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WO2001090720A2 - Verfahren für die bestimmung von substrat- und produktkonzentrationen in einem medium - Google Patents

Verfahren für die bestimmung von substrat- und produktkonzentrationen in einem medium Download PDF

Info

Publication number
WO2001090720A2
WO2001090720A2 PCT/EP2001/005891 EP0105891W WO0190720A2 WO 2001090720 A2 WO2001090720 A2 WO 2001090720A2 EP 0105891 W EP0105891 W EP 0105891W WO 0190720 A2 WO0190720 A2 WO 0190720A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diffusion
detector
medium
analyte
sampling
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/005891
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2001090720A3 (de
Inventor
Evelyn Wolfram
Matthias Arnold
Andreas Franz
Dirk Weuster-Botz
Christian Wandrey
Original Assignee
Forschungszentrum Jülich GmbH
Dasgip Drescher Arnold & Schneider Gesellschaft Für Informations- Und Prozesstechnologie Mbh
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 Forschungszentrum Jülich GmbH, Dasgip Drescher Arnold & Schneider Gesellschaft Für Informations- Und Prozesstechnologie Mbh filed Critical Forschungszentrum Jülich GmbH
Priority to EP01934003A priority Critical patent/EP1287329A2/de
Publication of WO2001090720A2 publication Critical patent/WO2001090720A2/de
Publication of WO2001090720A3 publication Critical patent/WO2001090720A3/de
Priority to US10/301,851 priority patent/US20030119201A1/en

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    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4005—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • G01N2001/4016—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane being a selective membrane, e.g. dialysis or osmosis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/25—Chemistry: analytical and immunological testing including sample preparation
    • Y10T436/25375—Liberation or purification of sample or separation of material from a sample [e.g., filtering, centrifuging, etc.]
    • Y10T436/255—Liberation or purification of sample or separation of material from a sample [e.g., filtering, centrifuging, etc.] including use of a solid sorbent, semipermeable membrane, or liquid extraction

Definitions

  • the present invention relates to a method for the determination of substrate and product concentrations in liquid and / or gaseous media, in which several samples of at least one substance to be analyzed - the analyte - in at least one sampling section by time-controlled diffusion of the at least one analyte between the respective medium and a diffusion medium, which is fed to the sampling section through fluid lines by means of at least one pump, is removed via semi-permeable membranes, and then the diffusion medium is transported from the sampling section to at least one detector with simultaneous addition of new diffusion medium, and is analyzed by the latter to determine the analyte concentration. Furthermore
  • the invention relates to a device for performing the method.
  • Known approaches in this connection consist of assigning a sensor arrangement with a complete measuring section to each reaction container, sensors being used which can be introduced directly into the reaction vessel or into a fluid stream escaping from it.
  • the prerequisite here is that the sensor can come into direct contact with the medium in which the concentration of a substance is to be measured, ie is not attacked by the medium, and furthermore the boundary conditions, for example the pH value and the temperature direct application and in the undiluted medium allow a sufficiently precise measurement.
  • Many sensors do not meet these technical requirements. For example, in the case of sensors with immobilized enzymes, the instability of the enzyme, especially at higher temperatures (steam sterilization) and the limited measuring range, prevent direct application. For these reasons, the detectors are arranged outside the reaction vessels in known online analysis devices.
  • the sampling me takes place regularly by taking media volumes from the reaction containers to be sampled and feeding them to an analysis device or detector via transport lines. Frequent volume removal is only possible in containers in which the volume withdrawn is very small compared to the reaction volume. This means that with this sampling strategy the frequency and the extent of the sampling depend on the reaction volume and is directly limited by it.
  • DE 197 29 492 A1 proposes to carry out the sampling by time-controlled diffusion of the analyte from the medium to be sampled into an acceptor liquid via dialysis tubes.
  • concentration of the analyte in the diffusion medium and thus the sampling is controlled via the diffusion time.
  • This procedure has the advantage that only molecules are removed from the medium, but no volume of media. Sampling is therefore only limited by the total amount of substance and not by the reaction volume.
  • the acceptor liquid is transported through the system by means of a pump. This is switched off after the dialysis tubing has been filled with fresh acceptor liquid, so that analytes which are present in higher concentrations in the reaction area are diffusively absorbed into the acceptor liquid via the wall of the dialysis tubing.
  • the sample is then fed to a suitable detector for analysis.
  • the problem with this procedure is that the diffusion properties of the membranes can change, for example as a result of deposits (fouling effect), as a result of which the measurement results are falsified.
  • the object of the invention is therefore to further develop a method of the type mentioned at the outset such that impairments in the diffusion properties can be taken into account in the measurements with comparatively little effort.
  • the detector provides a temporal concentration distribution or a temporal distribution of a signal proportional to the concentration, in which case a calibration and a corresponding evaluation of the detector signals allow conclusions to be drawn about the analyte concentration in the sample medium, and that a change in the ratio from the signal maximum to the baseline in the outflow of the detector signal and from this a change in the diffusion properties of the semipermeable membranes is determined and a corresponding correction factor is determined and taken into account in the further execution. In this way, any drift caused by changes in the diffusion properties, for example due to blockages or deposits (fouling), can be taken into account via the data evaluation.
  • a bypass line is provided, via which diffusion medium is guided from the pump past the sampling sections to the detector.
  • This bypass can also be controlled via the multi-way or multi-way valve arrangement and as an alternative to the sampling sections.
  • the presence of such a bypass line means, for example, that diffusion medium can be conducted if in the meantime no sampling section is to be flowed through. It is also possible to inject a standard medium into the diffusion medium in the area of the bypass and to transport this segment to the detector by switching on the bypass. If this procedure is carried out repeatedly before and during the test period, drift phenomena of the detector can be corrected.
  • sampling sections are provided in the manner of a parallel connection, that the at least one pump operates continuously and a multi-way or multi-way valve arrangement provided upstream of the sampling sections in the line for the diffusion medium is controlled in such a way that in each case one sampling section of Flows through the diffusion medium and transport is prevented in the remaining sampling sections, the valve arrangement preferably being controlled so that the diffusion medium flows through one of the parallel fluid line sections to the detector essentially continuously.
  • the sampling in the individual sampling sections is thus divided into a first section, in which the diffusion medium rests and a diffusion of the analyte between the medium to be sampled and the diffusion medium, and a second section , in which the diffusion medium is transported from the sampling section to the detector and analyzed in flow with regard to the concentration of the analyte.
  • a continuously operating pump is now used in the method according to the invention, so that the acceptor can be transported from a sampling section to the detector in a simple manner by one Fluidlei- tion section, which contains the sampling section, is connected to the pump by appropriate control of the multi-way or multi-valve arrangement. Since the valves can be controlled very precisely, the opening and closing processes can be carried out in a time-optimized manner. It is not necessary to control the pump at all.
  • valve arrangement can be controlled in such a way that diffusion medium is transported essentially continuously in one of the sampling sections combined with the simultaneous analysis in the detector, while sampling in the other sampling sections is carried out by diffusion he follows. This opens up the possibility of carrying out essentially continuous analyzes. In the known method, this was not possible at least during the downtime of the pump.
  • a particularly efficient sampling is achieved if in the parallel sampling sections the diffusion or sampling time of a section is at least the measurement time of all other parallel sampling sections necessary for signal detection in the detector.
  • the diffusion times are thus coordinated in such a way that the measurements for the other sampling sections can be carried out simultaneously in succession during the sampling in a section and then the measurement of the sample is also directly related to the diffusion. can close. This results in particularly high effectiveness and flexibility.
  • a pressure measurement is carried out in the line for the diffusion medium upstream of the sampling sections in order to detect a fault in a line section.
  • This is based on the consideration that, for example, when a leak occurs in the lines between the pump and the detector, part of the diffusion medium is not passed through the detector, but into the defective line, provided that the line resistance in this direction is lower than to the detector. Sampling would not only be affected in the defective route, but also in the entire system.
  • the installation of a pressure sensor enables automatic fault detection here, since the line pressure, when flowing through the parallel lines, is in a range of values characteristic of the device. If the pressure drops outside the characteristic value range when one of the parallel line sections flows through, there is a fault, namely a leak if the pressure is too low and a blockage if the pressure is too high, and the defective line section can be uncoupled.
  • check valves or alternatively a further multi-way or multi-valve arrangement can be provided downstream of the sampling sections, which prevents a diffusion medium from flowing back from the sampling section into another sampling section.
  • several detectors can be provided connected in series for the simultaneous measurement of different analytes. Since experience has shown that the detectors can also fail or drift strongly, it can also be expedient to provide a plurality of detectors for the same analyte in parallel sections, which can be switched in if a detector fails.
  • different detectors can also be connected in parallel via a multi-way or multi-valve arrangement, which opens up the possibility of determining different analytes at different times. Such an interconnection is useful, for example, in the case of detectors which influence one another in their measuring methods.
  • the device can contain a sample preparation module connected upstream of the detector, which module either absorbs interfering components from the diffusion medium (for example activated carbon) or reactively converts them into a non-interfering chemical form.
  • a sample preparation module connected upstream of the detector, which module either absorbs interfering components from the diffusion medium (for example activated carbon) or reactively converts them into a non-interfering chemical form.
  • the diffusion medium for example activated carbon
  • there are also detectors that require a sample preparation module so that the analyte is converted into a detectable form for example enzyme or color reactions and photometric measurement method.
  • a diffusion medium is preferably used which is essentially free of the analytes to be detected, so that the concentration gradient over the se i- permeable membranes from the medium to be sampled to the diffusion medium is high.
  • the analyte concentration in the medium to be sampled falls below the detection limit of a detector, it can also make sense to use a diffusion medium which contains a known concentration of the analyte or analytes which is above the low concentration in the medium. Then, in the area of the sampling section, the analyte diffuses into the medium and the concentration loss is measured over the diffusion time in the diffusion medium and used to determine the analyte concentration in the medium to be sampled.
  • the diffusion medium can be disposed of after the analysis has been carried out. Alternatively, it is also possible to collect the samples in an automatic fraction collector for later off-line analysis.
  • the components of a sample are quantified by the supply line to the corresponding detectors. Since the measurement of the diffusively obtained sample segment is a relative measurement method, the measurement signals from unknown concentrations can only be determined in comparison with a standard mixture sampled by diffusion under practical conditions.
  • the provision of a standard solution into which a further semipermeable membrane is immersed separately from the other sampling points, as is known from DE 197 29 492 AI, is not sufficient for such a calibration if the selected semipermeable membranes do not have exactly the same properties. Shafts such as have the same length, surface and wall thickness. Experience has shown that such tubes cannot be manufactured with such precision with the result that a signal measured in the detector could not be used for calibration in a sample that was diffusely enriched in this way.
  • the semipermeable membranes are immersed in media of known analyte concentration for calibration and that measurement data sets are created on the basis of which the measurement results supplied by the detector are evaluated to determine the analyte concentration.
  • Standard concentrations can also be set directly in the reaction containers, in particular in the case of sterile requirements. This prevents frequent media changes and expensive sterilization measures in the containers.
  • known concentrations of at least one analyte are adjusted into the preferably analyte-free medium by adding correspondingly calculated volumes of a concentrated standard mixture of the analyte. This results in a concentration that is known from the metering.
  • the reaction containers are sampled in the manner described above and corresponding measurement data records are created. A further metering of standard mixture into the reaction medium and subsequent measurement can be repeated until the maximum concentration of the analyte desired by the user is reached. In this way, the expected measuring range of the analyte can be covered during the experiment.
  • the detector used can already be set internally or pre-calibrated so that it directly determines the analyte concentrations in the samples passed through, which were obtained by the diffusion in the sampling sections, ie the device delivers the analyte concentration present in the diffusion medium without further conversion.
  • the device delivers the analyte concentration present in the diffusion medium without further conversion.
  • rinsing liquid can be fed to the detector via the bypass line.
  • the single figure shows a schematic representation of a device for determining substrate and product concentrations in liquid and / or gaseous medium 2.
  • the device has a plurality of reaction containers 1, each of which contains a gaseous or liquid medium 2 to be analyzed are.
  • the reaction vessels 1 can be shaking flasks, for example, which are kept in constant motion.
  • the analysis is intended to measure the concentrations of substances, of educts or of reaction products, hereinafter referred to as analytes, within the medium.
  • each reaction container 1 at least one sampling module 3 is inserted, which has a se ipermeable membrane 4, which here is in the form of a dialysis tube and is completely immersed in the medium 2 contained in the reaction container 1.
  • the dialysis tubes 4 are arranged in the manner of a parallel connection and are connected via fluid lines 5 on the inlet side to a pump 6 and on the outlet side to a detector 7.
  • the pump 6 is connected to a storage container 8 for receiving a diffusion medium suitable for diffusion sampling, which can be gaseous or liquid depending on the physical state of the medium 2 to be sampled.
  • a bubble trap 9 is provided downstream of the pump 6 and is used to remove bubbles from liquid diffusion medium.
  • a pressure sensor 10 is provided which measures the line pressure.
  • the fluid line section 5a coming from the pump 3 opens into a media distributor 11, to which the parallel fluid line sections 5b with the sampling modules 3 are connected on the outlet side, and between the media distributor 11 and the sampling modules 3, a multi-valve arrangement 12 is provided, via which the parallel fluid line sections 5b can each be opened for a flow of diffusion medium or closed to prevent such a flow.
  • the sampling modules 3 open via the parallel fluid line sections 5b into a media collection module 13, which has an outlet 5c on the outlet side, which leads to the detector 7 and an outlet behind it, into a suitable waste reservoir 14 or another type of outlet for the diffusion medium.
  • a sample preparation module 16 which absorbs interfering components from the diffusion medium or reactively converts them into a non-interfering chemical form, is provided in the flow 5c, viewed in the direction of flow, in front of the detector 7. Alternatively or additionally, the sample preparation module 16 can also serve to convert the analyte into a form that can be detected by the detector 7.
  • the signal output of the detector 7 is connected via a measuring amplifier 17 to a computer 18 which evaluates the measuring signals coming from the detector 7 and also controls the valves of the multi-valve arrangement 12 and the delivery speed of the pump 6.
  • Check valves 19 are also provided in the fluid line sections 5b between the sampling modules 3 and the media collection module 13, which, in the event of a leak in a fluid line section 5b, are intended to prevent diffusion medium, which is removed from a sample instead of coming back to the detector 7 in the defective line section 5b.
  • a bypass line 20 is connected via a further valve of the multi-valve arrangement 12, through which diffusion medium can be guided from the pump 6 past the sampling sections 5b to the detector 7.
  • the baseline (baseline) of the detector 7 can be determined when fresh diffusion agent flows through it, or the detector 7 can be rinsed with a rinsing medium using, for example, another pump which is only connected to the bypass 20.
  • the bypass there is also the possibility of introducing a sample segment of a standard mixture, which is contained in a storage container 22, into the flow of the diffusion medium via a three / two-way valve 21 or another type of injection valve.
  • a suitable diffusion medium is pumped into the system until the fluid lines 5 and the dialysis tubes 4 are completely filled with the diffusion medium.
  • sampling is carried out in each of the sampling modules 3, by connecting the corresponding fluid line section 5b upstream with the pump 6 operating continuously Valve of the multi-valve arrangement 12 is closed, so that the diffusion medium rests in the sampling module 3 of this fluid line section 5b.
  • This state is maintained for a predetermined period of time so that the concentrations of the analyte in the medium to be sampled, which is contained in the reaction container 1, and the diffusion medium are equalized by diffusion.
  • an amount of analyte which is characteristic of the concentration of the analyte in the medium accumulates in the diffusion medium within the predetermined time period. If the analyte concentration in the diffusion medium is higher, analyte depletion takes place in the opposite way due to the diffusion taking place. In contrast to filtration, it is advantageously achieved that the volume of the medium contained in the reaction container 1 remains essentially unchanged.
  • this fluid line section 5b is opened again, so that the diffusion medium contained in the dialysis tube 4, enriched or depleted with analyte, is transported to the detector 7 and at the same time new diffusion medium flows into the fluid line section 5b.
  • the sample segment is analyzed as it flows through the detector 7, the detector 7 emitting measurement signals to the computer which correspond to the respective concentrations of the analyte in the assigned reaction containers 1. In which way the evaluation takes place, will be explained below.
  • sampling by diffusion between the medium 2 contained in the respective reaction container 1 and the diffusion medium can take place in all sampling modules 3 and an analysis can then be carried out by the segment of the diffusion medium which has been subjected to diffusion in the sampling module 3 , transported to the detector 7 and analyzed as it flows through it.
  • the analysis of the sample segments obtained in the individual sampling sections takes place alternately one after the other, ie with a time delay.
  • the measuring times are determined in such a way that the measuring or transport time in one of the parallel fluid line sections 5b is equal to the sum of the diffusion times of the other parallel lines, or vice versa Way, the diffusion or sampling time of a section is at least the measurement time necessary for signal detection in the detector of all other parallel sampling sections.
  • the diffusion times, on the one hand, and the measuring times, on the other hand are coordinated with one another in such a way that, with the exception of some circuit-related delays, one of the parallel fluid line sections 5b flows continuously and accordingly the segment of the diffusion medium which was previously exposed to diffusion is analyzed.
  • the detector can already be set or precalibrated internally so that it directly determines the analyte concentrations in the samples passed through from the sampling modules 3, ie it delivers the analyte concentration present in the diffusion medium without further conversion. On the basis of these analyte concentrations, it is possible arithmetically to draw conclusions about the analyte concentration contained in the medium being sampled on the basis of series of measurements obtained in the course of a calibration carried out beforehand.
  • the detector can provide a temporal distribution of the concentration of the sample in the flow (residence time curve) or a temporal distribution of a signal proportional to the concentration.
  • a conclusion can be drawn on the analyte concentration in the sample medium based on the signal supplied by the detector, various properties such as the peak maximum, a slope of the leading edge, the surface being used for the evaluation below the curve, the baseline in the downstream of the curve etc. can be used. Since such analysis methods are known in principle, we shall not go into them in detail. For the sake of completeness, reference is made to the disclosure content of DE 197 29 492 AI in this regard.
  • the analyte concentration in the diffusion medium is measured and the unknown analyte concentration in the sample medium 2 is then deduced. Since this is a relative measuring method, a pre-calibration must be carried out in which the analyte concentration in the diffusion medium is related to the analyte concentration in the medium 2 to be sampled.
  • each sampling module 3 is immersed in at least one medium with a known analyte concentration. With the same diffusion times and different settings of a device as in the planned experiment, the measurement is now carried out in each connected sampling module 3. As a result, a set of measurement data for each analyte is now assigned to each sampling module 3. The relationship between the concentration in the reaction container to be sampled and the response to the detector when the sample obtained by diffusion is transported through the detector is used to evaluate the signals obtained online in the experiment by the computer.
  • the pre-calibration can also be carried out directly in the reaction containers 1, by adding a certain volume of a concentrated standard analytical known construction, which is preferably mixed with the medium to be sampled, in order to prevent the dilution of other components of the medium, to a preferably analyte-free medium , So it turns out a concentration known from the metering. Then the reaction containers 1 are sampled in the manner described above and the measurement data are recorded. A further metering of the standard analyte mixture into the medium to be sampled and subsequent measurement can be repeated until the maximum analyte concentration desired by the user is reached. In this way, the expected measuring range of the analyte can be covered during the experiment.
  • an intermediate calibration can be carried out via the bypass 20 during the test.
  • the sampling module arranged in a bypass or in a further parallel section can be immersed in a standard mixture during the test and sampled at regular intervals for recalibration with the same diffusion time.
  • the leakage detection is evident in the case of liquids, but not, for example, in the case of gases.
  • the pressure sensor 10 By installing the pressure sensor 10, malfunctions in the line can be detected. This is based on the consideration that the line pressure in the parallel fluid line sections 5b when flowing through the parallel sections and the bypass 20 is in a range of values characteristic of the device. If the pressure when flowing through a fluid line section 5b is outside this range, there is a fault and the defective section 5b can be uncoupled, i. H. are no longer flowed through. Specifically, there is a leak if the pressure is too low and there is a blockage if the pressure is too high.
  • the concentration adjustment in dialysis tubing 4 will be less for a given sampling time (diffusion time) than without this assignment.
  • concentration adjustment in dialysis tubing 4 will be less for a given sampling time (diffusion time) than without this assignment.
  • the signal which is recorded when a detector 7 flows through it is e.g. B. a peak that does not return to the baseline level when flowing with pure diffusion medium.
  • the signal approaches a level that arises when the diffusion medium flows through the sampling module 3 through the diffusion when flowing through (effect of a contact time - and thus flow-dependent diffusion).
  • Compensation processes such as the diffusion of analytes of a sample through a membrane into a diffusion medium considered here, are driven by differences in concentration.
  • the initial concentration of the analyte in the diffusion medium is set to zero for the sake of simplicity only.
  • a possible baseline of the detector could be determined by the bypass arrangement and compensated for additively.
  • the concentration of the analyte in the sample is y 0 .
  • the sample volume is large in relation to the volume of the diffusion medium.
  • the typical time course (step response) of the analyte concentration y in the diffusion medium is qualitatively described by the transition function shown in the following figure.
  • y converges to yO and the function is continuous and monotonic.
  • a change in the diffusion properties of the membrane leads in particular to a distortion (extension or compression) of the function along the time axis.
  • An increasing diffusion resistance typically leads to a slowing down of the compensation process and thus to an elongation.
  • the function g or its inverse function g "1 qualitatively reproduce the course of the normalized transition function.
  • a change in the parameter ⁇ leads to an extension or compression of the function along the time axis.
  • the parameters described can be obtained using the method described here from successive measured values with different contact times between the sample and diffusion medium, such as those given in particular by a peak (peak value (resting dialysis) and subsequent saddle value (continuous dialysis)) y 0 and ⁇ can be determined iteratively, for example by the control computer of the device:
  • T 2 contact time of the longer measurement (e.g. duration of the stop phase)
  • y 2 assigned output value of the detector (e.g. peak maximum)
  • y 1 assigned output value of the detector (e.g. subsequent saddle value)
  • This method converges for transition functions with the properties described above and delivers online from the measured values of a single peak course both the true concentration value in the sample and with the parameter ⁇ the current diffusion properties of the membrane.
  • the values determined from the current peak signal of the detector are:
  • T 2 8min duration of the stop phase
  • the method converges not only for the example shown with a transition function given by an analytical expression, but for all possible compensation processes for which the function g (t) can be specified qualitatively.
  • a single detector 7 is used. Since such a detector 7 can also fail or drift strongly, several detectors can optionally be provided for the same analyte, which can optionally be switched on or off, for example if a detector 7 fails.
  • different detectors can also be connected in parallel, for example via a multi-way or multi-valve arrangement, so that different analytes can be analyzed at different times. Such an interconnection is useful, for example, in the case of detectors which influence one another in their measuring methods.
  • the device described above works in a very efficient manner, since a measurement can be carried out practically continuously in the detector 7 provided, with the individual parallel sampling sections 5b being opened and / or opened for transporting diffusion medium in a simple manner by actuating the multi-valve arrangement 12 when the pump 6 is operating continuously be closed during the diffusion period.
  • the multi-valve arrangement 12 it is also possible to use several pumps for the diffusion medium.

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Abstract

Verfahren für die Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in flüssigen und/oder gasförmigen Medien, bei dem mehrere Proben wenigstens einer zu analysierenden Substanz - dem Analyt - in wenigstens einer Probenahmestrecke (3) durch zeitgesteuerte Diffusion des wenigstens einen Analyts zwischen dem jeweiligen Medium und einem Diffusionsmedium, das den Probenahmestrecken (3) durch Fluidleitungen (5a, 5b) mittels wenigstens einer Pumpe (6) zugeführt wird, über semipermeable Membranen (2) entnommen werden und anschließend das Diffusionsmedium unter gleichzeitiger Zuführung neuen Diffusionsmediums von der Probenahmestrecke (3) zu wenigstens einem Detektor (7) transportiert und von diesem zur Bestimmung der Analytkonzentrationen analysiert wird. Der Detektor liefert eine zeitliche Konzentrationsverteilung oder eine zeitliche Verteilung eines zur Konzentration proportionalen Signals, daß eine Veränderung des Verhältnisses vom Signalmaximum zur Basislinie im Abstrom des Detektorsignals ermittelt und daraus auf eine Veränderung der Diffusionseigenschaften der semipermeablen Membranen geschlossen und ein Korrekturfaktor ermittelt wird.

Description

Verfahren für die Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in einem Medium
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in flüssigen und/oder gasförmigen Medien, bei dem mehrere Proben wenigstens einer zu analysierenden Substanz - dem Analyt - in wenigstens einer Probenahmestrecke durch zeitgesteuerte Diffusion des wenigstens einen Analyts zwischen dem jeweiligen Medium und einem Diffusionsmedium, das der Probenahmestrecke durch Fluidleitungen mittels wenigstens einer Pumpe zugeführt wird, über semiper- meable Membranen entnommen werden und anschließend das Diffusionsmedium unter gleichzeitiger Zuführung neuen Diffusionsmediums von der Probenahmestrecke zu wenigstens einem Detektor transportiert und von diesem zur Bestimmung der Analytkonzentration analysiert wird. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In verschiedenen Bereichen der Natur- und Ingenieurwissenschaften, insbesondere der Biologie und Chemie sowie der biologischen und chemischen Verfahrens- und Umwelttechnik ist es erforderlich und gewünscht, in einer Vielzahl von Reaktionsansätzen gleichzeitig die Konzentration bestimmter Substanzen zu messen, wobei insbesondere der Online-Analyse eine besondere Bedeutung zukommt.
Bekannte Ansätze in diesem Zusammenhang bestehen darin, je einem Reaktionsbehälter eine Sensoranordnung mit einer kompletten Meßstrecke zuzuordnen, wobei Sensoren Anwendung finden, die direkt in dem Reaktionsgefäß oder in einem von diesem entweichenden Fluidstrom eingebracht werden können. Voraussetzung hierbei ist, daß der Sensor direkt mit dem Medium, in welchem die Konzentration einer Substanz zu messen ist, in Berührung kommen kann, d.h. nicht von dem Medium angegriffen wird, und weiterhin die Randbedingungen, zum Beispiel der pH-Wert und die Temperatur die direkte Applikation und im unverdünnten Medium eine hinreichend genaue Messung erlauben. Viele Sensoren erfüllen diese technischen Voraussetzungen nicht. Beispielsweise verhindert bei Sensoren mit immobilisierten Enzymen die Instabilität des Enzyms, vor allem bei höheren Temperaturen (DampfSterilisation) und der begrenzte Meßbereich die direkte Applikation. Aus diesen Gründen werden in bekannten Online-Analysegeräten die Detektoren außerhalb der Reaktionsbehälter angeordnet. Die Probenah- me erfolgt hierbei regelmäßig dadurch, daß den zu beprobenden Reaktionsbehältern Medienvolumen entnommen und über Transportleitungen einem Analysegeräte bzw. Detektor zugeführt werden. Eine häufige Volumenentnahme ist aber nur in Behältern möglich, bei welchen das entnommene Volumen sehr klein gegenüber dem Reaktionsvolumen ist. Das bedeutet, daß bei dieser Probenahmestrategie die Häufigkeiten und das Ausmaß der Probenahme vom Reaktionsvolumen abhängt und von ihm unmittelbar begrenzt wird.
In der DE 197 29 492 AI wird aus diesem Grund vorgeschlagen, die Probenahme durch zeitgesteuerte Diffusion des Analyten von dem zu beprobenden Medium in eine Akzeptorflüssigkeit über Dialyseschläuche vorzunehmen. Dabei wird über die Diffusionszeit die Anreicherung des Analyts in das Diffusionsmedium und damit die Probenahme gesteuert. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß dem Medium lediglich Moleküle entnommen werden, jedoch kein Medienvolumen. Die Probenahme ist also nur durch die GesamtStoffmenge und nicht durch das Reaktionsvolumen limitiert.
Bei dem bekannten Verfahren erfolgt der Transport der Akzeptorflüssigkeit durch die Anlage mittels einer Pumpe. Diese wird nach Befüllung der Dialyseschläuche mit frischer Akzeptorflüssigkeit ausgeschaltet, so daß Analyte, die im Reaktionsbereich in höheren Konzentrationen vorliegen, diffusiv in die Akzeptorflüssigkeit über die Wandung des Dialyseschlauchs aufgenommen werden. Die Probe wird dann einem geeigneten Detektor zur Analyse zugeführt. Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist, daß sich die Diffusionseigenschaften der Membranen beispielsweise infolge von Ablagerungen ändern können (Foulingeffekt) , wodurch die Meßergebnisse verfälscht werden .
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mit vergleichsweise geringem Aufwand Beeinträchtigungen der Diffusionseigenschaften bei den Messungen berücksichtigt werden können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Detektor eine zeitliche Konzentrationsverteilung oder eine zeitliche Verteilung eines zur Konzentration proportionalen Signals liefert, wobei dann über eine Kalibrierung und eine entsprechende Auswertung der Detektorsignale auf die Analytkonzentration im beprobten Medium zurückgeschlossen wird, und daß eine Veränderung des Verhältnisses vom Signalmaximum zur Basislinie im Abstrom des Detektorsignals ermittelt und daraus auf eine Veränderung der Diffusionseigenschaften der semipermeablen Membranen geschlossen und ein entsprechender Korrekturfaktor ermittelt und bei der weiteren Ausfertigung berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann über die Datenauswertung eine eventuelle Drift durch Veränderung der Diffusionseigenschaften beispielsweise aufgrund von Ver- blockungen oder Belägen (Fouling) berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, zwei Signale bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des Diffusionsmediums und/oder unterschiedlich Diffusionszeiten bei ruhendem Medium in dichter zeitlicher Abfolge zu ermitteln und hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften miteinander zu vergleichen, um daraus eine eventuelle Drift durch Fouling zu erkennen, die dann entsprechend bei der Datenauswertung berücksichtigt werden kann. Zusätzlich kann in diesem Fall eine aus mehreren Messungen und/oder einem dynamischen Modell bekannte zeitliche Änderung der Analytkonzentration berücksichtigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß eine Bypassleitung vorgesehen ist, über welche Diffusionsmedium von der Pumpe an den Probenahmestrecken vorbei zu dem Detektor geführt wird. Dieser Bypass kann ebenfalls über die Multi- bzw. Mehrwegeventilanordnung und alternativ zu den Probenahmestrecken angesteuert werden. Durch das Vorhandensein einer solchen Bypassleitung kann beispielsweise Diffusionsmedium geleitet werden, wenn zwischenzeitlich einmal keine Probenahmestrecke durchströmt werden soll. Auch ist es möglich, im Bereich des Bypasses ein Standardmedium in das Diffusionsmedium zu injizieren und dieses Segment durch Zuschalten des Bypasses zum Detektor zu transportieren. Bei wiederholter Durchführung dieses Verfahrens vor und während der Versuchsdauer können Drifterscheinungen des Detektors korrigiert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß mehrere Probenahmestrecken nach Art einer Parallelschaltung vorgesehen sind, daß die wenigstens eine Pumpe kontinuierlich arbeitet und eine den Probenahmestrecken vorgeschaltet in der Leitung für das Diffusionsmedium vorgesehene Multi- oder Mehrwegventilanordnung so gesteuert wird, daß im Wechsel jeweils eine Probenahmestrecke von Diffusionsmedium durchströmt und in den übrigen Probenahmestrecken ein Transport unterbunden wird, wobei vorzugsweise die Ventilanordnung so gesteuert wird, daß im wesentlichen durchgehend wechselweise jeweils eine der parallelen Fluidleitungsstrecken zum Detektor vom Diffusionsmedium durchströmt wird.
Wie in dem aus der DE 197 29 492 AI bekannten Verfahren gliedert sich somit die Probenahme in den einzelnen Probenahmestrecken in einen ersten Abschnitt, in welchem das Diffusionsmedium ruht und eine Diffusion des Analyts zwischen dem zu beprobenden Medium und dem Diffusionsmedium stattfindet, und einen zweiten Abschnitt, in welchem das Diffusionsmedium von der Probenahmestrecke zum Detektor transportiert und im Durchfluß hinsichtlich der Konzentration des Analyts analysiert wird. Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem der Transport über eine intermittierend arbeitende Pumpe vorgenommen wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jetzt eine kontinuierlich arbeitende Pumpe eingesetzt, so daß ein Transport des Akzeptors von einer Probenahmestrecke zum Detektor in einfacher Weise erfolgen kann, indem derjenige Fluidlei- tungsabschnitt, welcher die Probenahmestrecke enthält, durch entsprechende Ansteuerung der Mehrwege- bzw. Multi- ventilanordnung mit der Pumpe verbunden wird. Da sich die Ventile sehr genau ansteuern lassen, können die Öffnungsund Schließvorgänge zeitoptimiert ausgeführt werden. Eine Ansteuerung der Pumpe ist überhaupt nicht erforderlich.
Der Einsatz einer kontinuierlich arbeitenden Pumpe hat weiterhin den Vorteil, daß die Ventilanordnung so angesteuert werden kann, daß im wesentlichen durchgehend in einer der Probenahmestrecken ein Transport von Diffusionsmedium verbunden mit der gleichzeitigen Analyse im Detektor stattfindet, während gleichzeitig in den anderen Probenahmestrecken die Probenahme durch Diffusion erfolgt. Es wird somit die Möglichkeit eröffnet, im wesentlichen durchgehend Analysen vorzunehmen. Das war bei dem bekannten Verfahren zumindest während der Stillstandszeiten der Pumpe nicht möglich.
Eine besonders effiziente Probenahme wird erreicht, wenn in den parallelen Probenahmestrecken jeweils die Diffusions- bzw. Probenahmezeit einer Strecke mindestens die zur Signalerfassung im Detektor notwendige Meßzeit aller anderen parallelen Probenahmestrecken zusammen ist. Die Diffusionszeiten sind somit in der Weise abgestimmt, daß während der Probenahme in einer Strecke gleichzeitig nacheinander die Messungen für die anderen Probenahmestrecken vorgenommen werden können und sich dann unmittelbar an die Diffusion auch die Messung der Probe an- schließen kann. Hierdurch wird eine besonders hohe Effektivität und Flexibilität erreicht.
In Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß den Probenahmestrecken vorgeschaltet in der Leitung für das Diffusionsmedium eine Druckmessung zur Erkennung einer Störung in einem Leitungsabschnitt erfolgt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß beispielsweise beim Auftreten einer Leckage in den Leitungen zwischen der Pumpe und dem Detektor ein Teil des Diffusionsmediums nicht durch den Detektor geleitet wird, sondern in die defekte Leitung, sofern der Leitungswiderstand in dieser Richtung geringer ist als zum Detektor. Die Probenahme wäre also nicht nur in der defekten Strecke beeinträchtigt, sondern auch im ganzen System. Der Einbau eines Drucksensors ermöglicht hier eine automatische Störungserkennung, da sich der Leitungsdruck bei Durchströmung der parallelen Strecken in einem für die Vorrichtung charakteristischen Wertebereich bewegt. Wenn der Druck bei Durchfluß einer der parallelen Leitungsstrecken außerhalb des charakteristischen Wertebereichs sinkt, liegt eine Störung vor, nämlich im Fall eines zu geringen Drucks ein Leck und im Fall eines zu hohen Drucks eine Verstopfung, und die defekte Leitungsstrecke kann abgekoppelt werden.
Zusätzlich können den Probenahmestrecken nachgeordnet auch Rückschlagventile oder alternativ eine weitere Mehrwege- oder Multiventilanordnung vorgesehen sein, die verhindert, daß ein Diffusionsmedium von Probenahmestrecke in eine andere Probenahmestrecke zurückströmt. In an sich bekannter Weise können zur gleichzeitigen Messung unterschiedlicher Analyte mehrere Detektoren in Serie geschaltet vorgesehen sein. Da der Erfahrung nach die Detektoren auch ausfallen oder stark driften können, kann es auch zweckmäßig sein, mehrere Detektoren für den gleichen Analyten in parallelen Strecken vorzusehen, die bei Ausfall eines Detektors ersatzweise zugeschaltet werden können. Wahlweise können aber auch verschiedene Detektoren parallel über eine Mehrwege- oder Multiventilanordnung zugeschaltet werden, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, verschiedene Analyte zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu bestimmen. Eine solche Verschaltung ist beispielsweise bei Detektoren sinnvoll, die sich in ihren Meßverfahren gegenseitig beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung ein dem Detektor vorgeschaltetes Probenvorbereitungsmodul enthalten, das entweder störende Komponenten aus dem Diffusionsmedium absorbiert (zum Beispiel Aktivkohle) oder sie reaktiv in eine nicht störende chemische Form umwandelt. Alternativ oder zusätzlich gibt es auch Detektoren, die ein Probenvorbereitungsmodul benötigen, damit der Analyt in eine detektierbare Form umgewandelt wird (zum Beispiel Enzym- oder Farbreaktionen und photometrisches Meßverfahren).
In bevorzugter Weise wird ein Diffusionsmedium verwendet, das im wesentlichen frei von den zu detektierenden Analyten ist, so daß das Konzentrationsgefälle über die se i- permeablen Membranen vom zu beprobenden Medium zum Diffusionsmedium hoch ist. In Fällen, in denen die Analytkon- zentration in dem zu beprobenden Medium unter die Nachweisgrenze eines Detektors fällt, kann es aber auch sinnvoll sein, ein Diffusionsmedium zu verwenden, welches eine bekannte Konzentration des bzw. der Analyten enthält, die über der geringen Konzentration in dem Medium liegt. Dann findet im Bereich der Probenahmestrecke eine Diffusion des Analyten in das Medium statt und es wird der Konzentrationsverlust über die Diffusionszeit in dem Diffusionsmedium gemessen und zur Bestimmung der Analytkon- zentration in dem zu beprobenden Medium verwendet.
Das Diffusionsmedium kann nach Vornahme der Analyse entsorgt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Proben in einem automatischen Fraktionssammler für eine spätere Off-Line-Analytik zu sammeln.
Die Bestandteile einer Probe werden durch die Zuleitung zu entsprechenden Detektoren quantifiziert. Da es sich bei der Messung des diffusiv gewonnenen Probensegments um ein relatives Meßverfahren handelt, können die Meßsignale aus unbekannten Konzentrationen nur im Vergleich mit einem über Diffusion bei Praxisbedingungen beprobtes Standardgemisch ermittelt werden. Die Bereitstellung einer Standardlösung, in die eine weitere semipermeable Membran separat von den anderen Probenahmestellen getaucht wird, wie dies aus der DE 197 29 492 AI bekannt ist, reicht für eine solche Kalibrierung nicht aus, wenn die gewählten semipermeablen Membranen nicht exakt die gleichen Eigen- Schäften wie beispielsweis die gleiche Länge, Oberfläche und Wanddicke aufweisen. Erfahrungsgemäß sind solche Schläuche in Bezug auf diese Merkmale nicht so exakt zu fertigen mit der Folge, daß ein im Detektor gemessenes Signal eine auf diese Weise diffusiv angereicherten Probe zur Kalibrierung nicht herangezogen werden könnte. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, daß zur Kalibrierung die semipermeablen Membranen in Medien bekannter Analytkonzentration getaucht werden und jeweils Meßdatensätze erstellt werden, auf deren Grundlage die vom Detektor gelieferten Meßergebnisse zur Bestimmung der Analytkonzentration ausgewertet werden.
Insbesondere bei steriltechnischen Anforderungen können Standardkonzentrationen auch direkt in den Reaktionsbehältern eingestellt werden. Dies verhindert häufigen Medienwechsel und aufwendige Sterilisationsmaßnahmen in den Behältern. Dazu werden in das vorzugsweise analytfreie Medium bekannte Konzentrationen mindestens eines Analyten über die Addition entsprechend berechneter Volumina eines konzentrierten Standardgemisches des Analyten eingestellt. So stellt sich eine durch die Zudosierung bekannte Konzentration ein. Dann werden die Reaktionsbehälter in oben beschriebener Weise beprobt und entsprechende Meßdatensätze erstellt. Ein erneutes Zudosieren von Standardgemisch in das Reaktionsmedium und anschließendes Messen kann so oft wiederholt werden, bis die vom Anwender gewünschte Höchstkonzentration des Analyten erreicht wird. Auf diese Weise kann der zu erwartende Meßbereich des Analyten während des Versuchs abgedeckt werden. Der verwendete Detektor kann intern bereits so eingestellt oder vorkalibriert sein, daß er die Analytkonzen- trationen in den durchgeleiteten Proben, die durch die Diffusion in den Probenahmestrecken erhalten wurden, direkt bestimmt, d.h. das Gerät liefert ohne weitere Umrechnung die im Diffusionsmedium vorhandene Analytkonzentration. Auf der Grundlage dieser Analytkonzentrationen und der in den vorbeschriebenen Kalibrierverfahren erhaltenen Datensätze kann aufgrund dieser Konzentrationen im Diffusionsmedium auf die Konzentrationen im beprobten Medium mit entsprechenden rechnerischen Modellen zurückgeschlossen werden.
Des weiteren kann dem Detektor über die Bypassleitung Spülflüssigkeit zugeführt werden.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, mit der sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen läßt, anhand der Zeichnung verwiesen.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in flüssigem und/oder gasförmigem Medium 2. Die Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Reaktionsbehältern 1 auf, in denen jeweils ein zu analysierendes gasförmiges oder flüssiges Medium 2 enthalten sind. Bei den Reaktionsbehältern 1 kann es sich beispielsweise um Schüttelkolben handeln, die ständig in Bewegung gehalten werden. Durch die Analyse sollen die Konzentrationen von Substanzen, von Edukten oder von Reaktionsprodukten, nachfolgend Analyten genannt, innerhalb des Mediums gemessen werden.
In jeden Reaktionsbehälter 1 ist wenigstens ein Probenahmemodul 3 eingesetzt, das eine se ipermeable Membran 4 aufweist, die hier in Form eines Dialyseschlauches ausgebildet und vollständig in das im Reaktionsbehälter 1 enthaltene Medium 2 eingetaucht ist. Die Dialyseschläuche 4 sind nach Art einer Parallelschaltung angeordnet und über Fluidleitungen 5 einlaßseitig mit einer Pumpe 6 und auslaßseitig mit einem Detektor 7 verbunden. Die Pumpe 6 ist an einen Vorratsbehälter 8 zur Aufnahme eines für eine Diffusionsprobenahme geeigneten Diffusionsmediums, das in Abhängigkeit von dem Aggregatzustand des zu beprobenden Mediums 2 gasförmig oder flüssig sein kann, angeschlossen. Der Pumpe 6 nachgeordnet ist eine Blasenfalle 9 vorgesehen, die dazu dient, aus flüssigem Diffusionsmedium Blasen zu entfernen. Außerdem ist ein Drucksensor 10 vorgesehen, der den Leitungsdruck mißt.
Der von der Pumpe 3 kommende Fluidleitungabschnitt 5a mündet in einen Medienverteiler 11, an den auslaßseitig die parallelen Fluidleitungsabschnitte 5b mit den Probenahmemodulen 3 angeschlossen sind, und zwischen dem Medienverteiler 11 und den Probenahmemodulen 3 ist eine Multiventilanordnung 12 vorgesehen, über welche die pa- rallelen Fluidleitungsabschnitte 5b jeweils für einen Durchfluß von Diffusionsmedium geöffnet oder zur Verhinderung eines solchen Durchflusses geschlossen werden können.
Auslaßseitig münden die Probenahmemodule 3 über die parallelen Fluidleitungsabschnitte 5b in ein Mediensammel- modul 13, das auslaßseitig einen Abfluß 5c hat, der zu dem Detektor 7 und einem dahinterliegenden Ablauf in ein geeignetes Abfallreservoir 14 oder eine anders geartete Ableitung für das Diffusionsmedium führt. In dem Ablauf 5c ist in Strömungsrichtung gesehen vor dem Detektor 7 ein Probenvorbereitungsmodul 16 vorgesehen, das störende Komponenten aus dem Diffusionsmedium absorbiert oder sie reaktiv in eine nicht störende chemische Form umwandelt. Alternativ oder zusätzlich kann das Probenvorbereitungsmodul 16 auch dazu dienen, den Analyt in eine für den Detektor 7 erfaßbare Form umzuwandeln.
Der Signalausgang des Detektors 7 ist über einen Meßverstärker 17 mit einem Computer 18 verbunden, der die vom Detektor 7 stammenden Meßsignale auswertet und außerdem auch die Ventile der Multiventilanordnung 12 sowie die Fördergeschwindigkeit der Pumpe 6 steuert.
In den Fluidleitungsabschnitten 5b zwischen den Probenahmemodulen 3 und dem Mediensamelmodul 13 sind des weiteren Rückschlagventile 19 vorgesehen, die im Fall einer Leckage in einem Fluidleitungsabschnitt 5b verhindern sollen, daß Diffusionsmedium, welches von einem Probenah- memodul 3 kommt, anstelle zum Detektor 7 in den defekten Leitungsabschnitt 5b zurückströmt.
Zusätzlich zu den parallelen Probenahmestrecken mit den darin vorgesehenen Probenahmemodulen 3 ist über ein weiteres Ventil der Multiventilanordnung 12 eine Bypassleitung 20 angeschlossen, durch welche Diffusionsmedium von der Pumpe 6 an den Probenahmestrecken 5b vorbei zu dem Detektor 7 geführt werden kann. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Grundlinie (Basislinie) des Detektors 7 bei Durchfluß mit frischem Diffusionsmittel ermittelt werden oder der Detektor 7 mit einem Spülmedium über zum Beispiel eine weitere, nur an den Bypass 20 angeschlossene Pumpe gespült werden. In dem Bypass ist zusätzlich die Möglichkeit vorgesehen, über ein Drei/Zwei-Wegeventil 21 oder ein anders geartetes Injektionsventil ein Probensegment eines Standardgemisches, das in einem Vorratsbehälter 22 enthalten ist, in den Strom des Diffusionsmediu s einzubringen.
Die parallele Probenahme mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt wie nachstehend beschrieben:
Zunächst wird mit Hilfe der Pumpe 6 ein geeignetes Diffusionsmedium in die Anlage gepumpt, bis die Fluidleitungen 5 sowie die Dialyseschläuche 4 vollständig mit dem Diffusionsmedium gefüllt sind. Von dieser Einstellung ausgehend erfolgt in den Probenahmemodulen 3 jeweils eine Probenahme, indem bei kontinuierlich arbeitender Pumpe 6 das der entsprechenden Fluidleitungsstrecke 5b vorgeschaltete Ventil der Multiventilanordnung 12 geschlossen wird, so daß das Diffusionsmedium in dem Probenahmemodul 3 dieser Fluidleitungsstrecke 5b ruht. Dieser Zustand wird während einer vorgegebenen Zeitdauer beibehalten, so daß durch Diffusion eine Angleichung der Konzentrationen des Analyts in dem zu beprobenden Medium, welches in dem Reaktionsbehälter 1 enthalten ist, und dem Diffusionsmedium erfolgt. Geht man davon aus, daß die Analytkonzentration in dem zu beprobenden Medium höher als in dem Diffusionsmedium ist, sammelt sich eine für die Konzentration des Analyten in dem Medium charakteristische Analytmenge im Diffusionsmedium innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer an. Liegt die Analytkonzentration im Diffusionsmedium höher, erfolgt in diesem in umgekehrter Weise durch die stattfindende Diffusion eine Analytabreicherung. Dabei wird im Gegensatz zur Filtration in vorteilhafter Weise erreicht, daß das Volumen des in dem Reaktionsbehälter 1 enthaltenen Mediums im wesentlichen unverändert bleibt.
Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer wird das Ventil dieser Fluidleitungsstrecke 5b wieder geöffnet, so daß das in dem Dialyseschlauch 4 enthaltene, mit Analyt anoder abgereicherte Diffusionsmedium zum Detektor 7 transportiert und gleichzeitig neues Diffusionsmedium in die Fluidleitungsstrecke 5b nachströmt. Das Probensegment wird beim Durchströmen des Detektors 7 analysiert, wobei der Detektor 7 Meßsignale an den Computer abgibt, die den jeweiligen Konzentrationen des Analyten in den zugeordneten Reaktionsbehältern 1 entsprechen. In welcher Weise die Auswertung erfolgt, wird nachfolgend noch erläutert werden.
In der zuvor beschriebenen Weise kann in allen Probenahmemodulen 3 eine Probenahme durch Diffusion zwischen dem in dem jeweiligen Reaktionsbehälter 1 enthaltenen Medium 2 und dem Diffusionsmedium stattfinden und anschließend eine Analyse vorgenommen werden, indem das Segment des Diffusionsmediums, welches in dem Probenahmemodul 3 der Diffusion unterworfen wurde, zum Detektor 7 transportiert und beim Durchströmen von diesem analysiert wird. Die Analyse der in den einzelnen Probenahmestrecken erhaltenen Probensegmente erfolgt im Wechsel nacheinander, d.h. zeitversetzt. Um durchgehend, d.h. mit möglichst geringen Verlustzeiten, kontinuierlich Messungen durchführen zu können, werden die Meßzeiten jeweils so bestimmt, daß die Meß- bzw. Transportzeit in einer der parallelen Fluidleitungsabschnitte 5b gleich der Summe der Diffusionzeiten der anderen parallelen Strecken ist, bzw. in umgekehrter Weise die Diffusions- bzw. Probenahmezeit einer Strecke mindestens die zur Signalerfassung im Detektor notwendige Meßzeit aller anderen parallelen Probenahmestrecken zusammen ist. Mit anderen Worten sind die Diffusionszeiten einerseits und die Meßzeiten andererseits so aufeinander abgestimmt, daß mit Ausnahme einiger schaltungsbedingter Verzögerungen ständig eine der parallelen Fluidleitungsabschnitte 5b durchströmt und entsprechend das Segment des Diffusionsmediums, das zuvor der Diffusion ausgesetzt war, analysiert wird. Der Detektor kann intern bereits so eingestellt oder vorkalibriert sein, daß er die Analytkonzentrationen in den durchgeleiteten Proben aus den Probenahmemodulen 3 direkt bestimmt, d.h. er ohne weitere Umrechnung die im Diffusionsmedium vorhandene Analytkonzentration liefert. Aufgrund dieser Analytkonzentrationen kann rechnerisch aufgrund von Meßreihen, die im Rahmen einer zuvor durchgeführten Kalibrierung erhalten wurden, auf die in dem beprobten Medium enthaltene Analytkonzentration zurückgeschlossen werden.
Alternativ kann der Detektor eine zeitliche Verteilung der Konzentration der Probe im Durchfluß (Verweilzeitkurve) bzw. eine zeitliche Verteilung eines zur Konzentration proportionalen Signals liefern. Aufgrund von Meßwertereihen, die in einem zuvor durchgeführten Kalibrierverfahren erhalten wurden, kann dann aufgrund des vom Detektor gelieferten Signals ein Rückschluß auf die Analytkonzentration in dem beprobten Medium ermittelt werden, wobei zur Auswertung verschiedene Eigenschaften wie beispielsweise das Peakmaxium, eine Steigung der Vorderflanke, die Fläche unter der Kurve, die Basislinie im Abstrom der Kurve etc. herangezogen werden können. Da solche Analyseverfahren grundsätzlich bekannt sind, soll hierauf im einzelnen nicht näher eingegangen werden. Lediglich der Vollständigkeit halber wird diesbezüglich auf den Offenbarungsgehalt der DE 197 29 492 AI verwiesen. Wie schon erwähnt wird die Analytkonzentration im Diffusionsmedium gemessen und darauf auf die unbekannte Analytkonzentration in dem beprobten Medium 2 geschlossen. Da es sich hierbei um ein relatives Meßverfahren handelt, muß eine Vorkalibrierung erfolgen, in welcher die Analytkonzentration im Diffusionsmedium in Beziehung mit der Analytkonzentration im zu beprobenden Medium 2 gesetzt wird.
Vor Durchführung der Versuchsreihen wird jedes Probenahmemodul 3 hierzu in mindestens ein Medium mit bekannter Analytkonzentration getaucht. Mit den gleichen Diffusionszeiten und anderen Einstellungen einer Vorrichtung wie im geplanten Versuch wird nun die Messung in jedem angeschlossenen Probenahmemodul 3 durchgeführt. Hierdurch ist jedem Probenahmemodul 3 nun ein Satz Meßdaten für jeden Analyten zugeordnet. Der so gewonnene Zusammenhang zwischen Konzentration im zu beprobenden Reaktionsbehälter und Detektoranwort bei Transport der durch Diffusion gewonnenen Probe durch den Detektor wird zur Auswertung der online im Versuch gewonnenen Signale vom Computer verwendet.
Die Vorkalibrierung kann auch direkt in den Reaktionsbehältern 1 vorgenommen werden, indem dort einem vorzugsweise analytfreien Medium ein bestimmtes Volumen eines konzentrierten Standardanalytge isches bekannter Konstruktion, das vorzugsweise mit dem zu beprobenden Medium angemischt ist, um die Verdünnung anderer Bestandteile des Mediums zu verhindern, zudosiert wird. So stellt sich eine durch die Zudosierung bekannte Konzentration ein. Dann werden die Reaktionsbehälter 1 in oben beschriebener Weise beprobt und die Meßdaten aufgezeichnet. Ein erneutes Zudosieren des Standardanalytgemisches in das zu beprobende Medium und anschließendes Messen kann so oft wiederholt werden, bis die vom Anwender gewünschte Höchstkonzentration des Analyten erreicht wird. So kann der zu erwartende Meßbereich des Analyten während des Versuchs abgedeckt werden.
Zusätzlich zu der Vorkalibrierung kann während des laufenden Versuchs eine Zwischenkalibrierung über den Bypass 20 erfolgen. Alternativ kann in einem Bypass oder in einer weiteren parallelen Strecke angeordnetes Probenahmemodul während des Versuchs in Standardgemisch getaucht und in regelmäßigen Abständen zur Nachkalibrierung mit der gleichen Diffusionszeit beprobt werden.
Kommt es während der Versuchszeit in den Fluidleitungen 5 oder den Probenahmemodulen 3 zu einem Leck, so könnte Diffusionsmedium über das Mediensammel odul 13 aus anderen Probenahmestrecken 5b nicht durch den Detektor 7 geleitet werden, sondern in die defekte Strecke, sofern der Leitungswiderstand in dieser Richtung geringer ist als im Detektor 7. Die Probenahme wäre also nicht nur in der defekten Fluidleitungsstrecke 5b beeinträchtigt, sondern auch im ganzen System. Die in der Vorrichtung angeordneten Rückschlagventile 19 oder eine optional zu verwendende Multiventilanordnung verhindern das. Bei flüssigem Diffusionsmedium wird bei einem Leck innerhalb der Reaktionsbehälter 1 sich der Pegel in dem zu beprobenden Medium erhöhen, und das Medium ist in diesem Fall zwangsläufig kontaminiert. Bei gasförmigem Diffusionsmedium kann in einem geschlossenen Behälter 1 der Druck steigen.
Bei Lecks außerhalb des Reaktionsbehälters 1 ist die Lek- kerkennung bei Flüssigkeiten augenscheinlich, bei Gasen aber zum Beispiel nicht. Durch Einbau des Drucksensors 10 können Störung in der Leitung erkannt werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß sich der Leitungsdruck in den parallelen Fluidleitungsstrecken 5b bei Durchströmung der parallelen Strecken und dem Bypass 20 in einem für die Vorrichtung charakteristischen Wertebereich bewegt. Liegt der Druck bei Durchfluß einer Fluidleitungsstrecke 5b außerhalb dieses Bereiches, liegt eine Störung vor und die defekte Strecke 5b kann abgekoppelt, d. h. nicht mehr durchströmt werden. Konkret liegt bei zu niedrigem Druck ein Leck und bei zu hohem Druck eine Verstopfung vor.
Verschlechtern sich die Diffusionseigenschaften der Dialyseschläuche 4 bzw. einer anderen verwendeten semipermeablen Membran während des Versuchs, beispielsweise durch Belegung ihrer Oberfläche mit Bestandteilen aus dem zu beprobenden Medium (Fouling), so wird bei vorgegebener Probenahmezeit (Diffusionszeit) in den Dialyseschläuchen 4 die Konzentrationsausgleichung geringer sein als ohne diese Belegung. Durch Auswertung der Detektorsignale ist dieser Fehler erkennbar und kann in die Konzentrationsberechnung mit den ursprünglichen Kalibrierwerten als Online-Korrektor mit einbezogen werden. Das Signal, das bei Durchfluß eines Detektors 7 aufgezeichnet wird, ist z. B. ein Peak, der nicht auf das Basislinienniveau bei Durchfluß mit reinem Diffusionsmedium zurückkehrt. Das Signal nähert sich einem Level an, das bei Durchfluß des Diffusionsmediums durch das Probenahmemodul 3 durch die Diffusion bei Durchströmung entsteht (Effekt einer Kontaktzeit - und damit strömungsabhängigen Diffusion). Auf diese Weise ist die Anreicherung im Diffusionsmedium bei zwei verschiedenen Diffusionszeiten bekannt. Aus dem Vergleich dieser zwei Werte und der Veränderung ihres Verhältnisses zueinander können die Änderungen der Diffusionseigenschaften, d.h. des Foulings, auf die Messungen berücksichtigt und rechnerisch korrigiert werden. Die Grundlagen und ein Beispiel für die Bestimmung der aktuellen Diffusionseigenschaften einer Membran werden nachfolgend beschrieben:
Ausgleichsprozesse, wie die hier betrachtete Diffusion von Analyten einer Probe durch eine Membran in ein Diffusionsmedium, werden durch Konzentrationsunterschiede getrieben. Für die folgenden Erläuterungen wird lediglich aus Gründen der Vereinfachung die Anfangskonzentration des Analyten im Diffusionsmedium zu Null gesetzt. Darüber hinaus könnte eine eventuelle Basislinie des Detektors durch die Bypassanordnung ermittelt und additiv kompensiert werden. Die Konzentration des Analyten in der Probe sei y0. Das Probevolumen sei groß im Verhältnis zum Volumen des Diffusionsmediums. Der typische zeitliche Verlauf (Sprungantwort) der Analytkonzentration y im Diffusionsmedium wird qualitativ durch die in der folgenden Abbildung dargestellte Übergangsfunktion beschrieben.
Typische Ausgleichsfunktion bei Diffusionsvorgängen
Figure imgf000024_0001
12 16 18 t [min]
Insbesondere konvergiert y gegen yO und die Funktion ist stetig und monoton. Eine Änderung der Diffusionseigenschaften der Membran führt insbesondere zu einer Verzerrung (Streckung oder Stauchung) der Funktion entlang der Zeitachse. Ein steigender Diffusionswiderstand führt beispielsweise typischerweise zu einer Verlangsamung des Ausgleichsprozesses und damit zu einer Streckung.
Allgemein lassen sich solche Übergangsfunktionen durch einen Ansatz
y = f (y0.τ,t) beschreiben, wobei der Parameter τ das zeitliche Verhalten der Funktion charakterisiert. Für die hier betrachteten Diffusionsprozesse kann der Ansatz spezialisiert werden zu
y = Yo ' g (t/τ)
y/y0 = g (t/τ)
t/τ = g -i (y/y0)
Die Funktion g bzw. ihre inverse Funktion g"1 geben den Verlauf der normalisierten Übergangsfunktion qualitativ wieder. Eine Veränderung des Parameters τ führt zu einer Streckung oder Stauchung der Funktion entlang der Zeitachse.
Unter der Kenntnis von g und g-1 können mit dem hier beschriebenen Verfahren aus aufeinanderfolgenden Messwerten mit unterschiedlichen Kontaktzeiten zwischen Probe und Diffusionsmedium, wie diese insbesondere durch einen Peak gegeben sind (Peakwert (ruhende Dialyse) und nachfolgender Sattelwert (kontinuierliche Dialyse)) die Parameter y0 und τ iterativ, z.B. durch den Steuerrechner der Vorrichtung ermittelt werden:
Eingangsdaten
T2: Kontaktzeit der längeren Messung (z.B. Zeitdauer der Stopphase) y2: zugeordneter Ausgangswert des Detektors (z.B. Peakmaximun)
Tx: Kontaktzeit der kürzeren Messung (z.B. T=v/F kontinuierliche Dialyse)
y1 : zugeordneter Ausgangswert des Detektors (z.B. nachfolgender Sattelwert)
Iterationsanfang:
y? = y2
Figure imgf000026_0001
Iteration:
Figure imgf000026_0002
Iterationsabbruch beispielsweise unter einer der Bedingungen:
yP -y^ ≤ ε,
Figure imgf000026_0003
i ≥ j
Dieses Verfahren konvergiert für Übergangsfunktionen mit der oben beschriebenen Eigenschaften und liefert online aus den Meßwerten eines einzelnen Peakverlaufs sowohl den wahren Konzentrationswert in der Probe als auch mit dem Parameter τ die aktuellen Diffusionseigenschaften der Membran.
Beispiel:
Der zeitliche Verlauf der Konzentrationsänderung im Diffusionsmedium bei der Dialyse sei durch die folgende Funktion gegeben
Figure imgf000027_0001
Daraus ergeben sich die Iterationsgleichungen:
Figure imgf000027_0002
Die (unbekannten) Prozeßwerte sind
y0 = 5g/l aktuelle Analytkonzentration in der Probe
x = 3,5min aktuelle Diffusionszeitkonstante der Membran für das Analyt Typischer Pea des Detektors
Figure imgf000028_0001
0 5 10 15 20 2S 30 35 40 45 W
Die aus dem aktuellen Peaksignal des Detektors ermittelten Werte betragen:
T2 = 8min Zeitdauer der Stopphase
y2 = 4,49g/l zugeordneter Ausgangswert des Detektors (Peakmaximum) j = 0,2min Kontaktzeit während der kontinuierlichen Dialyse
yx = 0,278g/l zugeordneter Ausgangswert des Detektors (Sattelwert)
Eine eventuelle Basislinie sei bereits wie oben beschreiben ermittelt und in diesen Werten berücksichtigt (subtrahiert). Das Verfahren liefert für die einzelnen Iterationsschritte: Iterationsschritt y0 X
1 : Iterationsstart 4,49 3,13
2 4,87 3,40
3 4,96 3,47
4 4,99 3,49
5 4,99 3,49
Durch Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens werden die aktuellen Werte für Analytkonzentration y0 und Zeitkonstante x in wenigen Schritten angenähert. Die Konvergenz des Verfahrens wird in der folgenden Abbildung nochmals veranschaulicht:
Konvergenz des Verfahrens
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0002
2 3 4
Iterationsschritt
Wie bereits weiter oben erläutert konvergiert das Verfahren nicht nur für das gezeigte Beispiel mit einer durch einen analytischen Ausdruck gegebenen Übergangsfunktion sondern für alle möglichen Ausgleichsprozesse für welche die Funktion g(t) qualitativ angegeben werden kann. Bei der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung wird ein einziger Detektor 7 verwendet. Da ein solcher Detektor 7 auch ausfallen oder stark driften kann, können optional mehrere Detektoren für den gleichen Analyten vorgesehen sein, die wahlweise - beispielsweise bei Ausfall eines Detektors 7 - zugeschaltet oder abgeschaltet werden können. Wahlweise können auch verschiedene Detektoren parallel beispielsweise über eine Mehrwege- oder Multiventilanordnung zugeschaltet werden, so daß verschiedene Analyte zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert werden können. Eine solche Verschaltung ist beispielsweise bei Detektoren sinnvoll, die sich in ihren Meßverfahren gegenseitig beeinflussen.
Zusammenfassend arbeitet die zuvor beschriebene Vorrichtung auf sehr effiziente Weise, da praktisch kontinuierlich in dem vorgesehenen Detektor 7 eine Messung erfolgen kann, wobei bei kontinuierlich arbeitender Pumpe 6 die einzelnen parallelen Probenahmestrecken 5b in einfacher Weise durch Ansteuerung der Multiventilanordnung 12 für einen Transport von Diffusionsmedium geöffnet bzw. während der Diffusionszeit geschlossen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Pumpen für das Diffusionsmedium einzusetzen.

Claims

Ansprüche :
Verfahren für die Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in einem Medium
Verfahren für die Bestimmung von Substrat- und Produktkonzentrationen in flüssigen und/oder gasförmigen Medien, bei dem mehrere Proben wenigstens einer zu analysierenden Substanz - dem Analyt - in wenigstens einer Probenahmestrecke (3) durch zeitgesteuerte Diffusion des wenigstens einen Analyts zwischen dem jeweiligen Medium und einem Diffusionsmedium, das den Probenahmestrecken (3) durch Fluidleitungen (5a, 5b) mittels wenigstens einer Pumpe (6) zugeführt wird, über semipermeable Membranen (2) entnommen werden und anschließend das Diffusionsmedium unter gleichzeitiger Zuführung neuen Diffusionsmediums von der Probenahmestrecke (3) zu wenigstens einem Detektor (7) transportiert und von diesem zur Bestimmung der Analytkonzentrationen analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine zeitliche Konzentrationsverteilung oder eine zeitliche Verteilung eines zur Konzentration proportionalen Signals liefert, daß eine Veränderung des Verhältnisses vom Signalmaximum zur Basislinie im Abstrom des Detektorsignals ermittelt und daraus auf eine Veränderung der Diffusionseigenschaften der semipermeablen Membranen geschlossen und ein Korrekturfaktor ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Kalibrierung des Detektors (7) und eine entsprechende Auswertung der Detektorsignale auf die Analytkonzentration im beprobten Medium zurückgeschlossen wird, wobei der maximale Anstieg der Vorderflanke des Detektorsignals, das Signalmaximum, die Fläche unter der Signalkurve oder die erhöhte Basislinie nach Durchfluß des Peakmaximums , die aus der Diffusion des Analyten in das Diffusionsmedium resultiert, zur Auswertung herangezogen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eigenschaften der Detektorsignalverteilung zur Auswertung gleichzeitig oder Verhältnisse dieser Werte zueinander verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signale bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten des Diffusi- onsmediums und/oder unterschiedlichen Diffusionszeiten bei ruhendem Medium in dichter zeitlicher Abfolge ermittelt und hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften miteinander verglichen werden, um daraus eine eventuelle Drift durch eine Veränderung der Diffusionseigenschaften zu erkennen und zu korrigieren.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine aus mehreren Messungen und/oder einem dynamischen Modell bekannte zeitliche Änderung der Analytkonzentration berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Probenahmestrecken (3) nach Art einer Parallelschaltung vorgesehen sind und daß die wenigstens eine Pumpe ( 6 ) kontinuierlich arbeitet und eine den Probenahmestrecken ( 3 ) vorgeschaltet in der Fluidleitung (5b) für das Diffusionsmedium vorgesehene Multi- oder Mehrwegventilanordnung (12) so gesteuert wird, daß im Wechsel jeweils eine der parallelen Fluidleitungsstrecken (5b) zum Detektor (7) von Diffusionsmedium durchströmt und in den übrigen Probenahmestrecken ein Transport unterbunden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (12) so gesteuert wird, daß im wesentlichen durchgehend im Wechsel je- weils eine der Fluidleitungsstrecken (5b) zum Detektor (7) vom Diffusionsmedium durchströmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den parallelen Probenahmestrecken (3) jeweils die Diffusions- bzw. Probenahmezeit einer Strecke mindestens die zur Signalerfassung im Detektor notwendige Meßzeit aller anderen parallelen Probenahmestrecken zusammen ist.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Probenahmestrecken (3) vorgeschaltet in der Fluidleitung (5a) eine Druckmessung zur Erkennung einer Störung in einem Leitungsabschnitt erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus flüssigem Diffusionsmedium vor Erreichen der Probenahmestrecken ( 3 ) mittels einer Blasenfalle (9) Luft- bzw. Gasbläschen entfernt werden.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrwege- oder Multiventilanordnung (12) durch einen Computer (18) gesteuert wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel geschaltete Detektoren vorgesehen sind und das von den Probenahmestrecken kommende Diffusionsmedium über eine Mehrwegventilanordnung oder eine Multiventilanordnung einem der Detektoren zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Detektor (7) vorgeschalteten Probenvorbereitungsmodul (16) mindestens eine Substanz, die den verwendeten Detektor stören kann, absorbiert oder reaktiv in eine nicht störende chemische Form umgewandelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Probenvorbereitungsmodul (16) der Analyt in eine vom Detektor (7) meßbare Form reaktiv umgewandelt wird.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusionsmedium verwendet wird, das im wesentlichen frei von zu detek- tierenden Analyten ist.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Diffusionsmedium verwendet wird, welches eine bekannte Konzentration mindestens eines Analyten enthält, die über der Konzentration in dem zu beprobenden Medium liegt, so daß im Bereich der Probenahmestrecke eine Diffusion des Analyten vom Diffusionsmedium in das zu beprobende Medium stattfindet.
17. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Diffusion gewonnenen Proben aus den parallelen Probenahmestrecken mit einem automatischen Fraktionssammler im Abstrom der Probenahmestrecke oder des Detektors für eine spätere Off-Line-Analytik gesammelt werden.
18. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung die semipermeablen Membranen in Medien bekannter Analyt- Konzentration getaucht werden und Meßdatensätze erstellt werden, auf deren Grundlage die vom Detektor gelieferten Meßergebnisse zur Bestimmung der Analytkonzentration ausgewertet werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die semipermeablen Membranen (2) zur Kalibrierung in mindestens einem Reaktionsbehälter mit dem im Versuch zu verwendenden Medium getaucht werden, und daß bekannte Konzentrationen mindestens eines Analyten über Addition entsprechend berechnete Volumina eines konzentrierten Standardgemisches des wenigstens einen Analyten eingestellt werden und für die verschiedenen Konzentrationen Meßdatensätze erstellt werden, auf deren Grundlage die vom Detektor gelieferten Meßergebnisse zur Bestimmung der Analyt-konzentration ausgewertet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkonzentration des wenigstens einen Analyten gleichzeitig die gewünschte Startkonzentration im Versuchsansatz darstellt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (7) einen Wert für die Konzentration des Analyten im Diffusionsmedium ausgibt und durch Vergleich dieses Meßwertes mit den Meßwerten, die durch Kalibrierverfahren nach den Ansprüchen 18 bis 20 bei bekannter Analytkonzentration ermittelt wurden, auf die Konzentration im Medium zur vergangenen Diffusionszeit rechnerisch zurückgeschlossen wird.
22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Bypassleitung (20) Diffusionsmedium an den Probenahmestrecken (3) vorbei zu dem Detektor (7) geführt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Bypassleitung (20) ein Standardmedium in das Diffusionsmedium injiziert wird und dieses Segment durch Zuschalten der Bypassleitung (20) zum Detektor (7) transportiert wird, um Drifterscheinungen des Detektors zu korrigieren ( Zwischenkalibrierung) .
4. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor über die Bypassleitung (20) Spülflüssigkeit zugeführt wird.
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