DE2244780A1

DE2244780A1 - Vorrichtung zur trennung der phasen eines kontinuierlich stroemenden, mehrphasigen fluidstroms

Info

Publication number: DE2244780A1
Application number: DE2244780A
Authority: DE
Inventors: Anthony F Buccafuri; Jack Isreeli; Aaron Kassel
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1971-10-13
Filing date: 1972-09-13
Publication date: 1973-04-26
Also published as: IT964153B; NL7211217A; FR2156619A1; US3743103A; DE2244780B2; JPS5525882B2; AU4597072A; AU465465B2; JPS4847888A; BE788754A; DE2244780C3; CA982491A; CH546089A; FR2156619B1; GB1378717A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel DipHng. Wolfgang Reiche!

6 Frankfurt a. M. 1
Parksiraß© 13

7177

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y., VStA

Vorrichtlang zur Trennung der Phasen eines kontinuierlich strömenden, mehrphasigen Fluidstroms

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Trennung der Phasen eines kontinuierlich strömenden, mehrphasigen Fluidstroms mit einem Einlaß für den mehrphasigen Strom und zwei Auslassen.

Die nach dem kontinuierlichen Durchflußprinzip arbeitenden bekannten Phasentrennvorrichtungen haben ein verhältnismäßig großes Anfüllvolumen, das die Verwendung dieser bekannten Vorrichtungen in automatisch arbeitenden Analysiergeräten begrenzt. So läßt das verhältnismäßig große Anfüllvolumen der bekannten Phasentrennvorrichtungen keine hohen Probenanalysiergeschwindigkeiten zu, und darüberhinaus wird zu jedem Zeitpunkt keine vollständige Phasentrennung durchgeführt, so daß die Analysenergebnisse ungenau sein können. Ferner trägt das verhältnismäßig große Anfüllvolumen zur

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Aufrechterhaltung der Probenintegrität nicht bei. Dadurch ' kann es zu Verunreinigungen und Verseuchungen zwischen aufeinanderfolgenden Proben kommen. In den automatisch arbeitenden Analysiergeräten, bei denen die Phasentrennvorrichtungen Anwendung finden, bilden beispielsweise eine Reihe von verschiedenartigen Proben in wäßeriger Phase einen Strom. Die Proben werden automatisch und aufeinanderfolgend behandelt, beispielsweise durch Lösungsmittelextraktion unter Verwendung eines Lösungsmittelphase.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum kontinuierlichen Betrieb geeignete Phasentrennvorrichtung mit einem kleineren Anfüllvolumen zu schaffen. Dabei soll die Phasentrennung besser vorgenommen werden können, als es bisher möglich war. Wenn ein Strom aus verschiedenartigen Proben durch die zu schaffende Phasentrennvorrichtung geschickt wird, soll die Probenintegrität erhalten bleiben und eine Verseuchung zwischen aufeinanderfolgenden Proben vermieden werden. Die zu schaffende Phasentrennvorrichtung soll insbesondere Anwendung in automatisch arbeitenden Analysiergeräten mit kontinuierlichem Durchfluß finden, die dazu dienen, den Morphinpegel in aufeinanderfolgenden verschiedenen Urinproben mit einer hohen Probenverarbeitungsgeschwindigkeit zu bestimmen.

Die eingangs beschriebene Vorrichtung zur Trennung der Phasen ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung ein Mittel vorgesehen ist, das von einer der Phasen bevorzugt benetzbar ist, um durch Ansammeln dieser einen Phase an und um das Mittel herum die Phasentrennung zu fördern und das Abströmen dieser einen Phase aus einem gewünschten der Auslässe zu bewirken.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt somit ein Rohrverzweigungsstück dar, das aus einem inerten Werkstoff besteht, beispielsweise aus Glas. Das die Phasentrennung fördernde

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Mittel ist bevorzugt durch die organische Phase benetzbar. Bei dem Mittel·handelt es sich vorzugsweise um einen lang- . gestreckten Körper, der in die Trennvorrichtung derart eingesetzt ist, daß er sich zwischen dem Einlaß für den mehrphasigen Strom und dem Auslaß für die organische Phase erstreckt. Wenn die organische Phase schwerer als die anderen Phasen ist, befindet sich der Auslaß für die organische Phase unterhalb des Auslasses für die wäßerige Phase. Wenn die wäßerige Phase schwerer ist, liegt der Auslaß für die¹ wäßerige Phase tiefer, so daß in jedem Falle die Schwerkraft ausgenutzt wird. Ferner ist eine Einrichtung vorhanden, die in den einen der durch die Phasentrennung hervorgehenden Phasenströme ein Trennflu'id einleitet, wenn die Phas-entrennvorrichtung zum Betrieb in einem automatisch arbeitenden Probenanalysiergerät verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Phasentrennvorrichtung wird vorzugsweise in automatischen Analysiergeräten angewendet, die zur Bestimmung des Morphinpegels in einem Strom von verschiedenen aufeinanderfolgenden Urinproben dienen. Hier treten die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders zutage.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Phasentrennvorrichtung gemäß der Erfindung , .

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in der Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Phasentrennvorrichtung gemäß der Er-. findung, ■ ...

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel,

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Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das die Verwendung einer nach der Erfindung ausgebildeten Phasentrennvorrichtung in einem automatisch arbeitenden Analysiergerät darstellt.

Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte Phasentrennvorrichtung 10 zur Trennung organischer und wäßeriger Phasen bei

der kontinuierlichen Durchflußanalyse weist einen Einlaß und Auslässe 14 und 16 auf. Die Phasentrennvorrichtung 10 ist vorzugsweise aus Glas hergestellt. Ein Einsatz 18 besteht aus einem Werkstoff, der vorzugsweise von der organischen Phase benetzbar ist. Der Einsatz 18 ist nach Art eines Haftsitzes in die Trennvorrichtung eingesetzt und weist eine Nase 20 oder einen ähnlichen Vorsprung auf, um den Einsatz in der Trennvorrichtung in der dargestellten Lage zu halten. Bei Verwendung in Verbindung mit einer polaren wäßerigen Phase und einer nichtpolaren organischen Phase besteht der Einsatz 18 aus einem dafür geeigneten Material, beispielsweise Teflon oder Polyäthylen, mit einer nichtpolaren Oberfläche.

Ein Strom 22 aus sich abwechselnden, praktisch nicht mischbaren organischen und wäßerigen Flüssigkeitsphasenschüben 0 bzw. A wird über eine Leitung 24 mittels einer Pumpe dem Einlaß 12 der Trennvorrichtung zugeführt. Dabei ist die organische Phase schwerer als die wäßerige. Bei Verwendung der Trennvorrichtung 10 in einer kontinuierlichen Durchflußanordnung ist der Strom 22 vorzugsweise durch ein geeignetes Trennfluid, beispielsweise Luft, unterteilt. Der Strom besteht aus aufeinanderfolgenden behandelten Proben einer wäßerigen Phase, wobei ein gelöster Stoff in eine organische Lösungsmittelphase extrahiert worden ist, und zwar vorzugsweise durch Abscheidung während des Durchströmens einer Mischspule oder einer ähnlichen Einrichtung. Derartige Vorgänge mit kontinuierlich strömenden Lösungsmitteln sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Extraktionstechnik bekannt.

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Wenn der ,Strom 22 in die Trennvorrichtung 10 eintritt, wird die nichtpolare Oberfläche des Einsatzes 10 praktisch unter Ausschluß der polaren wäßerigen Phase vorzugsweise durch die nichtpol.are Lösungsmittelphase benetzt, so daß die Lösungs-. mittelphase den Einsatz 18 umgibt und an ihm entlang fließt. Diese bevorzugte Benetzung veranlaßt in Verbindung mit der natürlichen Trennwirkung infolge der auf die Lösungsmittelphase ausgeübten Schwerkraft, daß die Lösungsmittelphase an dem Einsatz 18 entlang in den unteren Teil der Trennvorrichtung 10 strömt und durch den Auslaß 16 austritt.

Lediglich ein äußerst geringer Teil der organischen Phase und praktisch die gesamte wäßerige Phase sowie die Luftschübe strömen infolge der Trennwirkung der Trennvorrichtung durch den Auslaß 14. Zwecks Reinigung und Aufrechterhaltung der Probenintegrität in einer Trennvorrichtung mit kontinuierlichem Durchfluß wird der sich ergebende organische Phasenstrom unterteilt, und zwar durch Zufuhr eines geeigneten Trennfluids, bei dem es sich um Luft handeln'kann. Die Luft wird über eine Kapillare in den Strom eingeführt. Es sei erwähnt, daß diese Unterteilung des Stroms durch Luft zum Erzielen einer wirksamen Phasentrennung nicht erforderlich ist. In entsprechender Weise ist es zum wirkungsvollen Betrieb der Trennvorrichtung 10 nicht notwendig, daß der eingeleitete Strom 22 durch Luftschübe unterteilt ist.

Irr der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Phasentrennvorrichtung 30 dargestellt, die einen Einlaß 32, Auslässe 34 und 36 und einen Einsatz 18 aufweist. Die Pha-sentrennvorrichtung 30 wird verwendet, wenn die wäßerige Lösung schwerer ist, und dient insbesondere zur Phasentrennung im Anschluß an die Rückextraktion eines gelösten Stoffs aus der organischen in die wäßerige Phase in einer nach dem kontinuierlichen Durchflußprinzip arbeitenden Anordnung. Wenn der Strom 22 in die Trennvorrichtung 30 eintritt, benetzt wiederum die Lösungsmittelphase vorzugsweise den Einsatz-18

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und folgt daher zusammen mit der Luft und lediglich einem ' sehr geringen Teil der wäßerigen Phase dem Einsatz 18, der zum Auslaß 34 der Trennvorrichtung 30 führt. Unter der Einwirkung der Schwerkraft sammelt sich der Hauptanteil der wäßerigen Phase im unteren Abschnitt der Trennvorrichtung 30 an und strömt durch den Auslaß 36. Der dabei entstehende wäßerige Phasenstrom kann wiederum mit Hilfe einer Kapillare 38 durch LuftSchübe unterteilt werden.

Ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Trennvorrichtung ist in der Fig. 4 dargestellt. Die Trennvorrichtung 40 weist einen Einlaß 42 und Auslässe 44 und 46 auf. Der hier dargestellte Einsatz 48 ist zur Halterung in einer gewünschten Stellung mit Nasen 50 und 52 ausgerüstet. Wenn der zugeführte Strom 56 durch Luftschübe unterteilt ist, weist die Trennvorrichtung 40 einen Entlüfter 54 auf. Die Trennvorrichtung 40 dient für den Fall, daß die organische Phase leichter ist, wie es beispielsweise für den an Hand der Fig_#1 beschriebe-, nen Extraktionsvorgang mit einem kontinuierlich strömenden Lösungsmittel gilt. Wenn der Strom 56 in die Trennvorrichtung 40 eintritt, benetzt die organische Phase vorzugsweise den Einsatz 48 und folgt diesem. Die organische Phase verläßt daher die Trennvorrichtung 40 durch den Auslaß 44 und kann vorher, sofern es erwünscht ist, unter Verwendung einer Kapillare 58 mit LuftSchüben unterteilt werden. Im Gegensatz dazu strömt die wäßerige Phase mit einem sehr kleinen Anteil der organischen Phase durch den Auslaß 46 der Trennvorrichtung 40.

In der Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel mit einer Trennvorrichtung 60 dargestellt, die einen Einlaß 62 und Auslässe 64 und 66 aufweist. Der hier dargestellte Einsatz 68 enthält Nasen 70 und 72, die den Einsatz in der Trennvorrichtung in der gezeigten Lage halten. Wenn der zugeführte Strom 76 durch Luftschübe unterteilt ist, weist die Trennvorrichtung 40 einen Entlüfter 74 auf. Die Trennvorrichtung

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wird verwendet, wenn die wäßerige Phase leichter ist und wird insbesondere zur Phasentrennung im Anschluß an eine Rückextraktion eines gelösten Stoffs in eine leichtere wäßerige Phase bei einer nach dem kontinuierlichen Durchflußprinzip arbeitenden Anordnung benutzt. Wenn der Strom 76 in die Trennvorrichtung 60 eintritt, benetzt die organische Phase vorzugsweise den Einsatz 68 und folgt diesem. Dadurch strömt praktisch die gesamte organische Phase zusammen mit einem sehr geringen Anteil der wäßerigen Phase durch den Auslaß 66 der Trennvorrichtung. Die leichtere wäßerige Phase bleibt oberhalb des vorzugsweise von der organischen Phase benetzten Einsatzes 68 und verläßt die Trennvorrichtung durch den Auslaß 64. Auch hier können wiederum mit einer Kapillare 76 Luftschübe in den wäßerigen Phasenstrom eingeführt werden.

Vor der Verwendung werden die beschriebenen Trennungsvonrichtungen vorzugsweise für eine hinreichend lange Zeit von derjenigen Phase durchspült, die vorzugsweise den Einsatz ^; benetzen soll, um sicherzustellen, daß vor Beginn des Betriebs keine andere Phase in der Trennvorrichtung vorhanden ist. ■

Die beschriebenen Trennvorrichtungen haben den Vorteil, daß das Anfüllvolumen, also das für jeden Trennvorgang in der Trennvorrichtung enthaltene Volumen, äußerst gering ist. Dadurch ist es möglich, mit den beschriebenen Phasentrennvorrichtungen eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen, d.h. eine große Anzahl von behandelten Proben pro Zeiteinheit zu verarbeiten. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, daß die interessierende Phase vollkommen getrennt werden kann. ■ ·

Im folgenden wird die Anwendung der Phasentrennvorrichtung in einer Anordnung zur automatischen fluorometrischen Bestimmung des Morphinpegels in Urinproben beschrieben. Derar-

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tige Anordnungen dienen zum Bestimmen der von dem Urinspender eingenommenen Medikamente. Die Fig. 6 zeigt eine derartige Anordnung, der kontinuierlich ein luftunterteilter Strom aus aufeinanderfolgenden Urinprobenschüben, die auf einen geeigneten pH-Wert gepuffert sind (wäßerige Phase), aus im allgemeinen alternierenden Schüben eines schwereren Lö'sungsmittelgemischs (organische Phase) und aus passend beabstandeten Schüben einer geeigneten V/aschflüssigkeit zugeführt wird. Dieser Strom wird durch eine Mischspule 78 geleitet, um durch Abscheidung bevorzugter gelöster Stoffe die freien Stoffe auf Morphinbasis von den gepufferten Urinprobenschüben in die angrenzenden Lösungsmittelgemischschübe zu extrahieren. Danach wird der Strom durch die in der Fig. 1 dargestellte Trennvorrichtung 10 geleitet, um in der beschriebenen V/eise die organische Phase zu trennen, die jetzt die interessierenden gelösten Morphinstoffe enthält. Unmittelbar nach dem Trennvorgang wird die organische Phase mit Hilfe der Kapillare 26 durch Luftschübe unterteilt, um die Probenintegrität zu erhalten und eine Verunreinigung zwischen aufeinanderfolgenden Proben zu vermeiden.

Anschließend wird der organischen Phase eine Pufferlösung mit demselben passenden pH-Wert zugesetzt. Der sich ergebende Strom wird durch eine Mischspule 82 geleitet, um durch eine Waschextraktion eine "Reinigung" der organischen Phase vorzunehmen. Dies geschieht durch Rückextraktion von Aminosäuren und ähnlichen Verbindungen, die in dem Urin enthalten sind, in die eine wäßerige Phase darstellende Pufferlösung. Im Anschluß daran erfolgt in der Phasentrennvorrichtung 10' eine Trennung der organischen Phase von der Pufferlösung. Die die organische Phase darstellende Lösungsmittelphase wird nach ihrer Trennung durch Luftschübe unterteilt.

Wie gezeigt, wird im Anschluß daran dem Lösungsmittelphasenstrom eine stark alkalische Lösung zugegeben. Der resultierende Strom strömt durch eine Mischspule 86, um eine Rück-

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extraktion der gelösten Morphinstoffe in die neu hinzugegebene alkalische Lösung zu bewirken, die eine wäßerige Phase darstellt. Danach wird der Strom durch die in der Fig. 5 dargestellte Trennvorrichtung 60 geleitet. Dabei werden die Luftschübe durch den Entlüfter 74 entfernt. Die organische Phase und ein sehr kleiner. Teil der wäßerigen Phase strömen durch den Auslaß 66 zum Abfluß. Der Hauptanteil der wäßerigen Phase, der jetzt die interessierenden gelösten Morphinstoffe enthält, wiru unmittelbar nach dem Trennvorgang durch Luftschübe unterteilt und gelangt von der Trennvorrichtung 60 zu einer Pumpe 88.

Hinter der Pumpe wird der wäßerigen.Phase eine Pufferlösung mit einem passenden pH-Wert zugesetzt. Der resultierende Strom wird in zwei Ströme aufgeteilt. Dem einen der beiden Ströme wird eine Pseudomorphinlösung zugesetzt, um das Morphin zu dimerisieren. Dem anderen Strom wird destilliertes Wasser zugegeben, um einen Leerkanal vorzusehen. Die durch die Aufteilung hervorgegangenen beiden Ströme werden dann gleichzeitig zwecks Analyse Fluorometern 90 und 92 zugeführt. Die Analysenergebnisse werden von einem Streifenblattschreiber 94 aufgezeichnet, um einen leicht lesbaren und reproduzierbaren Nachweis über den Morphinpegel in jeder der analysierten Urinproben zu erhalten. · .

Bezüglich der Methodik zur Bestimmung des Morphinpegels in Urinproben wird auf einen Aufsatz "Automated Analysis for Drugs in Urine" von D. V. Blackmore et al, veröffentlicht in "CLINICAL CHEMISTRY"., Band 17, Nr. 9, 1971, verwiesen.

Die Verwendung der beschriebenen Phasentrennvorrichtungen in einem automatisch arbeitenden Analysiergerät ermöglicht eine Arbeitsgeschwindigkeit von 40 bis 60 Proben/Stunde. Die dabei erzielten Analysenergebnisse haben die gleiche Genauigkeit wie bei Anordnungen, die unter Verwendung von herkömmlichen Phasentrennvorrichtungen eine maximale Arbeitsge-

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schwindigkeit von lediglich 10 bis- 20 Proben/Stunde erzie- ' len.

Obwohl bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorzugsweise benetzbare Einsatz ein separates Bauelement darstellt, kann der Einsatz zusammen mit der übrigen Phasentrennvorrichtung auch aus einem einzigen Stück bestehen.

Ferner ist der Anwendungsbereich der beschriebenen Phasentrennvorrichtung nicht auf Anordnungen zum Bestimmen des Morphinpegels in Urinproben beschränkt. Die beschriebene Phasentrennvorrichtung kann vielmehr zur Ausübung der Phasentrennung in zahlreichen verschiedenartigen Bereichen Anwendung finden.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Trennung der Phasen eines kontinuierlich strömenden, mehrphasigen Fluidstroms mit einem Einlaß für den mehrphasigen Strom und zwei Auslässen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung (10, 30, 40, 60) ein Mittel (18, 48, 68) vorgesehen ist, das von einer der Phasen bevorzugt benetzbar ist, um durch Ansammeln dieser einen Phase an und um das Mittel herum die Phasentrennung zu fördern und das Abströmen dieser einen Phase aus einem gewünschten (16, 34, 44, 66) der Auslässe zu bewirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung für einen mehrphasigen Strom mit einer wäßerigen Phase und einer organischen Phase das Mittel von der organischen Phase bevorzugt benetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennze. lehnet, daß bei Anwendung für einen mehrphasigen Strom mit einer polaren Phase und einer nichtpolaren Phase das Mittel eine nichtpolare Oberfläche aufweist, die bevorzugt von der nichtpolaren Phase benetzbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel eine langgestreckte Form aufweist und sich zwischen dem Einlaß (12, 32, 42, 62) und dem gewünschten Auslaß (16, 34, 44, 66) erstreckt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Bauteil enthält, der den Einlaß (12, 32, 42, 62) und den. Auslaß (16, 34, 44, 66) verbindet, und daß das Mittel ein langgestreckter Bauteil ist, der in der Trennvorrichtung einsetzbar ist,, so daß er zwischen dem Einlaß und dem gewünschten Auslaß liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung für den Fall, daß die organische Phase schwerer als die wäßerige Phase ist, der gewünschte Auslaß (16, 66) unterhalb des anderen Auslasses (14, 74) angeordnet ist und daß das Mittel eine langgestreckte Form aufweist und sich praktisch zwischen dem Einlaß und dem ausgewählten Auslaß erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung für den Fall, daß, die wässerige Phase schwerer als die organische Phase ist, der ausgewählte Auslaß (34, 44) oberhalb des anderen Auslasses (36, 46) angeordnet ist und daß das Mittel eine langgestreckte Form aufweist und sich praktisch zwischen dem Einlaß und dem gewünschten Auslaß erstreckt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (26, 58) vorgesehen ist, die nach der Phasentrennung ein Trennfluid in die durch den gewünschten Auslaß (16, 44) strömende Phase einleitet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (38, 76) vorgesehen ist, die nach der Phasentrennung ein Trennfluid in die durch den anderen Auslaß (36, 64) strömende Phase einleitet.

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