WO1992005450A1 - Mehrfach-rühr- und mischmodul - Google Patents

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WO1992005450A1
WO1992005450A1 PCT/EP1991/001767 EP9101767W WO9205450A1 WO 1992005450 A1 WO1992005450 A1 WO 1992005450A1 EP 9101767 W EP9101767 W EP 9101767W WO 9205450 A1 WO9205450 A1 WO 9205450A1
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stirring
mixing
module according
chambers
sample
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PCT/EP1991/001767
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Detlef Hanisch
Henning Schillig
Bernd Dremel
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GESELLSCHAFT FüR BIOTECHNOLOGISCHE FORSCHUNG MBH (GBF)
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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
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/56—General build-up of the mixers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • G01N35/085—Flow Injection Analysis
    • G—PHYSICS
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    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00465—Separating and mixing arrangements
    • G01N2035/00514—Stationary mixing elements
    • G—PHYSICS
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    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/04—Preparation or injection of sample to be analysed

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing dilutions in a multi-ch stirring and mixing module, in particular to a module with a plurality of stirring and mixing chambers which are variable in volume and which is used in the so-called flow injection analysis (FIA). is used
  • Stirring and mixing units are known in the prior art in a large number of designs.
  • the document DE-OS 27 09 365 shows a stirring and mixing unit with several vessels into which a magnetic stirrer is inserted * c in order to stir and mix the medium in the vessel.
  • Such stirring and mixing modules are used in a wide variety of research areas, particularly where a regular concentration or a uniformly distributed temperature in a liquid, a rapid dissolution of substances and mixture or suspension of liquids are desired in a sample holder in the case of longer measurements, also to prevent the sludge substances from sinking to the bottom.
  • the flow injection analysis is a wet chemical analysis method which has developed into a valuable and frequently used method in recent years.
  • the sample to be analyzed is placed in a flow a suitable liquid, the carrier liquid, is injected and fed together with this to a detection system.
  • the structure of a flow injection analysis device therefore resembles that of a liquid chromatography arrangement, but the separation column is replaced by a reaction loop.
  • a suitable pump is used to drive the carrier liquid.
  • the sample to be analyzed is injected into the carrier liquid through an injection valve.
  • a detector indicates the passage of the sample, and the analyte content of the sample is recorded quantitatively in the evaluation device. This principle of operation is widely known in the literature.
  • a reagent in the simplest embodiment of a flow injection analysis, can be contained in the carrier stream, which reacts with the analyte to form a dye.
  • the flow-injection analysis is not a continuous analysis process, but the repetition rate of the individual measurement is generally so high that the process can be regarded as a quasi-continuous process for applications.
  • the flow injection analysis is not limited to the application that a sample to be analyzed is injected into a flow from a liquid containing a reagent. In the case of expensive reagents, it may be advantageous to inject the reagent into the sample. If the reagent and sample are expensive, the sample and reagent can also be injected simultaneously into a flow from a carrier liquid via a double feed valve. This process is referred to as the "mergin zone" process.
  • Detectors can be, for example, fluorometers, luminescence detectors, thermistors or similar semiconductor sensors.
  • the flow injection analysis is also not limited to wet chemical evidence. The use of enzymes in dissolved
  • the flow-in analysis devices are currently available in the handiwork. However, these devices are not sufficiently flexible and not all the units required for analysis are available, for example enzyme reactors and various detectors of photometers. In addition, there is an increasing desire for a multi-channel structure, which can only be solved in a satisfactory manner with the known devices.
  • the flow injection analysis requires dilutions which must have a dilution ratio of up to 1: 5000. Due to the different dilution ratios required, depending on the sample to be analyzed, the FIA devices on the market cannot be used or can only be used to a limited extent. It is therefore necessary for these devices to carry out the sample preparation or dilution process outside of the FIA device. There is therefore a requirement for the users to automate this operation, at least partially, and to include it in the FIA device.
  • a particular advantage of these stirring and mixing chambers is that their volumes can be infinitely adjusted within wide limits, and thus have great adaptability to the specific test conditions. With these different volumes, very large dilutions can be set, which reach a dilution ratio of 1: 5000. These large dilution ranges can be achieved by combining the different dilution or mixing chambers.
  • a significant advantageous embodiment of the invention consists on the one hand in that the volumes of the stirring and mixing chambers can be adjusted in size as required and in that the stirring and mixing chambers can be switched with suitable means outside of them so that the individual stirring and Mixing chambers can carry out a stirring and mixing process at the same time or can also be switched so that the mixing processes take place one after the other, ie the stirring and mixing chambers are connected in series in steps.
  • the substance injected into the mixing chamber from below and the subsequent stirring by the magnetic stirrer thus ensure complete mixing of the dilution.
  • the measure according to the invention of making the stirring and mixing chambers variable in volume i.e. In order to be able to set the volume of each individual chamber precisely, very precise mixing ratios can be set.
  • stirring and mixing chambers are infinitely variable, that is, adjustable to any desired volume.
  • this represents a high degree of adaptability to any subsequent device, such as a flow-injection analysis device.
  • a particularly favorable embodiment of a device for carrying out the method described above is a multiple stirring and mixing module for use in flow injection analysis, with adjustable stirring and mixing chambers.
  • the special feature of this multiple mixing and mixing module is that the stirring and mixing chambers are variable in volume, and the mixing module has a plurality of mixing chambers, and that the stirring and mixing module has means which allow the stirring and mixing chambers to operate either in parallel or in series.
  • the variation of the volumes can advantageously be achieved by differently selecting the diameters of the bores of the mixing chambers and, on the other hand, by axially displacing a punch which is fitted in the stirring and mixing chamber and sealed with an O-ring.
  • the invention therefore makes it possible to integrate a multiple stirring and mixing module in a flow-injection analysis device and thus to carry out an operation which is otherwise to be carried out outside of this device within a closed device box or a 19-inch insert in one adaptable way
  • FIG. 1 shows an assembled multiple stirring module according to the invention on a base plate (C);
  • Figure 2 is a block made of plexiglass (A) with the
  • Figure 3 shows a closure (B) of a stirring and mixing chamber with the associated individual parts
  • Figure 4 (a) two turntables on which permanent magnets of different polarity are applied; (b) a base plate (D) on which the drive (F) is attached;
  • FIG. 5 is a base plate (C) which serves to accommodate the module block (A) and the drive (F).
  • FIG. 1 shows a perspective representation of an assembled multiple stirring and mixing module according to the invention on a base plate (C).
  • the drive (F! For the turntables of the magnetic stirrer can be seen, which is attached to a plate (D) provided with slot holes.
  • REPLACEMENT LEAF can either be installed in a FIA device or a 19-inch rack.
  • the block (A) is shown in a sectional drawing in which the two-stage stirring and mixing chambers (1) can be seen. At the top of the stirring and mixing chambers (1) with different diameters there is a threaded hole for each chamber with the same diameter, into which the chamber closures (B) are screwed.
  • the block (A) in the present case consists of solvent-resistant plexiglass and is cuboid in its outer shape.
  • the bottoms (5) of the stirring and mixing chambers (1) are milled perpendicular to the axis so that the magnetic core (not shown here) has a perfect support for circulating the dilution.
  • FIG. 3 The special design of the mixing chamber closures is shown in FIG. 3.
  • the figure shows i.a. the assembled closure (B), which has a plunger (6) in the form of a passage through the entire screw connection in the axial direction, the volume of the respective stirring and mixing chamber (1) being changed by displacing the plunger (6).
  • the volumes of these chambers (1) can be adjusted and changed in stages.
  • the range of the smallest mixing chamber is from 65 ⁇ l to 310 ⁇ l
  • the range of the middle mixing chamber is from 130 ⁇ l to 580 ⁇ l
  • that third largest area of the mixing chamber goes from 190 ⁇ l to 920 ⁇ l.
  • the volume of each individual chamber can be changed continuously by pushing the plunger (6) in and out in the axial direction.
  • relatively large dilutions can be produced, which are achieved on the one hand by combining the different stirring and mixing chambers and on the other hand by adjusting the stamp (6).
  • a maximum dilution of 1: 5000 can be achieved with a sample loop of 30 ⁇ l.
  • the main part of the closure (B) is the stamp (6), which is made of polyether ether ketone, or PEEK for short.
  • the punch (6) is tapered at the lower end, so that the outlet bore (7) through the punch begins in the tip of the tapered bore. This conical bore (8) facilitates a better escape of air bubbles in the stirring and mixing chamber.
  • the stamp is sealed by means of an O-ring (9) which is pressed against the chamber wall by two half-shells (10).
  • the back pressure is created by a nut made of polyamide
  • All parts of the complete multiple stirring and mixing module can be made of solvent-resistant plastics such as Teflon can be made.
  • the axes of the turntables 14, 15 are, of course, coaxial with the axis of the stirring and mixing chambers (1), since otherwise the smooth functioning of the plastic-coated stirring magnet cannot be guaranteed.
  • the entire drive of the agitator cores in the mixing chambers is less susceptible to faults due to its simple mechanism and is therefore extremely reliable.
  • the agitator core essentially moves on the milled bottom of the mixing chambers, while at higher revs it can be held horizontally above the bottoms of the mixing chambers.
  • the three turntables were made of aluminum, which are held by a synchronous motor with a constant speed of 350 revolutions / min.
  • the entire drive (A) with the synchronous motor (not visible here) is held in oblong holes on a plate (D).
  • the elongated holes (18) are used to adjust the drive belt tension, which can change over time.
  • the turntables have ball bearings and are also located on an aluminum chassis.
  • FIG. 5 shows a top view of the base plate (C) which is used to hold the individual module parts.
  • the rectangular shape of the base plate (C) can be seen, which are adapted to the corresponding dimensions for installation in a FIA device or in a 19-inch insert.
  • the three circles at the top of the top view represent the turntables (14, 15)
  • the elongated holes (19) have a similar function to the elongated holes (18) in the base plate (D) and thus serve to fasten the block (A).
  • the other threaded bores (20, 21) are used to fasten the entire module and the plate (D) of the drive.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Verdünnungen in einem Mehrfach-, Rühr- und Mischmodul, das als Probenaufbereitungseinheit in Geräten zur Analyse, wie z.B. der Fließ-Injektions-Analyse, eingesetzt werden kann. Das Mehrfach-, Rühr- und Mischmodul besteht im wesentlichen aus einer Mehrzahl von Rühr- und Mischkammern, deren Volumen je nach den Bedürfnissen der jeweiligen Analyse variabel eingestellt werden kann und somit eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Analysegeräte aufweist. Ferner werden vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung vorgestellt.

Description

Mehrfach-Rühr- und Mischmodul
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verdünnungen in einem Mehr ch-Rühr- und Mischmodul, insbesondere auf ein Modul mit einer Mehrzahl von im Volumen variablen Rühr- und Mischkammern, das bei der sogenannten Fließ-Injektions-Analyse ( FIA) zur Anwendung kommt
Rühr- und Mischeinheiten sind im Stand der Technik in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. So zeigt beispielsweise die Druckschrift DE-OS 27 09 365 eine Rühr- und Mischeinheit, mir mehreren Gefäßen, in die ein Magne-crührer eingebracht is*c, um das in dem Gefäß befindliche Medium zu rühren und zu mischen.
Derartige Rühr- und Mischmodule werden in den verschiedensten Forschungsgebieten verwendet, besonders dort, wo man in einem Probenhalter eine regelmäßige Konzentration oder eine gleich¬ mäßig verteilte Temperatur in einer Flüssigkeit, eine schnelle Lösung von Substanzen und Mischung oder Aufschwemmung von Flüs¬ sigkeiten wünscht, um bei längeren Messungen auch zu verhin¬ dern, daß die Schlammsubstanzen zu Boden sinken.
Ferner wurden Versuche unternommen, die Laborarbeiten zu ratio¬ nalisieren. Dies ist ein Grund dafür, weshalb verschiedene La¬ borgeräte in Modulbauweise in Versuchsabschnittsblöcke einge¬ teilt wurden und so ein Hybridsysτem bilden, das u.U. eine Reihe von Laborarbeiten, die sonst von Personen ausgeführ* werden müßten, eingespart werden. Ein solches Gerät stellt das in der DE-OS 37 37 604 beschriebene Fließ-In.jektions-Anaiysegerät dar.
Die Fließ-In.jektions-Analyse ist ein naßchemisches Analysever¬ fahren, das sich in den letzten Jahren zu einer wertvollen und häufig angewandten Methode entwickelt hat. Bei der Fließ-Injek- tions-Analyse wird die zu analysierende Probe in eine Strömung einer geeigneten Flüssigkeit, der Trägerflüssigkeit, injiziert und zusammen mit dieser einem Detektionssystem zugeführt. Der Aufbau eines Fließ-Injek ions-Analysegeräts ähnelt daher demje¬ nigen einer Flüssig-Chromatographie-Anordnung, wobei die Trenn¬ säule jedoch durch eine Reaktionsschleife ersetzt ist. Eine ge¬ eignete Pumpe dient zum Antreiben der Trägerflüssigkeit. Die zu analysierende Probe wird durch ein Injektionsventil in die Trä¬ gerflüssigkeit injiziert. Ein Detektor zeigt den Probendurch¬ gang an, und in der Auswerteinrichtung wird der Analytgehalt der Probe quantitativ erfaßt. Dieses Funktionsprinzip ist in der Literatur weitgehend bekannt. Bei der einfachsten Durchfüh¬ rungsform einer Fließ-Injektions-Analyse kann im Trägerstrom ein Reagenz enthalten sein, das mit dem Analyten unter Farb¬ stoffbildung reagiert. Die Fließ-Injektions-Anaiyse ist zwar kein kontinuierliches Analyseverfahren, jedoch ist die Wieder¬ holrate der Einzelmessung im allgemeinen so hoch, daß das Ver¬ fahren für Anwendun sfälle als quasi kontinuierliches Verfahren angesehen werden kann.
Die Fließ-Injektions-Analyse ist nicht auf den Anwendungsfall beschränkt, das eine zu analysierende Probe in eine Strömung aus einer ein Reagenz enthaltenden Flüssigkeit injiziert wird. Im Fall teurer Reagenzien kann es vorteilhaft sein, das Reagenz in die Probe zu injizieren. Sind Reagenz und Probe teuer, können auch Probe und Reagenz gleichzeitig über ein Doppelauf¬ gabeventil in eine Strömung aus einer Trägerflüssigkeit inji¬ ziert werden. Dieses Verfahren wird als "Mergin Zone"-Verfah¬ ren bezeichnet.
Als Detektoren sind nicht nur Fotometer geeignet, sondern jede Einrichtung, die die chemische Nachweisreaktion quantitativ in ein elektrisches Signal umwandelt, kann hier zur Anwendung kommen. Detektoren können beispielsweise Fluorometer, Lumines¬ zenzdetektoren, Thermistoren oder ähnliche Halbleitersensoren sein. Die Fließ-Injektions-Analyse ist auch nicht auf naßchemi¬ sche Nachweise beschränkt. Den Einsatz von Enzymen in gelöster
ERSATZBLATT oder immobilisierter Form, von immobilisierten Antige- nen/Antikörpern, von Organellen und Mikroorganismen läßt sich der Anwendungsbereich der Fließ-Injektions-Analyse stark erwei¬ tern.
Die Fließ-In ektions-Anaiysegeräte sind derzeit im Handei er¬ hältlich. Diese Geräte sind jedoch nicht in zufriedenstellendem Maße flexibel und es sind nicht sämtliche Einheiten erhältlich, die für Analysen benötigt werden, beispielsweise Enzymreaktoren und verschiedene Detektoren von Fotometern. Des weiteren steigt der Wunsch mehr nach mehrkanaligem Aufbau, der mit den bekann¬ ten Geräten nur wenig zufriedenstellend gelöste werden kann.
Ferner ist es in vielen Fällen wünschenswert, mit der Fließ-In¬ jektions-Analyse Realproben zu bestimmen. Dazu ist teilweise eine umfangreiche Probenaufbereitungsarbeit notwendig, die zeitaufwendig und präzise durchgeführt werden muß. Beispiels¬ weise werden bei der Fließ-Injektions-Analyse Verdünnungen benötigt, die ein Verdünnungsverhältnis bis zu 1 : 5000 aufwei¬ sen müssen. Wegen der, je nach der zu analysierenden Probe, benötigten untschiedlichen Verdünnungsverhältnisse sind die auf dem Markt befindlichen FIA-Geräte nicht oder nur bedingt zu verwenden. Es ist also bei diesen Geräten erforderlich, den Probenaufbereitungs- bzw. Verdünnungsvorgang außerhalb des FIA- Gerätes durchzuführen. Es besteht daher die Forderung der An¬ wender, diesen Arbeitsgang, jedenfalls teilweise, zu automati¬ sieren und in das FIA-Gerät mit einzubeziehen.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein anpassungsfähiges Rühr- und Mischmodui bereitzustellen, das in der Lage ist, eine aus der Probenschleife entnommene Probe in einem anpassungsfähigen Rühr- und Mischmodul mit einem Puffer oder Reagenz zu vermischen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Hauptansprüche gelöst.
ERSATZBLATT Das Verfahren zur Probenaufbereitung für eine Fließ-xnjektions- Analyse zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
Entnahme der Probe aus der Probenschleife; gleichzeitiges Vermischen der Probe aus der Probenschleife mit einem Puffer oder einem Reagenz in mehreren im Volumen variablen Rühr- und Mischkammern; oder stüfenweises Vermischen der Probe aus der Probenschleife mit einem Puffer oder einem Reagenz in im Volumen variablen hin- tereinandergeschalteten Rühr- und Mischkammern.
Ein besonderer Vorteil dieser Rühr- und Mischkammern besteht darin, daß ihre Volumina in weiten Grenzen stufenlos einstell¬ bar sind, und somit eine große Anpassungsfähigkeit an die spe¬ zifischen Versuchsbedingungen aufweisen. Mit diesen verschie¬ denen Volumina können dann sehr große Verdünnungen eingestellt werden, die bis zu einem Verdünnungsverhältnis von 1 : 5000 reichen. Diese großen Verdünnungsbereiche lassen sich durch die Kombination der unterschiedlichen Verdünnungs- oder Mischkam¬ mern erzielen.
Besonders vorteilhaft wirkt sich bei diesem Verfahren die Tat¬ sache aus, daß die Probe von unten in die Rühr- und Mischkam¬ mern injiziert wird.
Eine bedeutungsvolle vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht einerseits darin, daß die Volumina der Rühr- und Misch¬ kammern bedarfsgerecht in ihrer Größe eingestellt werden können und daß die Rühr- und Mischkammern mit geeigenten Mitteln außerhalb dieser so geschaltet werden können, daß die einzelnen Rühr- und Mischkammern gleichzeitig einen Rühr- und Mischvor¬ gang durchführen können oder aber auch so geschaltet werden können, daß die Mischvorgänge hintereinander stattfinden, d.h., daß die Rühr- und Mischkammern in Reihe stufenweise hinter¬ einander geschaltet sind.
ERSATZBLATT Zur Vervollständigung des Rühr- bzw. Mischvorganges der Substanzen in der Trägerflüssigkeit befindet sich in jeder Rühr- und Mischkammer ein Magnetrührer, der mit einer magne¬ tischen Kopplung durch eine Drehscheibe in Drehbewegung ver¬ setzt wird.
Durch die von unten in die Mischkammer injizierte Substanz und das nachträgliche Verrühren durch den Magnetrührer ist somit eine vollständige Vermischung der Verdünnung gewährleistet.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Rühr- und Mischkammern im Volumen variabel zu gestalten, d.h. , das Volumen jeder ein¬ zelnen Kammer genauestens einstellen zu können, lassen sich sehr genaue Mischverhältnisse einstellen.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Rühr- und Mischkammern stufenlos, also zu jedem gewünschten Volumen einstellbar sind. Dies stellt letztlich eine hohe An¬ passungsfähigkeit an jedes Folgegerät, wie beispielsweise einem Fließ-Injektions-Anaiysegerät dar.
Eine besonders günstige Ausgestaltungsform eines Gerätes zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist ein Mehr¬ fach-Rühr- und Mischmodul zum Einsatz in der Fließ-Injektions- Analyse, mit einstellbaren Rühr- und Mischkammern. Die Beson¬ derheit dieses Mehrf ch-Rühr- und Mischmoduls besteht darin, daß die Rühr- und Mischkammern im Volumen variabel sind, und das Mischmodul mehrere Mischkammern aufweist, und daß das Rühr- und Mischmodul Mittel aufweist, die es gestatten, die Rühr- und Mischkammern entweder in Parallelbetrieb oder hintereinander- geschaltet zu betreiben.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Mehrfach-Rühr- Mischmoduls ist darin zu sehen, daß die Mischkammern in einem Block aus lö- sungsmitteibeständigem Material eingearbeitet sind. Diese Einarbeitungen können entweder runde Bohrungen oder aber auch eckige Ausnehmungen sein.
Besonders günstig für die Einbringung des Mischkammerver¬ schlusses und den darin befindlichen axial verschiebbaren Stem¬ pel zur Variation des Mischkammervolumens ist, daß die Aus¬ nehmungen zweistufig abgesetzt sind.
Um einen Puffer oder ein Reagenz in die Trägerflüssigkeit von unten zur besseren Durchmischung in die Rühr- und Mischkammer optimal zu injizieren ist es angebracht, eine im rechten Winkel zur Mischkammerachse verlaufende Bohrung am Boden der jeweili¬ gen Rühr- und Mischkammer anzubringen.
Die Variation der Volumina läßt sich vorteilhafterweise durch unterschiedliche Wahl der Durchmesser der Bohrungen der Misch¬ kammern und andererseits durch axiales Verschieben eines in der Rühr- und Mischkammer eingepaßten und mit einem O-Ring abge¬ dichteten Stempels erzielen. Als vorteilhafte Ausgestaltung er¬ weist sich auch der Umstand, daß der Boden der Rühr- und Misch¬ kammern in der zweiten Stufe der Ausnehmung plangefräst ist und somit einen Rührmagneten aufnehmen kann, der eine weitere Durchmischung der zu analysierenden Lösung bewirkt.
Weiterhin ist als vorteilhaft anzusehen, daß der Austritt der Flüssigkeit aus der Mischkammer durch eine Bohrung in dem Stem¬ pel, der in die Verschlußverschraubung am oberen Ende der zwei¬ stufigen Ausnehmung eingebaut ist, erzielt wird, so daß nur noch dafür Sorge getragen werden muß, um die Weiterleitung der gemischten Verdünnung an ein Analysegerät, wie beispielsweise einem FIA-Gerät, mit geeigneten Mitteln zu gewährleisten.
Durch die Erfindung ist es also möglich, ein Mehrfach-Rühr- und Mischmodul in einem Fließ-Injektions-Analysegerät zu integrie¬ ren und somit einen sonst außerhalb dieses Gerätes durchzufüh¬ renden Arbeitsgang innerhalb eines geschlossenen Gerätekastens oder eines 19-Zoll-Einschubs in einer anpassungsfähigen Weise,
ERSATZBLATT je nach Bedarf und Anforderungen einer Versuchsreihe durch¬ zuführen.
Die Erfindung wird nun im folgenden anhand bevorzugter Ausfüh¬ rungsbeispiele und der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt die
Figur 1 ein erfindungsgemäßes zusammengebautes Mehrfach-Rühr- Modul auf einer Grundplatte (C);
Figur 2 einen aus Plexiglas gefertigten Block (A) mit den
Rühr- und Mischkammern (1) in Vorder- und Draufsicht;
Figur 3 einen Verschluß (B) einer Rühr- und Mischkammer mit den dazugehörigen Einzelteilen;
Figur 4 (a) zwei Drehscheiben, auf die Permanentmagnete unterschiedlicher Polarität aufgebracht werden; (b) eine Grundplatte (D), auf der der Antrieb (F) befestigt wird;
Figur 5 eine Grundplatte (C), die der Aufnahme des Modul blocks (A) und des Antriebs (F) dient.
In Figur 1 ist in perspektivischer Darstellung ein erfin¬ dungsgemäßes zusammengebautes Mehrfach-Rühr- und Mischmodui auf einer Grundplatte (C) dargestellt. Oben auf dem Block (A) be¬ finden sich drei Mischkammerverschlüsse (B), deren Kern mit einem Außengewinde versehen ist, auf das jeweils eine Mutter geschraubt wird. Am unteren Ende dieses Blockes (A) befinden sich die Einlaßverschraubungen (E), die dazu dienen, den Über¬ gang von den Außenleitungen zu den Bohrungen, die zu dem Boden der Rühr- und Mischkammern führen, herzustellen. Hinter dem Block (A) ist der Antrieb (F! für die Drehscheiben des Magnetrührwerks zu sehen, der auf einer mit Schiitzlöchern ver¬ sehenen Platte (D) befestigt ist. Dieses zusammengebaute Modul
ERSATZBLATT kann so entweder in ein FIA-Gerät oder ein 19-Zoll-Einschub eingebaut werden.
In Figur 2 oben ist der Block (A) in einer Schnittzeichnung dargestellt, in der die zweistufigen Rühr- und Mischkammern (1) zu erkennen sind. An die mit unterschiedlichem Durchmesser versehenen Rühr- und Mischkammern (1) schließen sich nach oben hin für jede Kammer einzeln mit gleichem Durchmesser eine Ge¬ windebohrung, in die die Kammerverschlüsse (B) eingeschraubt werden, an. Der Block (A) besteht im vorliegenden Falle aus lösungsmittelbeständigem Plexiglas und ist in seiner äußeren Gestalt quaderförmig ausgeführt.
Sowohl in der Vorderansicht als auch in der Draufsicht sind die Bohrungen ( 3 ) , die zu den Böden der Rühr- und Mischkammern führen zu sehen, an deren gegenüberliegendem Ende Gewindeauf- bohrungen (4) zu erkennen sind, in die die übergangsstutzen oder Einlaßverschraubungen (E) eingeschraubt werden.
Weiterhin ist in der Vorderansicht zu erkennen, daß die Böden (5 ) der Rühr- und Mischkammern (1 ) rechtwinklig zur Achse plan¬ gefräst sind, damit der Magnetkern (hier nicht gezeigt) zur Um¬ wälzung der Verdünnung eine einwandfreie Auflage vorfindet.
Die besondere Bauart der Mischkammerverschlüsse ist in Figur 3 dargestellt. Hier zeigt die Figur u.a. den zusammengebauten Verschluß (B), der in axialer Richtung einen Stempel ( 6 ) in Form einer Durchführung durch die gesamte Verschraubung auf¬ weist, wobei durch Verschiebung des Stempels (6) das Volumen der jeweiligen Rühr- und Mischkammer (1) verändert wird.
Einer der großen Vorteile der erfindungsgemäßen Rühr- und Mischkammern besteht darin, daß die Volumina dieser Kammern (1) stufenios einstellbar und veränderlich sind. Der Bereich der kleinsten Mischkammer geht von 65 μl bis 310 μl, der Bereich der mittleren Mischkammer geht von 130 μl bis 580 μl und der dritte größte Bereich der Mischkammer geht von 190 μl bis 920 μl. In diesen Bereichen kann das Volumen jeder einzelnen Kammer stufenlos durch Heraus- und Hineinschieben des Stempels ( 6 ) in axialer Richtung verändert werden. Mit diesen verschiedenen Volumina lassen sich verhältnismäßig große Verdünnungen her¬ stellen, die einerseits durch Kombination der unterschiedlichen Rühr- und Mischkammern und andererseits durch Verstellen des Stempels (6) erzielt werden. Bei den hier gewählten Durch¬ messern der Rühr- und Mischkammern kann eine Verdünnung von maximal 1 : 5000 erreicht werden, bei einer Probenschleife von 30 μl.
Das Hauptstück des Verschlusses (B) bildet der Stempel (6), der aus Polyetheretherketon, kurz PEEK hergestellt ist. Der Stempel (6) ist am unteren Ende kegelförmig auf ebohrt, so daß die Aus¬ laß bohrung ( 7 ) durch den Stempel in der Spitze der kegelförmi¬ gen Aufbohrung beginnt. Diese kegelförmige Aufbohrung (8) er¬ leichtert einen besseren Austritt von Luftblasen in der Rühr- und Mischkammer.
Abgedichtet wird der Stempel mittels eines O-Ringes ( 9 ) , der durch zwei Halbschalen (10) gegen die Kammerwand gedrückt wird. Der Gegendruck wird durch eine aus Polyamid gefertigte Mutter
(11) erzeugt, indem sie den Stempel nach oben zieht und somit auch die beiden Halbschalen (10) gegen die Führungsschraube
(12) aus Plexiglas drückt.
Im oberen Teil des Stempels (6) befindet sich wiederum der Aus¬ gangsanschluß (13), der dafür sorgt, daß die Flüssigkeit in das FIA-Gerät geleitet wird.
Sämtliche Teile des kompletten Mehrfach-Rühr- und Mischmoduls können aus lösungsmittelbeständigen Kunststoffen wie z.B. Teflon hergestellt werden.
In Figur 4 (a) sind zwei Drehscheiben (14, 15), unterschied¬ lichen Durchmessers dargestellt, an deren Umfang sich jeweils
ERSATZBLATT eine Kehrrinne (16, 17) zur Aufnahme eines Treibriemens befin¬ det. Auf diesen Drehscheiben befinden sich in herkömmlicher Weise nicht dargestellte Permanentmagnete, die in entgegenge¬ setzter Polarität nach oben zeigen, so daß die Feldlinien quasi senkrecht aus der Ebene der Scheibe heraustreten. Dadurch wird erreicht, daß der Rührkern in der Mischkammer (1) infolge einer starken magnetischen Kopplung mitgenommen wird und in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Drehscheiben 14, 15 befinden sich selbstverständlich mit ihrer Achse koaxial zur Achse der Rühr- und Mischkammern ( 1 ) , da sonst ein reibungsloses Funktio- niern des mit Kunststoff umhüllten Rührmagneten nicht gewähr¬ leistet werden kann.
Der gesamte Antrieb der Rührkerne in den Mischkammern ist durch seine einfache Mechanik wenig störanfällig und somit außeror¬ dentlich betriebssicher. Bei niedrigen Umdrehungszahlen der Drehscheibe bewegt sich der Rührkern im wesentlichen auf dem plangefrästen Boden der Mischkammern, während er bei höheren Drehzahlen waagerecht über den Böden der Mischkammern gehalten werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden die drei Drehschei¬ ben aus Aluminium gefertigt, die von einem Synchronmotor mit einer konstanten Drehzahl von 350 Umdrehungen/min gehalten werden. Wie oben bereits erwähnt, wird der gesamte Antrieb (A) mit dem Synchronmotor (hier nicht sichtbar) in Langlöchern auf einer Platte (D) gehaltert. Die Langlöcher (18) dienen zur Ein¬ stellung der Treibriemenspannung, die sich im Laufe der Zeit verändern kann. Die Drehscheiben sind kugelgelagert und befin¬ den sich ebenfalls auf einem Aluminium-Chassis.
Figur 5 zeigt in Draufsicht die Grundplatte (C), die der Auf¬ nahme der Moduleinzelteile dient. Hier ist noch einmal die rechteckige Form der Grundplatte (C) ersichtich, die an die entsprechenden Maße für den Einbau in ein FIA-Gerät bzw. in einen 19-Zoll-Einschub gepaßt sind. Die drei Kreise am oberen Teil der Draufsicht stellen die Drehscheiben (14, 15) dar, auf
ERSATZBLATT die die Hochleistungs-Permanentmagnete aufgebracht sind. Die Langlöcher (19) haben eine ähnliche Funktion wie die Langlöcher (18) in der Grundplatte (D) und dienen somit der Befestigung des Blockes (A). Die weiteren Gewindebohrungen (20, 21) werden zur Befestigung des gesamten Moduls und der Platte (D) des Antriebs herangezogen.
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Claims

latentansprucne
1. Verfahren zur Probenaufbereitung für eine Fließ-In ektions- Anaiyse, gekennzeicimet durch folgende Schritte:
- Entnahme einer Probe aus einer Probenschleife;
- gleichzeitiges Vermischen der Probe aus der Probenschieife mit einem Puffer oder einem Reagenz in mehreren im Volumen variablen Rühr- und Mischkammern; oder
- stufenweises Vermischen der Probe aus der Probenschleife mit einem Puffer oder einem Reagenz in im Volumen variablen hinter¬ einander geschalteten Rühr- und Mischkammern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe von unten in die jeweilige Rühr- und Mischkammer inji¬ ziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Rühr- und Mischkammern bedarfsgerecht in seiner Größe eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ge¬ eignete Mittel außerhalb der Rühr- und Mischkammern so geschal¬ tet werden, daß die Rühr- und Mischkammern gleichzeitig einen Rühr- und Mischvorgang durchführen.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ge¬ eignete Mittel außerhalb der Rühr- und Mischkammern so geschal¬ tet werden, daß die Rühr- und Mischkammern stufenweise hinter¬ einander einen Mischvorgang durchführen.
ERSATZBLATT
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rühren und Mischen der Probe durch einen Magnetrührer vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis zwischen Probe und Puffer oder Probe und Reagenz durch Variation der Rühr- und Mischkammervoiumen beeinflußt werden kann.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der vorangegangenen An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnungsbereiche durch Kombination der verschiedenen Rühr- und Mischkammern stufenlos einstellbar sind.
9. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul zum Einsatz in der Fließ- In¬ jektions-Analyse, mit einstellbaren Rühr- und Mischkammern, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Rühr- und Mischkammern (1) im Volumen variabel sind;
- das Mischmodul mehrere Rühr- und Mischkammern (1) aufweist;
- das Rühr- und Mischmodul Mittel aufweist, die es gestatten, die Rühr- und Mischkammern ( 1 ) entweder im Parallelbetrieb oder hintereinander geschaltet zu betreiben.
10. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Rühr- und Mischkammern ( 1 ) in einem Block (A/ aus lösungsmittelbeständigem Material eingearbeitet sind.
11. Mehrfach- Rühr- und Mischmodui nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühr- und Mischkammern i 1 ,• zweistufig abgesetzt ausgebildet sind.
12. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und lö, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Rühr- und Mischkammer i I '.- eine im rechten Winkel verlaufende Bohrung f 3 ) mit einem An¬ schlußgewinde (4) zum Boden (5) der jeweiligen Rühr- und Misch¬ kammern ( 1 ) führt .
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13. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9. dadurch ge¬ kennzeichnete daß die Ausnehmungen für die Rühr- und Misch¬ kammern unterschiedliche Volumina aufweisen.
14. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen für die Rühr- und Mischkammern (1) vorzugsweise rund sind.
15. Mehrfach- Rühr- und Mischmodui nach Anspruch 9, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bohrstufe ein Gewinde (2) aufweist.
16. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bohrstufe im Durchmesser kleiner als die erste Bohrstufe ist.
17. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die erste Bohrstufe der Ausneh- raung der Rühr- und Mischkammer (1) ein Verschluß (B) einsetzbar ist.
18. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9, 11 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden ( 5 ) der zweiten Bohrstufe der Ausnehmung plangefräst ist.
19. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der zweiten Vor¬ stufe der Rühr- und Mischkammern (1) unterschiedlich sind.
20. Mehrfach- Rühr- und Mischmodui nach Anspruch 9 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (B) aus einem in axialer Richtung verschiebbaren Stempel ( 6 ) und einer den Stempel (6) umhüllenden Verschraubung besteht.
21. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 20 , dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel ( 6 ) in seiner Achse eine Durchgangsbohrung (7) aufweist, die am unteren Ende kegel-
ERSATZBLATT förmig aufgebohrt ist und am oberen Ende eine zylinderförraige Aufbohrung (13) mit einem Gewinde besitzt, in das ein weiterer Anschluß zu einem FIA-Gerät führt.
22. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9 und 20. dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel i 6 i mittels eines 0- Rings (9), der infolge des Druckes zweier Halbschalen von einer Mutter auf diese Halbschalen (10), gegen die Mischkammerwand gepreßt wird.
23. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in jeder der Rühr- und Mischkammern ein magnetisierbarer kunststoffummantelter Rührkern eingebettet ist, der von zwei auf einer darunter befindlichen Scheibe (14) befestigten Permanentmagneten bei Drehung der Scheibe ebenfalls in Drehbewegung versetzt wird.
24. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete auf der Scheibe (14) unterschiedliche Polarität an ihrer Oberfläche aufweisen.
25. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß sich unter jeder Rühr- und Mischkammer eine Scheibe (14) mit darauf angebrachten Permanentmagneten findet.
26. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben durch einen Elektromotor ange¬ trieben werden.
27. Mehrfach- Rühr- und Mischmodul nach Anspruch 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das gesamte Modul auf einer Platte (C) mon¬ tiert ist, so daß das Mehrfach- Rühr- und Mischmodul sowohl in das modulare FIA-Gerät gemäß dem Patent P 37 37 604 als auch in einen 19-Zoll-Ξinschub eingebracht werden kann.
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TRAC, TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY. Bd. 8, Nr. 2, Februar 1989, AMSTERDAM, NL Seiten 62 - 66; M. GISIN ET AL.: 'Contemporary wet-chemical flow analyzers for process control' siehe Abbildungen 2A,3A *

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