DE69009690T2 - Einrichtung zum Erfassen von gasförmigen Bestandteilen im Innenraum einer Verpackung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Erkennung gasförmiger Komponenten, wie beispielsweise Sauerstoff, im Innenraum oder im Inneren von gasdicht verschlossenen Packungen. In dieser Beschreibung wird die Bezeichnung "Packungen" in ihrem weitesten Sinn verwendet und umfasst beispielsweise Ampullen oder Phiolen, Behälter für Infusions- oder Injektionslösungen oder Behältnisse, Flaschen und Dosen, die beispielsweise aus Metall, Glas oder Kunststoff bestehen können.
• Während des Verpackens oder der Entnahme von Produkten, wie Arzneimitteln oder Behandlungsmitteln, Nahrungsmitteln, Getränken, Chemikalien und verschiedenen anderen Materialtypen, die für bestimmte Gase, wie im allgemeinen elementaren Sauerstoff, empfindlich sind und daher solche Gase nicht enthalten sollten oder höchstens in bestimmten Mengen und ebenso für Produkte, deren Packungen ein bestimmtes Gas enthalten sollten, ist es notwendig, durch statistische Probennahme aber dennoch fortlaufend die Eigenschaften der Gasphase zu kontrollieren, die im Innenraum des Packungsinneren enthalten ist. Diese Kontrolloperation wird durchgeführt, um fortlaufend mögliche Abweichungen von Soll- oder Bezugswerten oder allfällige Defekte des Packungsmaterials oder Produktes und/oder der Packung oder Verpackungsanlage festzustellen.
• US-A-4 282 182 beschreibt eine Vorrichtung zum Analysieren des Inhalts einer versiegelten Packung mit einer Ausrichtungs- und einer Probenanordnung, die eine Punktierspitze oder -nadel aufweist, die zwei Kanäle zum Herausspülen einer gasförmigen Probe aus der Packung in einen Analysator aufweist, z.B. zur Erkennung von Sauerstoff oder Kohlendioxid durch einen polarografischen Sensor.
• Weiterhin beschreibt EP-A-0 309 122 eine Vorrichtung zum Testen des Inhalts eines versiegelten Druckbehälters; zwei Punktiernadeln dienen zur Abnahme gasförmiger Proben und zur Erkennung von Sauerstoff in der Probe mittels eines kommerziellen elektrochemischen Detektors, meist vom Clark-Typ, z.B. einem konventionellen amperometrischen Sensor mit Membranabschluss.
• Im Zuge der zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen wurde gefunden, dass eine signifikante Fehlerquelle bei der Verwendung von Elektroden oder Zellen vom Clark-Typ in Verbindung mit Medien gemischter Phase auftritt, wie Nebel oder Aerosolen, wenn die Bildung von Niederschlägen, Kondensaten oder Spritzern auf der Aussenfläche der Membran erfolgt, die dem untersuchten Medium ausgesetzt ist. Vorzugsweise wird die Detektor- oder Sensoroberfläche des amperometrischen Sensors in hängender Weise angeordnet, d.h. mit praktisch horizontal angeordneter Sensoroberfläche, wie in der beigeschlossenen Zeichnung erläutert. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Messung von Werten solcher Sensoren durch anhaftendes Material, beispielsweise Wassertröpfchen, sehr deutlich beeinflusst oder unbrauchbar wird.
• Gemäss der Erfindung wird nun ein zuverlässiger, einfacher und kontinuierlicher Betrieb der erfindungsgemässen Gaserkennungsvorrichtung durch eine Trennmembran geboten, die als Sprüh- oder Spritzschutzschicht der Sensorfläche der Membran des Sensors dient und gewünschtenfalls an einer solchen Membran anliegend oder beabstandet von dieser angeordnet und durch eine Klammer oder einen Ring gehalten werden kann.
• Die Vorrichtung gemäss der Erfindung hat daher die in Oberbegriff und Kennzeichen von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
• Bevorzugte Ausführungsformen haben die in den Ansprüchen 2 bis 10 angegebenen Merkmale.
• Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die einzige Figur der Zeichnung beschrieben, die in schematischer Weise eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Gaserkennungsvorrichtung zeigt.
• Bei der folgenden Beschreibung der einzigen Figur der Zeichnung versteht sich, dass nur soviel vom Aufbau der erfindungsgemässen Gaserkennungsvorrichtung dagestellt ist, als für den Fachmann zum schnellen Verständnis der zugrundeliegenden Prinzipien und Konzepte der vorliegenden Entwicklung erforderlich.
• Wie erkenntlich, ist eine abgebrochen dargestellte Packung P, beispielsweise eine Ampulle oder Flasche, vorübergehend in einem Probenhalter oder einer Halterung 10 fixiert, die beispielsweise eine im wesentlichen zylindrische Form haben kann. Es versteht sich, dass dieser Halter oder diese Halterung 10 ein geeignetes Passungselement aufweist, das darin eingesetzt werden kann und eine Form aufweist, die annähernd der Form oder Konfiguration der zu prüfenden Packung P entspricht. Beispielsweise kann die Halterung 10 allgemein als Fassung ausgebildet sein, die bei entsprechender Drehung oder Verschraubung verschlossen werden kann, um die Packung P aufzunehmen und lagemässig zu fixieren. Insbesondere wird die Packung P temporär so in der Halterung 10 fixiert, dass die nachfolgende Punktierung eines Bereichs oder Teils PF der Packung P einfach und sicher erzielt werden kann, wobei der zu punktierende Bereich vorzugsweise in der Halterung 10 freiliegt.
• Durch eine entsprechende Drehung oder Schraubung der Halterung 10 in umgekehrter Richtung zu derjenigen, die zur Lagefixierung der in der Regel nunmehr zerstörten Packung P führte, kann letztere wieder freigegeben und die nächste Packung P in der Probehalterung 10 lagemässig fixiert werden, um eine Folge von üblichen Stichproben unter den Packungen P durchzuführen.
• Die Probenhalterung oder der Halterungsteil 10 bildet vorzugsweise zusammen mit einer Gummidichtung 105 und dem freiliegenden Teil der Packung, hier beispielsweise den Boden einer Ampulle oder Flasche, eine Anliegefläche, auf welche in praktisch flüssigkeitsdichter Weise ein Element 12 montiert werden kann, das aus einem vorzugsweise elastischen Material gebildet ist und beispielsweise eine im wesentlichen ringförmige oder zylinderförmige Ausbildung hat.
• Der freiliegende Teil PF der Packung P, die hier beispielsweise eine aus Glas gebildete Ampulle oder Flasche ist, wird dann von einem Werkzeug mit Hartmetallspitze oder einem äquivalenten Mittel zur Festlegung der Bruchstelle gekratzt oder geritzt, die beim Eindringen der Hohlnadel 11 an der Packung P gebildet wird.
• Diese Hohlnadel enthält eine relativ scharfe Spitze oder einen Punktierteil 110. Ferner besitzt diese Hohlnadel 11, wie bei Betrachtung der Zeichnung klar zu erkennen ist, mindestens zwei Kanäle oder Leitungen 111 und 112, die sich durch die Hohlnadel erstrecken. Im allgemeinen ist die Aussenfläche der Hohlnadel 11 im wesentlichen zylindrisch und dicht in die Innenbohrung 12a des Elementes 12 eingesetzt.
• Zu Beginn eines Spür- oder Erkennungszyklus wird eine geringe Menge einer Verdrängungs- oder Spülflüssigkeit, beispielsweise Wasser, aus einer geeigneten Quelle 16 durch eine Flüssigkeitsspeisungsleitung 161 abgegeben, deren Strom mit dem Kanal oder der Leitung 112 kommuniziert und auf die Anliegefläche 101 appliziert. Auf diese Weise kann das Eindringen von Umgebungsluft in den Innenraum des Elements 12 oder mit anderen Worten in den Raum verhindert werden, der nicht von der Hohlnadel 11 eingenommen wird. Der andere Kanal 111 der Hohlnadel 11 wird zu Beginn mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, durchspült oder gereinigt, das aus einer geeigneten Quelle 19 über die Spülungsleitung 191 und die Gasführungsleitung 151 abgegeben wird. Dieses Inertgas beeinträchtigt nicht den Betrieb eines geeigneten Sensors 17, der in einer Kammer 15 angeordnet ist und weiter unten eingehender erläutert wird. Zu Beginn und während der tatsächlichen Messoperation wird die Einspeisung des Reinigungs- oder Spülgases durch ein Ventil 192 oder eine äquivalente Einrichtung, die gewöhnlich automatisch betätigt ist, unterbrochen.
• Nunmehr wird der freiliegende Boden PF der Ampulle durch die Hohlnadel 11 beispielsweise dadurch durchbohrt, dass diese Hohlnadel 11 entweder mit einem entsprechenden motorischen Antrieb oder manuell auf die Halterung 10 abgesenkt wird. Die Halterung 10 ist an ihrer Basis oder an ihrem unteren Ende durch irgendeine geeignete Trägerfläche abgestützt.
• Solange das Element 12, das engpassend an der Anliegefläche 101 anliegt, den Eintritt von Aussen- oder Umgebungsluft in das Innere der durchbohrten Ampulle oder Flasche ausschliesst, speist eine Dosierungs- oder Einführungsvorrichtung 162 der oben erwähnten Verdrängungs- oder Spülflüssigkeit, hier angenommenerweise Wasser, in den Innenraum S der Ampulle oder Flasche ein und verdrängt an dieser Stelle das gleiche Volumen an Gas. Typische Volumina der Verdrängungsflüssigkeit liegen im Bereich von 0,2 bis 10 ml, was jedoch auch von der Grösse des Gasraums in der verwendeten Packung P abhängen kann. Für Standardampullen oder -flaschen sind oft Verdrängungsflüssigkeitsmengen von nur 0,5 ml ausreichend.
• Das verdrängte Gas gelangt durch die Leitung 151, die mit dem Reinigungs- oder Spülgas gefüllt ist, in die Abteilung oder Kammer 15, die zur Vereinfachung der Zeichnung nur fragmentarisch dargestellt ist. Der oben genannte Sensor 17 wird in diese Abteilung oder Kammer 15 eingesetzt. Dieser Sensor ist typisch eine Sonde mit Membranabschluss, insbesondere eine elektroanalytische Sonde und vorzugsweise eine amperometrische Sonde bzw. ein entsprechender Sensor. Ein besonders zweckmässiger amperometrischer Sensor ist eine Zelle oder Elektrode vom Clark-Typ, die eine semipermeable Membran aufweist und zur Messung der Konzentration von verschiedenen elektroaktiven Stoffen oder Gasen geeignet ist. Amperometrische Sensoren dieses Typs sind eingehend beispielsweise im U.S. Patent Nr. 4 096 047, dem britischen Patent Nr. 2 415 298, dem europäischen Patent Nr. 0 043 611 oder dem U.S. Patent Nr. 4 518 477 beschrieben, auf welche Beschreibungen hier durch Bezug verwiesen wird.
• Für viele Anwendungsgebiete der Erfindung wird die Verwendung eines Sensors zur Bestimmung von Sauerstoff bevorzugt. Kommerziell erhältliche Sensoren dieser Art haben im allgemeinen eine annähernd kreisförmig ausgebildete Sensoroberfläche, die als Endfläche auf einem im wesentlichen zylindrischen Körper angeordnet ist. Die Abteilung oder Kammer 15 zur Aufnahme eines solchen Sensors 17 kann dann in gleicher Weise zylindrisch oder rohrförmig ausgebildet sein und mit einer ringförmigen oder annularen Schulter 154 versehen sein, an welcher eine geeignete Dichtung oder ein O-Ring 153 anliegt. Eine entsprechend ringförmige Schulter 175 des Sensors 17 liegt am dichten O-Ring 153 an. Eine Sensormembran 170 ist in üblicher Weise dicht mit dem Sensor 17 verbunden, wie dies beispielsweise in den oben genannten Patenten beschrieben ist.
• Gemäss der Erfindung bedeckt eine Trennmembran 14 die Detektor- oder Sensoroberfläche 171 der Membran 170 des Sensors 17 und könnte gewünschtenfalls an einer solchen Membran 170 anliegen oder beabstandet von dieser angeordnet und von einer Klammer oder einem Ring 152 gehalten werden.
• Bevorzugte Sprühschutzschichten oder Trennmembranen 14 sind gasdurchlässige Schichten oder Membranen mit einem Strömungswiderstand von weniger als 50 %, insbesondere weniger als 10 %, die jedoch für vorhandene Flüssigkeiten praktisch undurchlässig sind. Die Undurchlässigkeit für die Flüssigkeit kann teilweise durch das Material der Sprühschutzschicht oder Trennmembran 14 und teilweise oder vollständig durch die Struktur, insbesondere die Feinporosität, bedingt sein. Besonders bevorzugte mikroporöse Schichten oder Membranen sind aus organischen oder anorganischen Stoffen, beispielsweise kommerziell erhältlichen membranförmigen oder lageförmigen Materialien gebildet, die Porengrössen im Bereich von etwa 0,1 bis 1 um und typisch weniger als 0,5 um aufweisen. Bei Verwendung von Wasser als Verdrängungsflüssigkeit ist die Sprühschutzschicht oder Trennmembran 14 vorzugsweise deutlich hydrophob und aus einem organischen Polymer gebildet. Ein spezielles Beispiel einer Trennmembran oder Sprühschutzschicht mit solchen Eigenschaften sind die kommerziell erhältlichen mikroporösen Schichten oder Membranen, die unter der Marke "GoreTex" von W. L. Gore, D-8011, Rutzbrunn, Deutschland, verkauft werden. Solche Schichten sind im allgemeinen unter einem bestimmten Druck, beispielsweise 2 bar, wasserundurchlässig und haben Porengrössen von etwa 0,3 um. Solche Schichten haben Dicken von 100 um bis zu 2 mm.
• Um den Durchgang von Spülgas und verdrängtem Gas aus einer untersuchten Packung zu ermöglichen und die Rediffusion von Umgebungsluft auszuschalten, wird vorzugsweise eine Falle 18 verwendet, beispielsweise ein Blasenzähler oder anderer Behälter für die Fallen- oder Blockierflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die über eine Leitung 181 mit der Abteilung oder Kammer 15 in Strömungsverbindung steht.
• Es ist besonders zu betonen, dass die Gaserkennungsvorrichtung, die schematisch in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, nur die Prinzipien und eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt und dass insbesondere die Messauswertungseinrichtung, die normalerweise dem Ausgang der fragmentarisch illustrierten Sensoren 17 nachgeschaltet wird, keiner weiteren Erläuterung bedarf, da solche Einrichtungen oder Geräte bekannt und kommerziell in verschiedenen Ausführungsformen erhältlich sind. Es ist auch zu vermerken, dass die in der Zeichnung dargestellten Leitungen 151, 161, 181 und 191 flexibel ausgebildet sein oder flexible Teile besitzten könnten. Ferner können auch motorische Antriebe verwendet werden, beispielsweise zum Senken und Heben der Hohlnadel 11 gegenüber der Probenhalterung 10, zur die Betätigung des Ventils 191 für das Reinigungs- oder Spülgas und zur die Betätigung der Dosier- oder Einspeisungsvorrichtung 162.
• Ferner ist die erfindungsgemässe Gaserkennungsvorrichtung nicht auf die Erkennung von Sauerstoff im Innenraum von Packungen begrenzt, sondern kann auch in allen anderen Situationen verwendet werden, bei welchen bestimmte Grenzwerte des Fehlens oder der Anwesenheit von elektroaktiven Gasen im Innenraum von Packungen und dergleichen zuverlässig überwacht werden sollen.
• Es ist auch zu bemerken, dass die Verdrängungs- oder Spülflüssigkeit, hier beispielsweise Wasser, ein elektroaktives Gas einführt, welches die Messresulte beeinflusst, beispielsweise Sauerstoff, und die Messwerte daher verfälscht sein können. Diese Fehlerquelle ist jedoch im allgemeinen konstant oder kann ohne grosse Schwierigkeiten konstant gehalten und in jedem Fall kompensiert oder korrigiert werden.
• Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung lediglich der Illustration dient.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Erkennung gasformiger Komponenten in einem Innenraum (S) jeder Packung (P) einer Folge von normalerweise gasdicht verschlossenen Packungen, welche Vorrichtung aufweist: eine Halterung (10) zur temporären Fixierung einer Packung; eine mindestens zwei Kanäle (111,112) aufweisende Hohlnadel (11) zum Durchstossen eines vorbestimmten Teils (PF) der Packung (P); eine Abteilung (15) zur Aufnahme eines Sensors; einen amperometrischen Sensor (17) mit Membranabschluss; eine Verbindung (151) der Abteilung mit einem Kanal (111) der Hohlnadel (11), wobei die Verbindung (151), ein Kanal (111) der Hohlnadel sowie ein Bereich der Abteilung (15) einen gasführenden Bereich der Vorrichtung begrenzen und der Sensor mit Membranabschluss eine Membran (170) besitzt, die eine in der Abteilung liegende Sensoroberfläche (171) definiert; Einrichtungen (16, 161, 162) zur Einführung einer Verdrängungsflüssigkeit in den Innenraum einer Packung, die von der Hohlnadel durchstossen werden soll; Einrichtungen (19, 191, 192) zur Spülung des gasführenden Bereichs mit einem Spülgas; und eine in der Abteilung (15) angeordnete Trennmembran (14) für einen leichten Durchgang von Gasen sowie den Schutz der Sensoroberfläche des Sensors gegen Flüssigkeitsablagerungen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Sensor (17) hängend in der Abteilung (15) angeordnet ist, so dass die Sensorfläche (171) annähernd horizontal liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Halterung (10) eine Dichtung (105) aufweist, die mit der Halterung eine Anliegefläche bildet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Hohlnadel (11) eine Spitze (110) zum Durchstossen eines Teils der im Bereich der Anliegefläche freiliegenden Packung aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein Element (12) zur praktisch gasdichten Verbindung der Spitze der Hohlnadel (11) mit der Anliegefläche oder dem freiliegenden Teil der Packung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Spülungseinrichtung (19) eine Spülgasleitung (191) sowie ein Sperrventil (192) für die Spülgasleitung aufweist, die ihrerseits mit der Verbindung (151) zwischen dem einen Kanal (111) und der Abteilung (15) kommuniziert und eine Spülung der Abteilung und der Verbindung sowie des einen Kanals der Hohlnadel ermöglicht.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei welcher die Einrichtungen (16) zur Einführung der Verdrängungsflüssigkeit eine Speisungsleitung (161) aufweisen, die mit einem anderen Kanal (112) der Hohlnadel kommuniziert, wobei die Einrichtungen (16) zur Einführung der Verdrängungsflüssigkeit ausserdem eine Dosiereinrichtung (162) zum Einspeisen einer vorbestimmten Menge der Verdrängungsflüssigkeit besitzen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Falle (18) in Arbeitsverbindung mit der Abteilung (15), wobei die Falle eine Flüssigkeit enthält, die den Durchgang des Spülgases gestattet und das Eindringen von Umgebungsluft in die Abteilung verhindert.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Trennmembran (14) für Gase einen geringen Strömungswiderstand hat, aber den Durchgang von Flüssigkeiten unter normalen Betriebsbedingungen der Vorrichtung im wesentlichen verhindert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Trennmembran (14) von einer mikroporösen Schicht aus einem hydrophoben organischen Polymer gebildet ist und Porendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 um hat.