DE3826131C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Gerät zum Be­ stimmen 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 Gefrierpunk­ tes des Lösungsmittels und anschließendes mechanisches Ein­ leiten der Kristallisation durch Versetzen der Meßsonde in mechanische Schwingungen, wobei ständig die Temperatur der Meßgutmenge mittels einer Meßsonde erfaßt und ihr Verlauf mit dem Temperaturverlauf beim entsprechenden Behandeln des rei­ nen Lösungsmittels verglichen wird.

Bei einem bekannten Gerät (DE-GM 79 25 438) wird die Gefrier­ punkt-Osmometrie verfahrensmäßig derart durchgeführt, daß ein mit einer Meßgutmenge angefülltes Meßgefäß zusammen mit einer Thermistor-Temperatursonde in eine erste Kühleinrichtung ab­ gesenkt und darin unter den Gefrierpunkt abgekühlt wird und daß hieraufhin ein an einer Hubeinrichtung aufgehängter stab­ förmiger Metallkörper, der in der angehobenen Stellung durch eine zweite Kühleinrichtung gleichfalls auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der Probelösung abgekühlt worden ist, in die Meßgutmenge innerhalb des Meßgefäßes eingetaucht wird, wodurch spontan die Kristallisation einsetzt. Auch an­ dere bekannte Geräte arbeiten mit Meßgefäßen, wodurch zum einen verhältnismäßig große Meßgutmengen benötigt werden und zum anderen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen ver­ hältnismäßig viel Zeit für das Entleeren und Reinigen oder Auswechseln des Meßgefäßes vergeht. Darüber hinaus ist die Betätigung umständlich und stellt ein Hindernis gegenüber einer sinnvollen Automatisierung solcher Geräte bzw. Messun­ gen dar.

Aus der US-PS 32 63 487 ist es weiterhin bekannt, bei einem Gerät der eingangs genannten Art die Kristallisation durch Versetzen der Meßsonde in mechanische Schwingungen einzulei­ ten.

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

Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch, daß als Meßgutmenge ein auf eine hydrophobe Unterlage aufgebrach­ ter Tropfen der Lösung verwendet wird und daß dem Tropfen durch die Unterlage hindurch Wärme zur Abkühlung auf die vorbestimmte Temperatur entzogen 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 besonderes Auslöserelement ein. Gleichzeitig ermöglicht die ebene Unter­ lage eine wesentlich schnellere Reinigung als ein Gefäß, und das gesamte Verfahren läßt sich auf einfache Weise mit her­ kömmlichen 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 Meßgut­ mengen in der Größenordnung von ca. 150 µl eine wesentliche Einsparung bedeutet, die insbesondere dann wichtig ist, wenn - wie beispielsweise bei der Anwendung der Gefrierpunkt-Osmo­ metrie auf Körperflüssigkeiten von Säuglingen - nur geringe Lösungsmengen zur Verfügung stehen.

Ein anderes Ausgestaltungsmerkmal des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens sieht vor, daß die Abkühlung des Tropfens unter Ab­ schirmung von der umgebenden Atmosphäre erfolgt. Dadurch wer­ den unerwünschte Verdünnungen der Probe durch Kondenswasser sowie Meßwertverfälschungen wirkungsvoll vermieden.

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 gemessenen 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 durch Versetzen der Meßsonde in mechanische Schwingungen, 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 gekenn­ zeichnet, daß als Meßgutmenge ein auf eine hydrophobe Un­ terlage aufgebrachter Tropfen der Lösung verwendet wird und daß dem Tropfen durch die Unterlage hindurch Wärme zur Abkühlung auf die vorbestimmte Temperatur entzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 Atmosphäre 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 desinfi­ ziert 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 offene 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.