DD285652A5 - Anordnung fuer die nachfuehrung der verduennung zur einhaltung des messbereichs von detektionssystemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung fuer die Nachfuehrung der Verduennung zur Einhaltung des Meszbereichs von Detektionssystemen und bezieht sich auf die Aufbereitung von Substanzen zur Messung von Prozeszgroeszen in komplexen Medien und ist in der Biologie, Medizin, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und im Umweltschutz anwendbar. Erfindungsgemaesz wird bei einer Anordnung fuer die Nachfuehrung der Verduennung zur Einhaltung des Meszbereichs fuer Detektionssysteme unter Verwendung von Vorrichtungen zur Probenahme, zur Filtration von Proben, und mit einer Baugruppe zur Probenverduennung, die eine Pumpanordnung und Schlaeuche zum Transport des Mediums sowie Mittel zur AEnderung des Durchfluszquerschnitts der Schlaeuche aufweist, sowie unter Verwendung eines Rechners, dadurch erreicht, dasz mehrere Schlaeuche gleicher Wandstaerke, aber mit unterschiedlichem Innendurchmesser angeordnet sind. Mit dieser Vorrichtung ist eine prozeszorientierte Nachfuehrung der Verduennung moeglich. Fig. 4{Biologie; Medizin; Umweltschutz; Nachfuehrung; Verduennung; Detektionssysteme; Meszbereich; Pumpanordnung; Schlaeuche}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf die Aufbereitung von Substanzen zur Messung von Prozeßgrößen in komplexen Medien und ist in der Biotechnologie, Medizin, Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und im Umweltschutz anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es sind Lösungen bekannt, die durch konkret zuordenbare Verdünnungsschritte den Meßbereich von angeschlossenen Detektionssystemen sicher erreichen. Tritt jedoch eine Änderung der Ausgangskonzentration auf, muß ein anderes VerdünnungsverhSItnis realisiert werden, damit ebenfalls wieder der Meßbereich des angeschlossenen Detektionssystems erreicht wird. Mit Hilfe von modularen Aufbauten wie z. B. Laborrobotern (Zymark II, Zymark Report 5/86) oder Autoanalysatoren (Genisis 21 der Fa. Allied Instrumentation Laboratory, Österreich oder Technikon RA-XT der Fa. Technikon, BRD) bzw. Autosampier (z. B. Fa. Gilson, USA) wird eine diskrete, feste Zuordnung zum Meßbereich möglich, bedingt jedoch immer einen manuellen Eingriff.

Die?β feste Zuordnung wird entsprechend dem Anwendungsfall durch Nutzung von Pipetten und computergesteuerten Spritzen mit einem Volumen, das sich überwiegend im ml-Bereich bewegt, erreicht, d. h. es liegen generell fest eingestellte, nur durch äußere Eingriffe veränderbare Verdünnungsverhältnisse vor.

Aus der DE-PS 3039126 ist eine Anordnung zum Verdünnen einer Flüssigprobe bekannt. Diese Anordnung hat drei Schlauchpumpen und eine Steuereinrichtung zur Regelung des Verhältnisses der Drehgeschwindigkeiten der Pumpen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Verdünnungsgrad frei zu wählen. Der Nachtoil dieses Verfahrens besteht darin, das die gewünschte Verdünnungsrate manuell eingestellt werden muß, d. h. daß die Steuereinrichtung mit den Schlauchpumpen nur dazu dient, diesen eingestellten Wert exakt zu realisieren. Parameteränderungen des Mediums, die eine andere Verdünnung erfordern, können deshalb ebenfalls nur manuell erfaßt und die entsprechende veränderte Verdünnungsrate kann nur manuell neu eingestellt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, bei der Analyse von flüssigen Medien unabhängig von deren veränderter Konzentration im Prozeßablauf immer im Meßbereich des verwendeten Detektors zu arbeiten.

Darlegung de:i Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Substanzen in Meßprozessen, die in Anelysensysiemen ablaufen, mittels einer prozeßbezogenen kontinuierlichen Medienverdünnung so aufzubereiten, daß Stoffkonzentrationen vom jeweiligen Detektionssystom reproduziei bar meßbar werden, um damit sicher als Signalgröße der Weiterverarbeitung zugeführt werden zu können.

Erfindungsgumäß wird das bei einer Anordnung für die Nachführung der Verdünnung zur Einhaltung des Meßbereichs von Detektionssystemen unter Verwendung von Vorrichtungen zur Probenahme, zur Filtration von Proben, und mit einer Baugruppe zur Probenv'ärdünnung, die eine Pumpanordnung und Schläuche zum Transport des Mediums sowie Mittel zur Ändorung des Durchflußquerschnitts der Schläuche aufweist, sowie unter Verwendung eines Rechners, dadurch erreicht, daß mehrere Schläuche gleicher Wandstärke, aber mit unterschiedlichem Innendurchmesser angeordnet sind. Es ist möglich, daß die Schläuche im Kopfraum einer Schlauchpumpe angeordnet sind.

Es ist aber auch möglich, die Schläuche im Kopfraum eines Ventils anzuordnen und zur Querschnittsveränderung der Schläuche Kurvenelemente vorzusehen. Bei der Anordnung der Schläuche im Kopfraum einer Schlauchpumpe wird die Drehgeschwindigkeit der Schlauchpumpe und

die Stellung zugeordneter Ventile als Meßsignal verwendet.

Bei der Anordnung der Schläuche im Kopfraum eines Ventils wird die Stellung der Kurvenelemente als Meßsignal verwendet. Durch die unterschiedlichen Schlauchinnendurchmesser und die unterschiedlichen Drehfrequenzen wird erreicht, daß für das

jeweilige Meßsystem zunächst ein maximales Verdünnungsverhältnis eingestellt wird, so daß das Meßsystem immer unterhalbder oberen Meßbereichsgrenze und damit im Meßbereich arbeitet. Der erste Verdünnungsschritt und nachfolgende

Verdünnungsschritte werden aus dem Meßsignal und bekannten Maximalkonzentrationen und/oder aus den Trends der Signale

abgeleitet. Mit dioser Anordnung ist es möglich eine Messung durchzuführen, die der realen Konzentration der sich während des

Prozesses veränderlichen Prozeßmedienzusammensetzung in vollem Umfang gerecht wird. Ausführungsbelsplel Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1: den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung Fig. 2: den Aufbau einer erfindungsgemäßen Ventil-Anordnung mit im Kopfraum angeordneten Schläuchen Fig. 3: die drehwinkelbezogenen Fördermengen der Ventile Fig.4: den Aufbau einer Anordnung mit Schlauchpumpen.

Aus einem Ufltersuchungsobjekt 1, *. B. ein Bioreaktor, wird eine rep.'äsentative Probe mit Hilfe einer Probenahmevorrichtung 2, über einen oder mehrere Fil'.er 3, in eine Baugruppe zur Filtratverdünnung 4, gefördert, dort soweit verdünnt, daß der Meßbereich des angeschlossenen Detektionssystems β sicher erreicht und das so erhaltene Meßsignal an einen Steuer· und Überwachungsrechner 7 gegeben werden kann, wodurch eine Einwirkung sowohl auf das zu untersuchende Objekt möglich ist, aber vor allem eine meßwerterfassungsbezogene Verdünnung in Baugruppe 4 bewirkt wird. Der Transport der Probe erfolgt mit Hilfe eines Transportsystems 5.

Die in Fig.4 dargestellte Anordnung zeigt in diesem Ausführungsbeispiel den Einsatz von zwei Schläuchen 24 und 25 gleicher Wandstärke s, jedoch unterschiedlicher Schlauchinnendurchmesser d_;, die im Kopfraum 20 eines Ventils eingelegt sind. Durch die Exzentrizität e werden bei der Drehung der Achse 21 die Exzenterscheiben 22 und 23 in der in Fig.3 gezeigten drehwinkelbezogenen und damit fördermengenbestimmenden Art und Weise Dewegt. Durch Veränderung des Exzenterscheibenzuordnungswinkels Δ, im Beispiel beträgt er 180°, kann die zeitliche Abfolge der Förderstromwechsel eingestellt werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zeigt in diesem Ausführungsbeispiel den Einsatz von zwei Pumpen, von denen die zur Förderung der Probe mit einem, die zur Förderung des Puffers mit zwei Schläuchen ausgerüstet ist. Aus dem Bioreaktor 8 wird die Probe über ein Grobfilter 9 und einen von zwei Membranfiltern 10 als Filtrat von einer Dosierpumpe 13 gezogen und einer Mischkammer 14 zugeführt. Eine Dosierpumpe 12 fördert überzwei Schläuche aus einem Vorratsgefäß Ii Pufferlösung zur Mischkammer 14. Die Schlauchinnenradien stehen im Verhältnis n, = 2r^undru = 4 r_i3, wobei r_i3 der Radius des Schlauches ist, der der Mischkammer 14 über die Dosierpumpe 13 des Meßmedium zuführt. Unter der Voraussetzung gleicher Schlauchlängen für alle drei Schläuche und vernachlässigbaren Unterschieden der Zähigkeit der Medien kann durch Öffnen und Schließen von Magnetventilen 18 und 19 und/oder durch Variation der Pumpfrequenzen und somit des Druckes in den Schläuchen das Mischungsverhältnis entsprechend der nachfolgenden Tabelle geändert werden:

Γι J

v(r_i3)

O O O O O

1 1 1 1 1 O O O O O O O

1/4	1/1024
1/2	1/512
1/1	1/256
2/1	1/128
4/1	1/64
1/4	1/64
1/2	1/32
1/1	1/16
2/1	1/8
4/1	1/4
4/0,5	1/2
4/0,25	1/1

r.j = 0 bedeutet: entsprechendes Magnetventil geschlossen

ν (η,) entspricht den Druckdifferenzen zwischen Anfang und Ende des jeweiligen Schlauches und somit der

Strömungsgeschwindigkeit Kombinationen der Verdünnungsverhältnisse durch Öffnen bzw. Schließen der entsprechenden Magnetventile 18 und 19 sind

ebenfalls möglich.

Nach Durchströmen der Mischkammer 14 wird die verdünnte Probe über ein Injektionsventil 15 einer Glukose-Enzymelektrode 16 zugeführt. Durch Beginnen der Messung mit dem größten Mischungsverhältnis Q = 1/1024 wird die Obergrenzo des Meßbereiches sicher unterschritten. Die Kenntnis der maximal notwendigen Verdünnung resultiert aus den Berechnungen und den Kenntnissen über Fermentationsyerfahren sowie über Meßbereiche von Glukoseelektroden. Die Steuerung des Systems erfolgt durch einen Steuer- und Überwachungsrechner 7, der es auch ermöglicht, über eine Konstantregelung des Meßsignals durch Einstellung eines entsprechenden Verdünnungsverhälinisses die Drehfrequenz der Dosierpumpen 12 und 13 als Meßsignal für den Fermentationsprozeß auszunutzen.

Claims (5)

1. Anordnung für die Nachführung der Verdünnung zur Erhaltung des Meßbereichs von Detektionssystemen unter Verwendung von Vorrichtungen zur Probenahme, zur Filtration von Proben, und mit einer Baugruppe zur Probenverdünnung, die eine Pumpanordnung und Schläuche zum Transport des Mediums sowie Mittels zur Änderung des Durchflußquerschnitts der Schläuche aufweist, sowie unter Verwendung eines Rechners, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schläuche gleicher Wandstärke, aber mit unterschiedlichem Innendurchmesser angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche im Kopfraum einer Schlauchpumpe angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schläuche im Kopfraum eines Ventils angeordnet sind und zur Querschnittsveränderung der Schläuche Kurvenelemente vorgesehen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit der Schlauchpumpe und die Stellung zugeordneter Ventile als Meßsignal verwendet wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Kurvenelemente als Meßsignal verwendet wird.