DE3833248A1

DE3833248A1 - Vorrichtung zum einbringen eines definierten probenvolumens

Info

Publication number: DE3833248A1
Application number: DE19883833248
Authority: DE
Inventors: Klaus Kunzmann; Wolfgang Dipl Chem Kopprasch
Original assignee: Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
Current assignee: Deutsche Med-Lab Leipzig Ia O-7035 Leipzig GmbH
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1989-07-13
Also published as: SE8803494D0; SE8803494L; GB2213586A; GB8829979D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen eines exakt bemessenen Probenvolumens aus einer fließenden oder ruhenden Probenzone in eine kontinuierlich fließende oder ruhen de Flüssigkeitssäule zum Zwecke einer nachfolgenden chemisch- analytischen Analysendurchführung, insbesondere für die Fließ injektionsanalyse und die Flüssigkeitschromatografie.

Die entsprechende Vorrichtung ist auch einsetzbar zum Einbringen definierter Volumina von Reagenzien in eine fließende oder ruhen de Probeflüssigkeit in einem Analysensystem.

Die Untersuchung von Proben mittels Fließinjektionsanalyse er fordert es, in einen unsegmentierten Trägerstrom eine gut defi nierte Menge einer zu analysierenden Probenflüssigkeit einzu bringen. Das Volumen und die Geometrie der Probenzone müssen exakt reproduzierbar sein.

Bekannte technische Lösungen, wie z. B. in der DE-PS 27 40 952 beschrieben, verwenden eine Nebenschlußleitung zum Aufrechter halten des ständig mit konstanter Geschwindigkeit fließenden Transportstromes. Nachteilig an dieser Lösung sind neben dem hohen apparativen Aufwand für die Realisierung, Ventile ein schließlich Steuerelektronik werden benötigt, die kontaminations- und strömungsbedingten Störungen durch die Nebenschlußleitung. Über diese fließt auch dann noch ein Teil des Trägerstromes, wenn die Hauptleitung geöffnet ist. Die beschriebene Vorrichtung erlaubt nicht die Entnahme von Probenflüssigkeit aus einem fließenden Strom.

In der DE-PS 32 42 848 ist ein System beschrieben, bei dem zum Einbringen des Probenpfropfens kein mechanisches Ventil erfor derlich ist und damit Dichtheitsprobleme bei langer Lebensdauer vermeidet. Zur Realisierung des gesamten "Hydrodynamischen Pro beneinbringsystems", das auf einer gemeinsamen volumetrischen Leitung für Probe- und Trägerflüssigkeit beruht, ist jedoch ein hoher apparativer Aufwand an vor- und nachgeschalteten Ventilen mit entsprechender Steuerelektronik nötig. Die Leistungsfähig keit des Systems wird durch das ständige Anhalten beim Füllen der Probenstrecke mit Probelösung eingeschränkt. Eine Entnahme von Probe aus einem kontinuierlich fließenden Strom erlaubt das System nicht.

In der US-PS 45 06 558 ist ein Ventil für die Injektion einer Probe unter hohem Druck in eine Chromatografiekolonne beschrie ben, mit dem deutliche Durchflußunterbrechungen in der Kolonne vermieden werden können. Der Vorteil dieser Lösung besteht im Verzicht auf den Bypass. Der Hauptnachteil besteht in dem kom plizierten konstruktiven Aufbau des Injektors aus einer Viel zahl von Einzelteilen mit einer großen Anzahl von Öffnungen und Kanälen. Erwartungsgemäß bringt dies für eine vorgesehene Serienfertigung große Probleme, insbesondere Dichtheitsprobleme an den bewegten Flächen.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, mit einem für die Serienfertigung dieser Analysen geräte vertretbaren Aufwand, ein exakt bemessenes, veränderba res Probenvolumen aus einer ruhenden Probeflüssigkeit oder einem kontinuierlich fließenden Probestrom in einen unsegmentierten Transport- oder Reagenzienstrom, dessen Fließgeschwindigkeit gleich Null oder größer Null sein kann, einzubringen, ohne daß einer der fließenden Ströme angehalten werden muß und ohne daß, unabhängig davon, ob die Probe aus einer ruhenden Probe flüssigkeit oder aus einem kontinuierlich fließenden Strom in die Flüssigkeitssäule im Analysensystem eingebracht werden, Kontamination des Probestromes auftritt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Vorrichtung ein definiertes und variables Probenvolumen einem Analysensystem zur Fließinjektionsanalyse zuzuführen und dabei verschiedene Einsatzfälle zu berücksichtigen: das Einbringen jeweils eines ruhenden oder fließenden Probensegmentes in eine ruhende oder fließende Flüssigkeitssäule, bestehend aus Träger lösung/Reagenz, bzw. umgekehrt das Zuführen von Reagenzien in eine Probensäule im ruhenden oder fließenden Zustand. Die Vor richtung hat mit geringerem konstruktiven Aufwand als die be kannten Ventillösungen die Probleme der Dichtheit und Dosierge nauigkeit zu lösen und, ohne daß ein Bypass erforderlich ist, einen Druckaufbau im System bzw. eine Beeinträchtigung des Be wegungsablaufes des kontinuierlich fließenden Transport- oder Probenstromes während des Injektionsvorganges zu vermeiden. Weiterhin waren eine Verunreinigung der Proben untereinander zu vermeiden, die gesamte Probe für die Analyse nutzbar zu machen und die Vorraussetzungen für eine Automatisierung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Einbringen eines definierten Probenvolumens gelöst, deren Ein satz in einem Winkel α hin- und herbeweglich ist und mindestens in einer Ebene an seinem Umfang mindestens drei gleichlange, in gleichen Winkeln β zueinander versetzt angeordnete Quernuten sowie deren Gehäuse mindestens eine, jeweils zwei Quernuten miteinander verbindende Volumenschleife aufweist und mindestens vier in einem Winkel γ oder radial zur Achse des Einsatzes ver laufende Bohrungen, wobei die Bohrungen für den Probestrom zur Drainage und den Trägerstrom zum Analysengerät wechselweise über eine der Quernuten oder über zwei der Quernuten und die Volumenschleife durchgäng verbunden sind.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Vorrichtung näher beschrieben, dabei werden folgende Darstellungen verwendet

Fig. 1 Füllposition,

Fig. 2 Injektionsposition,

Fig. 3 Funktionsschema der Vorrichtung.

Das Gehäuse 11 einer Vorrichtung zum Einbringen eines defi nierten Probenvolumens, insbesondere für die Fließinjektions analyse, weist sechs symmetrisch angeordnete Ausgangsbohrungen 5, 6, 7, 8, 9, 10 auf, von denen zwei Bohrungen 5, 6 radial, die anderen 7, 8, 9, 10 unter einem Winkel γ zum Radius der Gehäusebohrung angeordnet sind. Die Austrittsöffnungen der Boh rungen befinden sich in der Gehäusebohrung in einer Ebene und sind um jeweils den Winkel α = 60° versetzt. Diese werden durch die zur Variation des Probenvolumens auswechselbare Volumen schleife 4 und die symmetrisch im Einsatz angeordneten Quernu ten von je 70 Bogengrad Länge funktionell untereinander ver bunden. Dabei wird der Einsatz um einen Winkel von 60° hin- und herbewegt.

In der Füllposition entsprechend Fig. 1 sind die Bohrungen 7, 9 des Trägerstromes 13 über die Quernut 1 direkt verbunden und der Trägerstrom 13 wird in das Analysengerät geleitet.

Die Volumenschleife wird über die Quernuten 2, 3 durch einen Probenstrom mit Probe gefüllt. Nach dem Umschalten in die andere Stellung, Injektionsposition entsprechend Fig. 2, wird der Trägerstrom 13 über die Quernuten 2 und 1 an die Volumenschlei fe 4 angeschlossen und das Probensegment, das sich in Quernut 2 und in der Volumenschleife 4 befindet, durch den Trägerstrom 13 vollständig ausgespült und dadurch als kompakte Probenzone zum Analysengerät gefördert. Der Probestrom läuft über die eben falls mit der Probe gefüllte Quernut 3 weiter in der Drainage 16. Damit gelangt keine Trägerflüssigkeit in die Proben. Die Zeit beim Umschalten des Ventils wird so kurz gehalten, daß sich im System kein Druckstoß aufbauen kann, sie beträgt zwischen 0,1 s und 1 s, so daß die effektive Unterbrechung der Flüssig keitsströme erforderlichenfalls bis auf etwa 0,07 s reduziert werden kann.

In Verbindung mit der Fig. 3 wird im folgenden der Arbeitsab lauf der Erfindung näher beschrieben.

Aus dem Probenreservoir 22 wird über die Leitungen 14, 16, das Ventil 17 und die Pumpe ein Probenstrom erzeugt.

Wenn die Volumenschleife 4 mit Probenlösung gefüllt ist, wird das Ventil in die Injektionsposition eingedreht. In dieser Stel lung wird das durch die Volumenschleife definierte Probenvolu men mittels des Trägerstromes 13, der durch die Pumpe 18 ge fördert wird, in das Reaktionsmodul und nachfolgend zum Detek torsystem 21 transportiert.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht drei verschiedene Anwen dungsvarianten.

Variante 1: Während des Füllvorganges der Volumenschleife 4 mit Probenlösung befindet sich der Trägerstrom in Ruhestellung.

Wenn der Füllvorgang beendet ist, wird der probenführende System bestandteil ebenfalls in Ruhestellung versetzt. Nachdem das Ven til von der Füll- in Injektionsposition überführt worden ist, wird der Transportstrom mittels der Pumpe 18 in Bewegung versetzt und das Probenvolumen aus der Schleife in das Leitungssystem des Reaktionsmoduls gedrückt.

Variante 2: Während des Füllvorganges der Volumenschleife mit Probenlösung wird ständig Trägerstromlösung gefördert, die über die Quernut 1 in das Leitungssystem des Reaktionsmoduls zuge führt wird. Sobald die Volumenschleife mit Probenlösung gefüllt ist, wird das probenführende System in Ruhestellung versetzt und die Ventilstellung bei kontinuierlich fließendem Trägerstrom so verändert, daß die Volumenschleife 4 über die Quernuten 1 und 2 mit dem Trägerstrom verbunden wird. Das entspricht der typischen Arbeitsweise der FIA mit dem Vorteil des kontinuierlich fließenden Trägerstromes.

Variante 3: Die Variante 3 unterscheidet sich von der Variante 2 dadurch, daß der Probenstrom ohne Zuhilfenahme der Pumpe 19 aus einer ständig fließenden Probenleitung im Bypass abgezweigt wird. Wenn die Volumenschleife 4 mit Probenlösung gefüllt ist, wird die Ventilstellung bei kontinuierlich fließenden Proben und Trägerstrom so verändert, daß durch diese über die Quernuten 1 und 2 der mit konstanter Geschwindigkeit gefördete Trägerstrom geführt wird und auf diese Weise das definierte Probenvolumen in das Reaktionsmodul gedrückt wird.

Der kontinuierlich fließende Probenstrom wird über den Quernut 3 in die Drainage 16 gefördert.

Aufstellung der Bezugszeichen

1 Quernut
2 Quernut
3 Quernut
4 Volumenschleife
5 Anschlußbohrung
6 Anschlußbohrung
7 Anschlußbohrung
8 Anschlußbohrung
9 Anschlußbohrung
10 Anschlußbohrung
11 Gehäuse
12 Einsatz
13 Trägerstrom
14 Probestrom
15 Ausgang zum Analysengerät
16 Drain
17 Ventil
18 Pumpe 1
19 Pumpe 2
20 Reaktionsmodul
21 Detektor
A Achse des Einsatzes
22 Probenreservoir

Claims

Vorrichtung zum Einbringen eines definierten Probenvolumens in eine kontinuierlich fließende oder eine ruhende Flüssigkeits säule, versehen mit einem Gehäuse und einem beweglichen Einsatz sowie mit Kanälen und Nuten, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (12) in einem Winkel α hin- und herbeweglich ist und in mindestens einer Ebene an seinem Umfang mindestens drei gleich lange, in gleichen Winkeln β zueinander versetzt angeordnet Quernuten (1, 2, 3) sowie das Gehäuse (11) mindestens eine, je weils zwei Quernuten miteinander verbindende Volumenschleife (4) aufweist und daß das Gehäuse (11) mit mindestens vier, in einem Winkel γ oder radial zur Achse (A) des Einsatzes (12) ver laufenden Bohrungen (7, 8, 9, 10) versehen ist, wobei die Boh rungen (8, 10) für den Probestrom (14) zur Drainage und die Bohrungen (7, 9) für den Trägerstrom (13) zum Analysengerät wechselweise über eine der Quernuten (1, 3) oder über zwei der Quernuten (2, 3) bzw. (1, 2) und die Volumenschleife (4) durchgängig verbunden sind.