziert wird.

6. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein zwischen einer Abwickel-Trommel (16) und einer Aufwickel-Trommel (18) verlaufendes Förder­ band (14) aus einem hydrophoben Material, das wenig­ stens auf einem dazwischenliegenden Teilbereich horizon­ tal geführt ist, einem Antrieb zum gesteuerten Fortbewe­ gen des Förderbandes (14), einer am Anfang des Teilbe­ reichs angeordneten Aufgabestation (48) zum selektiven Aufgeben der Lösung in Tropfenform (50) auf das Förder­ band (14), eine mit Abstand auf die Aufgabestation fol­ gende Kühl- und Meßstation sowie eine mit Abstand auf diese folgende Reinigungsstation (52), wobei die Kühl- und Meßstation aus einer in die Führungsbahn integrier­ ten Peltier-Kühleinrichtung (30, 32) und einer oberhalb derselben angeordneten absenkbaren Thermistorsonde (40) sowie einem Schwingungserreger (44) für diese besteht.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Thermistorsonde (40) eine nach unten offen Abdeckhaube (36) verschieblich durch­ setzt, die unabhängig von der Thermistorsonde (40) flä­ chenbündig auf das Förderband (14) absenkbar ist.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absenkhaube (36) auf ihrer Oberseite den Schwingungserreger (44) innerhalb einer balgartigen Umkleidung (46) trägt, die mit ihrem oberen Ende dichtend an eine Halterung (42) für die Thermistor­ sonde (40) anschließt.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufgabestation von einer Pipettiereinrichtung (48) ge­ bildet ist.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für das Förderband ein Schrittschaltantrieb ist.

11. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderband (14) endlos ausgebildet und unterhalb der Kühleinrichtung von der Abwickel-Trommel (16) zur Aufwickel-Trommel (18) zurückgeführt ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungssta­ tion von einer mit einem Reinigungs- und/oder Desinfek­ tionsmittel tränkbaren Abstreifrolle (52) aus Filz oder dgl. gebildet ist.