Vorrichtung zum Einleiten genau bestimmbarer Mengen von Flüssigkeiten oder Gasen in mindestens zwei unterschiedliche Leitungen
In der Laboartoriumstechnik, insbesondere bei modernen automatisierten analytischen Apparaten ergibt sich otlt die Notwendigkeit, aus zwei oder mehreren, in der Regel käpitlaren Leitungen fortlaufend flüssige oder gasförmige Medien in genau gleichen, periodischen oder programmässig sich wiederholenden Mengen abzusaugen oder diese in zwei oder mehrere Leitungen, die beispielsweise zu chromatographischen Kolonnen führen, einzudrücken.
Bei sehr empfindlichen Durchflussanalysatoren müssen fortlaufend von bestimmten Stellen der Appa natur, zum Beispiel aus Ider photometrischen Küvette und aus dem Abscheider, genaue Mengen einer Flüssig- keit und eines Gases abgesaugt werden, welches Gas vorher in einzelnen Dosen so in die kapillare Leitung eingedrückt wurde, dass sich Biasenkolben bilden, die den Flüssigkeitsstrom in der kapillaren Leitung in voneinander getrennte Abschnitte teilen, um die Ver inischung der Flüssigkeit zwischen den einzelnen Abschnitten während des Durchleitens der Flüssigkeit durch eine längere Leitung, zum Beispiel durch einen kapillaren Reaktor, zu verringern.
Es sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, bei denen für diesen Zweck zwei oder mehrere Pumpen verwendet werden. Als Pumpen werden einfache Schlauch pumpen verwendete die jedoch nur mit beschränkter Genauigkeit arbeiten. Diese Genauigkeit ist durch die Elastizität des Arbeitsraums bedingt, hängt also einmal vom veränderlichen. Druck ab und zum anderen davon, dass die in den Flüssigkeitsstrom der Leitung eingedrückten Gasblasen durch das Unterbrechen eines mehr oder weniger gleichmässigen Gasstroms und Idas Eindrücken der so gebildeten Gasblasen in den mehr oder weniger gleichmässigen Flüssigkeitsstrom erzeugt werden.
Um die oben beschriebene Funktion mit der für hocheffektive moderne Analysatoren notwendigen Ge nanigkeit auszuführen, müssen anstelle, der bisher verwendeten Schlauchpumpen Kolbenpumpen verwendet werden. Bei Kolbenpumpen können die einzelnen Parameter sowohl hinsichtlich der geförderten Flüssigkeit, wie auch hinsichtlich der Dauer der förderung, wesentlich besser bestimmt werden.
Die Vorrichtung zum Einleiten genau bestimmbarer Mengen von Flüssigkeiten oder Gasen in mindestens zwei unterschiedliche Leitungen nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen, einen verschiebbaren Kolben aufweisenden Arbeitsraum, und einen, ein drehbar angeordnetes Küken enthaltenden Verteilerhahn, welcher Hahn mindestens eine Austrittsleitung und eine Absaugleitung, und eine Abführleitung und einen mit dem Arbeitsraum in Verbindung stehenden Kanal aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung weist wider Venteilerhahn mehrere, über den Umfang des Kükens verteilte Austrittsleitungen auf, und das Küken für den Anschluss aller Austrittsleitungen an den Kanal ist mit einer Umfangsnut oder mit einer Bohrung versehen.
Auf diese Weise ist es möglich, zwei oder mehrere Leitungen abwechselnd an den gleichen Arbeitsraum, der einen programmässig bewegten Kolben aufweist, anzuschliessen und während der Zeitabstände, während denen der Kolben in Ruhe ist, die Verbindung des Arbeitsraums mit den einzelnen Leitungen auszuXühren.
Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figuren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung einer Ausfnhrungsform der Vorrichtung nach Ider Er findung; Eg. 2 und 4 zeigen schematisch andere Ausfüh- rungsformen des zu der Vorrichtung gehörenden Hahns;
Fig. 5 zeigt schematisch nochmals eine andere Aus- führungsform des zu der Vorrichtung gehörenden Hahns.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein Medium in Fortn von aufeinanderfolgenden Abschnitten einer gemessenen Flüssigkeit und eines Trennmediums durch die Eintrittsleitung 3 in den Arbeitsraum 1 der Küvette 2 geführt. Die von dem blasenförmigen Trenn medium befreite Flüssigkeit filiesst dann durch den Ar beitsraum 1 der Küvette 2, während die Blasen im Ab ascheideraum 4 abgeschieden werden. Durch die Leitung
5 wird dann Ibei jedem Arbeitszyklus aus dem Ab scheideraum 4 ein Volumen, das um wenig grösser als das Volumen einer auf einen Arbeitszyklus entfallenden
Blase ist, abgesaugt.
Durch die Leitung 6 wird aus dem
Arbeitsraum 1 die abgemessene Flüssigkeit abgesaugt.
EDas Absaugen der genau programmierten Volumina der
Medien durch die Leitungen 5 und 6 geschieht durch eine Kolbenpumpe.
Der Arbeitsraum 7 im Zylinder 8 über dem Kolben
9 der Kolbenpumpe kann mit Hilfe des Verbindungs kanals 12, der zur höchsten Stelle des Arbeitsraumes 7 führt, und quer durch das Küken 10 gebohrter Kanäle mit der Leitung 5 oder der Leitung 6 oder der Austritts leitung 11 verbunden werden. Die Kanäle im Küken 10 des Hahns sind um 90 bzw. 45 gegeneinander geneigt.
Das Ansaugen aus der mit dem Arbeitsraum 7 verbun denen Leitung 5 wird durch die Bewegung des Kolbens
9 in der Richtung nach unten bewirkt. Nach Beendigung dieser Bewegung wird das Küken 10 des Hahns um 45 nach rechts gedreht, wodurch der Kanal 6 an den Ar beitsraum angeschlossen und bei der nachfolgenden Ble- wegung des Kolbens 9 wiederum in der Richtung nach unten abgesaugt wird. Nach dem Stillstand des Kolbens wird das Küken 10 des Hahns um 1350 nach links ge dreht, das heisst in leine Lage, die gegen die gezeigte
Lage um 90 nach rechts verschoben ilst, wodurch die Druckleitung 11 mit dem Arbeitsraum 7 verbunden -wird.
Bei der folgenden Bewegung des Kolbens 9 in der
Richtung nach oben wird dann die ganze Vorrichtung wieder in die in der Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung gebracht.
Die in der Abbildung 2 gezeigte Variante des Kükens 10 weist anstelle von zwei oder evtl. mehreren ra dialen Kanälen nur einen radialen Kanal auf, der mit einer Umfangsrille 13 in Verbindung steht.
In ähnlicher Weise können abwechselnd mehr als zwei Saugleitungen oder mehr als zwei Druckleitungen, zum Beispiel drei, viler oder mehr angeschlossen sein, wie es beispielsweise in der Abbildung 3 gezeigt ist. Im Prinzip kann jeder Kanal ein Saug- oder Druckkanal sein, je nachdem, in welcher Richtung der Kolben wäh rend der Zeit, während der irgendeiner der Umfangskanäle durch das Küken 10 mit dem Kanal 12 verbunden ist, bewegt wird.
Aus der Fig. 3 ist die Winkelverteilung der Kanäle bzw. die Bogenlänge der Umfangsrille 13, ebenso wie die Winkelverteilung der Zuleitungen im Hahn für den Fall zu ersehen, dass der Kanal 12, der zu dem über dem Kolben 9 befindlichen Raum 7 führt, nacheinander mit dem Kanal 6 und den drei Kanälen lla, llb, llc verbunden wird.
Wenn der Winkel zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Kanälen lla, 11b und llc im äusseren Körper des Hahns mit a bezeichnet wird und # der minimale Ablenkwinkel für eine dichte Abtrennung der Öffnung des Kanals im äusseren Körper des Hahns gegenüber dem Kanal im Küken 10 ist, ohne dass dabei die Öffnung der Kanäle im Küken 10 in eine Zwischenstellung übergeht, so gilt die Beziehung (I), in der n die Zahl der Winkelschritte ist, die mit dem Küken 10 zum fortschreitenden Einschalten der Kanale 11a, 11b, 11c mit dem Kanal 12 ausgeführt werden müssen,
wobei die Gesamtzahl der Kanäle für das Saugen oder Drücken k = n t 2 ist: 4n α + 3 # = 360 (I) woraus sich für den Fall, dass # = a ist,
90 90 α = α = n = 4/3 k + 5/4 ergibt.
-IDabei darf der Umfangswinkel der Öffnung des Kanals sowohl im äusseren Körper des Hahns, als auch im Küken 10 selbst, nur so gross gewahlt sein, dass genug Sicherheit zum Überdecken bleibt, und bei der Bewegung des Kükens in keinem Augenblick zwei benach barte Kanäle miteinander verbunden werden könneii, und in jedem Fall eine genügende Überdeckung für eine ausreichende Abdichtung beim Durchlauf unter erhöhten Drücken verbleibt.
Die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung ist nicht nur auf das in den Beispielen beschriebene Verfahren beschränkt, sondern kann auch auf abgeänderte Verfahren, bei denen jeder Kanal sowohl als Saug- wie auch als Druckkanal verwendet werden kann, je nach dem ob bei seiner Verbindung mit dem Kanal 12 eine Verkleinerung oder Vergrösserung des Raumes 7 über dem Kolben 9 eintritt, erweitert wenden.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des Hahns unterscheidet sich von Idem Hahn nach Fig. 3 darin, dass der Kanal 6 entfällt und seine Funktion von einem Kanal auf der rechten Seite der Abbildung übernommen wird. Dabei wird wie im vorhergehenden Fall vorausgesetzt, dass die Kanäle wie auch die Umfangsrille im Küken 10 sowie die Kanäle in dem Idas Küken umschliessenden Körper in einer Ebene angeordnet sind.
Für die Ausführungsform des Hahns nach der Fig. 4 gilt allerdings, dass die Zahl der Kanäle k = n + 1 ist.
Weiter gilt die Beziehung II:
3 (k-1) ss + 28 < 3600 (1)
3 mss + 2 # < 3600 bzw. für a =
120 120 ss = oder ss = m + 2/3 k - 1/3
In Fig. 4 ist weiter gezeigt, dass der Kanal im Küken
10 des Hahns nicht in die äusserste Stelle der Umfangsrille 13 einmünden muss, sondern an irgendeiner belie teigen Stelle einmünden kann. tEs ist aber auch möglich, bei seinem Hahn entsprechend der Fig. 5 den Kanal 6 in einer anderen als der Bbene des Kanals 12 resp; der Kanäle 11a, 11b, 11c anzuordnen, wobei die Verbindung mit diesem aus der Grund ;
ebene verschobenen Kanal 6 durch einen zusätz- lichen Kanal erreicht wird, dessen Öffnungen in beiden angeführten Ebenen liegen. Bei dieser Ausführungsform kann der Kanal 15 in einer praktisch beliebigen Winkelorientierung gegen die übrigen Kanäle angeordnet sein, wobei die Lage des Kanals 15 jedoch so gewählt sein muss, dass in Ider Stellung, wo-der Schieber keinen der Kanäle 11a, 11b, 11c mit Hilfe des Kanals 15 verbin det, der Kanal 6 in Verbindung mit dem Kanal 12 gebracht wird.
Für einen Hahn gemäss Fig. 5, für den K = p + 2 ist, gilt die Gleichung III:
3 (k-2) + 3 = 360 (III)
3 p + 3 = 360
120 120 und für # = γ p # oder γ # p + 1 k - 1
Die tolgende Tabelle zeigt einen Vergleich der maximalen Werte der Winkel α, ss γ zwischen den benachbarten Kanälen für die oben diskutierten drie Gleichungen I, II, III unter der Voraussetzung, dass der ganze Umfang des Kükens genützt wird und der Winkel d = a bzw. ss bzw. γ ist. k II m fl a m ss p y
2 0 120 1 72 0 120
3 1 51,3 2 45 1 60
4 2 32,7 3 32,7 2 40
5 3 24,0 4 25,7 3 30
6 4 18,9 3 21,2 4 24