DE4014602A1 - Dosiervorrichtung mit radialer anordnung von ventilen - Google Patents
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Description
In der Laboratoriumstechnik ergibt sich häufig das Problem, daß
bestimmte Substanzen in Form von Gasen oder Füssigkeiten dosiert
werden müssen, d. h. eine bestimmte Menge dieser Substanz muß
abgegeben werden. Insbesondere im analytischen Bereich müssen
beispielsweise bei der Durchführung von Tests verschiedene
Reagenzien nacheinander in Reaktionsgefäße überführt werden. Da sehr
häufig Reagenzien in möglichst identischer Menge in eine Vielzahl
von Reaktionsgefäßen überführt werden, ist ein automatisierter
Probenaufgeber oder Multiverteiler von Vorteil.
Bei der analytischen Auftrennung von Gemischen wird das
beispielsweise von einer Trennsäule herkommende Eluat mit Hilfe von
Fraktionskollektoren in einzelne Fraktionen aufgeteilt.
Bei diesen Anwendungsgebieten wird eine Dosiervorrichtung benötigt,
die automatisch und zuverlässig arbeitet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dosiervorrichtung
zur Verfügung zu stellen, die eine Vielzahl von Steuerventilen
aufweist, wobei jedes Ventil unabhängig von den anderen Ventilen
gesteuert werden kann. Insbesondere soll eine Dosiervorrichtung zur
Verfügung gestellt werden, die für die Anwendung in einem Sequenator
zur Analyse von Proteinen und Peptiden geeignet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Totvolumen-freie
Dosiervorrichtung, die eine Vielzahl von pneumatisch steuerbaren
Ventilen aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Ventile im wesentlichen kreisförmig auf einem ringförmigen
Träger angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform umschließt der ringförmige
Träger einen im wesentlichen kreisförmigen Hohlraum.
Insbesondere bei der Verwendung als Dosiervorrichtung in einem
Sequenator oder in einer Synthesemaschine zur Herstellung von
Nukleotiden oder Peptiden bietet diese geometrische Anordnung
den Vorteil, daß in dem kreisförmigen Hohlraum ein oder mehrere
Reaktionsgefäße angeordnet sein können. Die einzelnen
Zuleitungen von den Steuerventilen zu den Reaktionsgefäßen
können auf Grund der radialen Anordnung sehr kurz gehalten
werden.
Bei einem Sequenator kann sich innerhalb des kreisförmigen
Hohlraumes der Reaktor und der Konverter befinden. Zur
Erläuterung der Probleme, die bei der automatischen
Sequenzierung von Proteinen und Peptiden auftreten, die nur in
sehr geringen Mengen vorliegen, wird auf den Übersichtsartikel
von B. Wittmann-Liebold "Advanced automatic microsequencing of
proteins and peptides, Modern Methods in Protein Chemistry" -
Review Articles, (1983) Walter de Gryter & Co. Berlin, New York
verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung aus einem ersten Ring, der
Verschraubungen aufweist und die mechanische Stabilität
gewährleistet. Dieser erste Ring kann aus mehreren einzelnen
Bauteilen zusammengesetzt sein. So kann beispielsweise der erste
Ring aus einem oberen und einem unteren Ring bestehen, die über
einen Zwischenring mit Hilfe von Befestigungsmitteln verbunden
sind. Dieser erste Ring gewährleistet die mechanische Stabilität
der Dosiervorrichtung und ist daher bevorzugt aus einem Metall
gefertigt. Besonders bevorzugte Materialien sind rostfreier
Edelstahl und Aluminium.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung einen
zweiten Ring auf, der aus einem chemisch inerten Material
gefertigt ist. In Frage kommt hierbei Quarz oder ein als KelF
bezeichnetes Copolymer aus Vinylidenfluorid und
Chlortrifluorethylen. Auch andere Kunststoffe kommen in Frage,
sofern sie die erforderliche mechanische Festigkeit und die
benötigte Resistenz gegenüber den chemischen Reagenzien
aufweisen, mit denen das Material in Verbindung kommen kann. Die
Auswahl des am besten geeigneten Materials hängt
selbstverständlich immer von den Reagenzien ab, mit denen die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung in Kontakt gelangt. Zwischen
dem ersten und dem zweiten Ring ist eine Membran aus einem
chemisch inerten Material angeordnet.
Regelmäßig ist der erste Ring so konstruiert, daß der zweite
Ring von ihm gehalten wird, wobei der zweite Ring an den oberen
Teil des ersten Ringes gepreßt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung wird ein pneumatisch
steuerbares Ventil dadurch gebildet, daß der erste Ring in
seinem oberen Teil eine Bohrung aufweist, die senkrecht zum
Durchmesser des Ringes von der Oberfläche des oberen Teils des
ersten Ringes zu der unteren Fläche dieses Teiles reicht. An der
unteren Seite dieses ersten Ringes mündet diese Bohrung in eine
domförmige Senkung. Hierbei handelt es sich um eine Aussparung
an der unteren Seite des ersten Ringes, die die Form eines
Kugelsegmentes aufweist. Bevorzugt entspricht dessen
Tiefenradius dem doppelten Durchmesser der zwischen erstem und
zweitem Ring angebrachten Membran. Wenn beispielsweise die
Membranstärke 0,25 mm beträgt, sollte der Dom 0,5 mm tief sein.
Die der domförmigen Struktur gegenüberliegende Fläche des
zweiten Ringes weist wenigstens zwei Bohrungen auf. Diese
Bohrungen ziehen sich durch den zweiten Ring und können entweder
an der Unterseite oder an der Innenseite des zweiten Ringes
münden. Eine der Bohrungen dient dabei als Zuleitung des
Dosiergutes und die andere Bohrung dient als Ableitung des
Dosiergutes.
Ein bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung eingesetztes
pneumatisch steuerbares Ventil beinhaltet die Bohrungen in dem
zweiten Ring, die die Zuleitung und die Ableitung für das
Dosiergut bilden. Bei geschlossenem Zustand des Ventils wird die
zwischen erstem und zweitem Ring vorgesehene Membran auf den
zweiten Ring aufgepreßt. Dadurch sind Zu- und Ableitung
verschlossen. Der Aufpreßdruck wird durch einen Überdruck
hergestellt, der durch die Bohrung im oberen Teil des ersten
Ringes auf die Membran geleitet wird. Wenn das Ventil geöffnet
wird, wird die Membran von dem zweiten Ring abgehoben, wodurch
eine Verbindung zwischen Zuleitung und Ableitung geschaffen
wird. Das Abheben der Membran von dem zweiten Ring wird dadurch
bewerkstelligt, daß an die Bohrung durch den oberen Teil des
ersten Ringes ein Unterdruck angelegt wird.
Ob an die Bohrung durch den ersten Ring Unter- oder Überdruck
angelegt wird, wird durch ein, vorzugsweise elektronisch
gesteuertes, Regelelement bestimmt. Dieses an sich bekannte
elektronisch steuerbare Regelelement ist mit einer
Überdruckleitung und einer Unterdruckleitung verbunden. Je nach
dem welche Steuerung gewählt ist, wird dann Unterdruck oder
Überdruck an die Bohrung durch den ersten Ring der
Dosiervorrichtung angelegt und dementsprechend wird die Membran
auf den zweiten Ring gedrückt oder von diesem abgehoben.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Unterdruckleitung
und die Überdruckleitung in den ersten Ring integriert. Die
Leitungen stellen kreisförmige Kanäle im Inneren des ersten
Ringes der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung dar. Diese
kreisförmig angeordneten Druckleitungen weisen
Verbindungsleitungen zu den steuerbaren Regeleinheiten auf. Auf
diese Weise kann über das Regelelement Über- oder Unterdruck an
die Membran angelegt werden, was zu einem Schließen oder Öffnen
des Ventiles führt.
In Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung der
erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung werden die Bohrungen in dem
zweiten Ring der Dosiervorrichtung entsprechend konfiguriert.
Wenn die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung als Multiverteiler
eingesetzt werden soll, kann eine der Bohrungen als kreisförmige
Nut ausgestaltet sein. Diese Nut stellt einen Kanal dar, der
sich an der dem ersten Ring zugewandten Seite des zweiten Ringes
entlang zieht. Diese Nut ist dabei so ausgestaltet, daß sie die
Flächen, die den domförmigen Strukturen des ersten Ringes
gegenüberliegen miteinander verbindet. Diese Nut kann dabei
mehrere oder alle dieser Flächen einer Dosiervorrichtung
verbinden. Im zusammengesetzten Zustand sind dann alle
Ableitungen oder Zuleitungen dieser Ventile mit einer einzigen
Ab- bzw. Zuleitung verbunden. Auf diese Art kann dasselbe
Dosiergut über mehrere Ventile abgegeben oder aufgenommen
werden.
Es sind auch Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung denkbar,
in denen der zweite Ring mehrere Nuten aufweist, die ein
bestimmtes Segment des zweiten Ringes umfassen. Dadurch kann
eine vorher bestimmte Gruppe von Steuerventilen mit demselben
Dosiergut bestückt werden.
Da bei einer bevorzugten Ausführungsform erster und zweiter Ring
mit Hilfe von Verbindungselementen lösbar miteinander verbunden
sind, können verschieden gestaltete zweite Ringe mit dem ersten
Ring zusammengebaut werden. Dadurch wird eine hohe Flexibilität
der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung erzielt. Die jeweils
verwendeten zweiten Ringe können in ihrer Geometrie der Zu- bzw.
Ableitungen an die verschiedensten Verwendungszwecke angepaßt
werden.
Durch die radiale Anordnung der Zu- und Ableitungen, die zu
einem zentralen Reaktionsgefäß, beispielsweise einem Reaktor,
einem Kollektor oder Derivatiser führen können, werden kurze
Wege der Zu- bzw. Ableitungen erzielt.
Auf Grund der kürzeren Wege werden auch kürzere Zeiten für die
Dosierungen ermöglicht. Somit können kleinere Mengen an
Reagenzien dosiert werden und es wird weniger Lösungsmittel für
die Reinigung und Neutralisierung der zentralen Kapillaren
benötigt. Der Vorteil, daß geringere Mengen an Dosiergut
eingebracht werden müssen, ist besonders dann ausschlaggebend,
wenn Versuche in besonders kleinem Maßstab durchgeführt werden.
Stehen beispielsweise nur wenige Nanogramm eines Proteins zur
Verfügung, so muß die Sequenzierung dieses Proteins im
Mikromaßstab durchgeführt werden. Erforderlich hierzu ist eine
apparative Ausstattung, die ein Arbeiten mit extrem geringen
Mengen an Reagenzien erlaubt. Dies wird durch die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung
besteht darin, daß die Reagenzien nur mit chemisch inertem
Material in Berührung gelangen. Daher sind chemische
Beschädigungen der Dosiervorrichtung durch aggressive
Chemikalien nicht zu erwarten. Die Abdichtungen der Zu- und
Ableitungen sind Hochvakuum-dicht. Die Differenz der
Druckstabilität zwischen Ein- und Ableitung beträgt regelmäßig
mindestens 3 bar.
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung kann für verschiedene
Aufgaben verwendet werden. Als Multiverteiler kann die
erfindungsgemäße Dosiervorrichtung dazu dienen, bestimmte
Reagenzien oder Chemikalien zuverlässig in eine Vielzahl von
Reaktionsgefäßen zu verteilen.
Ebenso kann die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung auch als
Fraktionssammler dienen. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der
erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung kann in einem automatischen
Probenaufgeber gesehen werden.
Die Figuren dienen der Erläuterung der bevorzugten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße
Dosiervorrichtung, wobei die elektronisch steuerbaren
Regeleinheiten nicht zu sehen sind. Die Steuerventile sind
kreisförmig auf dem ringförmigen Träger angeordnet, der einen
kreisförmigen Hohlraum umschließt.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Ventil. Auch hier ist
die elektronisch steuerbare Regeleinheit nicht dargestellt. Der
erste Ring ist mit (1) bezeichnet und besteht aus einem oberen
Teil und einem unteren Teil, die über ein Verbindungsteil mit
Hilfe von Halteelemente (9) verbunden sind. Der zweite Ring (2)
weist zwei Bohrungen (8) und (7) auf. Eine der Bohrungen stellt
die Zuleitung (8) und eine die Ableitung (7) dar. Zwischen dem
ersten Ring (1) und dem zweiten Ring (2) befindet sich die nicht
dargestellte Membran. Über die Fläche, in die die Zuleitungen
(7) und (8) münden, weist der obere Teil des ersten Ringes eine
domförmige Senkung (6) auf. In diese domförmige Senkung (6)
mündet die Bohrung (3), die sich senkrecht zum Durchmesser des
Ringes von der Oberseite des oberen Teiles des ersten Ringes aus
erstreckt. Die Verbindungsleitungen (4) und (5) führen zu dem
nicht dargestellten elektronisch steuerbaren Regelelement und
verbinden dieses mit der Unterdruck- bzw. Überdruckleitung, die
sich im oberen Teil des ersten Ringes befindet.
Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform des zweiten
Ringes (2). An der Oberseite dieses Ringes erstreckt sich eine
Nut (10), die die einzelnen Ventile miteinander verbindet. Über
die Zuleitung (11) kann das Dosiergut in die Nut (10)
eingebracht werden.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den in Fig. 3 gezeigten
zweiten Ring (2). Durch die Zuleitung (11) wird die gesamte Nut
(10) mit dem Dosiergut gefüllt. In geöffnetem Zustand des
Ventiles kann das Dosiergut über die Ableitung (8) abgeführt
werden.
Fig. 5 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform des zweiten
Ringes (2). Es sind mehrere Nuten (10) dargestellt, die jeweils
eine bestimmte Anzahl von Ventilen miteinander verbinden. In
jede der Nuten kann ein bestimmtes Reagenz eingefüllt werden und
über das Ventil dosiert werden. Ebensogut kann das Ventil in der
anderen Richtung benutzt werden, daß nämlich über die Zuleitung,
die an der Innenwand des zweiten Ringes mündet, Dosiergut
eingeführt wird, das bei geöffnetem Ventil über die Nut
abgeführt wird. Der in Fig. 5 dargestellte zweite Ring der
Dosiervorrichtung ist besonders für die Anwendung bei einem
Aminosäuresequenziergerät geeignet. Einige Leitungen führen
beispielsweise in den Reaktor (12) oder in den Konverter (13).
Claims (10)
1. Dosiervorrichtung mit einer Vielzahl von pneumatisch
steuerbaren Ventilen, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ventile im wesentlichen kreisförmig auf einem ringförmigen
Träger angeordnet sind.
2. Dosiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der ringförmige Träger einen im wesentlichen
kreisförmigen Hohlraum umschließt.
3. Dosiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Träger aus einem
ersten Ring, der Verschraubungen aufweist und die
mechanische Stabilität gewährleistet, und einem zweiten Ring
aus einem chemisch inerten Material besteht und, daß
zwischen erstem und zweitem Ring eine Membran aus chemisch
inertem Material angeordnet ist.
4. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Ring aus einem Metall und der zweite Ring aus
einem chemisch inerten Material gefertigt ist.
5. Dosiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Ring an der Stelle eines jeden
steuerbaren Ventiles eine Bohrung senkrecht zum Durchmesser
des Ringes aufweist, die in eine domförmige Senkung mündet
und, daß der zweite Ring wenigstens zwei Bohrungen aufweist,
die in die der domförmigen Senkung gegenüberliegende Fläche
des zweiten Ringes münden, wobei eine der Bohrungen als
Zuleitung und die andere als Ableitung für das Dosiergut
dient.
6. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Ring zwei kreisförmige Leitungen aufweist, die
zwischen dem äußeren und inneren Rand des ersten Ringes
angeordnet sind, wobei eine der Leitungen eine
Überdruckleitung und die andere eine Unterdruckleitung ist
und, daß beide Leitungen an jeder für ein steuerbares Ventil
vorgesehenen Stelle eine Verbindungsleitung zu dem
steuerbaren Ventil aufweisen.
7. Dosiervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß eine der als Zu- oder Ableitung
dienenden Bohrungen des zweiten Ringes mehrere Steuerventile
derart verbindet, daß die Bohrung durch eine an der dem
ersten Ring zugewandten Fläche des zweiten Ringes
angebrachte Nut gebildet wird, die die Flächen unter den
domförmigen Senkungen des ersten Ringes miteinander
verbindet.
8. Verwendung der Dosiervorrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche als Multiverteiler.
9. Verwendung der Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 8 als Fraktionensammler.
10. Verwendung der Dosiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 8 als automatischer Probenaufgeber.
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