DE1598160A1

DE1598160A1 - Geraet zur automatischen Durchfuehrung chemischer Analysen

Info

Publication number: DE1598160A1
Application number: DE19661598160
Authority: DE
Inventors: Rudolf Barnick; Detlev Siemon
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1966-12-15
Filing date: 1966-12-15
Publication date: 1970-10-29
Also published as: GB1202079A; US3615230A

Description

Patentanmeldung P 1598 1βο.9

Bodenaeewerk Perkin-Elmer

& Co. GmbH, 777 Überlingen/Bodensee

Gerät zur automatischen Durchführung chemischer Analysen.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur automatischen Durchführung chemischer Analysen mit einer Reihe von Probengefäßen, einer Dosierpumpe, einer Transportvorrichtung zum Vorbeiführen der Probengefäße an der Dosierpumpe, einer Hehrzahl von jedem Probengefäß zugeordneten Reaktionsgefäßen und Steuermitteln,durch welche die Dosierpumpe derart betätigbar und relativ zu den Gefäßen bewegbar ist, daß sie Probenmengen aus den Probengefässen absaugt und dosiert in die Reaktionsgefäße abgibt.

Solche .Anordnungen sind beispielsweise durch die USA-Patentschriften 3 192 968 und 3 193 357 bekannt. Bei der bekannten Anordnung nach USA-Patentschrift 3 192 ist ein Drehtisch mit einer Reihe von Probengefäßen ringsherum auf diesem vorgesehen, in welche undosierte Probe aufgegeben wird. Durch eine Dosierpumpe wird nacheinander aus diesen Probengefäßen eine definierte Menge von Probe entnommen und in jeweils ein Reaktionsgefäß überführt. Diese Reaktionsgefäße sind ebenfalls in oinem Kreis auf dem Drehtisch angeordnet. Der Drehtisch dreht sich relativ zu der feststehenden Dosier-

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pumpe, ao daß die Proben- und Reaktionagefäße nacheinander in den Bereich der Dosierpumpe gelangen. Es ist auch eine andere Pumpe vorgesehen, durch welche Probe jeweils aua einem Gefäß eines ersten Drehtisches in ein Gefäß eines anderen Drehtisches transportiert werden kann. Bei der Anordnung nach der USA-Patentschrift 3 1 93 357 wird eine Kasette mit Proben- und Reaktionsgefäßen durch eine Kette geradlinig schrittweise fortbewegt, und dabei werden die einzelnen Gefäße nacheinander an Pumpen vorbeigeführt. Es sind dabei jeweils vier Gefäße in einer Reihe senkrecht zur Vorschubrichtung angeordnet. Das eine Gefäß dient als Probengefäß, in welches die Probe undosiert aufgegeben wird. Aus diesem Probengefäß wird eine abgemessene Menge von Probe mittels einer kornoinierten Proben- und Reagenzpurape in ein anderes Gefäß überführt. Dort findet eine Fällung statt. Die Flüssigkeit wird nach Abschluß der Fällung von einer v/eiteren, gegenüber der Dosierpumpe in Bewegungsrichtung der Kasette versetzten Pumpe in ein drittes Gefäß überführt, das unten durch einen Filter abgeschlossen ist, und au3 welchem die Flüssigkeit, von dem niederschlag befreit, in das vierte, etwas tiefer angeordnete Gefäß läuft, von wo sie dann z.5. für weitere Reaktionen oder Untersuchungen abgesaugt wird. Es handelt sich also hier darum, daß mit ein und derselben Probe nacheinander in den verschiedenen Gefäßen die verschiedenen Schritte, nämlich Fällung und Filterung, eines AufbereitungsVorganges vorgenommen werden.

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Ea sind motorgetriebene Dosierpuiupen bekannt, bei denen ein llotor einen Pumpenkolben bewegt, wobei der Lotor durch einen Steuerachalter für eine vorgegebene Zeit an eine Spannungsquelle angelegt wird (DAS 1 168^674) Die Genauigkeit der Dosierung hängt dann stark davon ab, wie schnell der Motor anläuft und wie schnell er nach Beendigung der Dosierung abgebremst wird. Es sind auch durch Druckluft betätigte Dosierpumpen bekannt (USA-Patent 3 192 968), bei denen der Pumpenkolben mit einem zweiseitig beaufschlagten Hubkolben verbunden sind, durch Druckluft auf- und abbewegbar ist, wobei der Kolbenhub durch einen Anschlag in Form einer Mikrometerschraube bestimmt wird. Bei diesen bekannten Dosierpumpen wird jeweils ein mehr oder weniger genau dosiertes Proben volumen angesaugt und dann zur Grunze wieder abgegeben.

Es sind ferner automatische Titriervorrichtungen mit einer Kolbenbürette bekannt, bei welcher der Bürettenkolben durch einen Schrittmotor steuerbar ist. Dazu ist der Bürettenkolben mit einer Kutter verbunden, welche unverdrehbar auf einer gewindespindel geführt ist. Diese Gewindespindel wird von einem Schrittmotor angetrieben. 'Das gestattet es, durch die Anzahl der auf den Schrittmotor gegebenen Impulse die aufgenommene und abgegebene Probei;:ae:;.-e zu dosieren (Druckschrift TIB 111-1D der Pol;-=:etron AJ).

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät der eingangs erwähnten Art zur automatischen Durchführung chemischer Analysen. Es liegt ihr die Aufgabe zugrunde, ein Gerät dieser Art so auszubilden, daß gleichzeitig mehrere verschiedene Analysen durchgeführt werden können.

Die Erfindung besteht darin, daß die Dosierpumpe in an sich bekannter Weise mit digital gesteuerten, z.B. einem von einem Schrittmotor angetriebenen Kolben arbeitet, und daß die Dosierpumpe durch die Steuermittel jeweils einmal in das Probengefäß einführbar ist und dann von der angesaugten Probe nacheinander dosierte Mengen in die verschiedenen Reaktionsgefäße abgibt. Es wird also eine Pumpe benutzt, die nicht eine einzige dosierte Menge ansaugt und zur Gänze wieder abgibt, wie bei den bekannten Analysenautomaten, sondern es wird eine Pumpe verwendet, welche von einer Pumpenfüllung, auf deren Dosiergenauigkeit es gar nicht ankommt, mehrere genau dosierte - gegebenenfalls voneinander verschiedne - !..engen abzugeben vermag, ähnlich wie die bekannten Kolbenbürette^ des erwähnten Polymetron-Titrierautomaten. Unter Verwendung einer solchen Pumpe als Dosierpumpe für. die Probe wird aus dem Probengefäß, mit der undosierten Probe, Probe angesaugt und in genau dosierten !.!engen auf mehrere Reaktionsgefäße verteilt. In dieser LIehrzahl von Reaktionsgefäßen können dann parallel verschiedene Reaktionen durchgeführt

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werden. Es körinen also den verschiedenen Mengen von Probenflüssigkeit in den Reaktionsgefäßen beispielsweise unterschiedliche Reagentien zugesetzt werden, um die Probe auf verschiedene Bestandteile zu, gleichzeitig zu analysieren. Es handelt sich also nicht wie bei dem Gerät nach der USA-Patentschrift 3 193 359 darum, in dem einen Probengefäß zugeordneten Reaktionsgefäß zeitlich nacheinander und mit einer einzigen Probenmenge die verschiedenen Schritte einer einzigen Reaktion, also etwa das Abtrennen eines Bestandteile durch Ausfällen und Filtern, durchzuführen.

Die Erfindung kann in der Weise verwirklicht werden, daß die Transportvorrichtung von einem Drehtisch gebildet wird, auf welchem die Gefäße in mehreren Reihen ringsherum angeordnet sind, wobei jeweils das Probengefäß und die zugehörtigen Reaktionsgefäße in einer radialen Reihe sitzen, und daß die Dosierpumpe oberhalb des Drehtisches radial und vertikal beweglich angeordnet ist,

Lan muß darauf achten, daß keine Probensubstanz aus dem einen Probengefäß in die nächstfolgende Probe gelangen kann. Jei den bekannten Anordnungen wird das dadurch sichergestellt, daß die Dosierpumpe für die Probe r. I^ ich zeitig als Reagenzpumpe dient und nach jeder Prob.iiidosierunfe nach einem Umschaltvorgang gleich das Re-. a^enz durch die Dosierpumpe und das Entnahmeröhrchen

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in das Reaktionsgefäß gedrückt wird, Das ist in mancher Hinsicht nachteilig: Es muß dann das Reagenz sofort bei der gleichen Stellung des Drehtisches, bei der die Probendosierung erfolgt, zugesetzt werden. Es kann aber wünschenswert sein, die Probe nach der Dosierung z.3. noch eine Weile in einem V/asser bad laufen zu lassen, um die Reaktion bei einer wohldefinierten Temperatur stattfinden zu lassen. Auch ist dieses Verfahren, die Dosierpumpe zu reinigen, überhaupt nicht anwendbar, wenn durch.die Dosierpumpe, wie bei der erfindungsgemäiBen Anordnung, mit einer Pumpenfüllung eine Dosierung in mehrere Reaktionsgefäße stattfindet, in denen den Proben untersei iediiche Reagenzien zugesetzt werden. Ss ist auch bekannt, bei solchen G-eräten das Entnahmerührchen zwischenzeitlich in eine Waschflüssigkeit wie destilliertes Wasser einzutauchen. Damit lassen sich jedoch die Spuren der vorgehenden Prcbe nur unvollkommen beseitigen. Außerdem l&Lit dieses Verfahren außer acht, daß destilliertes Wasser ebenfalls im Hinblick auf die durchzuführende Analyse eine "Verschmutzung" darstellt und zwar meist in stärkerem l.Ia,"je, als eventuelle Reste der vorher dosierten Probe. Soll etwa der Anteil c eines Bestandteils XT in der Probe untersucht werden, se v/ercen Rests dar vorhergehenden Probe, wo der Bestandteil X""mit einsm Anteil c¹ ähnlich c vorhanden war, häufig eine geringere Verfälschung des quantitativen Untersuchungsergebnisses bringen, als destilliertes Wasser, in welchem der

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Bestandteil X mit der Konzentration null enthalten ist. Es kann daher u.U. vorteilhaft sein, auf'ein Spülen mit einer Wasserflüssigkeit ganz zu verzichten. Eine andere vorteilhafte Konstruktion ergibt sich, wenn die Dosierpumpe vor jeder Probendosierung eine Pumpenfüllung aus dem Probengefäß in ein Abfallgefäß abgibt. Es erfolgt dann also ein Spülen mit der anschließend dosierten und analysierten Probenflüssigkeit selbst.

Das Abfallgefäß kann von einer rings um den Drehtisch verlaufenden Rinne gebildet werden. Die Pumpe kann in der Weise aufgebaut sein, daß der Schrittmotor gleichachsig zu dem Kolben angeordnet ist und eine Gewindespindel antreibt, die in eine mit dem Kolben verbundene unverdrehbar geführte iüutter angreift.

Der Zylinder kann aus Glas und der Kolben aus glattem, elastischen Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluorethylen, bestehen und der Zylinder durch einen Stopfen abgeschlossen sein, in welchem eine Kapillare als Chromstahl zum Ein- und Auslaß der Flüssigkeit sitzt.

Wenn dann der Kolben bis ganz an das Ende des Zylinders beweglich ist, dann ist das Totvolumen, also das nicht entleerbare Volumen der Dosierpumpe nur durch die Kapillare von 0.3 mm lichter Weite unter 5 luikroliter. 3ei der vorerwähnten Wahl der Materialien ist trotz

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unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten die Dichtigkeit des Kolbens immer gewährleistet, wenn er bei Zimmertemperatur etwas stramm eingepaßt ist. Es ist dann-bei 15° C immer noch eine gute Dichtung gewährleistet. Bei höheren Temperaturen tritt eine gewisse Schwergängigkeit des Kolbens ein, die jedoch die Dosierung wegen des Schrittmotorantriebs nicht beeinflußt. Da der Kunststoff elastisch ist, ist auch ein Bruch des Glaszylinders nicht zu befürchten. Wesentlicher Vorteil der gewählten Materialien ist jedoch, daß keine Verfälschung der Probe und einer Analyse durch Abrieb eintritt, wie es etwa bei Verwendung von Metallteilen der Fall wäre.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Oberansicht eines Gerätes nach der Erfindung.

Pig. 2 zeigt sei ematisch einen Teilsahnitt längs der Linie II-II von Fig. 1 und

Fig. 3 zeigt'einen Schnitt durch die Probenpumpe.

In einem Drehtisch 11 der in gleichen Zeitabständen schrittweise weitergedreht wird, ist längs des Umfanges eine Reihe von Probengefäßen 12 angeordnet. Die

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Weiterdrehung "bei jedem Schritt erfolgt stets um Hen Winkelabstand zweier benachbarter Probengefäße 12. Jedem Probengefäß 12 sind vier Reaktionsgefäße 12a, b, c und d zugeordnet, Diese Tier Reaktionsgefäße liegen in einer geraden Reihe radial einwärts von dem zugehörigen Probengefäß 12.

Mit 14 ist ein Mechanismus bezeichnet, mittels dessen eine Dosierpumpe 15 nach einem Programm radial und vertikal beweglich ist. Wie ein solcher Mechanismus aufgebaut werden kann, liegt im Rahmen fachmännischen Handelns und ist daher hier nicht näher dargestellt. Rings um den Drehtisch erstreckt sich eine Abfallrinne 16. Bei 17 sind Mittel vorgesehen, um den Proben in den Reaktionsgefäßen 13a - d unterschiedliche Reagenzien zuzuseteen. Bei 18 werden die Proben aus den Gefäßen 13a bis d in ein Photometer o.dgl. befördert.

Die Probenpumpe ist in Pig. 3 näher dargestellt. In einem Zylinder, der von einem kalibrierten Glasrohr 1 gebildet wird, gleitet ein Kolben 2 aus Polytetrafluoräthylen (Teflon). Der Kolben 2 ist mit einer Mutter 3 verbunden, die in einem Gehäuse 4 mittels eines Führungsschlitzes 5, in den ein Stift 6 eingreift, unverdrehfear geführt ist. Die Mutter 3 Bitzt auf einer Spindel 7, die von einem Schrittmotor 8 angetrieben wird. Der Zylinder 1 ist mit dem Gehäuse 4 verbunden.

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Gehäuse 4, Korben 2 und Zylinder 1, Mutter 3, Spindel 7 und Schrittmotor 8 sind alle gleichachsig angeordnet,

Der Zylinder 1 ist von einem Stopfen 9 abgeschlossen, in dem eine Kapillare 1o zum Ansaugen oder Abgeben der zu dosierenden Flüssigkeit sitzt.

Fig. 2 veranschaulicht, wie die Pumpe gesteuert wird, wobei die Linien 19 den Weg des Endes der Kapillare darstellen. Die Pumpe 15 hat in dem vorangegangenen Dosiervorgang den nicht auf die Reaktionsgefäße verteilten Rest der Pumpenfüllung in die Abfallrinne 16 gedrückt. Sie ist jetzt noch zu einem gewissen Maße mit der vorhergehenden Probe verunreinigt. Die Pumpe 15 taucht daher mit der Entnahme-Kapillare 1o zunächst in die Probe im Gefäß 12, saugt eine gewisse Menge Probenflüssigkeit ein, und rüe-:t diese ebenfalls in die Abfallrinne. Sie ist somit mit ProberifLässigkeit der jetzt zu analysierenden Proben gespült worden. Reste dieser "Spülflüssigkeit" stören nicht mehr, da gerade diese Flüssigkeit anschließend zum Dosieren angesaugt und in definierten gegebenenfalls unterschiedlichen Mengen auf die Gefäße 13 a bis 13 d verteilt wird. Zu diesem Zweck wird die Entnähme-Kapillare zuerst wieder in das Probengefäß 12 eingetaucht, die Pumpe nimmt eine im -.ve se nt lichen undosierte, aber ausreichende Mange Probenflüssigkeit auf. Anschließend wird die

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Entnahme-Kapillare 1o nacheinander in die Gefäße 13a bis 13 d abgeaenkt. In jedem Gefäß 13 a bis 13 d gibt die Kapillare eine definierte Menge an Probe aus der gleichen Pumpenfüllung ab. Diese Menge wird durch die Anzahl der Impulse bestimmt, die in der betreffenden Stellung auf den Schrittmotor 8 gegeben werden und ist mit recht großer Genauigkeit bestimmt. Sie kann durch die Impulszahlen mit einfachen Mitteln für die verschiedenen Reaktionsgefäße unterschiedlich gewählt werden, wenn das erwünscht ist. !fach dem Dosieren im letzten Reaktionsgefäß 13 d kehrt die Pumpe 15 zur Abfallrinne zurück und stößt dort den nichtdosierten Rest der Pumpenfüllung aus. Jetzt schaltet der Drehtisch einen Schritt weiter, so daß das nächste Probengefäß mit den zugehörigen Reaktionsgefäßen in den Bereich der Pumpe 15 gelangt. Es wird dann der beschriebene Zyklus wiederholt. Dadurch daß die Dosierung nicht beim Ansaugen, sondern beim Abgeben erfolgt, kann mit einer Pumpenfüllung Probe in mehrere Reaktionsgefäße dosiert werden. Das geht natürlich schneller als wenn etwa bei Verwendung der vorbekannten Dosierpumpen, wo die Dosierung schon beim Ansaugen stattfindet, die Pumpe für jede dosierte Aufgabe zum Probengefäß zurückgeführt werden müßte.

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Claims

Patentansprüche

1.) Gerät zur automatischen Durchführung chemischer Analysen mit einer Reihe von Probengefäßen, einer Dosierpumpe, einer Transportvorrichtung zum Vorbeiführen der Probengefäße an der Dosierpumpe, einer Mehrzahl v^n jedem Probengefäß zugeordneten Reaktionsgeiäßen und Steuermitteln,durch welche die Dosierpumpe derart betätigbar und relativ zu den Gefäßen bewegbar ist, daß sie Probenmengen aus den Probengefäßen ansaugt und dosiert in die Reaktionsgefäße abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierpumpe (15) in an sich bekannter Weise mit einem digital gesteuerten, z.3. von einem Schrittmotor (8) angetriebenen, Kolben (2) arceitet, und daf; die Dosierpumpe (15) durch die Steuermittel (14) jeweils einiael in daa Probengefäß (12) einfuhrbar ist und dann von der angesaugten Probe nacheinander dosierte I.Iengen in die verschiedenen ReaktionsgefäSe (13 a bis 13 d) abgibt.

2.) Gerät nach "Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung· von einem Drehtisch (11) gebildet wird, auf welchem die Gefäße in mehreren Reihen ringsherum angeordnet sind, wobei jeweils

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das Probengefäß (12) und die zugehörigen Reaktionsgefäße (13 a bis 13 d) in einer radialen Reihe sitzen, und daß die Dosierpumpe (15) oberhalb des Drehtisches (11) radial und vertikal beweglich angeordnet ist.

3.) Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abfallgefäß vorgesehen ist, und daß die Dosierpumpe (15) vor jeder Probendosierung eine Pumpenfüllung aus dem Probengefäß (12) in ein Abfallgefäß (16) abgibt.

4.) Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfallgefäß von einer rings um den Drehtisch verlaufenden Rinne (16) gebildet wird.

5.) Dosierpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (8) gleichachsig zu dem Kolben (2) angeordnet ist und eine Gewindespindel (7) antreibt, die in eine mit em Kolben (2) verbundene unverdrehbar geführte Mutter (3) eingreift.

6.) Dosierpumpe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) aus Glas und der Kolben (2) aus glattem, elastischem Kunststoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen, besteht.

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7.) Dosierpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) durch einen Stopfen (9) abgeachlossen ist, in welchem eine Kapillare (1o) aus Chromstahl zum Ein- und Auslaß der Flüssigkeit sitzt.

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