-
Die Erfindung bezieht sich auf eine
Fließinjektionsanalyse und insbesondere auf ein verbessertes
Fließinjektionsanalysesystem, das die Eigenschaft hat,
Analysen mit einer verbesserten Genauigkeit und
Wiederholbarkeit durchzuführen und für eine Steuerung
durch einen Computer programmierbar ist. Ein
besonderes Merkmal des Systems ist eine neue Pumpe zur
Probenvorbereitung, die nützlich für andere Anwendungen
als die Fließinjektionsanalyse ist, beispielsweise
für die Kalibrierung, Optimierung und
Detektorcharakterisierung als Teil eines Reaktorsysteins kleiner
Abmessungen.
-
Die Fließinjektionsanalyse (FIA) ist eine vielseitig
anwendbare Technik, die dem Analysierer zum
Durchführen von Analysen von Fluiden, insbesondere
Flüssigkeiten zur Verfügung steht. Im Kern umfaßt die
Technik das Mischen der Probe eines zu analysierenden
Fluids mit einem oder mehreren Reagenzien, die mit
der Probe in einem Träger reagieren, während diese
sich zu einem Detektor bewegen, der auf jedwede
Änderung, die durch die Reaktion induziert wird,
antwortet. Das System kann durchgeführt werden, indem eine
Probe in einen Trägerstrom eingespritzt wird, der das
(die) Reagenz(ien) (übliche FIA) enthält oder indem
das (die) Reagenz(ien) in den die Probe enthaltenden
Trägerstrom eingespritzt wird (inverse FIA). Das
System erlaubt eine genaue Kontrolle des Zeitraums
zwischen der Einspritzung der Probe oder des Reagenz und
dem Detektor, wodurch Reaktionsprodukte festgestellt
werden können, ohne auf einen zu erreichenden
konstanten Zustand zu warten, wodurch eine schnellen
Probenfeststellung (sampling) ermöglicht wird und zu
verwendende Reaktionen ermöglicht werden, die nicht
in dem erlaubten Zeitraum vor der Detektion in
Vollendung gehen. Ein typisches Instrument zum
Durchführen der FIA umfaßt eine Pumpe zum Pumpen des Trägers,
einen Probeninjektor, wahlweise eine Spirale zum
Vorsehen der notwendigen Verweilzeit für die Reaktion
und einen Detektor.
-
Bekannte Formen von Pumpen für diese Zwecke umfassen
peristaltische Pumpen und flaschenähnliche
Reservoirs, von denen Flüssigkeit durch Einführen von Gas
unter Druck aus einer Gasquelle über ein
Regulierventil verdrängt wird. Derartige Regulierventile sind
nicht besonders genau und tragen nicht zur
Kompensation der Änderung des Flüssigkeitskopfes bzw.
Spiegels in dem Reservoirs über den Flüssigkeitsauslaß
bei.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, daß verbesserte Resultate in FIA-Systemen
erreicht werden, indem ein gleichmäßigerer Fluidstrom
als derjenige, der mit bekannten Pumpen erreicht
wurde, vorgesehen wird. Das verbesserte
Fluidbehandlungssystem ist zuverlässig und kann (vorzugsweise
ist) noch zuverlässiger und genauer gemacht werden,
wenn es für die Verwendung mit einer
Computersteuerung ausgelegt ist, die einen flexibel
programmierbaren Apparat ergibt.
-
Die DE-A-21 44 240 offenbart eine Flüssigkeitspumpe
mit einem Reservoir, einem Auslaßrohr zum
Herausleiten von Flüssigkeit aus dem Reservoir und einem
Einlaßrohr zum Einführen von Gas in die Flüssigkeit in
dem Reservoir, um die Flüssigkeit daraus über das
Auslaßrohr zu verdrängen.
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine
Flüssigkeitspumpe vorgesehen mit einem Reservoir,
einem Auslaßrohr zum Herausleiten der Flüssigkeit aus
dem Reservoir und einem Einlaßrohr zum Einführen von
Gas in die Flüssigkeit in dem Reservoir, um daraus
Flüssigkeit über das Auslaßrohr zu verdrängen und ist
gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen eines
elektrischen Ausgangssignals, das in Abhängigkeit von dem
Druckkopf in der Flüssigkeitspumpe sich ändert und
durch Mittel zum Herstellen eines Vergleichs zwischen
dem Ausgangssignal und einem elektrischen
Referenzsignal und durch Mittel für die Verwendung des
Vergleichs zum Steuern der Gaszufuhr über das Einlaßrohr
in das Reservoir.
-
Das Gas kann in die Flüssigkeit bei einem konstanten
Pegel darin relativ zu dem Eingang des Auslaßrohrs
zugeführt werden und derart, daß ein konstanter Druck
bei diesem Pegel aufrechterhalten wird.
-
Das Gas kann über Umgebungsdruck eingeleitet werden
oder durch eine auf das Auslaßrohr aufgebrachte
Saugwirkung eingezogen werden. Der feste Pegel kann an
oder in der Nähe des Eingangs vorgesehen sein.
-
Auf diese Weise verbleibt der Druck in der aus der
Flasche ausgestoßenen Flüssigkeit konstant, wodurch
sichergestellt wird, daß der Flüssigkeitsstrom
konstant ist.
-
Das unter Druck stehende Gas kann in das Reservoir in
Form einer Folge von genau gesteuerten schnellen
Gasimpulsen eingeführt werden. Die Impulsdauer kann
abhängig von der gewünschten Durchflußmenge der
Flüssigkeit variabel sein; als Beispiel kann die
Impulsdauer 2 ms für eine niedrige
Flüssigkeitsdurchflußmenge und bis 20 ms für eine hohe
Flüssigkeitsdurchflußmenge betragen. Es sei bemerkt, daß diese Angabe
sich auf Standard FIA-Vorrichtungen beziehen und für
andere Abmessungen der Vorrichtung unterschiedlich
sein können. Die Impulswiederholfrequenz kann bis
ungefähr 200 Hz gesteuert werden, wird aber im
allgemeinen auf ein Maximum von ungefähr 20 Hz gesetzt,
um die Lebensdauer des Ventils aufrechtzuerhalten.
-
Die Impulsdauer und die Impulswiederholfrequenz
können gesteuert werden, wodurch eine Steuerung der
Lösungs/Reagenzdurchflußmengen und der Menge der
gelieferten Lösung/Reagenzien vorgesehen wird. Bei einer
Standardvorrichtung sind Durchflußmengen von bis
ungefähr 5 ml/Min typisch; höhere Durchflußmengen sind
unter Verwendung von Reservoirs, die für höhere
innere Drücke ausgelegt sind, möglich.
-
Der Druck des Gases am Ende des Gaseinlaßrohrs kann
abgetastet werden, wahlweise und vorzugsweise in
einer computergesteuerten Vorrichtung und kann mit
einem Referenzsignal (z.B. Computer erzeugt) verglichen
werden, das sich auf den atmosphärischen Druck
bezieht. Die Druckabtastung kann beispielsweise durch
einen piezoresistiven Differenzdrucksensor erfolgen.
Jede Differenz zwischen dem gemessenen Druck und dem
Referenzsignal wird zur Veränderung der
Gasdurchflußmenge verwendet, indem entweder die Impulsdauer oder
die Impulswiederholfrequenz oder beide geändert
werden, wobei diese Änderung durch Änderung der Zeiten
des Gaszufuhrventils durchgeführt wird. Bei
Verwendung dieser Drucksteuerungstechnik wird die
Druckdifferenz zwischen dem Treibergas und der Umgebung
aufrechterhalten unabhängig von Änderungen im
Umgebungsdruck (und gegebenenfalls Gasdruck) und/oder von der
Lösungs/Reagenzanfrage. Diese Konstanz in der
Druckdifferenz ist insbesondere wertvoll in den Fällen, in
denen ein Ventil hinter der Pumpe eingefügt wird, um
den Flüssigkeitsstrom zu stoppen oder zu schalten.
-
Wie oben bemerkt wurde, kann die Vorrichtung bei
hohen oder niedrigen Lösungs/Reagenzdurchflußmengen
betrieben werden. In dem Fall von niedrigen
Lösungs/Reagenzdurchflußmengen insbesondere kann in dem
System eine Gasentlüftung vorgesehen sein. Eine
Gasentlüftungsleitung kann mit dem Kopfraum verbunden
werden, um ein langsames Ausströmen von Gas aus dem
Kopf zu erlauben und eine bessere Steuerung des
Treibergasdrucks und somit der Flüssigkeitsdurchflußmenge
sicherzustellen.
-
Das System ist nicht auf eine einzige Proben- oder
Reagenzpumpe beschränkt und selbstverständlich können
mehrere Pumpen, die alle die vorher beschriebene
verbesserte Ausführung aufweisen, verwendet werden. Das
System weist daher die Fähigkeit auf, eine einzige
Probe mit einem oder mehreren Reagenzien, mehrere
Proben mit einem einzigen Reagenz oder mehrere als
eine Probe mit mehreren als einem Reagenz zu mischen.
-
Das verbesserte FIA-System nach der Erfindung bringt
eine Mehrzahl von Vorteilen in bezug auf Systeme nach
dem Stand der Technik, die vorher bekannte Pumpen
verwenden. Das System sieht eine impulslose
zitterfreie Zufuhr der Lösung/dem Reagenz bei einer
gleichmäßigen gesteuerten Durchflußmenge vor. Es
tritt keine Hysterese beim Starten/Stoppen des
Flüssigkeitsstroms stromabwärts der
Lösungs/Reagenzpumpe und ein unmittelbarer Start wird in
strömungsunterbrochenen Experimenten erreicht. Da das unter
Druck stehende Gas in den Lösungs/Reagenzkörper
eingeführt wird, dient es zum Austreiben oder Entgasen
der Lösung/dem Reagenz, wenn es zu dem Kopfraum
steigt, wodurch Luftblasen in der Lösung/dem Reagenz
vermieden werden. Für ein wirksames Austreiben
und/oder Entgasen der Flüssigkeit, wurde Helium mit guten
Resultaten verwendet. Das Pumpensystem und
selbstverständlich die gesamte Vorrichtung können aus
Materialien hergestellt sein, die von der Lösung/ und dem
Reagenz nicht angegriffen werden, so daß eine
Notwendigkeit für das Ersetzen von Verschleißteilen (wie
die Elastomerrohre der peristaltischen Pumpen)
vermieden wird.
-
Das System erlaubt eine aktive Feedback-Steuerung des
Druckkopfes in der Pumpe und eine hohe Toleranz in
Änderungen des Umgebungsdrucks und des
Treibergasdrucks. Das System kompensiert Änderungen im
Flüssigkeitsniveau
(Lösungs/Reagenz) in der Pumpe, wenn die
Lösung/das Reagenz verbraucht wird, wodurch die
Notwendigkeit zum Aufrechterhalten eines konstanten
Flüssigkeitsniveaus umgangen wird. Es besteht keine
Forderung nach Gasregulatoren hoher Qualität, obwohl
ein Niedrigdruckentlastungsventil gefolgt von einem
Kapillarbegrenzer in guten Qualitäten wegen der
Sicherheit vorzuziehen ist. Die Pumpe kann sehr
niedrige reproduzierbare und genaue
Lösungs/Reagenzdurchflußmengen liefern.
-
Der Detektor des FIA-Systems kann ein solcher sein,
wie sie üblicherweise in FIA-Vorrichtungen verwendet
werden, beispielsweise ein Spektrophotometer, ein
Flüssigkeitschromatograph, ein elektrochemischer
Sensor oder ein Atomspektroskop.
-
Die Flüssigkeitspumpe kann mit einem FIA-Netzwerk
oder Leitungssystem verwendet werden einschließlich
eines Probenabschnitts, der eine Leitungslänge
zwischen den Ventilvorrichtungen an seinen
entgegengesetzten Enden umfaßt, wobei die Ventilvorrichtungen
zuerst zum Ermöglichen des Auffüllens der Länge mit
der Probe und zweitens zu ihrem Ausstoßen in einen
Trägerstrom bedienbar sind.
-
Das FIA-Netzwerk kann eine Leitung zum Transportieren
eines Fluids über eine Ventilvorrichtung zum Mischen
mit einem durch eine andere Leitung fließenden Fluids
umfassen, wobei Mittel zum Öffnen und Schließen der
Ventilvorrichtungen wiederholt bei hohen Frequenzen
vorgesehen sind, um eine schnelle und intensive
Mischung der zwei Fluide zu gewährleisten.
-
Die Erfindung wird nur beispielhaft unter Bezugnahme
auf die folgenden Zeichnungen dargestellt, in denen:
-
Fig. 1 eine Lösungs/Reagenzpumpe zeigt,
-
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
Steuerkreises für die Pumpe nach Fig.
1 zeigt,
-
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
FIA-Netzwerks ist, in dem jedes
Element des Systems von einem Computer
gesteuert wird,
-
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines
Systems eines Dreiwegeventils in einem
Beispiel einer Probenanordnung ist,
-
Fig. 5 eine Druckreduziereinheit zeigt, die
für das Saugen von Fluiden durch das
Leitungssystem nach Fig. 3 geeignet
ist,
-
Fig. 6 drei Mischerarten zeigt, die in dem
Leitungssystem nach Fig. 3 verwendet
werden können, und
-
Fig. 7 die Pumpe nach Fig. 1 zeigt, die mit
verschiedenen Sicherheitsmerkmalen
versehen ist.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt eine Pumpe 1 zum
Liefern einer Flüssigkeit 2 (beispielsweise eines
Lösungsmittels oder eines Reagenz) in einen
Trägerstrom ein Reservoir in Form einer Flasche, die mit
einer Schraubkappe 4 ausgerüstet ist, durch die die
Röhrchen oder Rohre 5, 6 hindurchgehen. Das Rohr 5
sieht einen Einlaß für ein Gas und das Rohr 6 einen
Auslaß für die Flüssigkeit 2 vor. Beide Rohre 5, 6
weisen eine Öffnung nahe des Bodens der Flasche 3 auf
und beide offenen Enden liegen auf dem gleichen
Niveau unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit.
-
Obwohl bei der Pumpe nach Fig. 1 das Gaseinlaßrohr 5
und das Flüssigkeitsauslaßrohr 6 sich auf demselben
Niveau in der Flüssigkeit öffnen, sei darauf
hingewiesen, daß das nur ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel ist und daß die Öffnungen der Rohre auf
unterschiedlichen Niveaus in der Flüssigkeit vorhanden
sein können unter der Voraussetzung, daß der
Niveauunterschied konstant bleibt.
-
Ein Kapillarrohr 7 durchgreift gleichfalls die
Schraubkappe 4 und ist mit einem Kapillarrohr 10
verbunden (das spiralförmig gezeigt ist, aber nicht
notwendigerweise spiralförmig sein muß), das an seinem
freien Ende offen ist, um eine Entlüftungsleitung für
das Gas in dem Kopfraum vorzusehen.
-
Das Gaseinlaßrohr 5 weist einen Seitenarm auf, der es
mit einem Drucksensor 8 verbindet, wobei der
Drucksensor 8 mit einem Anschluß 9 für die Verwendung des
Sensors mit einem Pumpensteuerkreis verdrahtet ist.
Das Gaseinlaßrohr 5 ist mit einem Anschlußstück 11
zum Verbinden des Rohrs mit einem
Treibergas-Steuerventil (wahlweise computergesteuert) versehen. Das
Flüssigkeitsauslaßrohr6 weist einen Anschluß 12 für
seine Verbindung über ein Ventil (wahlweise
computergesteuert) mit einer FIA-Leitung auf.
-
Fig. 2 zeigt schematisch einen Steuerkreis für den
Einlaß von Treibgas in die Pumpe. Das Signal vom
Drucksensor 8 (vorzugsweise auf den atmosphärischen
Druck bezugnehmend) wird bei 13 verstärkt und
zusammen mit einem bei 16 verstärkten
Referenzspannungssignal von 15 an einen Differenzverstärker 14
geliefert. Es sei darauf hingewiesen, daß verschiedene
elektronische Ausbildungen verwendet werden, um die
Stabilität des Referenzsignals zu verbessern. In dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird das verstärkte
Signal von 14 über einen Komparator 17 an einen
digitalen Impulsgenerator18 geliefert, indem es zusammen
mit einem weiteren Signal (wahlweise
computererzeugt) von 19 die Frequenz und die Dauer der
Impulserzeugung in Übereinstimmung mit der Forderung
der Steuerung des Gaseinlaßdrucks steuert.
Beispielsweise kann ein computererzeugtes Signal nicht nur die
Impulsdauer steuern, sondern kann auch einen
Spannungseinstellpunkt festlegen, mit dem der
Druckwandler durch 17 verglichen wird, um den verlangten Druck
des Einlaßgases zu definieren. In dieser Weise
gesteuert, liefert das Signal vom Impulsgenerator 18
an einen Ventiltreiber 20 eine im Signal enthaltene
Information hinsichtlich der Impulsdauer und der
Impulswiederholung, die zur Aufrechterhaltung oder zum
Herstellen eines gewünschten Zustandes in der Pumpe
benötigt werden.
-
Ein FIA-Netzwerk, das Pumpen nach Fig. 1 aufweist,
ist in Fig. 3 dargestellt, bei der 21a, 21b, 21c und
21d Lösungs/Reagenzpumpen sind, 22a, 22b und 22c sind
Mischer, zum Beispiel Dreiwegeventile und 23 ist ein
Probensystem (wird unter Bezugnahme auf Fig. 4
beschrieben). Ein Detektor 24, beispielsweise ein
Spektrophotometer, ist mit dem Netzwerk verbunden. Wie
offensichtlich ist, ermöglicht das Netzwerk, daß jede
beliebige Anzahl von Lösungs/Reagenzflüssigkeiten in
jeder gewünschten Proportion mit einer Probe oder
Proben im Prinzip gemischt werden kann. Jede der
Lösungs/Reagenzpumpen ist wie oben beschrieben
ausgebildet und gesteuert, um eine genaue
Flüssigkeitsmenge zu liefern.
-
Das Probensystem 23 wird schematisch in Fig. 4
gezeigt und besteht aus fünf miteinander verbundenen
Dreiwegeventilen 25 bis 29. Ventil 25 ist durch die
Leitung 31 mit einer Quelle einer Waschflüssigkeit
und über die Leitung 32 mit einer Quelle einer Probe
des zu analysierenden Materials verbunden. Das Ventil
25 ist schaltbar, um entweder die Waschflüssigkeit
oder die Probe an ein zweites Ventil 26 zu liefern,
das wiederum ein Dreiwegeventil ist. Das Ventil 26
ermöglicht, daß die Waschflüssigkeit direkt zu einem
Abwassersammelbehälter in Richtung des Pfeils 33
geliefert wird oder daß die Probe zum Netzwerksystem in
Richtung des Pfeils 34 geliefert wird. Das
Dreiwegeventil 27 schaltet entweder die von dem Ventil 26
empfangene Probe oder einen (Träger)strom von Leitung
37 auf das Ventil 28. In dem Ventil 28 kann die Probe
so geschaltet werden, daß sie entweder in die
Abwasserleitung (Pfeil 35) oder zu dem Detektor (Pfeil
36 - über das Ventil 29 und die Mischer 22b, 22c
(Fig. 3)) gelangt. Das Ventil 29 vervollständigt das
Probensystem und ermöglicht, daß ein (Träger)strom
von (über die Mischer 22b und 22c) gelangt, oder daß
der (Träger)strom direkt in die Probenleitung über
das Ventil 27 geschaltet wird.
-
Die Betriebsweise des Probensystems ist wie folgt.
Für ein unterbrochenes Abtasten, d.h., wenn der Strom
der Flüssigkeit zu dem Detektor intermittierend ist,
werden die Ventile 25, 26 in der Weise betrieben, daß
die Probe zur Leitung 34 fließt und die Ventile 27
und 28 lassen eine Strömung zur Leitung 35 zu. Das
Ventil 29 verhindert einen Strom des Trägers zu dem
Detektor. In dieser Anordnung geht die Probe über die
Ventile 25, 26, 27 und 28 zu dem Abwasser und der
Strom der Trägerflüssigkeit wird abgeschaltet. Das
Ventil 28 wird betrieben, damit die Probe zum Ventil
29 und zu der Detektorleitung gelangt und zur
gleichen Zeit wird das Ventil 27 betätigt, um den
Probenstrom von der Leitung 34 zu stoppen und einen
(Träger)strom von der Leitung 37 durchzulassen, so daß
der Träger die zwischen dem Ventil 27 und dem Ventil
28 vorhandene Probe über das Ventil 29 zu der
Detektorleitung treibt. Somit können Probenmengen dem
Detektor zugeführt werden.
-
Für eine Abtastung oder Feststellung eines
kontinuierlichen Stroms, d.h., wenn ein kontinuierlicher
Flüssigkeitsstrom zu dem Detektor gelangt, fließt die
Probe über die Ventile 25, 26, 27 und 28 zum
Abwasser, während der Trägerstrom durch das Ventil 29 zu
der Detektorleitung fließt. Wenn zur gleichen Zeit
die Ventile 27, 28 und 29 geschaltet werden, dann
wird der Probenstrom von der Leitung 34 abgeschaltet
und eine Probenmenge (d.h. diejenige, die sich
zwischen Ventil 27 und Ventil 28 befindet), wird durch
die Trägerflüssigkeit durch den Detektor getrieben.
Es tritt daher ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom
durch die Detektorleitung auf, während, wie
gewünscht, die Probenmengen mitgenommen werden.
-
Um das System von der Probe zu reinigen, können die
Ventile 25 und 26 betätigt werden, um die Probe
direkt zu dem Abwasser zu leiten, während die Ventile
27 und 28 erlauben, daß die Trägerflüssigkeit
entweder zum Abwasser oder zu der Detektorleitung gelangt.
-
Um das Probensystem auszuwaschen, werden die Ventile
25, 26, 27 und 28 betätigt, um Waschflüssigkeit durch
die Leitungen zwischen den Ventilen 26, 27 und 28 zum
Abwasser oder über das Ventil 29 zu dem Detektor
durchzulassen.
-
Es sei bemerkt, daß verschiedene
Ventiländerungssequenzen zum Durchführen der verschiedenen
Betriebsfunktionen in dem Computer programmiert werden
können, so daß ein vorbestimmtes Programm von Analysen
automatisch durchgeführt werden kann.
-
In dem Leitungssystem bzw. Netzwerksystem, das unter
Bezugnahme auf die Fign. 3 und 4 beschrieben wurde,
werden die Flüssigkeiten (Wasch-, Proben-, Träger-
oder Reagenzflüssigkeiten) unter positivem
Treibergasdruck angetrieben, aber es sei bemerkte, daß an
dessen Stelle die Flüssigkeiten durch das System
durch reduzierten Druck gezogen werden könnten. Ein
System der zuletzt beschriebenen Art kann
beispielsweise ein Leitungssystem wie in Fig. 3 gezeigt
umfassen, das eine Druckreduziereinheit, die nach dem
Detektor 24 angeschlossen ist, aufweist, wobei eine
geeignete Druckreduziereinheit in Fig. 5 dargestellt
ist.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 umfaßt die
Druckreduktionseinheit oder Unterdrucksteuereinheit 38 ein
Druckgefäß 39, in das Abwasserflüssigkeit von dem
Detektor 24 über die Leitung 40 in eine konstante
Flüssigkeitssäule 41 gesaugt wird. Eine Leitung 42
verbindet das Gefäß 39 mit einer Ejektorvorrichtung
43, in der der Gas- oder Flüssigkeitsstrom über den
Einlaß 44 und den Auslaß 45 (zum Abwasser
beispielsweise) eine Saugwirkung auf die Leitung 42 erzeugt
und Flüssigkeit aus dem Gefäß 39 zieht. Der dadurch
in dem Gefäß 39 erzeugte verringerte Druck zieht
dadurch Flüssigkeit aus dem Detektor über die Leitung
40 und zieht tatsächlich Flüssigkeit durch das
gesamte Leitungssystem. Die Größe des so erzeugten
reduzierten Drucks wird dadurch gesteuert, daß eine
gesteuertes Einströmen von Gas, zum Beispiel
Umgebungsluft, in das Gefäß 39 über eine Leitung 46 und ein
Steuerventil 47, beispielsweise ein Dreiwegeventil
des fail-to-open-Typs zugelassen wird. Das Ventil 47
wird in der gleichen Weise gesteuert, wie zuvor für
die Treibgasventile mit positivem Druck der Pumpe
nach Fig. 1 beschrieben wurde. Eine
Drucksensor/Steuereinheit 48 überwacht den reduzierten Druck relativ
zu dem der Gasquelle (Umgebung) und läßt Gasimpulse
in das Gefäß 39 unter Verwendung eines Steuerkreises
ähnlich zu dem nach Fig. 2.
-
Wie beschrieben wurde, kann die Unterdruckeinheit in
dem Leitungssystem nach Fig. 3 nach dem Detektor 24
angeordnet sein, um Flüssigkeiten durch dieses
Netzwerk zu ziehen anstelle Flüssigkeiten unter
Verwendung von unter Druck stehenden Gasquellen
hindurchzutreiben. In alternativer Weise kann die
Unterdruckeinheit vorteilhafterweise dem Leitungssystem
hinzugefügt werden, um die Treibmöglichkeiten unter
positivem Druck zu unterstützen und nicht zu ersetzen.
Auf diese Weise kann eine größere Druckdifferenz über
das Leitungssystem vorgesehen werden, ohne daß die
Druckbemessung der unter Druck stehenden Gefäße
überschritten werden. Dadurch kann beispielsweise ein
schnellerer Durchgang von Flüssigkeiten erzielt
werden und das System ist besser ausgerüstet, um viskose
Flüssigkeiten zu behandeln, die als Proben und/oder
Reagenzien in Frage kommen könnten.
-
Es sei bemerkt, daß in dem mit einer
Unterdruckeinheit ausgerüsteten Netzwerk die Proben und/oder
Reagenzpumpen einfachere Vorrichtungen sein können, die
nach dem Mariot-Prinzip arbeiten. Es sei auch darauf
hingewiesen, daß in dem Durchsaugsystem keine
Notwendigkeit für eine unter Druck stehende Gasquelle
besteht; dieses macht das System beispielsweise für den
Transport für Feldversuche interessanter.
-
Das Leitungs- oder Netzwerksystem, das in Fig. 3
gezeigt wird und unter deren Bezugnahme beschrieben
wurde, umfaßt Mischer 22a, 22b und 22c und es können
drei Mischerarten verwendet werden, die in den Fign.
6a, 6b und 6c dargestellt sind. In Fig. 6 entspricht
das mit 1 bezeichnete Element eine Pumpe, wie sie im
wesentlichen in Fig. 1 dargestellt wurde.
-
Die Vorrichtung nach Fig. 6a dient zur
kontinuierlichen Zulieferung einer Flüssigkeit (von der Pumpe) in
einen anderen Flüssigkeitsstrom. Somit kann unter
Bezugnahme auf Fig. 3 jeder Mischer 22a, 22b und 22c
diese Ausbildung aufweisen. Wenn es gewünscht ist,
können weitere Mischer vorgesehen werden, wie durch
die gestrichelten Linien in der Zeichnung gezeigt
wird.
-
Fig. 6b zeigt einen Mischer mit einem Zweiwegeventil,
das eine intermittierende Hinzufügung einer
Flüssigkeit (von der Pumpe) in einen anderen
Flüssigkeitsstrom erlaubt. Eine impulsfreie Zufuhr der
Flüssigkeit
von der Pumpe und der wiederholte Betrieb bei
hoher Frequenz (typischerweise 1 Hz bis 100 Hz) des
Zweiwege-Verhältnisventils gewährleistet eine
wirksame Mischung von zwei Flüssigkeitsströmen. Das Ventil
kann mit jedem beliebigen Impuls-Tastverhältnis
betrieben werden. Wahlweise können zusätzliche Mischer
vorgesehen werden, wie durch die gestrichelten Linien
in der Zeichnung gezeigt wird.
-
Das Verhältnisventil ist vorzugsweise ein
Dreiwegeventil mit niedrigem Totvolumen, wie in der Fig. 6c
gezeigt wird. Wahlweise kann ein zusätzlicher Mischer
vorgesehen werden, wie durch die gestrichelten Linien
in der Zeichnung gezeigt wird.
-
In der Anordnung nach Fig. 6a wird das
Flüssigkeitsmischverhältnis allein durch die relativen Drücke der
zu mischenden Flüssigkeitsströme bestimmt. In den
Anordnungen nach den Fig. 6b und 6c führt das Ventil
allerdings eine weitere Steuerung über das
Mischverhältnis ein, da in diesem Fall das Ventil-Timing (die
Ventilzeitbestimmung) ebenso wie der
Flüssigkeitsdruck die Zufuhr der Flüssigkeit beeinflußt.
-
Unabhängig von der Art der verwendeten
Mischvorrichtung wird es vorgezogen, daß die Mischoperation bei
jedem Punkt in dem Leitungssystem durch einen
Computer gesteuert werden kann, um ein genaues und
wiederholbares Mischen der Flüssigkeitsströme
sicherzustellen, selbst wenn Probenvorgänge unternommen werden.
-
Einige Sicherheitsmerkmale, die in eine Pumpe und ihr
Steuersystem eingebaut werden sollten, sind in Fig. 7
dargestellt. Wie in dieser Figur gezeigt wird, wird
das System durch Einfügen eines zusätzlichen
Drucksensors
und eines Druckentlastungsventils
modifiziert. Das Gaseinlaßrohr 5 ist mit einem
Gaseinlaßventil 48 verbunden, vor dem ein Seitenarm zu einem
Drucksensor 49 vorgesehen ist. Das Signal 50 vom
Drucksensor 49 wird mit dem Signal vom Drucksensor 8
verglichen. Der am Sensor 49 erfaßte Druck sollte
immer größer sein als derjenige des Drucksensors 8.
Das Gasentlüftungsrohr 7 wird über ein
Entlastungsventil 51 mit einer Abluftleitung verbunden.
-
Diese Merkmale sind realisiert worden, um mit
Situationen fertig zu werden, bei denen ein Fehler in der
Gaszufuhr auftritt, da sonst Schäden aufgrund des
Absaugens der Flüssigkeit von der Pumpe zurück zu dem
Drucksensor 8 oder selbst in das Gaszufuhrventil 48
und die Gasquelle auftreten könnten. In dem
modifizierten System nach Fig. 7 überschreitet im Falle
eines Fehlers der Gaszufuhr oder des unabsichtlichen
Abschaltens derselben der Gasdruck in dem Kopfraum
der Pumpe den der Gaszufuhr über das Ventil 48. Der
Drucksensor 49 mißt den Druck der Gaszufuhr zu dem
Ventil 48 und vergleicht ihn mit dem durch den Sensor
8 gemessenen Druck im Kopfraum. Ein geeigneter
elektronischer Kreis steuert das Entlastungsventil 51
derart, daß es öffnet, wodurch der Kopfraum in der
Pumpe entlüftet wird. Das System kann so eingestellt
werden, daß ein weiterer Betrieb der Pumpe angehalten
wird, bis der Fehler korrigiert wird und das Ventil
51 zurückgesetzt wird. Im Falle eines
Versorgungsfehlers wird das Gaszufuhrventil 48 geschlossen, um die
Gasquelle abzuschalten und das Ventil 51 wird
geöffnet, um den Pumpenkopfraum zu entlüften.
-
Andere nicht dargestellte Sicherheitsmerkmale, die
wünschenswert sind, sind ein Druckentlastungsventil
(etwa 10 psig - 68 kPa) in der Gaszufuhrleitung und
ein Kapillarbegrenzer in der Gaszufuhrleitung. Auch
ist es vorzuziehen, einen Pumpenkörper, zum Beispiel
eine kunststoffbeschichtete Glasflasche oder eine
Kunststoffflasche zu verwenden, der so ausgebildet
ist, daß er einen sehr viel größeren inneren Druck
aushalten kann als derjenige, der bei einer normalen
Verwendung der Pumpe mit Wahrscheinlichkeit auftreten
könnte.