HENE, Michael (Gräfstrasse 73/2, München, 81241, DE)
HOCHGRAEBER, Hermann (Wildenforsterstrasse 19, Offenburg-Neuhausen, 94560, DE)
HENE, Michael (Gräfstrasse 73/2, München, 81241, DE)
| Patentansprüche
1. Verfahren zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbesondere zur Entnahme einer Probe zur Analyse mittels einer Flüssigkeitschromatographievorrichtung,
(a) wobei die das anzusaugende Flüssigkeitsvolumen umfassende Flüssigkeit in einem Behälter (7, 75) vorgesehen ist,
(b) welcher mittels eines Verschlusses (72, 71; 76, 761) verschlossen ist, welcher zumindest in einem Teilbereich aus einem flexiblen, mittels einer Entnahmenadel durchstoßbaren Material besteht,
(c) wobei für das Ansaugen eines definierten Flüssigkeitsvolumens die Ent- nahmenadel (6) durch den aus flexiblem Material bestehenden Teilbereich gestochen wird, bis die Ansaugöffnung der Entnahmenadel ausreichend tief in die Flüssigkeit eintaucht, und
(d) wobei ein definiertes Flüssigkeitsvolumen angesaugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
(e) dass zur Vermeidung eines durch das Entnehmen des Flüssigkeitsvolumens im Behälter (7, 75) entstehenden Unterdrucks eine Relativbewegung zwischen der Entnahmenadel (6) und dem Behälter (7, 75) in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) derart bewirkt wird,
(f) dass die durch das Durchstoßen des flexiblen Materials erzeugte öffnung
(9) in dem flexiblen Material des Verschlusses (72, 71; 76, 761) derart erweitert wird, dass zwischen der Außenwandung der Entnahmenadel (6) und der Innenwandung der erweiterten öffnung (9) ein vollständiger oder teil- weiser Druckausgleich zwischen dem Behältervolumen und der Umgebung ermöglicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7, 75) und die Entnahmenadel (6) relativ zueinander in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleich durch das Ausführen der Relativbewegung erst dann ermöglicht wird, wenn ein vorgegebener Schwellwert für den Absolutbetrag des Differenzdrucks zwischen Behältervolumen und Umgebung vorliegt oder detektiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleich durch das Ausführen der Relativbewegung erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Start des Ansaugens des Flüssigkeitsvolumens oder nach dem Ansaugen eines vorgegebenen Teilvolumens ermöglicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Durchstechen des flexiblen Materials eine Volumenverringerung des Behälters (7, 75) bewirkt wird und dass der Druckausgleich durch das Ausführen der Relativbewegung erst dann bewirkt wird, wenn im Wesentlichen ein der Volumenverringerung entsprechendes Teilvolumen angesaugt wurde.
6. Vorrichtung zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbesondere zur Entnahme und zum Zuführen einer Probe zu einer Flüssigkeitschromatographievorrichtung,
(a) mit einer Aufnahmeeinheit (10) zur Aufnahme wenigstens eines Behälters (7, 75), in welchem die das anzusaugende Flüssigkeitsvolumen umfassende Flüssigkeit aufgenommen ist, (b) wobei der Behälter (7, 75) mittels eines Verschlusses (72, 71; 76, 761) verschlossen ist, welcher zumindest in einem Teilbereich aus einem flexiblen, mittels einer Entnahmenadel durchstoßbaren Material besteht,
(c) mit einem Antrieb für das axiale Bewegen der Entnahmenadel (6) und/oder das Bewegen der Aufnahmeeinheit (10) im Wesentlichen in Richtung der
Längsachse der Entnahmenadel (6),
(d) mit einem Antrieb für das Bewegen der Aufnahmeeinheit (10) und/oder mit einem Antrieb für das Bewegen der Entnahmenadel (6) in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) und
(e) mit einer Ansteuereinheit (12) zur Ansteuerung der Antriebe, wobei die Ansteuereinheit (12) die Antriebe so ansteuert, dass
(i) zunächst durch das Bewirken einer Relativbewegung zwischen Aufnahmeeinheit (10) und Entnahmenadel (6) in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) die Entnah- menadel (6) mit ihrer Spitze über dem Bereich des Verschlusses (72,
71; 76, 761) des Behälters aus flexiblem Material positioniert wird und
(ii) anschließend durch das Bewirken einer axialen Relativbewegung zwischen Aufnahmeeinheit (10) die Entnahmenadel (6) durch den aus flexiblem Material bestehenden Teilbereich gestochen wird, bis die
Ansaugöffhung der Entnahmenadel (6) ausreichend tief in die Flüssigkeit eintaucht, und
(f) wobei die Ansteuereinheit anschließend eine Ansaugvorrichtung (4) für das Ansaugen des anzusaugenden Flüssigkeitsvolumens aktiviert, dadurch gekennzeichnet,
(g) die Ansteuereinheit (12) nach dem Durchstechen des Bereichs aus flexiblem Material den oder die Antriebe zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Entnahmenadel (6) und Aufnahmeeinheit (10) in einer Ebene im We- sentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) so ansteuert,
(i) dass die durch das Durchstoßen des flexiblen Materials erzeugte öffnung in dem flexiblen Material des Verschlusses derart erweitert wird, dass zwischen der Außenwandung der Entnahmenadel und der Innenwandung der erweiterten öffnung (9) ein vollständiger oder teilweiser Druckausgleich zwischen dem Behältervolumen und der Umgebung ermöglicht wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (75) mehrere Aufhahmevolumina (751) für jeweils eine Flüssigkeit aufweist und dass die öffnungen der Aufnahmevolumina mittels eines gemeinsamen Verschluss- mittels (76) verschließbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel eine Noppenmatte oder Noppenplatte (76) ist oder eine solche umfasst, wobei jeweils eine Noppe (761) der Noppenmatte oder Noppenplatte (76) in eine zu verschließende öffnung eines Aufnahmevolumens (751) eingreift und diese ver- schließt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (12) den oder die Antriebe zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen Entnahmenadel (6) und Aufnahmeeinheit (10) in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel (6) so ansteuert, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5 durchgeführt wird.
10. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) eine Mikroprozessorschaltung zur Ansteuerung der Antriebe für die Entnahmenadel (6) und die Aufhahmeeinheit (10) sowie eine Software oder Firmware hierfür umfasst.
11. Software oder Firmware für eine Steuereinheit nach Anspruch 10, auf einem
Datenträger aufgezeichnet. |
Verfahren und Vorrichtung zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbesondere zur Entnahme einer Probe zur Analyse mittels einer
Flüssigkeitschromatographievorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbe- sondere zur Entnahme einer Probe zur Analyse mittels einer Flüssigkeitschromatographievorrichtung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 6.
Die Erfindung hat insbesondere Bedeutung für das Gebiet der Flüssigkeitschroma- tographie und hier wiederum insbesondere für das Gebiet der Hochleistungs-
Flüssigkeitschromatographie (High Performance Liquid Chromatography, HPLC). Bei der HPLC wird ein Stoffgemisch in einer chromatographischen Säule in seine Bestandteile aufgetrennt, so dass diese analysiert oder weiter verarbeitet werden können. Für die automatisierte Analyse einer Vielzahl von Proben, die für die Flüssigkeitschroma- tographie in flüssiger Form bzw. gelöster Form vorliegen müssen, werden automatische
Probengeber verwendet, die die Proben, d.h. ein definiertes Flüssigkeitsvolumen, nacheinander aus einer Anzahl von Probenbehältern aufnehmen und diese der Reihe nach dem Analysesystem zuführen. Solche Probengeber sind beispielsweise aus den US- Patentschriften US 4,242,909 und US 4,713,974 bekannt.
Die grundlegende Arbeitsweise solcher Probengeber wird im Folgenden an einem Beispiel erläutert, da sie für das Verständnis der Erfindung wichtig ist. Fig. 1 zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines bekannten Probengebers.
Durch eine Eingangskapillare 1 gelangt der von einer Pumpe (nicht dargestellt) gelie- ferte Flüssigkeitsstrom in den Probengeber, passiert ein 6-Port-Schaltventil 2 und ver- lässt den Probengeber über eine Ausgangskapillare 5. Die zu analysierenden Proben befinden sich in Probenbehältern 7 und können daraus über eine Entnahmenadel oder
Probennadel 6 entnommen werden. Zur Aufnahme und Fixierung der Probenbehälter 7 in jeweils definierten Positionen ist eine schematisch dargestellte Aufhahmeeinheit 10 für die Probenbehälter 7 vorgesehen. Die Aufhahmeeinheit kann einen Antrieb zur Positionierung der einzelnen Probenbehälter 7 relativ zur Entnahmenadel 6 in einer Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel 6 sowie eine hierfür geeignete Mechanik umfassen. Diese Alternative ist in Fig. 1 durch den gestrichelten Pfeil zwischen einer Ansteuereinheit 12 zur Ansteuerung des Antriebs der Aufnahmeeinheit 10 angedeutet. Die Ansteuereinheit 12 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, auch einen nicht näher dargestellten Antrieb zur axialen Positionierung der Entnah- menadel 6 ansteuern, um eine axiale Relativbewegung zwischen den Probenbehältern 7 und der Entnahmenadel 6 zur ermöglichen. Die durch diese beiden Antriebe realisierbaren Relativbewegungen zwischen den Probenbehältern 7 bzw. der Aufhahmeeinheit 10 und der Entnahmenadel 6 in Richtung der Längsachse der Entnahmenadel 6 und in einer im Wesentlichen hierzu senkrechten Ebene (oder Richtung) sind in Fig. 1 durch Pfeile I und II angedeutet. Somit kann die Entnahmenadel 6 zunächst über jeden beliebigen
Probenbehälter 7 positioniert und anschließend in diesen eingetaucht bzw. eingestochen werden, um die jeweilige Probe zu entnehmen. Die Realisierung der Relativbewegungen zwischen der Aufhahmeeinheit 10 und der Entnahmenadel 6 kann selbstverständlich auch so erfolgen, dass nur die Entnahmenadel 6 oder nur die Aufhahmeeinheit 10 mittels geeigneter, ansteuerbarer Antriebe in axaler Richtung und in der hierzu senkrechten Ebene bewegbar ist. In jedem Fall sind mindestens zwei Bewegungsachsen erforderlich, um mehrere Probenbehälter 7 einzeln anfahren und die Entnahmenadel 6 in diese eintauchen zu können.
Das Schaltventil 2 verfügt über zwei Schaltstellungen: Die in Fig. 1 dargestellte Stel- lung wird im Folgenden als Position 1-2 bezeichnet, es sind jeweils die Ports 1 mit 2, 3 mit 4 sowie 5 mit 6 verbunden. Die zweite Stellung wird als Position 6-1 bezeichnet, wobei die Ports 2 mit 3, 4 mit 5 sowie 6 mit 1 verbunden sind. In Position 1-2 ist die
Eingangskapillare 1 unmittelbar mit der Ausgangskapillare 5 verbunden. Weiterhin sind die Dosierspritze 4, die Probenschleife 3, die Verbindungskapillare 8 sowie die Ent- nahmenadel 6 in Reihe geschaltet.
Zunächst befindet sich das Schaltventil 2 in Position 6-1, d.h. eine Dosierspritze 4 ist unmittelbar über eine Verbindungskapillare 8 mit der Entnahmenadel 6 verbunden. Dabei wird der über die Eingangskapillare 1 eintreffende Flüssigkeitsstrom über eine Probenschleife 3 zu einer Ausgangskapillare 5 geleitet. Während die Entnalimenadel 6 in einen Probenbehälter 7 eintaucht, kann durch Ansaugen mittels der Dosierspritze 4 die ebenfalls von der Ansteuereinheit 12 ansteuerbar ausgebildet sein kann, ein definiertes Flüssigkeitsvolumen aus dem betreffenden Probenbehälter 7 entnommen werden. Dieses Flüssigkeitsvolumen kann durch die Verbindungskapillare 8 soweit angesaugt werden, dass es das Schaltventil 2 erreicht. Anschließend wird das Schaltventil 2 in Position 1-2 geschaltet, so dass sich die Probenschleife 3 im Weg zwischen der Dosierspritze 4 und der Verbindungskapillare 8 befindet. Durch weiteres Ansaugen mit der Dosierspritze kann eine genau vorherbestimmte Probenmenge in die Probenschleife 3 gesaugt werden. Durch Umschalten des Schaltventils 2 in Position 6-1 wird die Probenschleife 3 anschließend wieder in den Weg zwischen der Eingangskapillare 1 und der Ausgangskapillare 5 geschaltet, so dass das Probenmaterial in den Flüssigkeitsstrom eingefügt wird und den Probengeber über die Ausgangskapillare 5 verlässt.
Das Einbringen der Probe in den Flüssigkeitsstrom wird als Injektion bezeichnet. Auf diese beschriebene Weise können die zu untersuchenden Proben in beliebiger Reihenfolge injiziert werden.
Die grundlegende Arbeitsweise von Probengebern nach dem Stand der Technik entspricht in den meisten Fällen dem oben beschriebenen Grundprinzip. Von diesem Prinzip abgeleitet gibt es nach dem Stand der Technik verschiedene Varianten, bei denen beispielsweise die Entnahmenadel und ein zugehöriger Nadelsitz Bestandteile der Probenschleife sind. Hierdurch wird ein sparsamerer Umgang mit der Probenflüssigkeit ermöglicht. Auf eine ausführliche Darstellung der vielfältigen derartigen Varianten wird verzichtet. Die vorliegende Erfindung lässt sich jedoch auf diese Varianten sinngemäß in gleicher Weise anwenden.
Verwendet man, wie in Fig. 1 dargestellt, offene Probenbehälter, kommt es zu einer Verdunstung von Probenmaterial bzw. Lösungsmittel. Hierdurch geht Probenmaterial und/oder Lösungsmittel verloren und die Konzentration der Proben in der Lösung verändert sich. Außerdem kann es durch den Kontakt zwischen Umgebungsluft und Proben zu unerwünschten Veränderungen (z.B. Oxidation) oder auch Verschmutzung der Proben kommen. Daher verwendet man in vielen Fällen verschlossene Probenbehälter.
Der Verschluss besteht in der Regel aus einem weichen, elastischen Material und wird als Septum bezeichnet. Ein derartiger Verschluss wird beispielsweise in der US- Patentschrift US 6,752,965 beschrieben und hat den Vorteil, dass er zur Probenentnah- nie von der Entnahmenadel 6 einfach durchstoßen werden kann und anschließend selbsttätig wieder weitgehend dichtet. Ein aufwändiger Mechanismus zum öffnen und Schließen des Probenbehälters erübrigt sich dadurch.
Fig. 2 zeigt zwei Beispiele derartiger verschlossener Probenbehälter. In Fig. 2a ist ein Einzel-Probenbehälter 7 zur Aufnahme einer einzelnen Probenflüssigkeit dargestellt. In einer Aufnahmeeinheit 10 nach Fig. 1 können mehrere derartiger Einzel-Probenbehälter
7 in definierten Positionen aufgenommen sein.
Bei einem Einzel-Probenbehälter 7 nach Fig. 2a wird ein Septum 71 durch eine Kappe 72 gehalten, die in der Mitte einen Durchbrach aufweist, welcher das Septum 71 frei lässt. Das Septum 71 kann somit im Bereich des Durchbruchs der Kappe 72 von der Entnahmenadel 6 durchstoßen werden.
Alternativ werden zunehmend Mehrfach-Probenbehälter 75 gemäß Fig. 2b, so genannte Wellplates, verwendet, bei denen zur Aufnahme der einzelnen Probenflüssigkeiten Vertiefungen (sogenannte Wells) 751 vorgesehen sind. Der Verschluss erfolgt in diesem Fall über eine Noppenmatte oder Noppenplatte 76, deren Noppen 761 jeweils in eine Vertiefung 751 gedrückt werden und die öffnung der betreffenden Vertiefung verschließen. Der Vorteil der Verwendung von Wellplates und Noppenmatten besteht
darin, dass eine große Zahl von Probenflüssigkeiten auf kleinem Raum untergebracht werden kann und dass die Handhabung einzelner Probenbehälter entfallt.
Sowohl das Septum 71 als auch die Noppenmatte 76 bestehen aus einem elastischen Material.
Zur Probenentnahme durchstößt die Entnahmenadel 6 das Septum 7 bzw. die betreffende Noppe 761. Das elastische Material ist dabei so ausgebildet, dass die Entnahmenadel 6 im Wesentlichen dicht umschlossen wird, solange sich diese im Probenbehälter 7 bzw. in einer Vertiefung 751 befindet. Während des Ansaugvorgangs kann somit für das entnommene Probenvolumen keine Umgebungsluft nachströmen, d.h. es bildet sich ein Unterdruck im Probenbehälter. Dieser ist um so stärker, je voller der Probenbehälter zu Beginn war bzw. je geringer das eingeschlossene Gasvolumen war und je mehr Probenflüssigkeit angesaugt wurde.
Da in der Probenflüssigkeit in der Regel eine gewisse Menge an Gasen, z.B. Luftsauerstoff, gelöst ist, können sich durch den Unterdruck Gasblasen bilden. Weiterhin wird durch den Unterdruck der Siedepunkt der Probenflüssigkeit herabgesetzt, so dass es vor allem bei leicht flüchtigen Lösungsmitteln sogar zum Kochen der Probenflüssigkeit kommen kann. Da der Unterdruck das gesamte Ansaugsystem betrifft, können diese Effekte sowohl im Probenbehälter 7 bzw. 75 als auch in der Dosierspritze 4, dem Schaltventil 2, der Probenschleife 3, der Verbindungskapillare 8 oder der Entnah- menadel 6 auftreten.
Die Bildung von Gasblasen hat in jedem Fall zur Folge, dass sich das tatsächlich angesaugte Probenvolumen deutlich verringert. Wenn die Entnahmenadel den Probenbehälter verlässt, kommt es außerdem zu einem Druckausgleich, d.h. im Ansaugweg entstandene Gasblasen ziehen sich zusammen und es strömt Luft nach.
Beides führt zu unreproduzierbaren bzw. fehlerhaften Analyseergebnissen. Aus diesem
Grund muss die Bildung von Gasblasen unter allen Umständen vermieden werden.
Es ist bekannt, der Ausbildung eines Unterdrucks durch Verwendung deutlich größerer Probenbehälter als eigentlich erforderlich entgegenzuwirken. Diese füllt man dann nur so weit, dass das Restvolumen (Gasvolumen) sehr viel größer ist als das anzusaugende Flüssigkeitsvolumen. Hierdurch befindet sich über der Probenflüssigkeit ein Gasvolu- men, das sich während des Ansaugvorgangs des Probenvolumens entspannt und somit der Entstehung von Unterdruck entgegenwirkt.
Eine andere Lösung nach dem Stand der Technik besteht darin, dass man die Ansauggeschwindigkeit bei der Probenentnahme stark verringert. Hierdurch wird das Risiko der Gasblasenbildung stark vermindert, weil Luft durch die immer vorhandenen kleinen Undichtigkeiten zwischen Nadel und Septum bzw. Septum und Probenbehälter nachströmen kann.
Diese Lösungen nach dem Stand der Technik haben praktische Nachteile zur Folge, da entweder größere Probenbehälter benutzt werden müssen und daher weniger Behälter pro Fläche untergebracht werden können, oder die Ansauggeschwindigkeit stark redu- ziert werden muss, so dass der Ansaugvorgang sehr lange dauert und das System entsprechend weniger leistungsfähig wird. Außerdem wird das Problem auf diese Weise nur zum Teil gelöst, da der Unterdruck trotzdem entsteht, wenn auch in geringerem Maße.
Des Weiteren sind Lösungen bekannt, bei denen durch eine spezielle Ausgestaltung der Entnahmenadel ein Druckausgleich ermöglicht wird. Bei diesen Lösungen ist entweder in der Entnahmenadel selber ein zusätzlicher Belüftungskanal enthalten, oder die Entnahmenadel ist so geformt, dass der Zutritt von Luft an der Stelle ermöglicht wird, an der die Entnahmenadel das Septum durchstößt.
Diese Lösungen erfordern eine dickere Entnahmenadel mit komplizierterer Form. Dies hat neben dem erhöhten Aufwand ebenfalls praktische Nachteile zur Folge, da zum
Durchstoßen des Septums nun höhere Kräfte erforderlich sind, was zu einem wesentlich stärkeren Verschleiß des Septums führt. Weiterhin können derartige Nadeln nur schwer
vollständig von anhaftenden Probenresten befreit werden, welche dann zu einer Verfälschung der Analyseergebnisse bei nachfolgenden Proben führen können.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbesondere zur Entnahme einer Probe zur Analyse mittels einer Flüssigkeitschromatographievorrichtung, zu schaffen, bei dem die Entstehung eines
Unterdrucks im Probenbehälter während der Probenansaugung vermieden wird, ohne Einschränkungen bzgl. des Füllstandes der Probenbehälter, der angesaugten Probenmenge oder der Ansauggeschwindigkeit hinnehmen zu müssen. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Lösung keine unerwünschten Nebeneffekte wie erhöhten Verschleiß der Septen oder verstärkte Probenverschleppung zur Folge haben. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 6 gelöst.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass ein nennenswerter Unterdruck im Probenbehälter gar nicht erst entstehen kann, wenn während des Ansaugvorgangs der
Zutritt von Luft in den Probenbehälter ermöglicht wird. Weiterhin liegt der Erfindung die überlegung zugrunde, dass die Dichtwirkung des Septums während der Probenansaugung auf dessen Elastizität beruht und dass diese Elastizität genutzt werden kann, um die Dichtwirkung zumindest temporär aufzuheben und einen Druckausgleich zwi- sehen dem Innenraum des Probenbehälters und der Umgebung zu ermöglichen.
Dadurch, dass Entnahmenadel und Probenbehälter nach dem Durchstoßen des flexiblen Materials (des Septums), also während sich die Entnahmenadel im Probenbehälter befindet, um einen kleinen Betrag relativ zueinander bewegt werden, wird bei einer geeigneten Wahl der Bewegung das Loch im Septum durch die Entnahmenadel etwas aufge- weitet. Hierdurch wird erreicht, dass neben der Entnahmenadel Luft in den Probenbehälter eintreten kann und somit ein Druckausgleich stattfindet. Folglich führt das An-
saugen auch großer Probenvolumina nicht mehr zur Ausbildung eines Unterdrucks im Probenbehälter, und die Bildung von Gasblasen wird vermieden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden der Behälter und die Entnahmenadel relativ zueinander in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsach- se der Entnahmenadel bewegt. Eine derartige Bewegung ist bei bekannten Probengebern mit der bereits vorhandenen Hardware realisierbar. Zur Realisierung muss lediglich die Steuerung des oder der Antriebe angepasst werden, was jedoch überwiegend durch einfache Software- oder Firmwareänderungen möglich ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Druckausgleich durch das Ausfüh- ren der Relativbewegung erst dann ermöglicht, wenn ein vorgegebener Schwellwert für den Absolutbetrag des Differenzdrucks zwischen Behältervolumen und Umgebung vorliegt oder detektiert wird.
Beispielsweise kann der Druckausgleich durch das Ausführen der Relativbewegung erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Start des Ansaugens des Flüssigkeits- volumens oder nach dem Ansaugen eines vorgegebenen Teilvolumens ermöglicht werden.
Es kann auch beim Durchstechen des flexiblen Materials zunächst eine Volumenverringerung des Innenraums des Behälters dadurch bewirkt werden, dass das flexible Material durch den Einstechvorgang nach innen gewölbt wird und dass der Druckausgleich durch das Ausführen der Relativbewegung erst dann bewirkt wird, wenn ein der Volumenverringerung entsprechendes Teilvolumen angesaugt wurde.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansaugen eines Flüssigkeitsvolumens, insbesondere zur Entnahme und zum Zuführen einer Probe zu einer Flüssigkeitscliroma- tographievorrichtung, kann sich von bekannten Vorrichtungen lediglich dadurch unter- scheiden, dass die Steuereinheit zur Ansteuerung des oder der Antriebe zur Bewegung der Entnahmenadel und der Aufhahmeeinheit für den oder die Probenbehälter so ausge-
bildet ist, dass nach dem Einstechen eine Relativbewegung zwischen Aufhahmeeinheit und Entnahmenadel derart ausführbar ist, dass ein Druckausgleich zwischen Behälterinnenraum und Umgebung ermöglicht wird.
Weist die Steuereinheit, wie in der Praxis üblich, eine Mikroprozessorschaltung und eine Steuersoftware auf, so kann die Lösung nach der vorliegenden Erfindung auf einfache und kostengünstige Weise im Rahmen einer Software- oder Firmwareänderung in eine bereits vorhandene Vorrichtung integriert werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Komponenten eines Probengebers für eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Einzel-Probenbehälters (Fig. 2a) und eines Mehrfach-Probenbehälters (Fig. 2b) für die Flüssigkeitschromatographie;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine ein Septum durchstoßende Entnahmenadel;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines in einer Aufhahmeeinheit aufgenommenen Einzel-Probenbehälters;
Fig.5a ein Chromatogramm im Fall einer Gasbläschen enthaltenden Probenflüssigkeit; und
Fig. 5b ein Chromatogramm im Fall keine Gasbläschen enthaltenden Probenflüssigkeit.
Fig. 3 zeigt in stark vergrößerter Darstellung in Draufsicht einen schematischen Querschnitt durch die Entnahmenadel 6 im Bereich eines Septums 71 eines Verschlusses eines Probenbehälters 7 oder 75, in welches die Entnahmenadel 6 zur Entnahme eines Probenvolumens bzw. Flüssigkeitsvolumens eingestochen ist. Dabei zeigt Fig. 3 den Zustand, der sich ergibt, wenn nach dem Einstechen der Entnahnienadel in das flexible
Material des Septums 71 gemäß Fig. 2 bzw. der Noppe 761 einer Noppenmatte 76 gemäß Fig. 2a eine solche Relativbewegung von Aurhahmeeinheit für den Einzel- oder Mehrfachprobenbehälter 7 bzw. 75 in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Entnahmenadel durchgeführt wurde (der Pfeil in Fig. 3 verdeutlicht eine Bewegung der Entnahmenadel 6 gegenüber dem Sepram 7 bzw. der betreffenden Noppe
761). Bei einem ausreichend großen Bewegungsweg ergibt sich (in Bewegungsrichtung der Entnahmenadel gesehen) hinter der Entnahmenadel 6 eine etwa sichelförmige öffnung 9 im flexiblen Material des Septums 71 bzw. der Noppe 761, durch die Umgebungsluft in den Innenraum des Probenbehälters 7 bzw. 75 gelangen kann. Hierdurch wird ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Behälters 7 bzw. 75 und der
Umgebung ermöglicht.
Zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verschiebung kann die vorhandene Hardware des in Fig. 1 dargestellten an sich bekannten Probengebers genutzt werden, da diese darauf ausgelegt ist, mehrere verschiedene Probenbehälter anzufahren und damit eine Bewegung senkrecht zur Achse der Entnahmenadel 6 ermöglicht.
Durch den auf diese Weise ermöglichten Druckausgleich kann das vorgegebene Flüssigkeitsvolumens gasblasenfrei angesaugt werden, ohne dass Einschränkungen bezüglich des Füllstandes der Probenbehälter, des Ansaugvolumens oder der Ansauggeschwindigkeit bestünden. Die Ansauggeschwindigkeit wird nur durch den Flusswider- stand der beteiligten fluidischen Komponenten begrenzt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden gegenüber bekannten Probengebern keine zusätzlichen Komponenten benötigt, da die für die Verschiebung erforderliche Mechanik im Probengeber ohnehin vorhanden sein muss, um überhaupt
unterschiedliche Proben entnehmen zu können. Seitens des Septums der Probenbehälter ist zur Anwendung des Verfahrens lediglich eine ausreichende Elastizität erforderlich. Diese Elastizität wird in der Praxis jedoch ohnehin benötigt, damit das Septum seine Aufgabe, nämlich den Probenbehälter nach der Entnahme des Flüssigkeitsvolumens wieder dicht zu verschließen, erfüllen kann.
Demnach kann das erfindungsgemäße Verfahren für beliebige, auch vorhandene Probengeber und Septen angewandt werden, ohne dass ein nennenswerter Zusatzaufwand entsteht. Lediglich die Steuersoftware bzw. Firmware des Probengebers muss so ange- passt werden, dass die Verschiebung zum richtigen Zeitpunkt ausgeführt wird.
Falls die Entnahmenadel keine ausreichende Stabilität aufweist, kann sie auf einfache
Weise gegen eine entsprechend stabilere Nadel ausgetauscht werden.
Der Verschiebeweg muss so bemessen sein, dass eine ausreichend große öffnung 9 erzielbar ist. Dabei soll eine unnötig starke Verbiegung der Entnahmenadel 6 vermieden werden. Daher muss der Verschiebeweg unter Berücksichtigung der nachfolgend be- schriebenen Einflussfaktoren optimiert werden.
Das Septum 71 bzw. eine Noppe 761 einer Noppenmatte 76 verformt sich aufgrund der Verschiebung zunächst großflächig, ehe überhaupt eine öffnung 9 entsteht. Dies muss bei der Festlegung des Verschiebeweges berücksichtigt werden. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass Einzel-Probenbehälter 7 bzw. Mehrfachprobenbehälter 75 (Wellplates) in ihrer Halterung der Aufhahmeeinheit 10 üblicherweise Spiel haben, so dass sie durch die Verschiebung etwas ausweichen bzw. wegkippen können. Ferner führt die auf die Entnahmenadel 6 ausgeübte Kraft zu einer Verbiegung der Nadel.
In Fig. 4 sind diese Einflüsse zur Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt. Der Probenbehälter 7 ist aufgrund der Verschiebung in der Aufnahmeausnehmung 771 der Aufnahmeeinheit 10 gekippt, und die Entnahmenadel 6 hat sich gegenüber ihrem Halter
61 verbogen.
Dies kann dadurch ausgeglichen werden, dass die Verschiebung gegenüber dem ursprünglichen Wert zur Erzeugung der sichelförmigen öffnung 9 vergrößert wird. Die tatsächlich erforderliche Verschiebung lässt sich leicht experimentell bestimmen. Dazu müssen lediglich Versuche mit unterschiedlichen Verschiebewegen mit möglichst voll- ständig gefüllten Probenbehältern und großen Ansaugvolumina durchgeführt werden.
Ob die Verschiebung zur Erreichung des erfindungsgemäßen Effekts ausreichend ist, lässt sich durch Auswertung der Chromatogramme leicht erkennen, wie weiter unten noch gezeigt wird.
Bei Verwendung marktüblicher Probengeber, Entnahmenadeln, Probenbehälter und Septen sind in der Regel Verschiebungen in der Größenordnung von 1 bis 2 mm zweckmäßig. Je nach Bauart der Komponenten können kleinere oder größere Verschiebungen im Bereich 0,1 mm bis 5 mm erforderlich sein.
Der Druckausgleich muss nicht in jedem Fall bereits vor dem Beginn des Ansaugvorgangs für das Flüssigkeitsvolumen ermöglicht werden. Denn vor Beginn des Ansaug- Vorgangs durchstößt die Entnahmenadel 6 das Septum 71 bzw. die Noppe 761. Dabei biegt sich das Septum 71 bzw. die Noppe 761 nach unten durch. Wegen der Reibung zwischen Entnahmenadel 6 und Septum 71 bzw. Noppe 761 bleibt diese Durchbiegung auch nach dem Durchstoßen erhalten und bewirkt infolge der Verringerung des Innenraums des Behälters einen überdruck. Das durch die Entnahmenadel 6 verdrängte Vo- lumen führt ebenfalls zu einem überdruck. Dieser überdruck kann durchaus erwünscht sein, da er das Ansaugen des Flüssigkeitsvolumens erleichtert.
Die durch die erfindungsgemäße Verschiebung hervorgerufene öffnung 9 würde jedoch zu einem vorzeitigen Abbau dieses überdrucks führen. Um dies zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Verschiebung nicht bereits nach dem Durchstoßen des Septums, sondern erst kurz nach Beginn des Ansaugvorgangs vorzunehmen, wenn gerade so viel
Volumen abgesaugt wurde, dass der überdruck bereits abgebaut ist.
Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Methode wurde anhand chromatographischer Messungen überprüft. Wenn bei der Ansaugung der Probe Unterdruckprobleme bzw. Gasblasen entstehen, führt dies zunächst zu einer Veränderung der injizierten Probenmenge und damit der chromatographischen Peakflächen, bei größeren Blasen zu stark verfälschten, nicht auswertbaren Chromatogrammen.
Daher wurde mit einem Probengeber jeweils eine bestimmte Menge Koffein injiziert und der Signalverlauf im Detektor ausgewertet. Die Probenbehälter waren jeweils nahezu vollständig gefüllt.
Fig. 5a zeigt die Chromatogramme von elf aufeinanderfolgenden Messungen jeweils ohne das Ermöglichen eines Druckausgleichs. Es ergeben sich teilweise stark unterschiedliche Signalverläufe, was auf die Bildung von Gasblasen und nachgesaugter Luft und deren Injektion hinweist. Solche Messergebnisse wären für die gängigen automatischen Auswerteverfahren unbrauchbar.
Fig. 5b zeigt ebenfalls elf Chromatogramme, die unter identischen Bedingungen wie bei Fig. 5a aufgenommen wurden, jedoch unter Ermöglichung eines Druckausgleichs, wie vorstehend beschrieben. Die erhaltenen Kurven entsprechen nun dem zu erwartenden Verlauf und liegen alle exakt aufeinander. Folglich wird eine sehr gute chromatographische Reproduzierbarkeit und Messgenauigkeit erzielt.
Weitere Messungen haben gezeigt, dass man ohne das Ermöglichen eines Druckaus- gleichs die Ansauggeschwindigkeit um Faktor 10 hätte verlängern müssen, um ähnlich gute Ergebnisse zu erhalten.
Diese Ergebnisse zeigen, dass sich durch Anwendung der Erfindung eine wesentliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Probengebers erzielen lässt.
Next Patent: LASER AND METHOD FOR PRODUCING A PULSED LASER BEAM