EP1833601A1 - Verfahren und vorrichtung zur entnahme und analyse von proben - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur entnahme und analyse von proben

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EP1833601A1
EP1833601A1 EP05850293A EP05850293A EP1833601A1 EP 1833601 A1 EP1833601 A1 EP 1833601A1 EP 05850293 A EP05850293 A EP 05850293A EP 05850293 A EP05850293 A EP 05850293A EP 1833601 A1 EP1833601 A1 EP 1833601A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlet opening
analysis
suction line
substances
exiting
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05850293A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Ukelis
Bertram Cezanne
Hanns Wurziger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
Publication of EP1833601A1 publication Critical patent/EP1833601A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
    • G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
    • G01N1/2035—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials by deviating part of a fluid stream, e.g. by drawing-off or tapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
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    • G01N2035/1027—General features of the devices
    • G01N2035/1034—Transferring microquantities of liquid

Definitions

  • the invention relates to a method for taking and analyzing samples from a microreaction system.
  • Microreactors and the elements used in a microreaction system as well as a continuously improved accuracy and sensitivity of various analytical methods can be used to smaller and smaller amounts of substance for performing experimental series of experiments or in the
  • Preparation of reagents can be used. Whereas in the past samples of the order of milliliters and more were required to reliably carry out and evaluate reactions, sample quantities in the range of microliters or even nanoliters can already be used today. are processed . In this way, the effort and costs can be reduced both in terms of the required substance quantities and the required reaction times.
  • the thermal process control is simplified by the reduced mass flows and reduces the risk and possibly existing environmental pollution during and after the reaction.
  • both the course of the reaction or the reaction product thereby obtained and the composition of a sample amount recommended for the analysis can be undesirably influenced and impaired so that, if appropriate, a considerable part of the reaction product quantity or else the analyzes can not be utilized.
  • Devices are known for the removal of small amounts of sample (US 6, 074, 880), in which a stream of substances is passed through a channel.
  • the channel has one or more openings, for example in the form of a through hole, so that through to the channel directed compressed air surges a small amount of sample can be blown out of the flowing through the channel flow of substance through a designated opening of the channel.
  • the known devices allow a sampling of small amounts of substance, however, require a not insignificant design effort.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for sampling and analysis of samples in such a way that a sample removal with the least possible impairment of the ongoing microreaction and an immediately subsequent analysis of the sample amount removed are possible.
  • This object is achieved by a method for the removal and analysis of samples from a microreaction system and a laterally arranged next to an outlet opening of the microreaction system suction, wherein for the extraction of the
  • Outlet opening exiting substances a negative pressure in the suction line is generated, causing the exiting Substance stream is divided into a suctioned stream of substance and a free-falling stream of substances, and wherein then one of the two divided substance streams is fed to an analysis device for analysis.
  • the outlet opening is either used as the output of the microreaction system to completely exit the substances involved in the chemical reaction or designed sufficiently small and arranged at a suitable location within the microreaction system, so that a continuously exiting at the outlet opening amount of substance, the reaction proceeding in the microreaction system is not essential impaired. There are no valves, closures or compressed air generating devices required to remove a desired amount of sample.
  • One of the two divided substance streams namely either sucked into the suction or the non-sucked, free falling stream of substances is fed directly to an analysis device and allows a fast, largely unadulterated analysis of the leaked from the outlet opening substances.
  • exiting substances either by design or depending on the in each case desired re-use of the exiting substances are freely selected, for example, if the extracted substance flow is used exclusively for analysis purposes and then discharged and disposed of and the non-sucked, free-falling substance flow for filling in one or in several containers is provided. It is also possible that the extracted substance flow immediately a further utilization is supplied and an analysis and control of the exiting substances by an analysis device takes place, which captures and evaluates the free-falling stream of substances below the outlet opening.
  • the exiting stream of substances can be filled for example in a collecting container or used as a starting material for a further reaction.
  • Reaction parameters are controlled. In this way, large series of experiments with a predefinable reaction of reaction parameters in a controlled manner can be automated. Likewise, it is possible by a variation of the reaction parameters, the running reaction or. To change the resulting reaction products until an analysis of the exiting substance flow shows that a desired
  • composition or property of the exiting stream of substances has been achieved.
  • the method described can also be used to comprehensively control a known or. given reaction sequence and the resulting Use reaction products. For example, if the exiting stream of substances distributed over a large number of containers and in j edem container, for example, in a microcavity, only a very small amount of substances are filled, so with the described method between the individual filling j eweils an analysis of the exiting substance flow be made and its properties and their quality are measured and monitored.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the described method with a microreaction system having an outlet opening for substances involved in the reaction.
  • an opening of a suction line is arranged laterally next to the outlet opening, wherein a negative pressure can be generated in the suction line for sucking the substances emerging from the outlet opening and an analysis device is either connected to the suction line or arranged below the outlet opening.
  • the outlet opening can be designed so that no or no. only an insignificant dead volume in the form of cavities is required in which no reaction takes place or only a reaction under other, possibly uncontrollable conditions can take place.
  • the embodiment of the sampling system according to the invention ensures that the composition of the sample supplied to the analyzer device does not differ in its composition or only insignificantly from the substances involved in the microreaction. In this way, a high Meaningfulness of the measurements and evaluations carried out in the analytical device.
  • the outlet opening is at the same time also the exit from the microreaction system and the substance stream emerging from the outlet opening is identical to the reaction products, an impairment or falsification of the reaction taking place in the microreaction system is largely precluded.
  • the analysis device is connected to a control device for controlling the negative pressure in the suction line.
  • a control device for controlling the negative pressure in the suction line.
  • Outlet opening exiting stream of substance is sucked or not sucked off and should fall freely due to gravity down.
  • Control device is a valve.
  • the control of the negative pressure in the suction line by means of a valve is possible with relatively little design effort and allows rapid pressure changes and thus precise control in the distribution of the exiting stream of substances.
  • the analysis device and subsequently the control device are arranged along the suction line. This prevents unwanted contamination in the substance stream contained reaction products by unavoidable dead volumes in the valve, or. due to the inclusion of valve materials etc. and thus can lead to a falsification of the measurement results.
  • control device and subsequently the analysis device are arranged along the suction line.
  • reaction time can be improved with which control commands of the analysis device can affect the distribution of the substance flow.
  • Such an arrangement can be used advantageously in particular when it depends more on an accurate metering of the divided substance streams than on the avoidance of possibly negligible contamination.
  • a housing is arranged around the outlet opening with an outlet opening for substances emerging from the outlet opening and with a passage opening for the suction line.
  • Housing protects the one hand, the area around the outlet opening from unwanted, uncontrollable environmental influences and allows the other hand, by simple means, the precise and reproducible arrangement of the suction in relation to the outlet opening.
  • the arrangement of the opening of the suction line is variable relative to the outlet opening. In this way, at a given negative pressure in the suction line, the suction effect caused thereby in the region of the outlet opening can be changed in order to possibly take into account different properties of the substances and reaction products used, for example different viscosities or volatilities.
  • the outlet opening is designed in the form of a capillary.
  • a capillary makes it possible to precisely meter and, in particular, lower amounts of substance during the exit from the microreaction system and, on the other hand, largely prevents the reactions taking place in the microreaction system from being influenced by the changing reactions
  • the inner diameter of the capillary is expediently chosen to be sufficiently small in order to ensure a complete suction of the exiting substance amounts and on the other hand should be chosen sufficiently large so as not to jeopardize a continuous leakage of the substances by a strongly increasing differential pressure in the capillary.
  • it can be ensured with a suitable capillary that the stream of substance emerges from the outlet opening in a fine, free jet.
  • an area can be heated around the outlet opening. It has been found that the use of volatile solvents, such as dichloromethane or ether due to the enthalpy of vaporization of the solvent for ice formation may occur at the outlet opening. This undesirable impairment during operation can be easily avoided by heating in the region of the outlet opening.
  • a protective gas atmosphere displacing the air humidity can be produced and maintained.
  • the inert gas atmosphere may be used in place of or in addition to a heater to prevent unwanted ice formation at a cooling outlet.
  • a protective gas atmosphere it is possible by means of a protective gas atmosphere to prevent contamination of the exiting the outlet opening substance flows largely.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device for taking and analyzing samples from a microreaction system
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a sampling device to which an analytical device is connected
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device for taking and analyzing samples from a microreaction system
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a sampling device to which an analytical device is connected
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device for taking and analyzing samples from a microreaction system
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a sampling device to which an analytical device is connected
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device for taking and analyzing samples from a microreaction system
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a sampling device to which an analytical device is connected
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a device for taking and analyzing samples from a microreaction system
  • FIG. 2 shows a more detailed illustration of a sampling device to which an analytical device is connected
  • FIG. 1 shows
  • Fig. 3 is a schematic overview of a device according to FIGS. 1 and 2 with a different arrangement of a solenoid valve to control the division of the sample removed.
  • Sampling device 1 is connected via a hose 2 with a microreaction system 3, which is indicated schematically for simplicity and j e can be designed complex according to concrete application. After the reaction, the entire
  • Microreaction system 3 completely emptied via the sampling device 1.
  • the outlet opening 4 is designed in the form of a capillary.
  • the hose 2 is detachable via connection piece 5 with the outlet opening 4 or. connected to the capillary.
  • a plurality of microreaction systems 3 with different sampling devices 1 can be used in any combination, so that, for example, depending on the substances used in each case associated sampling devices 1 with one for certain
  • microreaction system 3 can be combined. Also, a microreaction system 3 to be cleaned or a sampling device 1 to be cleaned can be easily exchanged so that almost continuous operation is ensured.
  • a capillary outlet 4 is slidably disposed in the interior of a sleeve-shaped housing 6. Both the connecting piece 5 of the hose 2 and the outlet opening 4 in capillary form are fastened in a housing cover 7, which engages with the housing 6 via a screw thread and thus allows longitudinal displacement of the open end of the capillary relative to the housing bottom of the housing 6.
  • the housing 6 has adjacent to the capillary
  • the suction line 9 opens into an analysis device 10.
  • a substance flow supplied via the suction line 9 of the analysis device 10 can be subjected to suitable measurements in the analysis device 10 whose analysis allows conclusions to be drawn about the properties, for example the composition or concentration of individual reaction products in the substance flow.
  • a solenoid valve 13 is arranged, with which the negative pressure generated in the suction line 9 can be controlled.
  • the solenoid valve 13 is connected via a drive device 14 with the analysis device 10 and controllable by this. Depending on the
  • the solenoid valve 13 is opened or be closed and thereby the prevailing in the suction 9 negative pressure can be specified.
  • the solenoid valve 13 is opened and generates a negative pressure in the suction line 9. Due to the negative pressure, the substance flow exiting from the outlet opening 4 is sucked into the suction line 9 and fed to the analysis device 10. If, as a result of the analyzes, it is determined that the analyzed sample corresponds to predetermined criteria, then the solenoid valve 13 can be closed and the free-flowing substance stream then exits through an outlet opening 15 in the bottom of the housing 6 and can be collected in a suitable sample container 16.
  • the generated negative pressure can be sucked into the suction 9 or. Precise metering through the outlet 15 exiting amount of substance, so that a use of the sampling device 1 as a metering system at regular intervals performed analyzes and controls is conceivable.
  • the solenoid valve 13 following the analysis device 10 avoids any contamination of the samples taken and intended for the analysis. If, instead of avoiding possible contamination, the most accurate possible metering and distribution of the substance stream exiting from the outlet opening 4 is important, then the solenoid valve 13 can be used be arranged in front of the analysis device 10 in the suction line 9, as shown in FIG. 3 shown. In this embodiment, the reaction time for the control of the division of the exiting substance flow is lower than in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, since no change of pressure, resp. no build-up of a vacuum over the dead volume of the analyzer 10 is required.
  • a local heating in the area around the outlet opening 4, for example, by using an electric heater or a heat coupling can accomplish in a simple manner. It can also be avoided by the controlled supply of a preferably chemically largely inert protective gas in the housing 6 that falsified by a, albeit only a brief reaction of the exiting stream of substances with the ambient air, the measured values obtained in the analysis device 10 or the reaction products generated before an optionally intended Reuse be adversely affected.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Entnahme und Analyse von Proben aus einem Mikroreaktionssystem (3) mit einer seitlich neben einer Austrittsöffnung (4) des Mikroreaktionssystems (3) angeordneten Absaugleitung (9) wird zum Absaugen von aus der Austrittsöffnung (4) austretenden Substanzen ein Unterdruck in der Absaugleitung (9) erzeugt, wodurch der austretende Substanzenstrom in einen abgesaugten Substanzenstrom und einen frei fallenden Substanzenstrom aufgeteilt wird, und anschliessend einer der beiden aufgeteilten Substanzenströme einer Analysenvorrichtung (10) zur Analyse zugeführt. In Abhängigkeit eines Ergebnisses der Analyse kann eine Beeinflussung des Unterdrucks in der Absaugleitung (9) und damit eine Steuerung oder Regelung der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms vorgenommen werden. Auch können Reaktionsparameter in Abhängigkeit von Analysenergebnissen vorgegeben oder gesteuert werden. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine seitlich neben der Austrittsöffnung (4) angeordnete Öffnung der Absaugleitung (9) auf, wobei in der Absaugleitung (9) ein Unterdruck erzeugbar ist und eine Analysenvorrichtung (10) entweder an die Absaugleitung (9) angeschlossen ist oder unterhalb der Austrittsöffnung (4) angeordnet ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entnahme und Analyse von Proben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme und Analyse von Proben aus einem Mikroreaktionssystem.
Mit einer zunehmenden Miniaturisierung einzelner
Mikroreaktoren und den in einem Mikroreaktionssystem verwendeten Elementen sowie einer kontinuierlich verbesserten Genauigkeit und Empfindlichkeit verschiedener Analysenverfahren können immer kleinere Substanzmengen zur Durchführung experimenteller Versuchsreihen oder bei der
Herstellung von Reagenzien verwendet werden . Während früher Probenmengen in der Größenordnung von Milliliter und mehr erforderlich waren, um Reaktionen zuverlässig ausführen und auswerten zu können, können heute bereits Probemengen im Bereich Mikroliter oder gar Nanoliter verwendet bzw . verarbeitet werden . Auf diese Weise lassen sich der Aufwand und die Kosten sowohl hinsichtlich der erforderlichen Substanzmengen als auch der benötigten Reaktionszeiten reduzieren . Die thermische Prozessführung wird durch die verringerten Massenströme vereinfacht und eine Gefährdung und gegebenenfalls bestehende Umweltbelastung während und nach der Reaktion verringert .
Sowohl bei der Durchführung größerer experimenteller Versuchsreihen als auch bei der Kontrolle etablierter Reaktionsprozesse ist es oftmals notwendig, aus einem kontinuierlich betriebenen Mikroreaktionssystem geringe Probenmengen zu entnehmen, ohne den Fluss der Reagenzien durch das Mikroreaktionssystem oder gar eine ablaufende chemische Reaktion zu behindern oder zu beenden . Zur Entnahme der dafür erforderlichen Probenmengen ist üblicherweise eine Austrittsöffnung vorgesehen, die an geeigneter Stelle innerhalb des Mikroreaktionssystems angeordnet und über ein Ventil oder einen Verschluss steuerbar ist . Dabei entstehen unvermeidbar Hohlräume, in welchen die im Mikroreaktionssystem ablaufende chemische Reaktion nicht oder unter anderen, meistens nicht kontrollierbaren Reaktionsbedingungen abläuft . Auf diese Weise kann sowohl der Reaktionsablauf bzw. das dabei erhaltende Reaktionsprodukt als auch die Zusammensetzung einer für die Analyse empfohlenen Probenmenge in unerwünschter Weise beeinflusst und beeinträchtigt werden, so dass gegebenenfalls ein erheblicher Teil der Reaktionsproduktmenge oder aber die Analysen nicht verwertet werden können .
Bei der Verwendung derselben Mikroreaktionssysteme für unterschiedliche Substanzen und Reaktionsvorgänge muss j edes Mal eine aufwendige Reinigung der mit den Substanzen in Berührung kommenden Elemente durchgeführt werden . Diese Reinigung wird durch das Vorhandensein von Totvolumina in Hohlräumen sowie durch Verschlusselemente oder Ventile erschwert .
Es sind Vorrichtungen zur Entnahme von kleinen Probenmengen bekannt (US 6 , 074 , 880 ) , bei welchen ein Substanzenstrom durch einen Kanal geführt wird . Der Kanal weist eine oder mehrere Öffnungen, beispielsweise in Form einer durchgehenden Bohrung, auf , so dass durch auf den Kanal gerichtete Druckluftstöße eine kleine Probenmenge aus dem durch den Kanal hindurchfließenden Substanzenstrom durch eine dafür vorgesehene Öffnung des Kanals hindurch herausgeblasen werden kann .
Es ist auch bekannt (US 3 , 974 , 697 ) , die Strömungsrichtung eines in einem verzweigten Kanalsystem geführten Substanzenstroms durch die Erzeugung geeigneter Druckunterschiede so zu beeinflussen, dass der Substanzenstrom in die gewünschte Kanalverzweigung strömt .
Die bekannten Vorrichtungen ermöglichen eine Probennahme kleiner Substanzmengen, erfordern j edoch einen nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand .
Eine sofortige Analyse der entnommenen Probenmenge ist bei den bekannten Vorrichtungen nicht vorgesehen .
Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge , ein Verfahren zur Entnahme und Analysen von Proben so auszugestalten, dass eine Probenentnahme mit einer möglichst geringen Beeinträchtigung der ablaufenden Mikroreaktion und eine unmittelbar anschließende Analyse der entnommenen Probenmenge möglich sind .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Entnahme und Analysen von Proben aus einem Mikroreaktionssystem und einer seitlich neben einer Austrittsöffnung des Mikroreaktionssystems angeordneten Absaugleitung , wobei zum Absaugen von aus der
Austrittsöffnung austretenden Substanzen ein Unterdruck in der Absaugleitung erzeugt wird, wodurch der austretende Substanzenstrom in einen abgesaugten Substanzenstrom und einen frei fallenden Substanzenstrom aufgeteilt wird, und wobei anschließend einer der beiden aufgeteilten Substanzenströme einer Analysenvorrichtung zur Analyse zugeführt wird. Die Austrittsöffnung wird dabei entweder als Ausgang des Mikroreaktionssystems zum vollständigen Austreten der an der chemischen Reaktion beteiligten Substanzen verwendet oder an geeigneter Stelle innerhalb des Mikroreaktionssystems ausreichend klein gestaltet und angeordnet , so dass eine an der Austrittsöffnung kontinuierlich austretende Substanzmenge die im Mikroreaktionssystem weiter ablaufende Reaktion nicht wesentlich beeinträchtigt . Es sind weder Ventile , Verschlüsse noch Druckluft erzeugende Vorrichtungen erforderlich, um eine gewünschte Probenmenge zu entnehmen .
Einer der beiden aufgeteilten Substanzenströme , nämlich entweder der in die Absaugleitung abgesaugte oder aber der nicht abgesaugte , frei fallende Substanzenstrom, wird unmittelbar einer Analysenvorrichtung zugeführt und erlaubt eine schnelle , weitestgehend unverfälschte Analyse der aus der Austrittsöffnung ausgetretenen Substanzen .
Dabei kann entweder konstruktionsbedingt oder in Abhängigkeit von der j eweils gewünschten Weiterverwendung der austretenden Substanzen frei gewählt werden, ob beispielsweise der abgesaugte Substanzenstrom ausschließlich für Analysezwecke verwendet und anschließend abgeführt und entsorgt wird und der nicht abgesaugte , frei fallende Substanzenstrom für die Abfüllung in ein oder in mehrere Behältnisse vorgesehen ist . Es ist ebenfalls möglich, dass der abgesaugte Substanzenstrom unmittelbar einer Weiterverwertung zugeführt wird und eine Analyse und Kontrolle der austretenden Substanzen durch eine Analysenvorrichtung erfolgt , die unterhalb der Austrittsöffnung den frei fallenden Substanzenstrom auffängt und auswertet .
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Analyse eine Beeinflussung des Unterdrucks in der Absaugleitung und damit der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms vorgenommen wird . So könnte zunächst eine kontinuierliche Absaugung und Analyse des austretenden Substanzenstroms erfolgen, bis sich beispielsweise eine gewünschte Konzentration eines Reaktionsproduktes einstellt , um anschließend den austretenden Substanzenstrom in geeigneter Weise zu verwerten und lediglich in geeigneten Intervallen Proben zu Analysezwecken und zur Kontrolle zu entnehmen .
Besonders vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Aufteilung des austretenden Substanzenstroms in
Abhängigkeit von Analysenergebnissen geregelt wird . Auf diese Weise können größere Versuchsreihen weitgehend automatisiert durchgeführt werden . Der austretende Substanzenstrom wird in Intervallen oder weitgehend kontinuierlich analysiert . Sobald bzw . solange die
Analysenergebnisse in einem vorgebbaren Bereich sind, kann der austretende Substanzenstrom beispielsweise in ein Auffangbehältnis abgefüllt oder als Ausgangsstoff für eine weitere Reaktion verwendet werden .
Es ist ebenso vorteilhaft und denkbar, dass in Abhängigkeit von Ergebnissen der Analyse die Weiterverwertung des austretenden Substanzenstroms gesteuert wird . Insbesondere bei berührungslosen Analysen oder bei die Reaktionssubstanzen nicht nachteilig beeinflussenden Analysen kann auf diese Weise in Abhängigkeit von den Analysenergebnissen und damit der Zusammensetzung des analysierten Substanzenstroms über die weitere Verwertung sowohl des abgesaugten als auch des frei fallenden Substanzenstroms entschieden werden und eine entsprechende Steuerung erfolgen .
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Analyse eine oder mehrere
Reaktionsparameter gesteuert werden . Auf diese Weise lassen sich große Versuchsreihen mit einer vorgebbaren Reaktion von Reaktionsparametern in kontrollierter Weise automatisiert durchführen . Ebenso ist es möglich, durch eine Variation der Reaktionsparameter die ablaufende Reaktion bzw . die dabei entstehenden Reaktionsprodukte so lange zu verändern, bis eine Analyse des austretenden Substanzenstroms ergibt , dass eine gewünschte
Zusammensetzung oder Eigenschaft des austretenden Substanzenstroms erreicht wurde . In diesem Fall ist es zweckmäßig, durch eine geeignete Steuerung der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms Proben zu entnehmen, abzufüllen und gegebenenfalls zu Dokumentationszwecken oder für eine weitere Auswertung oder Untersuchung aufzubewahren .
Anstelle einer weitgehenden Automatisierung experimenteller Versuchsreihen lässt sich das beschriebene Verfahren auch zu einer umfassenden Kontrolle eines bekannten bzw . vorgegebenen Reaktionsablaufs sowie der dabei entstehenden Reaktionsprodukte verwenden . Soll beispielsweise der austretende Substanzenstrom auf eine große Anzahl von Behältnissen verteilt und in j edem Behältnis , beispielsweise in einer Mikrokavität , nur eine sehr geringe Menge an Substanzen abgefüllt werden, so kann mit dem beschriebenen Verfahren zwischen den einzelnen Abfüllvorgängen j eweils eine Analyse des austretenden Substanzenstroms vorgenommen und dessen Eigenschaften bzw. dessen Qualität gemessen und überwacht werden .
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einem Mikroreaktionssystem mit einer Austrittsöffnung für an der Reaktion beteiligte Substanzen .
Erfindungsgemäß ist seitlich neben der Austrittsöffnung eine Öffnung einer Absaugleitung angeordnet , wobei in der Absaugleitung zum Absaugen der aus der Austrittsδffnung austretenden Substanzen ein Unterdruck erzeugbar ist und eine Analysenvorrichtung entweder an die Absaugleitung angeschlossen oder unterhalb der Austrittsöffnung angeordnet ist . Die Austrittsöffnung kann so ausgestaltet sein, dass durch die Austrittsöffnung kein bzw . nur ein unwesentliches Totvolumen in Form von Hohlräumen erforderlich wird, in welchen keine Reaktion abläuft oder nur eine Reaktion unter anderen, gegebenenfalls nicht kontrollierbaren Bedingungen ablaufen kann . Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Probenentnahmesystems wird sichergestellt , dass sich die der Analysenvorrichtung zugeführte Probenmenge in ihrer Zusammensetzung nicht oder nur unwesentlich von den an der Mikroreaktion beteiligten Substanzen unterscheidet . Auf diese Weise wird eine hohe Aussagekraft der in der Analysenvorrichtung durchgeführten Messungen und Auswertungen gewährleistet . Insbesondere dann, wenn die Austrittsöffnung gleichzeitig auch der Ausgang aus dem Mikroreaktionssystem ist und der aus der Austrittsöffnung austretende Substanzenstrom identisch mit den Reaktionsprodukten ist , wird eine Beeinträchtigung oder Verfälschung der in dem Mikroreaktionssystem ablaufenden Reaktion weitestehend ausgeschlossen .
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Analysenvorrichtung mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Unterdrucks in der Absaugleitung verbunden ist . Auf diese Weise kann mit einfachen Mitteln in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Analyse vorgegeben werden, ob auf Grund eines erzeugten Unterdrucks in der Absaugleitung der aus der
Austrittsöffnung austretende Substanzenstrom abgesaugt wird oder aber nicht abgesaugt wird und auf Grund der Schwerkraft frei nach unten fallen soll .
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die
Steuereinrichtung ein Ventil ist . Die Steuerung des Unterdrucks in der Absaugleitung mittels eines Ventils ist mit vergleichsweise geringem konstruktivem Aufwand möglich und erlaubt schnelle Druckwechsel und damit eine präzise Steuerung bei der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms .
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Analysenvorrichtung und nachfolgend die Steuereinrichtung entlang der Absaugleitung angeordnet sind. Damit wird verhindert , dass es zu einer unerwünschten Kontamination der in dem Substanzenstrom enthaltenen Reaktionsprodukte durch unvermeidliche Totvolumina im Ventil , bzw . durch die Aufnahme von Ventilwerkstoffen etc . und damit zu einer Verfälschung der Messergebnisse kommen kann .
Es ist ebenfalls denkbar, dass die Steuereinrichtung und nachfolgend die Analysenvorrichtung entlang der Absaugleitung angeordnet sind . Auf diese Weise kann die Reaktionszeit verbessert werden, mit welcher sich Steuerbefehle der Analysenvorrichtung auf die Aufteilung des Substanzenstroms auswirken können . Eine solche Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn es mehr auf eine genaue Dosierung der aufgeteilten Substanzenströme als auf die Vermeidung einer möglicherweise unerheblichen Kontamination ankommt .
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass um die Austrittsöffnung herum ein Gehäuse angeordnet ist mit einer Auslassöffnung für aus der Austrittsöffnung austretende Substanzen und mit einer Durchführungsöffnung für die Absaugleitung . Das
Gehäuse schützt einerseits den Bereich um die Austrittsöffnung vor unerwünschten, unkontrollierbaren Umgebungseinflüssen und erlaubt andererseits mit einfachen Mitteln die präzise und reproduzierbare Anordnung der Absaugleitung im Verhältnis zur Austrittsöffnung . Je näher die Öffnung der Absaugleitung relativ zur Austrittsöffnung angeordnet werden kann, ohne dass der austretende Substanzenstrom in direkten Kontakt mit der Absaugleitung kommt , umso geringer ist der mindestens notwendige Unterdruck innerhalb der Absaugleitung, um ein vollständiges Absaugen der aus Austrittsöffnung austretenden Substanzmenge zu gewährleisten . Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Anordnung der Öffnung der Absaugleitung relativ zur Austrittsöffnung veränderbar ist . Auf diese Weise kann bei vorgegebenem Unterdruck in der Absaugleitung die dadurch verursachte Saugwirkung im Bereich der Austrittsöffnung verändert werden, um möglicherweise unterschiedliche Eigenschaften der verwendeten Substanzen und Reaktionsprodukte , beispielsweise verschiedenen Viskositäten oder Flüchtigkeiten Rechnung zu tragen .
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Austrittsöffnung in Form einer Kapillare gestaltet ist . Eine Kapillare ermöglicht einerseits ein genaues Dosieren auch und insbesondere von geringeren Substanzmengen während des Austretens aus dem Mikroreaktionssystem und verhindert andererseits weitgehend eine Beeinflussung der in dem Mikroreaktionssystem ablaufenden Reaktionen durch die wechselnden
Druckverhältnisse in unmittelbarer Umgebung der Austrittsöffnung . Der Innendurchmesser der Kapillare wird dabei zweckmäßigerweise ausreichend klein gewählt , um ein vollständiges Absaugen der austretenden Substanzmengen zu gewährleisten und sollte andererseits ausreichend groß gewählt werden, um ein kontinuierliches Austreten der Substanzen nicht durch einen stark ansteigenden Differenzdruck bei der Kapillare zu gefährden . Mit einer geeigneten Kapillare kann insbesondere sichergestellt werden, dass der Substanzenstrom in einem feinen, freien Strahl aus der Austrittsöffnung austritt . Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass ein Bereich um die Austrittsöffnung beheizbar ist . Es hat sich gezeigt , dass es bei der Verwendung von leicht flüchtigen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Dichlormethan oder Äther auf Grund der Verdampfungsenthalpie des Lösungsmittels zur Eisbildung an der Austrittsöffnung kommen kann. Diese unerwünschte Beeinträchtigung während des Betriebs kann durch eine Erwärmung im Bereich der Austrittsöffnung ohne weiteres vermieden werden .
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass in einem Bereich um die Austrittsöffnung eine die Luftfeuchtigkeit verdrängende Schutzgasatmosphäre herstellbar und aufrecht erhaltbar ist . Die Schutzgasatmosphäre kann anstelle oder zusätzlich zu einer Heizvorrichtung verwendet werden, um eine unerwünschte Eisbildung an einer sich abkühlenden Austrittsöffnung zu verhindern . Darüber hinaus ist es mittels einer Schutzgasatmosphäre möglich, eine Verunreinigung der aus der Austrittsöffnung austretenden Substanzenströme weitgehend zu verhindern .
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist . Es zeigt :
Fig . 1 eine schematische Übersicht über eine Vorrichtung zur Entnahme und Analyse von Proben aus einem MikroreaktionsSystem, Fig . 2 eine detailliertere Darstellung einer Probenentnahmevorrichtung, an welche eine Analysenvorrichtung angeschlossen ist und
Fig . 3 eine schematische Übersicht über eine Vorrichtung gemäß den Fig . 1 und 2 mit einer abweichenden Anordnung eines Magnetventils zur Steuerung der Aufteilung der entnommenen Probe .
Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte
Probenentnahmevorrichtung 1 ist über einen Schlauch 2 mit einem Mikroreaktionssystem 3 verbunden, welches zur Vereinfachung schematisch angedeutet ist und j e nach konkretem Anwendungsfall komplex ausgestaltet sein kann . Nach erfolgter Reaktion wird das gesamte
Mikroreaktionssystem 3 über die Entnahmevorrichtung 1 vollständig entleert . Die Austrittsöffnung 4 ist in Form einer Kapillare ausgeführt . Der Schlauch 2 ist über Anschlussstück 5 lösbar mit der Austrittsöffnung 4 bzw . der Kapillare verbunden . Auf diese Weise können mehrere Mikroreaktionssysteme 3 mit verschiedenen Probenentnahmevorrichtungen 1 in beliebiger Kombination verwendet werden, so dass beispielsweise in Abhängigkeit von verwendeten Substanzen j eweils zugeordnete Probenentnahmevorrichtungen 1 mit einem für bestimmte
Anwendungen geeigneten Mikroreaktionssystem 3 kombiniert werden können . Auch kann ein zu reinigendes Mikroreaktionssystem 3 oder eine zu reinigende Probenentnahmevorrichtung 1 einfach ausgetauscht werden, so dass ein nahezu kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist . Die als Kapillare gestaltete Austrittsöffnung 4 ist im Innenraum eines hülsenförmigen Gehäuses 6 verschiebbar angeordnet . Sowohl das Anschlussstück 5 des Schlauchs 2 als auch die Austrittsöffnung 4 in Kapillarform sind in einem Gehäusedeckel 7 befestigt , der über ein Schraubgewinde mit dem Gehäuse 6 in Eingriff steht und so eine Längsverschiebung des offenen Endes der Kapillare relativ zum Gehäuseboden des Gehäuses 6 ermöglicht .
Das Gehäuse 6 weist benachbart zur kapillarförmigen
Austrittsöffnung 4 eine Durchführungsöffnung 8 auf , durch die hindurch eine Absaugleitung 9 in das Innere des Gehäuses 6 ragt . Die Absaugleitung 9 mündet in eine Analysenvorrichtung 10. Ein über die Absaugleitung 9 der Analysenvorrichtung 10 zugeführter Substanzenstrom kann in der Analysenvorrichtung 10 geeigneten Messungen unterworfen werden, deren Auswertung Rückschlüsse auf die Eigenschaften, beispielsweise auf die Zusammensetzung oder Konzentration einzelner Reaktionsprodukte in dem Substanzenstrom erlauben . Nach der Analyse wird der
Substanzenstrom aus der Analysenvorrichtung 10 in eine Waschflasche 11 geführt , die mit einer Vakuumleitung 12 verbunden ist .
In der Absaugleitung 9 ist nachfolgend zur
Analysenvorrichtung 10 ein Magnetventil 13 angeordnet , mit welchem der in der Absaugleitung 9 erzeugbare Unterdruck gesteuert werden kann . Das Magnetventil 13 ist über eine Ansteuereinrichtung 14 mit der Analysenvorrichtung 10 verbunden und von dieser steuerbar . In Abhängigkeit von den
Ergebnissen einer Analyse kann das Magnetventil 13 geöffnet oder geschlossen werden und dadurch der in der Absaugleitung 9 herrschende Unterdruck vorgegeben werden .
Zur Entnahme und Analyse einer Probe der Reaktionsprodukte wird das Magnetventil 13 geöffnet und ein Unterdruck in der Absaugleitung 9 erzeugt . Durch den Unterdruck wird der aus der Austrittsöffnung 4 austretende Substanzenstrom in die Absaugleitung 9 eingesaugt und der Analysenvorrichtung 10 zugeführt . Wird als Ergebnis der Analysen festgestellt , dass die analysierte Probe vorgegebenen Kriterien entspricht , so kann das Magnetventil 13 geschlossen werden und der dann frei fallende Substanzenstrom durch eine Auslassöffnung 15 im Boden des Gehäuses 6 hindurch austritt und in einem geeigneten Probenbehälter 16 aufgefangen werden kann .
Über die Dauer des eingeschalteten oder ausgeschalteten Vakuums bzw . des erzeugten Unterdrucks lässt sich die in die Absaugleitung 9 abgesaugte bzw . durch die Auslassöffnung 15 austretende Substanzmenge präzise dosieren, so dass auch eine Verwendung der Probenentnahmevorrichtung 1 als Dosiersystem bei in regelmäßigen Abständen vorgenommenen Analysen und Kontrollen denkbar ist .
Durch die Anordnung des Magnetventils 13 nachfolgend zur Analysenvorrichtung 10 wird jegliche Kontamination der entnommenen und für die Analyse vorgesehenen Proben vermieden . Ist anstelle der Vermeidung einer möglicherweise gegebenen Kontamination eine möglichst genaue Dosierung und Aufteilung des aus der Austrittsöffnung 4 austretenden Substanzenstroms von Bedeutung, so kann das Magnetventil 13 vor der Analysenvorrichtung 10 in der Absaugleitung 9 angeordnet werden, wie in Fig . 3 dargestellt . Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Reaktionszeit für die Steuerung der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms geringer als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig . 1 und 2 , da keine Änderung des Drucks , bzw . kein Aufbau eines Vakuums über das Totvolumen der Analysenvorrichtung 10 erforderlich sind .
Innerhalb des Gehäuses 6 lässt sich eine lokale Aufheizung im Bereich um die Austrittsöffnung 4 , beispielsweise durch Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung oder einer Wärmekopplung in einfacher Weise bewerkstelligen . Auch kann durch die kontrollierte Zuführung eines vorzugsweise chemisch weitgehend inaktiven Schutzgases in das Gehäuse 6 vermieden werden, dass durch eine , wenn auch nur kurzzeitige Reaktion des austretenden Substanzenstroms mit der Umgebungsluft die in der Analysenvorrichtung 10 erhaltenen Messwerte verfälscht oder die erzeugten Reaktionsprodukte vor einer gegebenenfalls beabsichtigten Weiterverwertung nachteilig beeinträchtigt werden.

Claims

'P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Entnahme und Analyse von Proben aus einem Mikroreaktionssystem (3 ) mit einer seitlich neben einer Austrittsöffnung (4 ) des Mikroreaktionssystems (3 ) angeordneten Absaugleitung ( 9 ) , wobei zum Absaugen von aus der Austrittsöffnung (4 ) austretenden Substanzen ein
Unterdruck in der Absaugleitung ( 9) erzeugt wird, wodurch der austretende Substanzenstrom in einen abgesaugten Substanzenstrom und einen frei fallenden Substanzenstrom aufgeteilt wird und wobei anschließend einer der beiden aufgeteilten Substanzenströme einer Analysenvorrichtung (10 ) zu einer Analyse zugeführt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass in Abhängigkeit eines Ergebnisses der Analyse eine Beeinflussung des Unterdrucks in der Absaugleitung ( 9) und damit der Aufteilung des austretenden Substanzenstroms vorgenommen wird .
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Aufteilung des austretenden Substanzenstroms in
Abhängigkeit von Analysenergebnissen geregelt wird .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -3 , dadurch gekennzeichnet , dass in Abhängigkeit von Ergebnissen der Analyse die Weiterverwendung des austretenden Substanzenstroms gesteuert wird .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4 , dadurch gekennzeichnet , dass in Abhängigkeit von Ergebnissen der Analyse einer oder mehrerer Reaktionsparameter gesteuert werden .
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 mit einem Mikroreaktionssystem ( 3 ) mit einer Austrittsöffnung (4 ) für an der Reaktion beteiligte Substanzen, dadurch gekennzeichnet , dass eine Öffnung einer Absaugleitung ( 9) seitlich neben der Austrittsöffnung (4 ) angeordnet ist , wobei in der Absaugleitung ( 9) zum Absaugen der aus der Austrittsöffnung (4 ) austretenden Substanzen ein Unterdruck erzeugbar ist und dass eine Analysenvorrichtung ( 10) entweder an die Absaugleitung ( 9) angeschlossen ist oder unterhalb der Austrittsöffnung (4 ) angeordnet ist .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Analysenvorrichtung ( 10 ) mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Unterdrucks in der Absaugleitung ( 9) verbunden ist .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung ein Ventil ( 13 ) ist .
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 -8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Analysenvorrichtung ( 10 ) und nachfolgend die Steuereinrichtung entlang der Absaugleitung ( 9 ) angeordnet sind .
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6- 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Steuereinrichtung und nachfolgend die Analysenvorrichtung ( 10 ) entlang der Absaugleitung (9) angeordnet sind .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 , dadurch gekennzeichnet , dass um die Austrittsδffnung (4 ) herum ein
Gehäuse (6 ) angeordnet ist mit einer Auslassöffnung ( 15 ) für aus der Austrittsöffnung (4 ) austretende Substanzen und mit einer Durchführungsöffnung ( 8 ) für die Absaugleitung ( 9) .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 11 , dadurch gekennzeichnet , dass die Anordnung der Öffnung der Absaugleitung ( 9) relativ zur Austrittsöffnung (4 ) veränderbar ist .
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 12 , dadurch gekennzeichnet , dass die Austrittsöffnung ( 4 ) in Form einer Kapillare gestaltet ist .
14. Vorrichtung nach einem Ansprüche 6 - 13 , dadurch gekennzeichnet , dass ein Bereich um die Austrittsöffnung (4 ) beheizbar ist .
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 14 , dadurch gekennzeichnet , dass in einem Bereich um die
Austrittsöffnung (4 ) eine die Luftfeuchtigkeit verdrängende Schutzgasatmosphäre herstellbar und aufrecht erhaltbar ist .
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