DE102019130235A1

DE102019130235A1 - Verfahren und System zum Herstellen einer Lösung

Info

Publication number: DE102019130235A1
Application number: DE102019130235.8A
Authority: DE
Inventors: Anja Gerlinger; Ulrich Kathe; Daniel Schweitzer
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-06-25
Also published as: US20200200653A1; DE102019130236A1; CN111346527B; CN111346527A; US11747240B2; CN111346562A; CN111346562B; US20200200654A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kapsel (1) zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend:eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung (4),mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene Substanz (2), undmindestens einen Rührkörper (3).Die Erfindung betrifft auch ein System (1) zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend:mindestens eine Kapsel (1)und einen, insbesondere flüssigkeitsdicht verschlossenen, Flüssigkeitsbehälter (5), der ein vorgegebenes Volumen einer ein Lösungsmittel enthaltenden Flüssigkeit (7) enthält,wobei die Wandung (4) der Kapsel (1) aus einem Material gebildet ist, das sich in dem Lösungsmittel mindestens teilweise auflöst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Herstellen einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät, das der Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße dient. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung eines solchen Messgeräts.
Aufgabe der Analysemesstechnik im Labor und im Bereich der Prozessmesstechnik ist die qualitative und/oder quantitative Bestimmung von Inhaltsstoffen in Messmedien, z.B. in Messflüssigkeiten. Hierzu werden verschiedenste Messgeräte zur Messung einer Vielzahl unterschiedlicher Parameter eingesetzt. Im Bereich der Flüssigkeitsanalyse kommen beispielsweise potentiometrische Sensoren, wie pH-Messketten oder lonenselektive Elektroden, amperometrische Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, optochemische Sensoren, Photometer, Spektrometer und Analysatoren zur Anwendung. Manche Messgeräte bestimmen quantitativ eine Konzentration eines einzelnen Stoffes, z.B. eine lonenkonzentration, den pH-Wert, die Konzentration eines gelösten Gases oder die Konzentration von bestimmten chemischen Verbindungen. Andere Messgeräte dienen dazu, Summenparameter zu bestimmen, in die die Konzentration mehrerer unterschiedlicher Substanzen eingeht, z.B. der gesamte organische Kohlenstoff (TOC), der Gesamtsauerstoffbedarf (CSB bzw. COD), der Gesamtstickstoff (TN), der Gesamtphosphor (TP), die Leitfähigkeit oder der Spektrale Absorptionskoeffizient (SAK).
Manche Messgeräte für die Flüssigkeitsanalyse benötigen im Messbetrieb Lösungen, die zur Messung der Messgröße in Proben unbekannter Zusammensetzung und/oder zur Kalibrierung, Verifizierung oder Justierung des Messgeräts verwendet werden.
Ein Beispiel für solche Lösungen sind Reagenzlösungen, die zur Durchführung einer chemischen Reaktion mit dem Analyten in einer Probe vor Erfassung eines Messwerts dienen. Solche Reagenzlösungen kommen beispielsweise in automatischen Analysatoren zum Einsatz. Analysatoren werden z.B. zur Messung der Konzentration eines Analyten oder eines durch mehrere Analyte bestimmten Summenparameters verwendet. Analysatoren sind häufig dazu ausgestaltet, zu einer Probe eine oder mehrere Reagenzlösungen zuzugeben. Die in den Reagenzlösungen enthaltenen Stoffe gehen mit dem oder den Analyten eine chemische Reaktion ein, deren Reaktionsprodukt mittels eines Messverfahrens detektierbar ist. Häufig ist der Analysator dazu eingerichtet, das Reaktionsprodukt optisch, z.B. photometrisch oder spektrometrisch, zu detektieren und ein Messsignal zu erzeugen, das mit der Menge des erzeugten Reaktionsprodukts korreliert. Anhand dieses Messsignals lässt sich die Konzentration des Analyten bzw. der Wert des Summenparameters in der ursprünglichen Probe ermitteln. Entsprechende Analysatoren sind beispielsweise aus DE 10 2013 114138 A1 , DE 10 2013 114011 A1 , DE 10 2011 075762 A1 oder DE 10 2011 007011 A1 bekannt.
Für die Kalibrierung, Verifizierung und Justierung der hier genannten Messgeräte einschließlich der Analysatoren werden üblicherweise sogenannte Standardlösungen verwendet. Unter dem Kalibrieren eines Messgeräts versteht man das Feststellen einer Abweichung des von dem Messgerät gemessenen Messwerts von einem als korrekt angenommenen Wert der Messgröße. Dieser als korrekt angenommene Wert kann von einem zweiten Messgerät, das als Normal dient, zur Verfügung gestellt werden. Das Verifizieren umfasst zusätzlich zum Feststellen der Abweichung auch das Ermitteln der Abweichung und deren Bewertung. Unter dem Justieren versteht man das Anpassen des Messgeräts in der Weise, dass eine Messschaltung und/oder ein Modell, anhand derer das Messgerät aus einem Primär-Messsignal, z.B. einer Messspannung oder einem Messstrom, einen Messwert in der physikalischen Einheit der Messgröße ermittelt, derart angepasst wird, dass der ermittelte Messwert mit dem als korrekt angenommenen Wert der Messgröße übereinstimmt. Standardlösungen, die für die Kalibrierung von Messgeräten für die Analysemesstechnik verwendet werden, enthalten eine vorgegebene oder bekannte Menge, z.B. eine vorgegebene Konzentration, eines oder mehrerer von dem zu kalibrierenden Messgerät zu bestimmenden Analyten. Dieser vorgegebene Analytgehalt der Standardlösungen wird als Vergleichswert (korrekt angenommener Messwert) für die Kalibrierung, Verifizierung oder Justierung der Messgeräte herangezogen.
Die Zusammensetzung der von Messgeräten der Analysetechnik verwendeten Flüssigkeiten muss möglichst präzise eingestellt werden, um korrekte Ergebnisse zu gewährleisten. Dies gilt in besonders hohem Maße für die Standardlösungen, die zur Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung verwendet werden, da eine Abweichung der tatsächlichen Konzentration des oder der Analyten in der Standardlösung von der Soll-Konzentration sich unmittelbar auf die Messgenauigkeit des Messgeräts auswirkt.
Es werden deshalb hohe Ansprüche an den Reinheitsgrad der für die Flüssigkeiten verwendeten Ausgangsstoffe, gestellt. Außerdem muss besonders bei der Herstellung der Standardlösungen sorgfältig und präzise gearbeitet werden. Dies erfordert eine geeignete Laborausstattung, einen hohen Schulungsstand des Personals, das mit der Herstellung der Lösungen betraut ist, sowie eine aufwändige Qualitätskontrolle. Je nachdem, welche Inhaltsstoffe der Lösung zuzusetzen sind, sind entsprechende Arbeitsschutzmaßnahmen zu beachten. Es ist daher üblich, Reagenzlösungen, Standardlösungen und andere Gebrauchsflüssigkeiten von Messgeräten in einem spezialisierten Zentrallabor herzustellen und einsatzbereit an die Anwender der Messgeräte zu versenden. Messgerätehersteller stellen häufig auch Reagenzlösungen und Standardlösungen für die Kalibrierung, Justierung und Verifizierung ihrer Messgeräte her und bieten diese als Zubehör bzw. Betriebsmittel zu den entsprechenden Messgeräten an. Manche dieser Lösungen sind jedoch nur kurzzeitig haltbar, d.h. nicht konzentrationsstabil, z.B. wenn sie Bestandteile enthalten, die unter Temperatur-, Licht- oder Sauerstoffeinfluss oder durch bakterielle Zersetzung degenerieren bzw. chemisch umgesetzt werden. Solche Standardlösungen müssen häufig erneuert werden und können gegebenenfalls nicht zentral gefertigt und einsatzbereit zum Anwender gesendet werden. Standardlösungen für Verifikations- oder Kalibrationsmessungen für Trübungsmessgeräte können Schwebstoffe enthalten, die sich nach einer gewissen Zeit absetzen und/oder koagulieren. Solche Lösungen sind ebenfalls nur kurzzeitig haltbar.
Es ist daher wünschenswert, Standardlösungen unmittelbar vor ihrem Einsatz zur Kalibrierung, Verifizierung oder Justierung eines Messgeräts, ggfs. vor Ort, herzustellen. Da in diesem Fall in der Regel der Anwender des Messgeräts die Standardlösung selbst herstellen muss, sollte für die Herstellung der Standardlösung ein möglichst einfaches, sicheres und robustes Verfahren zur Verfügung stehen. Hierzu sind im Stand der Technik einige Ansätze bekannt.
Beispielsweise können der Analyt und gegebenenfalls weitere Bestandteile einer Standardlösung, z.B. Puffer oder Stabilisatoren, dem Anwender in Form einer hoch konzentrierten Stammlösung in einer Glas- oder Kunststoff-Ampulle oder -Flasche zur Verfügung gestellt werden. Der Ampulleninhalt muss vom Anwender in einen Messkolben überführt werden und anschließend ein definiertes Volumen eines Lösungsmittels, z.B. Reinstwasser, hinzugefügt werden. Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass der Analyt bereits in erforderlicher Qualität und Quantität in der Ampulle vorliegt. Der Anwender muss sich nicht um die Reinheit der eingesetzten Stoffe kümmern und das Abmessen, z.B. Abwiegen, der aus der Ampulle eingesetzten Stoffe der Stammlösung entfällt. Trotzdem besteht ein Risiko, dass die so erzeugte Standardlösung den Analyten nicht in der erforderlichen Konzentration enthält, da Fehler beim Abmessen des Lösungsmittelvolumens möglich sind. Auch kann es passieren, dass der Ampulleninhalt nicht vollständig in den Messkolben überführt wird, wenn beispielsweise beim Umfüllen Tropfen an der Ampullenwand verbleiben. Die korrekte Handhabung der Ampullen erfordert geschultes Personal und eine entsprechende Qualitätskontrolle. Außerdem ist bei diesem Verfahren eine Degenerierung des Ampulleninhalts durch photochemisch oder thermisch induzierte Abbauprozesse nicht vollständig auszuschließen.
Reagenzlösungen, die verschiedene Stoffe umfassen, die gegebenenfalls unter Licht- und Wärmeeinfluss miteinander reagieren und somit eine begrenzte Haltbarkeit aufweisen, können in mehrere feste oder flüssige Komponenten aufgeteilt werden, die unvereinigt eine lange Haltbarkeit aufweisen. Dies ist beispielsweise aus DE 10 2011 007 011 A1 bekannt, wo ein Analysator beschrieben ist, der zur automatisierten Herstellung einer Reagenzlösung aus mehreren Komponenten kurz vor ihrem Einsatz im Messgerät eingerichtet ist. Hierzu weist der Analysator einen ersten Vorratsbehälter mit einer ersten Reagenzienkomponente, einen zweiten Vorratsbehälter mit einer zweiten Reagenzienkomponente und eine Mischvorrichtung zum Vermischen einer vorgegebenen Menge der ersten Reagenzienkomponente aus dem ersten Vorratsbehälter mit einer vorgegebenen Menge der zweiten Reagenzienkomponente aus dem zweiten Vorratsbehälter zur Bildung einer vorgegebenen Menge der Reagenzlösung auf. Die herzustellende Reagenzlösung, die selbst keine lange Haltbarkeit aufweist, weil ihre Inhaltsstoffe in Lösung, ggfs. thermisch oder photochemisch induzierte, Abbau-Reaktionen eingehen, ist somit zum Zweck der Lagerung in zwei Reagenzienkomponenten aufgeteilt, die ihrerseits jeweils eine oder mehrere einzelne chemische Substanzen umfassen können, welche in der in den jeweiligen Reagenzienkomponenten vorliegenden Kombination keine oder unter den in den Vorratsbehältern herrschenden Bedingungen nur sehr langsam ablaufende chemische Zersetzungsreaktionen eingehen.
Nach demselben Prinzip können einem Anwender zur Herstellung von Reagenz- oder Standardlösungen mehrere, jeweils einzelne Komponenten der herzustellenden Lösung enthaltende Ampullen, Flaschen oder Beutel zur Verfügung gestellt werden. Dieses Vorgehen verhindert zwar die vorzeitige Degenerierung der Lösungen, weist im Übrigen aber dieselben Nachteile auf wie das voranstehend beschriebene Verfahren, bei dem eine einzige Stammlösung vom Anwender mit Lösungsmittel verdünnt werden muss.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, verbesserte Mittel und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße anzugeben. Insbesondere soll die Herstellung der Lösung mit geringem Aufwand und auch von nicht oder nur wenig geschultem Personal durchführbar sein und ein geringes Fehlerrisiko aufweisen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Kapsel gemäß Anspruch 1, das System gemäß Anspruch 8 und das Verfahren gemäß Anspruch 15. Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung eines Messgeräts zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße gemäß Anspruch 21. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kapsel zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfasst:

eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung,
mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene Substanz, und
mindestens einen Rührkörper.

Durch die den Innenraum vollständig umschließende Wandung der Kapsel ist die Substanz vor Kontamination, Sauerstoff und Feuchtigkeit geschützt. Die Kapselwandung kann auch dazu ausgestaltet sein, die Substanz vor Licht zu schützen. Anders als die aus dem Stand der Technik bekannten Glas- oder Kunststoff-Ampullen muss die Kapsel vom Anwender nicht geöffnet und entleert werden, sondern kann als Ganzes zur Herstellung einer Lösung in eine Flüssigkeit gegeben werden, wo sie sich zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, auflöst, so dass die Substanz in die Flüssigkeit austritt und sich darin löst. Damit ist der Verlust eines Teils der in der Kapsel enthaltenen Substanz völlig ausgeschlossen, während bei dem im Stand der Technik beschriebenen Verfahren Substanz beim Öffnen der Ampulle verloren gehen und/oder in der Ampulle zurückbleiben kann. Da der Anwender dabei auch nicht versehentlich mit der in der Kapsel eingeschlossenen Substanz in Berührung kommen kann, ist das Risiko einer Kontamination ebenfalls stark reduziert, ebenso mögliche Sicherheitsrisiken bei toxischen oder gesundheitsschädlichen Substanzen. Der zur Kapsel gehörende Rührkörper kann dazu dienen, die Auflösung der Kapselwandung und der Substanz zu beschleunigen.
Bei dem Rührkörper kann es sich um einen Festkörper handeln. Wird die Kapsel in eine Flüssigkeit gegeben, in der sich ihre Wandung mindestens teilweise auflöst, kann der Festkörper durch Schütteln oder sonstiges mechanisches Bewegen der Flüssigkeit bzw. eines die Flüssigkeit enthaltenden Behälters zum Verwirbeln der aus der Kapsel austretenden Substanz in der Flüssigkeit und damit zur Beschleunigung des Lösens der Substanz in der Flüssigkeit dienen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Rührkörper einen Magneten, z.B. einen Permanentmagneten, aufweisen. Der Magnet kann nach Zugabe der Kapsel zu einer in einem Behälter aufgenommenen Flüssigkeit, mittels eines außerhalb des Behälters befindlichen weiteren Magneten, z.B. einem Rotormagneten eines Magnetrührgeräts, in Bewegung versetzt werden, und so die Auflösung der Kapselwandung und/oder der Substanz in der Flüssigkeit durch Rühren beschleunigen. In dieser Ausgestaltung ist es auch möglich, die Lösung permanent zu rühren und so Schwebstoffe homogen in der Lösung verteilt zu halten.
Die erfindungsgemäße Kapsel erlaubt eine hoch präzise Dosierung der Substanz und ist daher für die Herstellung jeglicher Lösungen für die Verwendung mit Messgeräten der Analysetechnik und besonders vorteilhaft für die Herstellung einer Standardlösung für die Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung von Messgeräten einsetzbar. Unter einer Standardlösung wird eine Lösung verstanden, die eine bekannte oder vorgegebene Menge eines Analyten enthält, von dessen Konzentration die Messgröße abhängt. In dieser Anwendung zur Herstellung einer Standardlösung enthält die Substanz eine vorgegebene Menge des mindestens einen Analyten oder eine Substanz, die durch eine chemische Reaktion mit einem, beispielsweise in der Flüssigkeit enthaltenen, Reaktionspartner zur Bildung des Analyten führt. Die Kapsel eignet sich aber gleichermaßen für die Verwendung bei der Herstellung anderer Lösungen für das Messgerät, beispielsweise zur Herstellung einer Reagenzlösung zur Durchführung einer chemischen Reaktion eines in der Reagenzlösung enthaltenen Reagenzes mit dem mindestens einen Analyten.
Der Rührkörper kann von der Wandung der Kapsel umgeben, mit der Wandung verbunden oder mindestens teilweise in die Wandung eingebettet sein. Der Rührkörper kann eine Hülle oder Beschichtung aus einem chemisch inerten Material, z.B. Kunststoff wie PVDF oder PTFE, aufweisen.
Beispielsweise kann der Rührkörper aus einem Magneten bestehen, der eine solche Beschichtung oder Umhüllung aufweist.
Die Wandung der Kapsel kann aus einem in einem Lösungsmittel, insbesondere Wasser, mindestens teilweise löslichen Material gebildet sein. Ist das Lösungsmittel Waser, kann die Wandung der Kapsel aus einem in Wasser löslichen und/oder quellbaren Material gebildet sein. In Frage kommt beispielsweise Zellulose, Gelatine, Agar-Agar oder Carrageen. Das Material ist vorteilhaft mit Bezug auf die Verwendung, für die die Kapsel bestimmt ist, so ausgewählt, dass es die Bestimmung der Messgröße mittels des Messgeräts nicht beeinflusst. Dies hat den Vorteil, dass das mit dem Messgerät erhaltene Messergebnis unabhängig von einer Masse oder Wandstärke der Kapsel ist, so dass Produktionsschwankungen bei der Herstellung von Kapseln hinsichtlich der Form und Wandstärke der einzelnen Kapseln keine Rolle spielen.
Die Substanz kann, wie erwähnt, eine vorgegebene Menge des Analyten oder eines Stoffes, der durch chemische Reaktion zu dem Analyten umsetzbar ist, umfassen. In dieser Ausgestaltung ist die herzustellende Lösung eine Standardlösung für die Verifizierung, Kalibrierung oder Justierung eines Messgeräts.
Die Substanz kann in dem Innenraum der Kapsel als Feststoff oder an einer festen Phase gebunden vorliegen. Im letzteren Fall kann sie durch Physisorption oder Chemisorption an die feste Phase gebunden sein.
Ein System zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfasst mindestens eine Kapsel nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen und einen, insbesondere flüssigkeitsdicht verschlossenen, Flüssigkeitsbehälter, der ein vorgegebenes Volumen einer ein Lösungsmittel enthaltenden Flüssigkeit enthält, wobei die Wandung der Kapsel aus einem Material gebildet ist, das sich in dem Lösungsmittel mindestens teilweise auflöst.
Wie bereits beschrieben, kann die Wandung der Kapsel die Substanz im Innenraum vor Kontamination, Sauerstoff, Feuchtigkeit und ggfs. auch vor Licht schützen. Ebenso kann der Flüssigkeitsbehälter, z.B. eine Flasche, dazu ausgestaltet sein, das vorgegebene Volumen der das Lösungsmittel umfassenden Flüssigkeit verschlossen und/oder versiegelt aufzubewahren, um diese Komponente vor Kontamination, Sauerstoff, Licht und Feuchtigkeit zu schützen.
Vorteilhaft kann das System in einer Ausgestaltung, in der der Rührkörper einen Magneten aufweist, außerdem ein Magnetrührgerät umfassen, das dazu eingerichtet ist, ein zum Antrieb des Rührkörpers dienendes Magnetfeld zu erzeugen. Hierzu kann das Magnetrührgerät einen Rotormagneten und einen mit dem Rotormagneten zur Bewegung des Rotormagneten gekoppelten Antrieb aufweisen. Alternativ kann das Magnetrührgerät dazu eingerichtet sein, ohne mechanisch bewegte Teile ein rotierendes Drehfeld zu erzeugen.
Zum Herstellen der Lösung kann die Kapsel in die in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltene Flüssigkeit gegeben werden, wobei sich die Wandung der Kapsel mindestens teilweise in dem Lösungsmittel löst und die Substanz aus dem Inneren der Kapsel in die Flüssigkeit gelangt und sich darin löst. Mittels des Magnetrührgeräts kann dieser Prozess beschleunigt werden, indem der Flüssigkeitsbehälter so nah an den Rotormagneten des Magnetrührgeräts gebracht wird, dass der Magnet der Kapsel durch magnetische Kopplung mit dem Rotormagneten in Bewegung versetzt wird und so als Rührer für die herzustellende Lösung dient.
Ist das in der Flüssigkeit enthaltene Lösungsmittel Wasser, kann die Wandung der Kapsel aus einem in Wasser löslichen und/oder quellbaren Material, wie die bereits erwähnten Zellulose, Gelatine, Agar-Agar oder Carrageen, gebildet sein.
Ist die mit dem System herstellbare Lösung eine Standardlösung zum Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts, kann die in der Kapsel enthaltene Substanz eine erste Komponente der Standardlösung bilden. Die Flüssigkeit kann eine zweite Komponente der Standardlösung bilden. Die die erste Komponente bildende Substanz kann einen einzigen chemischen Stoff umfassen, z.B. den Analyten. Es ist aber auch möglich, dass die in der Kapsel enthaltene Substanz ein Gemisch aus mehreren chemischen Spezies ist, z.B. aus verschiedenen Ionen oder Molekülen. Die Substanz kann auch ein Trägermaterial enthalten, an das ein in der Flüssigkeit zu lösender chemischer Stoff, z.B. der Analyt, gebunden ist. Gleichermaßen kann die zweite Komponente eine einzige oder mehrere unterschiedliche chemische Spezies umfassen. Vorteilhaft sind die Komponenten so aufgeteilt, dass die in einer der jeweiligen Komponenten vorliegenden Stoffe miteinander keine oder nur sehr langsam ablaufende chemische (Zersetzungs-)Reaktionen eingehen.
Die in der Kapsel enthaltene Substanz kann eine vorgegebene Menge eines ersten Reaktanden umfassen, der beim Vermischen und/oder Auflösen der Substanz in der Flüssigkeit eine chemische Reaktion unter Beteiligung mindestens eines in der Flüssigkeit enthaltenen zweiten Reaktanden eingeht, bei der sich als Reaktionsprodukt der Analyt bildet.
Die Kapsel kann zusätzlich zu dem Analyten oder dem ersten Reaktanden ein Streckmittel enthalten, das inert gegenüber den weiteren Bestandteilen der herzustellenden Lösung ist und auch die Bestimmung von Messwerten durch das Messgerät nicht beeinflusst. Vorteilhaft ist das Streckmittel in der Flüssigkeit löslich, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Als Streckmittel kommt beispielsweise Zucker, Stärke oder ein Silikat in Frage. Mittels des Streckmittels liegt der Analyt oder der Reaktand verdünnt in der Kapsel vor, z.B. in einem Verhältnis von 1:50 oder 1:100 oder 1:500 von Analyt zu Gesamtinhalt der Kapsel. Dadurch kann die Abfüllgenauigkeit des Analyten oder des Reaktanden in der Kapsel verbessert werden. Dies ist insbesondere für die Herstellung von Standardlösungen mit besonders geringen Konzentrationen des Analyten vorteilhaft.
Der zweite Reaktand kann von vornherein in der Lösung enthalten sein. Es ist aber auch möglich, dass das System zusätzlich mindestens eine zweite Kapsel umfasst, die eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung und mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene zweite Substanz aufweist, wobei die Wandung der zweiten Kapsel dazu ausgestaltet ist, sich in dem Lösungsmittel mindestens teilweise aufzulösen, und wobei die zweite Substanz den zweiten Reaktanden umfasst. Auch die zweite Kapsel kann einen Magneten umfassen. Zur Herstellung der Lösung werden in diesem Fall beide Kapseln gleichzeitig oder nacheinander in die Flüssigkeit gegeben, so dass sich beide Reaktanden in der Flüssigkeit lösen. Beim oder nach dem Lösen des ersten und des zweiten Reaktanden in der Flüssigkeit findet dann die chemische Reaktion statt, durch die der Analyt gebildet wird. Auch die in der zweiten Kapsel enthaltene Substanz kann zusätzlich zu dem zweiten Reaktanden ein inertes Streckmittel umfassen.
Ist das System dazu eingerichtet, eine einer Probe zuzusetzende Reagenzlösung herzustellen, kann die in der ersten Kapsel enthaltene Substanz einen zur Durchführung einer chemischen Reaktion mit dem Analyten bestimmten Stoff umfassen.
Die mindestens eine Kapsel des Systems oder alle zu dem System gehörenden Kapseln können in einer Umverpackung gas- und flüssigkeitsdicht eingeschlossen sein. Die mindestens eine erste Kapsel des Systems oder alle zu dem System gehörenden Kapseln können in einer Blisterverpackung aufgenommen sein, die eine flexible Rückwand, auf der die mindestens eine erste Kapsel aufliegt, und ein Kunststofffolien-Formteil aufweist, das mit der flexiblen Rückwand verbunden ist, derart, dass das Kunststofffolien-Formteil und die Rückwand eine abgeschlossene Kammer bilden, in der die mindestens eine erste Kapsel angeordnet ist.
Die Flüssigkeit kann in einem verschlossenen Flüssigkeitsbehälter enthalten sein. Der verschlossene Flüssigkeitsbehälter kann zur Lagerung und/oder zum Transport für das vorgegebene Volumen der Flüssigkeit vor dem Herstellen der Lösung dienen. Der Verschluss kann gesichert und/oder versiegelt sein, z.B. derart, dass erkennbar ist, wenn die Flasche bereits geöffnet wurde. Der Verschluss kann wieder verschließbar ausgestaltet sein. Der Flüssigkeitsbehälter kann nach dem ersten Öffnen wieder verschließbar sein, so dass er nach dem Herstellen der Flüssigkeit durch Zugabe der Kapsel zur Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter zur Lagerung und zum Transport der hergestellten Lösung dienen kann.
Die verpackten Komponenten, die zur Herstellung der Lösung zusammenzuführen sind, können auf der Verpackung durch den Hersteller gekennzeichnet sein. Dies erlaubt eine Rückverfolgbarkeit der hergestellten Lösungen. Es können auch Sicherheitshinweise, Anwendungsempfehlungen, Haltbarkeitsdaten oder andere Informationen zu den Komponenten und ihrer Verwendung auf die Verpackung aufgedruckt sein. Da der Anwender keine weiteren Änderungen an der Zusammensetzung der einzelnen Komponenten vornimmt, sondern diese nur zusammenführt, können Qualitätsschwankungen anhand der Kennungen auf den Verpackungen identifiziert und zum Hersteller der Komponenten zurückverfolgt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch die einzelnen Kapseln gekennzeichnet sein.
Die Flüssigkeit kann vorteilhaft einen Stabilisator zur Hemmung von chemischen oder photochemischen Abbaureaktionen in der hergestellten Lösung enthalten.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße umfasst die folgenden Schritte:

- Zugeben mindestens einer Kapsel zu einem in einem Flüssigkeitsbehälter vorgelegten Volumen einer ein Lösungsmittel umfassenden Flüssigkeit, wobei die Kapsel eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung und mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene Substanz und mindestens einen Rührkörper, insbesondere einen Magneten, aufweist, wobei sich die Wandung der Kapsel in der Flüssigkeit mindestens teilweise auflöst und die in dem Innenraum aufgenommene Substanz in die Flüssigkeit austritt; und
- Vermischen der Substanz mit der Flüssigkeit und/oder Auflösen der Substanz in der Flüssigkeit.

Das Verfahren kann unter Verwendung der voranstehend beschriebenen Kapsel und/oder des voranstehend beschriebenen Systems durchgeführt werden.
Das Verfahren erlaubt eine hoch präzise Dosierung der Substanz und ist gleichermaßen für die Herstellung einer Standardlösung für die Kalibrierung, Verifizierung oder Justierung von Messgeräten einsetzbar wie auch für die Herstellung von Reagenzlösungen zur Durchführung einer chemischen Reaktion eines in der Reagenzlösung enthaltenen Reagenzes mit dem Analyten für eine qualitative oder quantitative Bestimmung.
In einer möglichen Ausgestaltung ist das vorgegebene Volumen der das Lösungsmittel umfassenden Flüssigkeit fertig abgemessen in einem verschlossenen, gegebenenfalls auch versiegelten, Flüssigkeitsbehälter vorgelegt. In diesem Fall umfasst das Verfahren das Öffnen des Flüssigkeitsbehälters vor dem Zugeben der Kapsel. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist ein Fehler des Anwenders beim Abmessen der Komponenten für die herzustellende Flüssigkeit praktisch ausgeschlossen. Während des Auflösens der Substanz in der Flüssigkeit oder nach dem Auflösen der Substanz kann der Flüssigkeitsbehälter wieder verschlossen werden. Der wieder verschlossene Flüssigkeitsbehälter kann in diesem Fall zur Lagerung und zum Transport der hergestellten Lösung dienen.
Das Verfahren kann in einer Ausgestaltung, in der der Rührkörper einen Magneten aufweist, weiter folgenden Schritt umfassen: Bringen des Flüssigkeitsbehälters in die Nähe oder in Kontakt mit einem Magnetrührgerät, das dazu eingerichtet ist, ein zum Antrieb des Rührkörpers dienendes Magnetfeld zu erzeugen, derart, dass das Magnetfeld nach dem Zugeben der Kapsel (1) zu der Flüssigkeit (7) den Magneten (3) der Kapsel (1) in Bewegung versetzt. Der in der Kapsel enthaltene Magnet dient so als berührungslos angetriebener Rührer zur Beschleunigung der Auflösung der Kapselwandung und/oder der in der Kapsel enthaltenen Substanz in der Flüssigkeit.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Kapsel mit dem integrierten Rührkörper, insbesondere in Form eines Magneten, in dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zum Tragen kommen, wenn die Substanz eine relativ geringe Dichte aufweist oder nur in einer geringen Menge in der Kapsel enthalten ist. Ohne den Rührkörper würde die Kapsel in solchen Fällen auf der Flüssigkeitsoberfläche aufschwimmen. Durch den Rührkörper wird die Kapsel beschwert und kann so in dem Flüssigkeitsbehälter zu Boden sinken. Weist der Rührkörper einen Magneten auf, wird dieser durch das vom Magnetrührer erzeugte Magnetfeld angezogen und kann auf diese Weise unter die Flüssigkeitsoberfläche gezogen werden.
Die mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte Lösung kann eine Standardlösung zum Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts sein, wobei die Substanz eine erste Komponente der Standardlösung bildet, und wobei die Flüssigkeit eine zweite Komponente der Standardlösung bildet. Die Substanz kann hierzu eine vorgegebene Menge des Analyten oder eines ersten Reaktanden umfassen, der beim Vermischen und/oder Auflösen der Substanz in der Flüssigkeit eine chemische Reaktion unter Beteiligung mindestens eines in der Flüssigkeit enthaltenen zweiten Reaktanden eingeht, bei der sich als Reaktionsprodukt der Analyt bildet.
Alternativ kann die Lösung eine Reagenzlösung sein, die ein zur Durchführung einer chemischen Reaktion mit dem Analyten bestimmten Stoff enthält. Die Reagenzlösung kann bei einem qualitativen oder quantitativen Nachweisverfahren eines Analyten einsetzbar sein.
Die Wandung der Kapsel kann vorteilhaft aus einem die Bestimmung der Messgröße mittels des Messgeräts nicht beeinflussenden Material gebildet sein.
In diesem Fall kann die Substanz eine erste, ein oder mehrere chemische Stoffe umfassende, Komponente der Reagenzlösung bilden, wobei die Flüssigkeit eine zweite, ein oder mehrere chemische Stoffe umfassende, Komponente der Reagenzlösung bildet.
Wie bereits anhand des oben beschriebenen Systems ausgeführt, können die Komponenten zur Herstellung der Reagenz- oder der Standardlösung so aufgeteilt sein, dass die in einer der jeweiligen Komponenten vorliegenden Stoffe miteinander keine oder nur sehr langsam ablaufende chemische (Zersetzungs-)Reaktionen eingehen.
Die Flüssigkeit kann mindestens einen Stabilisator zur Hemmung von chemischen oder photochemischen Abbaureaktionen des Analyten oder des zur Durchführung einer chemischen Reaktion mit dem Analyten bestimmten Stoffes in der hergestellten Lösung enthalten.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung eines Messgeräts zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend die folgenden Schritte:

Herstellen mindestens einer Standardlösung mittels des voranstehend beschriebenen Verfahrens und/oder unter Verwendung der oben beschriebenen Kapsel oder des oben beschriebenen Systems;
Erfassen mindestens eines Messwerts der Messgröße in mindestens einem Teil der Standardlösung mittels des Messgeräts; und
Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts unter Verwendung des mindestens einen Messwerts.

Das bei dem Schritt des Herstellens der Standardlösung vorgegebene Volumen der Flüssigkeit kann in einem verschließbaren oder verschlossenen Flüssigkeitsbehälter vorgelegt sein. Die Kapsel kann in diesem Fall, gegebenenfalls nach dem Öffnen des Flüssigkeitsbehälters, direkt zu dem in dem Flüssigkeitsbehälter vorgelegten Volumen der Flüssigkeit zugegeben werden und die aus der Kapsel austretende Substanz in dem Flüssigkeitsbehälter mit der Flüssigkeit vermischt und/oder in der Flüssigkeit aufgelöst werden. Der Flüssigkeitsbehälter kann nach dem Öffnen und Zugeben der Kapsel wieder verschlossen werden. Dies ist vorteilhaft, wenn das Messgerät ein automatischer Analysator ist, weil der Flüssigkeitsbehälter sowohl als Transport- und Lagerbehälter für die Standardlösung dienen kann, als auch direkt als Standardlösungs-Vorratsbehälter im Analysator eingesetzt werden kann. Dies erspart Zwischenschritte zum Umfüllen der Flüssigkeit bzw. der hergestellten Standardlösung und vermeidet Flüssigkeitsverlust.
Das Verfahren kann entsprechend die folgenden weiteren Schritte umfassen:

Verbinden des Flüssigkeitsbehälters mit einer fluidisch mit einem Reaktionsbehältnis des Analysegeräts verbundenen Flüssigkeitsleitung;
Dosieren mindestens eines vorgegebenen Volumens der in dem Flüssigkeitsbehälter enthaltenen Standardlösung über eine Flüssigkeitsleitung in das Reaktionsbehältnis; und
Durchführen einer chemischen Reaktion des in der Lösung enthaltenen Analyten mit mindestens einem dem Reaktionsbehältnis zugeführten Reaktionspartner unter Bildung eines Reaktionsprodukts; und Erfassen eines von der Menge des gebildeten Reaktionsprodukts abhängigen Messwerts.

Zur Kalibrierung, Verifizierung oder Justierung umfasst das Verfahren weiter das Vergleichen des Messwerts mit einem Referenz-Messwert, der die als korrekt angenommene Konzentration des Analyten in der Standardlösung repräsentiert. Dieser Referenz-Messwert kann aus dem zur Herstellung der Standardlösung verwendeten Volumen der Flüssigkeit und der in der Kapsel enthaltenen Menge des Analyten ermittelt werden.
Kapseln wie die weiter oben beschriebene Kapsel oder das weiter oben beschriebene System können auch in einem Standardadditionsverfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Analyten in einer Probeflüssigkeit abhängigen Messgröße mittels eines Messgeräts dienen. Dabei wird einer Probeflüssigkeit mit unbekannter Analytkonzentration eine definierte Menge des Analyten in Form einer Kapsel zugesetzt und ein Messwert der Analytkonzentration nach Zusetzen der definierten Menge des Analyten erfasst. Nacheinander können der Probeflüssigkeit mehrere Kapseln mit dem Analyten zugesetzt und mehrere Messwerte erfasst und zur Bestimmung der vor Zugabe der Kapseln in der Probeflüssigkeit vorliegenden unbekannten Analytkonzentration in an sich bekannter Weise extrapoliert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Kapsel zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät;
2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät;
3 eine schematische Darstellung einer Blisterverpackung mit mehreren Kapseln;
4 eine schematische Darstellung eines Messaufbaus für ein Standardadditionsverfahren zur Bestimmung einer Konzentration eines Analyten in einer Probe unbekannter Zusammensetzung;
5 eine graphische Darstellung von mit dem in 4 dargestellten Messaufbau erfassten Konzentrations-Messwerten; und
6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Analysegeräts zur Bestimmung der Konzentration eines Analyten.

In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Kapsel 1 zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät für die Bestimmung einer von der Konzentration eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße dargestellt. Ein solches Messgerät wird im Folgenden auch als Analysemessgerät bezeichnet.
Die Kapsel 1 besteht aus einer einen Innenraum vollständig umschließenden Wandung 4, die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei Hälften zusammengefügt ist. In dem Innenraum ist eine Substanz 2 enthalten, die im vorliegenden Beispiel als Feststoff-Pulver ausgestaltet ist. Weiter ist in dem Innenraum ein stabförmiger Magnet 3 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist der Magnet 3 im Innenraum der Kapsel 1 in der Substanz 2 eingebettet. Es ist aber in alternativen Ausgestaltungen auch möglich, dass der Magnet auf der Innen- oder Außenseite der Wandung 4 angeordnet und fest mit dieser verbunden, z.B. angeklebt oder teilweise eingebettet, ist. Der Magnet 3 kann auch vollständig in die Wandung der Kapsel eingebettet sein. Der Magnet 3 kann ein stab- oder rotationsellipsoidförmiger Permanentmagnet sein. Er kann eine chemisch inerte Hülle oder Beschichtung, z.B. aus einem Kunststoff wie PVDF oder PTFE, aufweisen. Solche Permanentmagnete sind beispielsweise als sogenannte „Rührmagnete“ oder „Rührfische“ im chemischen Labor bekannt.
Die Substanz 2 ist dazu bestimmt, zur Herstellung der Lösung mindestens teilweise in einer ein Lösungsmittel, z.B. Wasser, umfassenden Flüssigkeit gelöst zu werden. Ist die herzustellende Lösung beispielsweise eine Standardlösung für die Justierung, Verifizierung oder Kalibrierung des Analysemessgeräts mit einer vorgegebenen oder bekannten Analytkonzentration, so kann die Kapsel 1 eine vorgegebene und bekannte Menge des Analyten oder einer durch chemische Reaktion in den Analyten umwandelbaren Substanz umfassen. Zusätzlich kann die Substanz 2 weitere Stoffe, z.B. Stabilisatoren oder Füllstoffe, enthalten.
In 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein System 10 zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Analysemessgerät dargestellt. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Lösung eine Standardlösung für die Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung eines Analysemessgeräts. Das System 10 umfasst im hier dargestellten Beispiel einen verschließbaren Flüssigkeitsbehälter 5 mit abnehmbarem Schraubdeckel 6, in dem eine Flüssigkeit 7 enthalten ist, und eine Kapsel 1. Die Substanz 2 und die in dem Flüssigkeitsbehälter 5 enthaltene Flüssigkeit 7 bilden zwei Komponenten der herzustellenden Standardlösung. Beide Komponenten sind in dem System 10 voneinander getrennt lagerbar.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das System 10 neben dem Flüssigkeitsbehälter 5 und der Kapsel 1 ein Magnetrührgerät 8. Das Magnetrührgerät 8 ist ein herkömmliches Magnetrührgerät, das aus dem chemischen Labor bekannt ist. Es weist eine horizontale, optional heizbare, Platte 9 auf, auf der der Flüssigkeitsbehälter 5 abgestellt werden kann. Weiter weist das Magnetrührgerät 8 einen in der Ebene der Platte 9 oder in einer parallel zu dieser Ebene verlaufenden Ebene rotierbar angeordneten Rotormagneten (nicht in 2 sichtbar) und einen Antrieb auf, der die Rotationsbewegung des Rotormagneten antreibt. Wird die Kapsel 1 in die Flüssigkeit 7 im Flüssigkeitsbehälter 5 gegeben, folgt der Magnet 3 der Kapsel 1 der Bewegung des Rotormagneten und dient so als berührungslos angetriebener Rührer für die in dem Behälter herzustellende Lösung. Durch Rühren kann die Herstellung der Lösung beschleunigt werden. Das Magnetrührgerät 8 ist ein vorteilhafter, aber nicht obligatorischer Bestandteil des Systems 10.
Im vorliegenden Beispiel enthält die Substanz 2 in der Kapsel 1 eine vorgegebene Menge des Analyten, dessen Konzentration nach der Vereinigung mit der Flüssigkeit 7 mittels des Analysemessgeräts bestimmbar ist. Handelt es sich bei dem Analysemessgerät beispielsweise um einen Analysator z.B. zur Bestimmung des Phosphatgehalts einer Probe, so kann die Kapsel 1 ein Phosphatsalz enthalten. Gegebenenfalls kann die Substanz 2 weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise ein für die Analyse indifferentes Adsorptionsmittel, z.B. Kieselgur, oder Stabilisatoren, Puffer oder ein Streckmittel. Die Flüssigkeit 7 enthält ein Lösungsmittel, in dem die Substanz 2, beispielsweise der Analyt, hier das Phosphatsalz, löslich ist. Dieses Lösungsmittel kann beispielsweise Wasser sein. Zusätzlich kann die Flüssigkeit 7 weitere Bestandteile enthalten, z.B. Stabilisatoren oder Puffer. Das in dem Flüssigkeitsbehälter 5 enthaltene Volumen der Flüssigkeit ist exakt festgelegt. Es kann derart auf die in der Kapsel 1 enthaltene Menge des Analyten abgestimmt sein, dass durch Lösen der Substanz 2 in der Flüssigkeit 7 eine bestimmte, bekannte oder berechenbare, Analytkonzentration erzeugt wird. Die Wandung 4 der Kapsel 1 ist aus einem Material gebildet, das in dem Lösungsmittel, hier Wasser, mindestens teilweise löslich ist und das die Bestimmung des Analyten durch das Analysemessgerät nicht beeinflusst. In Frage kommt beispielsweise Gelatine.
Zur Herstellung der Standardlösung wird der Schraubdeckel 6 von dem Flüssigkeitsbehälter 5 abgenommen und die Kapsel 1 in den Flüssigkeitsbehälter 5 gegeben. Der Flüssigkeitsbehälter 5 kann dann wieder verschlossen werden. In der Flüssigkeit 7 löst sich die Wandung der Kapsel 1 auf, so dass die Substanz 2 in die Flüssigkeit 7 austritt und sich darin löst. Zur Beschleunigung der Auflösung der Kapsel 1 und der Substanz 2 und zum Homogenisieren des Gemisches aus Substanz 2 und der Flüssigkeit 7 kann der Magnet 3 mittels des Magnetrührgeräts 8 in Rührbewegungen versetzt werden, um die Flüssigkeit 7 zu rühren. Zusätzlich kann die Flüssigkeit 7 geheizt werden.
Das Herstellen der Standardlösung mittels des Systems 1 ist somit sehr einfach. Die Kapsel 1 mit der vorgegebenen Menge des in der Substanz 2 enthaltenen Analyten und der Flüssigkeitsbehälter 5 mit dem bereits abgemessenen Volumen der Flüssigkeit 7 können einem Anwender zur Verfügung gestellt werden. Für den Anwender entfällt in diesem Fall das Abmessen der für die Herstellung der Standardlösung eingesetzten Stoffmengen. Da die Kapsel 1 als Ganzes in die bereits in dem Flüssigkeitsbehälter 5 vorgelegte Flüssigkeit 7 gegeben wird, besteht kein Risiko, dass beim Vermischen der Komponenten Fehler aufgrund des Verlusts von in einer Verpackung oder Ampulle zurückbleibenden Resten der eingesetzten Stoffe auftritt. Indem der Magnet 3 zum Rühren der Flüssigkeit 7 bei der Herstellung der Standardlösung bereits in der Kapsel 1 integriert ist, ist die Herstellung der Standardlösung für den Anwender besonders bequem. Zudem wird die Verschleppung unerwünschter Substanzen in die herzustellende Lösung durch Einbringen eines nicht ausreichend gereinigten Rührers in den Flüssigkeitsbehälter 5 ausgeschlossen.
In einer Abwandlung des Verfahrens ist es auch möglich, dass zwei oder mehr Kapseln 1, die dieselbe Substanz 2 enthalten, in der in dem Flüssigkeitsbehälter 5 vorgelegten Flüssigkeit 7 gelöst werden, um eine Standardlösung höherer Konzentration zu erhalten. Andererseits kann die hergestellte Standardlösung in einem nachfolgenden Schritt durch Zugabe eines bestimmten Volumens des Lösungsmittels auch weiter verdünnt werden.
Eine vorteilhafte Verpackung der Kapsel 1 ist in 3 dargestellt. Hier ist schematisch eine Blister-Verpackung 11 gezeigt, in der mehrere gleichartige Kapseln 1 zusammen verpackt sind. Die Kapseln 1 enthalten im hier beschriebenen Beispiel dieselbe Substanz 2, die jeweils dieselbe vorgegebene Menge des Analyten enthält. In einer anderen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die in der Blister-Verpackung enthaltenen Kapseln unterschiedliche Mengen des Analyten enthalten. Auch ist es möglich, die Verpackung oder die Kapseln einzeln zu markieren, z.B. um jeder Kapsel eine individuelle Seriennummer und eine individuelle Substanzmenge zuzuweisen. Die Beschriftung kann auch maschinenlesbar (z.B. Barcode) sein. Dadurch kann die Rückverfolgbarkeit optimiert werden. Die Blister-Verpackung 11 weist eine flexible Rückwand auf, auf der die Kapseln 1 aufliegen. Die Rückwand kann z.B. aus Pappe oder einer Metallfolie bestehen. Die Kapseln 1 sind durch ein Kunststofffolien-Formteil fixiert, das in einem Randbereich mit der flexiblen Rückwand verbunden ist, so dass das Kunststofffolien-Formteil und die Rückwand jeweils für jede der Kapseln 1 eine gasdicht abgeschlossene Kammer bilden. So sind die Kapseln 1 beispielsweise vor Sauerstoff und Feuchtigkeit geschützt.
Eine Vielzahl von Abwandlungen des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels sind denkbar: Das hier beschriebene System 10 und das zugehörige Verfahren können z.B. auch zur Herstellung anderer Lösungen als Standardlösungen eingesetzt werden, wie zur Herstellung von Reagenzlösungen für einen Analysator. Im hier beschriebenen Beispiel wird nur eine einzige Kapsel eingesetzt. Es ist aber auch möglich, dass die herzustellende Lösung aus mehr als zwei verschiedenen Komponenten hergestellt wird. So können beispielsweise zwei oder mehr Kapseln mit unterschiedlichen Substanzen in einer vorgegebenen Menge einer Flüssigkeit aufgelöst werden. Ein entsprechendes, für dieses Verfahren geeignetes System umfasst eine einzige Blister-Verpackung 11 in der alle einzusetzenden Kapseln zusammengefasst sind. Der Flüssigkeitsbehälter 5 mit der Flüssigkeit 7 muss nicht notwendig als Paket mit den Kapseln 1 zur Verfügung gestellt werden. Es ist in einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels auch möglich, dass ein Anwender bei der Herstellung der Standardlösung die Flüssigkeit 7 selbst abmisst und in einem Behälter vorlegt, bevor er die Kapsel 1 hinzufügt.
In 4 ist schematisch ein Messaufbau zur Bestimmung einer von der Konzentration eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße nach dem Standardadditionsverfahren dargestellt. Der Messaufbau umfasst ein Messgerät 100 mit einer Sonde 101 und einem mit der Sonde 101 verbundenen Messumformer 12. In einem Behälter 13 ist eine flüssige Probe 14 unbekannter Zusammensetzung enthalten. Die Sonde 101 taucht zur Erfassung von Messwerten in die Probe 14 ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Sonde 101 eine lonenselektive Elektrode zur Ammonium-Messung. Sie erzeugt eine von der Ammoniumkonzentration in der Probe 14 abhängige Messspannung und gibt diese an den Messumformer 12 zur weiteren Verarbeitung aus. Zur Durchführung eines Standardadditionsverfahrens können nun nacheinander mehrere Kapseln 1 zu der Probe 14 hinzugefügt werden, die jeweils eine Substanz mit einer vorgegebenen Menge des Analyten, hier ein Ammoniumsalz, enthalten. Mindestens eine der hinzugefügten Kapseln kann einen Magneten umfassen. Der Behälter 13 kann auf ein Magnetrührgerät wie dem anhand von 2 beschriebenen Magnetrührgerät 8 aufgesetzt sein. Mittels des Magnetrührgeräts 8 kann der in der Kapsel 1 angeordnete Magnet zum Rühren der Probe 14 während des Auflösens der Kapsel 1 und der darin enthaltenen Substanz gerührt werden. Nach dem Hinzufügen und Auflösen jeder Kapsel 1 wird ein neues Messsignal erfasst. Der Messsignalverlauf ist in 5 dargestellt. In dem Diagramm ist auf der Abszisse die Konzentration c der Probe und auf der Ordinate das vom Messgerät 100 gelieferte Messsignal S (hier: Messspannung) aufgetragen. Das bei c_u aufgetragene Messsignal wurde in der Probe ohne Zusatz erfasst. Das bei der Konzentration c₁ aufgetragene Messsignal wurde nach Zugabe und Lösen einer ersten Kapsel 1 zu der Probe erfasst, das bei der Konzentration c₂ aufgetragene Messsignal nach Zugabe und Lösen einer weiteren, gleichartigen Kapsel 1 zur Probe und das bei der Konzentration c₃ aufgetragene Messsignal nach Zugabe und Lösen einer dritten gleichartigen Kapsel zu der Probe. Durch lineare Regression lässt sich eine Ausgleichsgerade basierend auf den für die Konzentrationen c₁ , c₂ , c₃ erfassten Messpunkten ermitteln und durch Extrapolation der Geraden der Nullpunkt und darauf basierend der Wert von c_u bestimmen.
Das hier anhand der 4 beschriebene Verfahren ist geeignet für Messungen nach dem Standardadditionsverfahren mit Messgeräten, die bei der Messung die Probe nicht verbrauchen. Dies sind beispielsweise elektrochemische Sensoren wie potentiometrische oder amperometrische Sensoren, z.B. lonenselektive Elektroden oder pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren oder photometrische oder spektrometrische Messsonden.
Messungen mit Analysatoren erfolgen dagegen unter Verbrauch der Probe. In diesem Fall wird die zu untersuchende Probeflüssigkeit in mehrere Einzelproben aufgeteilt, und mit einer ersten Probe ein Messsignal erfasst, das dem Messignal bei der unbekannten Konzentration c_u entspricht. Weiteren Proben werden jeweils unterschiedliche Mengen des Analyten zugesetzt, indem den einzelnen Teilen der Probe jeweils eine unterschiedliche Anzahl von gleichartigen Kapseln 1 zugegeben wird. Der Analysator kann dann mit den weiteren Proben weitere Messsignale erfassen. Die erhaltenen Messsignale werden dann ganz analog zu dem in 5 dargestellten Diagramm aufgetragen, eine Ausgleichsgerade ermittelt und diese extrapoliert. Durch die Extrapolation kann der Wert der unbekannten Konzentration c_u bestimmt werden.
In 6 ist ein Analysator 102 dargestellt, der zwei nach dem in Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebenen Verfahren hergestellte Standardlösungen zur Kalibrierung und/oder Justierung verwendet. Der Analysator 102 ist mit einer eine Probenflüssigkeit enthaltenden Probenvorlage 21 verbunden, aus der er zur Erfassung eines Messwerts eines von der Konzentration eines Analyten abhängigen Messgröße jeweils eine Probe entnimmt. Der Analysator besitzt eine Messzelle 22, die über eine Fluidleitung 23 mit der Probenvorlage 21 verbunden ist. Weiter umfasst der Analysator 102 einen ersten Flüssigkeitsbehälter 24, in dem eine Reagenzlösung enthalten ist. Der Flüssigkeitsbehälter 24 ist über eine weitere Fluidleitung 25 mit der Messzelle 22 verbunden. Der Analysator 102 weist schließlich zwei weitere Flüssigkeitsbehälter 5.1 und 5.2 auf, die jeweils eine Standardlösung enthalten. Der Flüssigkeitsbehälter 5.1 enthält den Analyten in einer ersten bekannten Konzentration, der Flüssigkeitsbehälter 5.2 enthält den Analyten in einer davon verschiedenen zweiten bekannten Konzentration. Beide Flüssigkeitsbehälter 5.1, 5.2 sind fluidisch mit der Messzelle 22 verbunden.
Die in den Flüssigkeitsbehältern 5.1, 5.2 enthaltenen Standardlösungen sind erzeugt worden durch Zugabe einer oder mehrerer Kapseln 1 zu einem in den Flüssigkeitsbehältern 5.1, 5.2 bereits vorgelegten, fest vorgegebenen Volumen einer Flüssigkeit 7 und durch mindestens teilweises Auflösen der Kapselwandung und der darin enthaltenen, den Analyten enthaltenden Substanz in der Flüssigkeit 7. In beiden Flüssigkeitsbehältern 5.1, 5.2 war im vorliegenden Beispiel dasselbe Flüssigkeitsvolumen vorgelegt. Zur Erzeugung einer höheren Konzentration in dem Flüssigkeitsbehälter 5.2 wurde dem Flüssigkeitsvolumen eine größere Anzahl von Kapseln 1 zugegeben als dem in Flüssigkeitsbehälter 5.1. Die Flüssigkeitsbehälter 5.1 und 5.2, die ursprünglich als Lagerbehälter für die Flüssigkeit 7 verwendet wurden, dienen nun nach dem Herstellen der Standardlösungen als Vorratsbehälter des Analysegeräts und sind mit dessen Messzelle 22 über Fluidleitungen 28, 29 verbunden. Die in den Kapseln 1 ursprünglich enthaltenen Magnete 3 und gegebenenfalls verbliebene Reste der Wandungen 4 der Kapseln 1 können in den Flüssigkeitsbehältern 5.1, 5.2 während des Einsatzes im Analysator 102 verbleiben, da die Wandungen 4 der Kapseln aus einem die Analyse nicht beeinflussenden Material, z.B. Gelatine, gebildet sind, und der Magnet 3 die Messung ebenfalls nicht beeinträchtigt.
Der Analysator 102 umfasst neben den Fluidleitungen 23, 28, 29, 25 zum Transport der Probe, der Standardlösungen und der Reagenzlösung Ventile und/oder Pumpen (nicht in 4 eingezeichnet). Zur Steuerung der Ventile und Pumpen sowie zum Erfassen und Verarbeiten von Messwerten besitzt der Analysator 100 eine Steuer- und Messelektronik 26. Die Messzelle 22 weist einen Messaufnehmer 27 auf, der dazu eingerichtet ist, eine photometrische Messung in einer in der Messzelle 22 enthaltenen Flüssigkeit durchzuführen und erfasste Messsignale an die Steuer- und Messelektronik 26 auszugeben.
Zur Erfassung eines Messwerts transportiert die Steuer- und Messelektronik 26 eine Probe aus der Probenvorlage 21 in die Messzelle 22 und gibt eine vorgegebene Menge der in dem Flüssigkeitsbehälter 24 enthaltenen Reagenzlösung über die Fluidleitung 25 zu der Probe. In dem so gebildeten Flüssigkeitsgemisch findet eine chemische Reaktion statt, die ein Reaktionsprodukt ergibt. Die Steuer- und Messelektronik 26 erfasst mittels des Messaufnehmers 27 ein von der Konzentration des Reaktionsprodukts abhängiges Messsignal des Messaufnehmers 27 und ermittelt basierend auf dem Messsignal einen Messwert der Messgröße. Über eine Ableitung 30 wird die verbrauchte Flüssigkeit nach der Messwertbestimmung wieder aus der Messzelle 22 abgeführt.
Die Ermittlung des Messwerts der Messgröße aus dem Messsignal erfolgt mittels einer Kalibrierfunktion, die Werten des Messsignals Messwerte zuordnet. Die Kalibrierfunktion kann von Zeit zu Zeit mittels der Standardlösungen überprüft (kalibriert oder verifiziert) oder angepasst (justiert) werden. Zu diesem Zweck kann die Steuer- und Messelektronik 26 aus dem Flüssigkeitsbehälter 5.1 oder dem Flüssigkeitsbehälter 5.2 Standardlösung anstatt einer Probe aus der Probenvorlage 21 in die Messzelle 22 transportieren und ganz analog wie oben für die Probe beschrieben, einen Messwert der Messgröße erfassen. Anhand eines Vergleichs mit dem für die Standardlösungen bekannten und als korrekt angenommenen Referenzwert der Messgröße mit dem durch die Steuer- und Messelektronik ermittelten Messwert kann eine Kalibrierung, Verifizierung oder eine Justierung erfolgen. Da die Standardlösungen in den Flüssigkeitsbehältern 5.1 und 5.2 gemäß dem weiter oben beschriebenen einfachen und wenig fehleranfälligen Verfahren erzeugt sind, ist die Kalibrierung, Verifizierung und Justierung des Analysators mit diesen Standardlösungen ebenfalls wenig fehleranfällig und erlaubt einen verlässlichen Messbetrieb bei geringem Wartungsaufwand.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013114138 A1 [0004]
DE 102013114011 A1 [0004]
DE 102011075762 A1 [0004]
DE 102011007011 A1 [0004, 0010]

Claims

Kapsel (1) zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend: eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung (4), mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene Substanz (2), und mindestens einen Rührkörper.
Kapsel (1) nach Anspruch 1, wobei der Rührkörper einen Magneten (3), insbesondere einen Permanentmagneten, aufweist.
Kapsel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rührkörper (3) von der Wandung (4) umgeben oder mit der Wandung (4) verbunden oder mindestens teilweise in der Wandung (4) eingebettet ist.
Kapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wandung (4) aus einem in einem Lösungsmittel, insbesondere Wasser, mindestens teilweise löslichen Material gebildet ist.
Kapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Substanz (2) eine vorgegebene Menge des Analyten oder eines Stoffes, der durch chemische Reaktion zu dem Analyten umsetzbar ist, umfasst.
Kapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Substanz (2) eine vorgegebene Menge eines ersten Reaktanden umfasst, der so ausgewählt ist, dass er mit mindestens einem zweiten Reaktanden eine chemische Reaktion eingeht, bei der sich als Reaktionsprodukt der Analyt bildet.
Kapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Substanz (2) in dem Innenraum der Kapsel (1) als Feststoff oder an einer festen Phase gebunden vorliegt.
System (10) zur Herstellung einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend: mindestens eine Kapsel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und einen, insbesondere flüssigkeitsdicht verschlossenen, Flüssigkeitsbehälter (5), der ein vorgegebenes Volumen einer ein Lösungsmittel enthaltenden Flüssigkeit (7) enthält, wobei die Wandung (4) der Kapsel (1) aus einem Material gebildet ist, das sich in dem Lösungsmittel mindestens teilweise auflöst.
System (10) nach Anspruch 8, wobei die Kapsel einen Rührkörper umfasst, der einen Magneten (3) aufweist, und wobei das System weiter ein Magnetrührgerät (8) umfasst, das dazu eingerichtet ist, ein zum Antrieb des Rührkörpers dienendes Magnetfeld zu erzeugen.
System (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Lösung eine Standardlösung zum Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts (100, 102) ist.
System (10) nach Anspruch 10, wobei die Substanz (2) eine erste Komponente der Standardlösung bildet, und wobei die Flüssigkeit (7) eine zweite Komponente der Standardlösung bildet.
System (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Substanz (2) eine vorgegebene Menge des Analyten oder eines ersten Reaktanden umfasst, der beim Vermischen und/oder Auflösen der Substanz in der Flüssigkeit (7) eine chemische Reaktion unter Beteiligung mindestens eines in der Flüssigkeit (7) enthaltenen zweiten Reaktanden eingeht, bei der sich als Reaktionsprodukt der Analyt bildet.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die mindestens eine Kapsel (1) in einer Umverpackung gas- und flüssigkeitsdicht eingeschlossen ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die mindestens eine Kapsel (1) in einer Blisterverpackung (11) aufgenommen ist, die eine flexible Rückwand, auf der die mindestens eine Kapsel (1) aufliegt, und ein Kunststofffolien-Formteil aufweist, das mit der flexiblen Rückwand verbunden ist, derart, dass das Kunststofffolien-Formteil und die Rückwand eine abgeschlossene Kammer bilden, in der die mindestens eine Kapsel (1) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Lösung für die Verwendung mit einem Messgerät (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend: - Zugeben mindestens einer Kapsel (1) zu einem in einem Flüssigkeitsbehälter (5) vorgelegten Volumen einer ein Lösungsmittel umfassenden Flüssigkeit (7), wobei die Kapsel (1) eine einen Innenraum vollständig umschließende Wandung (4) und mindestens eine innerhalb des Innenraums aufgenommene Substanz (2) und mindestens einen Rührkörper, insbesondere einen Magneten (3), aufweist, wobei sich die Wandung (4) der Kapsel (1) in der Flüssigkeit (7) mindestens teilweise auflöst und die in dem Innenraum aufgenommene Substanz (2) in die Flüssigkeit (7) austritt; und - Vermischen der Substanz (2) mit der Flüssigkeit (7) und/oder Auflösen der Substanz (2) in der Flüssigkeit (7).
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Flüssigkeitsbehälter (5) zunächst verschlossen ist, und wobei das Verfahren die weiteren Schritte umfasst: Öffnen des Flüssigkeitsbehälters und Zugeben der Kapsel (1) zu dem in dem Flüssigkeitsbehälter (5) vorgelegten Volumen der Flüssigkeit (7), wobei die aus der Kapsel (1) austretende Substanz (2) in dem Flüssigkeitsbehälter (5) mit der Flüssigkeit (7) vermischt und/oder in der Flüssigkeit (7) aufgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Rührkörper einen Magneten (3) aufweist, und wobei das Verfahren weiter den folgenden Schritt umfasst: Bringen des Flüssigkeitsbehälters (5) in die Nähe oder in Kontakt mit einem Magnetrührgerät (8), das dazu eingerichtet ist, ein zum Antrieb des Rührkörpers dienendes Magnetfeld zu erzeugen, derart, dass das Magnetfeld nach dem Zugeben der Kapsel (1) zu der Flüssigkeit (7) den Magneten (3) der Kapsel (1) in Bewegung versetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lösung eine Standardlösung zum Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts (100, 102) ist, und wobei die Substanz (2) eine erste Komponente der Standardlösung bildet, und wobei die Flüssigkeit (7) eine zweite Komponente der Standardlösung bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Wandung der Kapsel (1) aus einem die Bestimmung der Messgröße mittels des Messgeräts (100, 102) nicht beeinflussenden Material gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Flüssigkeit (7) mindestens einen Stabilisator zur Hemmung von chemischen oder photochemischen Abbaureaktionen des Analyten in der hergestellten Lösung enthält.
Verfahren zur Kalibrierung, Verifizierung und/oder Justierung eines Messgeräts (100, 102) zur Bestimmung einer von einer Konzentration mindestens eines Analyten in einer Probe abhängigen Messgröße, umfassend: Herstellen mindestens einer Standardlösung mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 15 bis 20, Erfassen mindestens eines Messwerts der Messgröße in mindestens einem Teil der Standardlösung mittels des Messgeräts; und Kalibrieren, Verifizieren und/oder Justieren des Messgeräts (10, 100) unter Verwendung des mindestens einen Messwerts.