NL1005966C1 - Analyse-inrichting - Google Patents

Description

Analyse-inrichting.

De uitvinding betreft een analyse-inrichting voor bepaling van de aanwezigheid en/of de concentratie van een stof.

5 Het is bekend om uit bioreactoren monsters te nemen voor bepaling van de concentraties van bijvoorbeeld lactaat, ammoniak, glutamaat, alcoholen en andere metabolieten of nutriënten die worden toegepast in biotechnologische processen. Bij dergelijke analyses wordt het monster eerst uit de reactor genomen en in een houder 10 geplaatst, waarna de houder wordt vervoerd naar een aparte analyseruimte of -locatie alwaar het monster vervolgens wordt geanalyseerd. Voor processturing is echter een on-line meting wenselijk, bijvoorbeeld van concentraties, van de pH of van temperatuur. De behoefte aan een groot aantal metingen met een korte 15 meettijd is groot.

Het is dan ook een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een analyse-inrichting die geschikt is voor het on-line bepalen van concentraties en/of van de aanwezigheid van bepaalde stoffen en die bijzonder geschikt is voor processturing. Het is een 20 verder doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een analyse-inrichting die eenvoudig van constructie is, een minimum aan componenten omvat en zeer licht is van gewicht. Het is weer een verder doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een analyse-inrichting die op eenvoudige wijze aan een reactor kan worden 25 aangebracht.

Hiertoe is de inrichting volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de inrichting een toevoerleiding omvat met een opneemdeel voor het opnemen van een te analyseren stof, in de toevoerleiding een eerste afsluitklep, een stroomafwaarts van de 30 afsluitklep geplaatste één- of meerkanaalspomp die met een eerste kanaal is verbonden met de toevoerleiding, een via een doorvoerleiding met de pomp verbonden detector die via een afvoerleiding is verbonden met een opvanghouder, in welke doorvoerleiding een menginrichting is opgenomen en een stroomafwaarts 35 van de menginrichting gelegen tweede afsluitklep, waarbij in een tussen de eerste afsluitklep en de pomp gelegen eerste aftakpunt, een afsluitbare eerste zij leiding is verbonden met de toevoerleiding welke eerste zij leiding is verbonden met een houder voor een 1005966 2 dragerfluidum, waarbij een dragerleiding is verbonden roet de houder voor het dragerfluïdum en via de pomp, tussen de pomp en de menginrichting is verbonden met de doorvoerleiding en waarbij in een tussen de menginrichting en de tweede afsluitklep gelegen tweede 5 aftakpunt, een afsluitbare kortsluitleiding is verbonden met de doorvoerleiding, welke kortsluitleiding uitmondt in de afvoerleiding.

Door plaatsing van de pomp in de monstername-lus volgens de onderhavige uitvinding kan een zeer compacte inrichting worden verkregen waarbij slechts één pomp wordt toegepast en slechts twee 10 afsluitkleppen noodzakelijk zijn. Een grote vrijheid in de toe te passen methoden zoals bijvoorbeeld directmetingen, standaardadditiemetingen, "stopped flow"-technieken en stromings-injectie analyse ("FIA")-metingen blijft echter met de inrichting volgens de uitvinding behouden.

15 Door de kleine afmetingen van de inrichting volgens de uitvinding is deze bijzonder geschikt voor het on-line meten van stofconcentraties, bijvoorbeeld in biotechnologische processen. Door de kleine afmeting kan de analyse-inrichting zeer dicht bij het proces worden geplaatst, zodat bij een monstername de activiteit van 20 het monster niet verloren gaat. Door de compacte afmetingen kan de analyse eveneens zeer snel plaatsvinden aangezien het leidingstelsel van de inrichting volgens de uitvinding klein is en zelfs in microsystemen kan worden uitgevoerd.

Hoewel de analyse-inrichting volgens de onderhavige uitvinding 25 zeer geschikt is voor biotechnologische processen, bijvoorbeeld voor de meting van de glucoseconcentratie, kan deze eveneens in andere processen, bijvoorbeeld in de voedingsmiddelen- of procestechnologie worden toegepast.

Bij het nemen van een monster worden door de pomp de 30 toevoerleiding en de dragerleiding gelijktijdig gevuld met respectievelijk een monster en met een dragerfluïdum. Via de kortsluitleiding vloeit het nog in de doorvoerleiding en de menginrichting aanwezige dragerfluïdum naar de afvoerleiding. Nadat de toevoer- en doorvoerleidingen zijn gevuld met een representatief 35 monster, en de eerste zijleiding en de dragerleiding zijn gevuld met dragerfluïdum, wordt via de eerste zijleiding de houder voor het dragerfluïdum verbonden met de doorvoerleiding en wordt het monster gezamenlijk met het dragerfluïdum door de menginrichting naar de 10059c^ 3 detector gevoerd. Hierbij is de kortsluitleiding door de tweede afsluitklep gesloten. Tijdens een meting door de detector kan de pomp worden uitgeschakeld om evenwichtsmetingen te doen, of kan de pomp worden aangelaten om dynamische effecten, zoals piekhoogte/breedte 5 metingen te verrichten. Na de meting worden de leidingen en de detector gespoeld met het dragerfluïdum waarbij de eerste afsluiter gesloten is.

Bij voorkeur zijn de eerste zijleiding en de kortsluitleidingen door respectievelijk de eerste en de tweede afsluiters afsluitbaar. 10 De afsluiters zijn bij voorkeur tweekanaalsafsluiters die bijvoorbeeld elektromagnetisch kunnen worden bediend.

In een uitvoeringsvorm van een analyse-inrichting volgens de uitvinding omvat de dragerleiding een stroomafwaarts van de pomp gelegen derde afsluitklep, waarbij de dragerleiding een tussen de 15 pomp en de derde afsluitklep gelegen vertakking omvat met een eerste arm die via de derde afsluitklep is verbonden met de eerste zijleiding en een tweede arm die via de derde afsluitklep is verbonden met de doorvoerleiding, stroomopwaarts van de menginrichting. Op deze wijze wordt een terugvoerleiding voor het 20 dragerfluïdum gevormd, zodat bij een groot aantal metingen, het na een meting in de dragerleiding achterblijvende dragerfluïdum kan worden teruggevoerd naar de houder voor het dragerfluïdum in plaats van via de menginrichting, de kortsluitleiding en de afvoerleiding naar de opvanghouder te worden gevoerd. Op deze wijze kan bij het 25 nemen van een groot aantal metingen, een aanzienlijke hoeveelheid dragerfluïdum worden bespaard en behoeft geen separate pomp te worden ingezet om overdadig gebruik van dragerfluïdum te voorkomen.

In een verdere uitvoeringsvorm van de analyse-inrichting volgens de uitvinding is stroomopwaarts van de pomp, de dragerleiding 30 verbonden met een tweede zijleiding die uitmondt in een houder voor een referentiefluïdum, waarbij de dragerleiding en de tweede zijleiding door een stroomopwaarts van de pomp gelegen vierde afsluitklep afsluitbaar zijn.

Via de tweede zijleiding kan een referentiefluïdum zoals 35 bijvoorbeeld het dragerfluïdum met daaraan toegevoegd een bekende concentratie van de te meten stof aan de dragerleiding worden toegevoerd. Dit bijvoorbeeld ter calibratie van de detector, of voor het bepalen van de stofconcentratie in het monster middels de 1005966 4 standaard additie methode.

Bij voorkeur worden de pomp en de afsluitkleppen gestuurd door een microprocessor. Een deel van de leidingen, of alle leidingen, kunnen zijn gevormd uit een flexibel buismateriaal. Hierbij kunnen de 5 afsluitkleppen zijn gevormd door elektromagnetische knijpkleppen, en kan de pomp een slangenpomp zijn.

Bij voorkeur is de analyse-inrichting voorzien van een losneembaar koppelstuk, voor het losneembaar bevestigen aan een doorvoer in een reactievat. Het koppelstuk kan bijvoorbeeld worden 10 gevormd door een bajonetkoppeling of een klem- of schroefkoppeling die eenvoudig op een reactorvat kan worden aangesloten en die sterk genoeg is om de analyse-inrichting te dragen.

Een uitvoeringsvorm van de analyse-inrichting volgens de onderhavige uitvinding zal bij wijze van voorbeeld nader worden 15 toegelicht aan de hand van de bij gevoegde tekening. In de tekening toont:

Figuur 1 een schematische weergave van een reactorvat met daaraan verbonden een analyse-inrichting volgens de onderhavige uitvinding en 20 Figuur 2 een schematisch aanzicht van een analyse-inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een analyse-inrichting 1 die via een schematische weergegeven koppelstuk 28 is verbonden met een reactor 1'. In het inwendige van de reactor 1' bevindt zich een opneemdeel 2, 25 in de vorm van een filterelement. Het filterelement kan zijn gevormd door een filterelement met een blind uiteinde of door een filter dat in een dwarsrichting wordt doorstroomd.

De analyse-inrichting 1 omvat een in een huis 4 geplaatst leidingstelsel met kleppen en een pomp, welke worden aangestuurd door 30 een microprocessor 3. Aan het huis 4 zijn losneembare houders 5,6 en 7 bevestigd voor respectievelijk een dragerfluïdum, een referentiefluïdum en voor geanalyseerde monsters en afgewerkt drager-en/of referentiefluïdum. Zoals getoond in figuur 2 omvat de analyse-inrichting 1 een met het filter 2 verbonden toevoerleiding 8. De 35 toevoerleiding 8 is via een eerste afsluitklep 9 verbonden met een een eerste kanaal van tweekanaalspomp 11. De afvoerzijde van het eerste kanaal van de pomp 11 is via een doorvoerleiding 12 verbonden met een menginrichting 13.

1005966 5

Via een eerste aftakpunt 17 is de doorvoerleiding 12 verbonden met een eerste zijleiding 18 die uitmondt in de houder 5 voor het dragerfluïdum. De eerste zijleiding 18 is via een dragerleiding 22 verbonden met een tweede kanaal van de pomp 11. De dragerleiding 22 5 vertakt zich in een eerste arm 24 die wordt teruggevoerd naar de eerste zijleiding 18. De eerste arm 24 kan ook direct in de houder 5 uitmonden. Een tweede arm 25 van de vertakte dragerleiding 22 is stroomopwaarts van de menginrichting 13 verbonden met de doorvoerleiding 12. Een tweede zijleiding 26 is stroomopwaarts van de 10 pomp 11 verbonden met de dragerleiding 22.

Via een tweede aftakpunt 19 is de menginrichting 13 verbonden met een detectieleiding 20 en een kortsluitleiding 21. De detectieleiding 20 mondt uit in een detector 15. De detector 15 kan worden gevormd door een enzymatische, chemische of fysische detector. 15 De menginrichting 13 kan bijvoorbeeld worden gevormd door een mengspiraal of door een T-verbinding. De detector 15 is via een afvoerleiding 16 verbonden met een opvanghouder 7 voor afgewerkt en/of geanalyseerd fluïdum.

Via de kortsluitleiding 21 kan het fluïdum vanuit de 20 menginrichting 13 worden toegevoerd naar de afvoerleiding 16 die uitmondt in de opvanghouder 7.

Stroomafwaarts van de pomp 11 zijn de eerste arm 24 en de tweede arm 25 van de dragerleiding 22 afsluitbaar door een derde afsluitklep 23. Stroomopwaarts van de pomp 11 zijn de dragerleiding 25 22 en de tweede zijleiding 26 afsluitbaar door een vierde afsluitklep 27. Indien noodzakelijk zouden meerdere kleppen kunnen worden toegepast, op analoge wijze aan klep 27 in de leiding 26 om een keuze te kunnen maken tussen meerdere standaarden voor bijvoorbeeld een meerpuntscalibratie.

30 In een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, zijn de leidingen gevormd uit flexibele kunststofleidingen, waarbij de afsluitkleppen 9,14,23 en 27 elektromagnetisch bediende knijpkleppen omvatten. Door iedere knijpklep worden telkens twee flexibele leidingen geleid. Iedere klep 35 heeft twee standen zodat telkens één van de door de klep gevoerde leidingen is afgesloten, terwijl een andere leiding is geopend. Bij toepassing van flexibele leidingen is de pomp 11 bij voorkeur gevormd door een tweekanaals slangenpomp.

1005966 6

De uitvinding kan echter eveneens op voordelige wijze worden toegepast met leidingen, afsluiters en een pomp die zijn uitgevoerd uit één materiaalblok, bijvoorbeeld door middel van lithografische technieken in silicium.

5 De monstername, het reinigen en het calibreren worden gestuurd door een microprocessor 3, die de afsluiters 9,14,23 en 27 aanstuurt, alsmede de pomp 11 en de detector 15. Bij een standaardmeting is de stand van de kleppen en de werking van de pomp als volgt:

Stap I - Voor het vullen van de toevoerleiding 8 en de 10 doorvoerleiding 12 met een monster en voor het vullen van de dragerleiding 22 en de eerste arm 24 met een dragerfluïdum wordt de pomp aangeschakeld en wordt door de eerste afsluiter 9 de toevoerleiding 8 geopend en wordt de eerste zijleiding 18 afgesloten. Door de tweede afsluiter 14 wordt de detectieleiding 20 afgesloten en 15 wordt de kortsluitleiding 21 geopend. Door de vierde afsluitklep 27 is de tweede zij leiding 26 gesloten en wordt dragerfluïdum vanuit de houder 5 naar de dragerleiding 22 toegevoerd. De derde afsluitklep 23 sluit de tweede arm 25 af, en opent de eerste arm 24. Hierdoor worden de toevoerleiding 8 en de doorvoerleiding 12 gevuld met monster en 20 worden de dragerleiding 22 en de eerste arm 24 gevuld met dragerfluïdum.

Stap II - Voor het naar de detector 15 spoelen van het met het dragerfluïdum gemengde monster wordt vervolgens door de eerste afsluitklep 9 de toevoerleiding 8 afgesloten en wordt de eerste 25 zij leiding 18 geopend. De tweede afsluitklep 14 sluit de kortsluitleiding 21 en opent de detectieleiding 20. De vierde afsluitklep 27 blijft in dezelfde stand als bij stap I. De derde afsluitklep 23 verandert van stand en sluit de eerste arm 24 af en opent de tweede arm 25. De pomp 11 blijft ingeschakeld.

30 Stap III - Tijdens de analyse van het mengsel van het dragerf luïdum en het monster in de detector 15 wordt de pomp 11 uitgeschakeld voor het nemen van een eindpuntsmeting. Voor een dynamische meting blijft de pomp 11 ingeschakeld.

Stap IV - Bij het spoelen van de leidingen en de detector 15 35 met een dragerfluïdum is de positie van de afsluitkleppen gelijk aan die bij stap II.

Voor een standaard additiemeting wordt in stap I, in vergelijking met een normale meting, de vierde afsluitklep 27 zodanig 1005966 7 ingesteld dat de dragerleiding 22 in open verbinding staat met de tweede zij leiding 26. De derde afsluitklep 23 wordt zodanig ingesteld dat in stap I van de standaardadditiemeting de eerste arm 24 is afgesloten en de tweede arm 25 is geopend. Het verdere verloop van 5 een standaardadditiemeting is in stappen II, III en IV gelijk aan het verloop van een normale meting, zoals hierboven is beschreven. In plaats van het dragerfluïdum wordt bij de standaardadditiemeting een referentiefluïdum uit houder 6 gebruikt voor de analyse, bijvoorbeeld ter calibratie van de detector 15.

10 Bij het nemen van een monster bedraagt de stroomsnelheid van het monster ongeveer 0,5 milliliter/minuut en dient deze stroomsnelheid minimaal te worden gehouden. De stroomsnelheid van het dragerfluïdum bedraagt 2 milliliter/minuut zodat als gevolg van verdunning matrixeffecten zoveel mogelijk worden uitgesloten. De 15 verhouding tussen de stroomsnelheden van het monster en het dragerfluïdum bedraagt gebruikelijkerwijs 1:4 maar kan zeker tussen 1:1 en 1:20 liggen.

De totale meettijd bij een normale meting bedraagt in de beschreven uitvoeringsvorm ongeveer 7,4 minuten. Daarbij is de tijd 20 die benodigd is voor stap I het meest langdurig, en kan worden bekort door de afstand tussen de eerste afsluitklep 9 en het opneemdeel 2 zo klein mogelijk te houden. Een volumestroom van 3 milliliter monster werd verkregen in stap I, terwijl in stap II 1 milliliter dragerfluïdum en in stap IV wederom 1 milliliter dragerfluïdum werd 25 toegepast. Voor een normale meting gevolg door standaardadditiemeting zijn de meettijden in de fluïdumstromen als volgt:

Tabel I Normale meting 30 Stap Tijd(min) Volumestroom totaal (mL) monster dragerfluïdum dragerfluïdum+standaard I 6 3 0 0 II 0.4 0 1 0 III 0.6 0 0 0 35 IV 0.4 0 1 0 subtot 7.4 3 2 0 1005966 8

Tabel II Standaaradditiemetinq

Stap Tijd(min) Volumestroom totaal (mL) monster dragerfluïdum dragerfluïdum+standaard 5 I 0.6 0.3 0 1.2 II 0.4 0 1 0 III 0.6 0 0 0 IV 0.4 0 1 0 subtot 2.0 0.3 2 1.2 10 totaal 9.4 3.3 4 1.2

Hoewel het niet de voorkeur verdient, kunnen de derde afsluitklep 23 en de vierde afsluitklep 27 in de constructie volgens 15 figuur 2 achterwege worden gelaten.

Verder kan de verdunningsverhouding van het monster en het dragerfluïdum worden aangepast door aanpassing van de diameters van de leidingen. De inrichting volgens de uitvinding is geschikt voor zowel "stopped flow" meettechnieken als "FlA"-technieken.

1 0 059 P 6

Claims (8)

1. Analyse-inrichting (1) voor bepaling van de aanwezigheid en/of concentratie van een stof, met het kenmerk. dat de inrichting een 5 toevoer leiding (8) omvat met een opneemdeel (2) voor het opnemen van een te analyseren stof, in de toevoerleiding (8) een eerste afsluitklep (9), een stroomafwaarts van de afsluitklep geplaatste pomp (11) die is verbonden met de toevoerleiding (8), een via een doorvoerleiding (12) met de pomp (11) verbonden detector (15) die via 10 een afvoerleiding (16) is verbonden met een opvanghouder (7), in welke doorvoerleiding (12) een menginrichting (13) is opgenomen en een stroomafwaarts van de menginrichting gelegen tweede afsluitklep (14), waarbij in een tussen de eerste afsluitklep (9) en de pomp (11) gelegen eerste aftakpunt (17), een afsluitbare eerste zijleiding (18) 15 is verbonden met de toevoerleiding (8) welke eerste zijleiding (18) is verbonden met een houder (5) voor een dragerfluidum, waarbij een dragerleiding (22) is verbonden met de houder (5) voor het dragerfluïdum en via de pomp (11), tussen de pomp (11) en de menginrichting (13) is verbonden met de doorvoerleiding (12) en 20 waarbij in een tussen de menginrichting (13) en de tweede afsluitklep (14) gelegen tweede aftakpunt (19), een afsluitbare kortsluitleiding (21) is verbonden met de doorvoerleiding (12), welke kortsluitleiding (21) uitmondt in de afvoerleiding (16).

2. Analyse-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste zijleiding (18) en de kortsluitleiding (21) door respectievelijk de eerste en tweede afsluiters (9,14) afsluitbaar zijn.

3. Analyse-inrichting volgens conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de dragerleiding (22) een stroomafwaarts van de pomp (11) gelegen derde afsluitklep (23) omvat, waarbij de dragerleiding (22) een tussen de pomp (11) en de derde afsluitklep (23) gelegen vertakking omvat met een eerste arm (24) die via de derde afsluitklep (23) is 35 verbonden met de eerste zijleiding (18) en een tweede arm (25) die via de derde afsluitklep (23) is verbonden met de doorvoerleiding (12), stroomopwaarts van de menginrichting (13). 1005966

4. Analyse-inrichting volgens conclusie 1,2 of 3, met het kenmerk, dat stroomopwaarts van de pomp (11), de dragerleiding (12) is verbonden met een tweede zij leiding (26) die uitmondt in een houder (6) voor een referentiefluidum, waarbij de dragerleiding (22) en de 5 tweede zij leiding (26) door een stroomopwaarts van de pomp gelegen vierde afsluitklep (27) afsluitbaar zijn.

5. Analyse-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat de pomp (11) en de afsluitkleppen (9,14,23,27) 10 worden gestuurd door een microprocessor (3).

6. Analyse-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de met de afsluitkleppen verbonden leidingen (8,12,16,18,20,21,22,24,25,26) uit flexibel buismateriaal zijn 15 gevormd, waarbij de afsluitkleppen (9,14,23,27) zijn gevormd door elektromagnetische knijpkleppen.

7. Analyse-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de met de pomp (11) verbonden leidingen (12,22) uit 20 flexibel buismateriaal zijn gevormd, waarbij de pomp een meerkanaalsslangenpomp is.

8. Analyse-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk. dat de analyse-inrichting is voorzien van een 25 losneembaar koppelstuk (28), voor het losneembaar bevestigen van de analyse-inrichting aan een afsluiter van een reactorvat (1'). 1005966