-
Gerät für die Durchmischung von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht
sich auf ein Gerät für die Durchmischung von Flüssigkeiten.
-
Geräte dieser Art gibt es in vielen Varianten, auch in Form sog. Magnetrührer,
bei denen außerhalb des Mischgefäßes ein rotierender Magnet vorhanden ist, der auf
ein im Innern des Gesäßes angeordnetes Rührwerk einwirkt. Solche bekannten Magnetrührer
sind jedoch nur für relativ große Flüssigkeitsmengen konzipiert und brauchbar; insbesondere
können die Rührwerke nicht mit vertretbarem Aufwand so klein gemacht werden, daß
auch kleine Flüssigkeitsmengen in der Größenordnung von Zehntel Millilitern damit
zu mischen sind.
-
Die Aufgabe, kleine Flüssigkeitsmengen zu durchmischen, stellt sich
jedoch häufig in der Chemie, inshesondere auf dem Gebiet der Biochemie und der Medizin.
Auf diesem Gebiet liegen häufig
nur ganz geringe Mengen einer Substanz
vor, die zu analysieren ist. Zur Analyse muß der Substanz meist ein Reagens zugeführt
werden, das mit ihr zu mischen ist, wonach das Gemisch einem Analysator, z.B. einem
Spektralphotometer, zugeleitet wird.
-
Um die erforderliche Durchmischung kleiner Substanzmengen mit einem
Reagens zu erreichen, läßt man bei bekannten Einrichtungen die Substanz zusammen
mit dem Reagens lange Glasrohrspiralen mit weitem Innenlumen durchlaufen und nützt
zur Durchmischung die beim Durchlauf der Flüssigkeiten auf diese einwirkende Prall-und
Gleitwirkung aus. Die genannten Glasrohrspiralen weisen jedoch beträchtliche Nachteile
auf. Erstens sind solche Spiralen teuer sowie bruchempSindlich und müssen für verschiedene
Aufgaben in unterschiedlichen Abmessungen (Länge, Spiraldurchmesser, Rohrdurchmesser)
zur Verfügung gehalten werden. Zweitens sind die Reaktionswege bis zu einer ausreichend
guten Durch mischung recht lang. Drittens müssen ausreichende Mengen der Substanz
und entsprechende Reagensmengen zur Verfügung stehen, um die weitlumigen Rohre zu
füllen und am Ende des Reaktionsweges noch für die Analyse ausreichende Mengen zu
erhalten (die Rohre müssen weitlumig sein, damit die gewünschte Prall- und Gleitwirkung
eintritt). Einerseits ist diese Forderung (bei den in der Biochemie vorkanmenden
geringsten Substanzmengen) häufig nicht zu erfüllen und andererseits ist jede Probe
und meist auch das erforderliche Reagens sehr teuer, so aaß immer mit geringstmöglichen
Mengen zu arbeiten ist. Sind aber nur sehr kleine Substanzproben vorhanden, so gelingt
deren Analyse häufig überhaupt nicht mehr, weil die Verdünnung in den langen und
weiten Glasrohrspiralen zu hoch wird.
-
Eine weitere Schwierigkeit tritt auf, wenn verschiedene Reagenszugaben
in bestimmten Reaktionsphasen notwendig sind (z.B. zur Erfassung von Enzymaktivitäten
oder zur kontinuierlichen Testung von Eluaten bei der Chromatographie oder bei präparativen
Blektrophoresen). Die bekannten Glasrohrspiralen sind dann für die erforderlichen
Nischungsvorgänge
kaum mehr zu brauchen oder bringen einen sehr komplizierten Geräteaufbau und unvertretbar
großen arbeitstechnischen Aufwand mit sich. So müssen z.B. zur Aufrechterhaltung
einer scharfen Trennung aufeinanderfolgender unterschiedlicher Substanzen in der
Rohrspirale während der Mischung mit einem Reagens zwischen die einzelnen Substanzen
luftblasen eingelagert werden. Die Einlagerung gelingt aber nur dann, wenn die zu
trennenden Substanzflüssigkeiten bezüglich des Rohrvolumens in ausreichend großer
Menge vorhanden sind. AuBerdem ist auch hier schon ein großer technischer Aufwand
erforderlich.
-
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gerät für die Durchmischung
von Blüssigkeiten anzugeben, mit dem auch sehr kleine Flüssigkeitsmengen, wie sie
z.B. in der Biochemie anfallen, gut durchmischt werden können. Weitere Aufgaben
liegen darin, daß das Gerät- einfach im Aufbau und billig herzustellen sein saul,
Insbesondere soll ohne besonderen bedienungstechnischen Aufwand die Reagenszugabe
zu verschiedenen Reaktionsphasen möglich sein, damit auch komplizierte Testverfahren
problemlos durchführbar werden. Ein komplizierter und platzraubender Auf bau des
Mischsystemes soll dabei vermieden werden. Großer und damit teurer Ohemikalienverbrauch
(Substanzen bzw. Reagenzien) soll unnötig sein. Englumige leitungen sollen verwendbar
sein.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine in einem unmagnetischen
Werkstoff, vorzugsweise Polytetrafluoräthylen, vorgesehene Mischkammer mit einer
Zu- und Abführungsleitung für die Flüssigkeit, wobei die Mischkammer einen in ihr
frei bewegbaren magnetischen Gegenstand enthält, und durch einen rotierenden Magneten,
in dessen Einflußbereich die Mischkammer angeordnet ist und der den magnetischen
Gegenstand zur Durchmiæchung der Flüssigkeit in der Kammer bewegt.
-
Die Mischkammer kann praktisch beliebig klein gemacht werden (z.B.
0,1 ml) und die Mischungsintensität ist durch die Strömungs- und/oder Drehgeschwindigkeit
des Magneten bestimmbar.
-
Eine Lagerung des magnetischen Gegenstandes ist dabei weder erforderlich
noch erwiinscht.
-
In Weiterbildung der Erfindung wird als magnetischer Gegenstand ein
solcher aus Eisen benutzt, der vorzugsweise mit Plastikmaterial überzogen ist, damit
eine gegenseitige chemische Beeinflussung des Eisens mit den zu mischenden Flüssigkeiten
ausgeschlossen ist.
-
Um eine gute Mischwirkung hervorzurufen, ist der magnetische Gegenstand
in seiner Konfiguration stark von der Kreis form abweichend gewählt, vorzugsweise
stabförmig auægebildet. Auch zahnradartige Gebilde eignen sich für den erstrebten
Verwendungszweck.
-
Eine im Sinne der obengenannten weiteren Aufgaben der Erfindung besonders
zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn im unmagnetischen Werkstoff
eine Mehrzahl von Miæchksmmern mit Zu- und AbSührungæleitungen sowie mit mindestens
je einem magnetischen Gegenstand in jeder Mischkammer vorgesehen wird.
-
Auf engstem Raum ist dann die Mischung einer Substanz mit verschiedenen
Reagenzien nacheinander oder einer Substanz mit jeweils unterschiedlichen Reagenzien
oder von Substanzen oder Subtstanzgemiæchen untereinander möglich. Zur Verbindung
der einzelnen Kammern (bzw. deren Zu- und Abführungsleitungen) sind dann nur kurze
englumige Schlauchverbindungen (Tefl onschläuche) erforderlich. Gegebeuenfslls können
diese Schläuche einfach durch Temperaturbäder geleitet werden.
-
Eine besonders zweckmäßige Konstruktion ergibt sich, wenn dem magnetischen
Werkstoff die Form einer kreisrunden Scheibe gegeben
wird. Die
Mischkammern werden dann zweckmäßig am Umfang versetzt in der Scheibe angeordnet.
Dadurch können relativ viele Miscbkammern auf engem Raum benachbart angeordnet werden,
es ergibt sich ein platzsparender Aufbau und die Hintereinanderschaltung. der einzelnen
Kammern ist problemlos möglich. Außerdem kann die Zuführung und Abführung der lüssigkeiten
übersichtlich erfolgen.
-
Zur Realisierung der Mischkammern im magnetischen Werkstoff (bzw.
der Scheibe) ist die Scheibe zweckmäßigerweise aus einem deckseitigen und einem
bodenseitigen Scheibenteil aufgebaut.
-
Durch eine einfache Sackbohrung in einem Scheibenteil, die zum jeweils
anderen Scheibenteil hin offen ist, entsteht nach dem Zusammenfügen der Scheibenteile
eine Mischkammer. Das Zusammenfugen kann mittels einer Klebeverbindung geschehen.
Zweckmäßiger ist es aber, die beiden Scheibenteile lösbar miteinander zu verbinden
und dazu beispielsweise Schraubverbindungen vorzusehen.
-
In diesem Falle sind zur Gewährleistung der Vermischungssicherheit
unter den einzelnen Mischkammern diese umgebende Dichtungsringe vorgesehen, die
in der Trennfuge zwischen beiden Scheibenteilen liegen.
-
Die MEschkSmmarn können teils im deckseitigen, teils im bodenseitigen
Scheibenteil liegen (vgl. Ausführungsbeispiel). Es liegt aber insbesondere im Rahmen
der Erfindung, nur in einem (vorzugsweise bodenseitigen) Scheibenteil die die Mischkammern
bildenden Vertiefungen (Bohrungen) vorzusehen und den anderen (oberen) Scheibenteil
als obere Mischkammerbegrenzung zu benutzen.
-
Auf diese Weise brauchen die beiden Scheibenteile nicht exakt zueinanderpassend
ausgeführt zu werden. Lediglich die Bohrungen für die Schraubverbindung müssen dann
übereinstimmen.
-
Ein besonders sinnvoller Aufbau des Gerätes ergibt sich, wenn die
Scheibe horizontal angeordnet ist bzw. das Gerät so anfgebaut
ist,daß
die Scheibe im Betrieb horizontal im Gerät liegt.
-
Dann sind zweckmäßigerweise die Zuführungsleitungen horizontal (in
radialer Richtung) in die Scheibe hineingeführt und zwar vorzugsweise etwa in der
Höhe des jeweiligen Mischkammerbodens; die Abführungsleitungen sind bevorzugt vertikal
vom oberen Mischkammerénde nach oben herausgeführt. Auf diese Weise ist erreicht,
daß die Flüssigkeit in der Mischkammer mit Sicherheit durchgemengt wird, weil der
magnetische Gegenstand aufgrund der Schwerkraft am Mischkammerboden liegt und sofort
die ankommende Blüssigkeit durchmischt. Bei dieser Konstruktion ist es vorteilhaft,
den rotierenden Magneten unterhalb der horizontalliegenden Scheibe anzuordnen, damit
die Anziehungskraft des Magneten in derselben Richtung wie die Schwerkraft auf den
bzw. die magnetischen Gegenstände wirkt. Damit alle am Umfang der Scheibe versetzt
angeordneten Mischkammern gleichmäßig in den Wirkungsbereich des rotierenden Magneten
kommen, ist dieser stabförmig ausgebildet, parallel zur Scheibe (also auch horizontal)
angeordnet und in der Mitte seiner Xangsausdeheung um eine vertikale Welle drehbar
gelagert. Damit beim Mischvorgang evtl.
-
freiwerdende Gasblasen sich nicht am oberen Ende der Mischkammer ansammeln
können, ist im Rahmen der Erfindung der obere Teil der Kammer konisch (trichterförmig)
ausgebildet, wobei die Abführungsleitung in die Konus spitze mündet. Diese Trichterform
wird auf einfache Weise durch Senkbohrungen erreicht.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von
drei Figuren, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein Prinzipschaltbild für ein Analysatorsystem mit
Mischgerät, Fig. 2 eine Draufsicht auf das erfindungsgrmäße Gerät,
Fig.
3 einen Querschnitt durch das Gerät mit symbolischer Darstellung des Magnetantriebes.
-
In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen belegt,
Im Prinzipschaltbild nach Fig. 1 ist mit 1 die vom Elutionssystem eines präparativen
Elektrophoresegerätes kammende Leitung bezeichnet. Als Elektrophoresegerät wird
ein Gerät benutzt, wie es in den deutschen Patentanmeldungen P 20 56 127.7, P 20
56 128.8 und P 20 56 129.9 beschrieben ist. In der leitung 1 strömt in Pfeilrichtung
das vom Elektrophoresegerät kommende Eluat mit den zu analysierenden Substanzen,
wobei die einzelnen Substanzen nacheinander anfallen. Die Substanzen sollen zum
größten Teil, nämlich zu 95 %, einem Fraktionssammler zugeführt werden (um möglichst
große Anteile der raren und teuren Substanzen zu gewinnen), während nur etwa 5 %
davon (die sog.Testsubstanz) zur Analyse benutzt werden. Die Au9-trennung der vom
Elektrophoresegerät kommenden Flüssigkeitsmenge in Teile von 95 ffi und 5 % erfolgt
in einem sog. "Split" 2.
-
Die Testsubstanz wird über die leitung 3 der Mischarmatur 4; die im
wesentlichen aus einem T-Stück besteht, zugeführt. In dieser Mischarmatur wird der
Testsubstanz ein geeignetes Reagens über die Leitung 5 zugefügt. Zur gründlichen
Durchmischung der Testsubstanz mit dem Reagens werden beide über die Leitung 6 dem
Mischgerät 7 zugeleitet und sie gelangen von dort über die Leitung 8 zum Spektralphotometer
9, wo die Analyse erfolgt.
-
Das Mischgerät 7 besteht aus einer kreisförmigen Scheibe 10 aus Polytetrafluoräthylen,
in welcher sechs Mischkammern 11 bis 16 untergebracht sind. Jede Mischkammer beherbergt
einen stabförmigen magnetischen Gegenstand 17, der mit einem Plastiküberzug versehen
ist. Unterhalb der Scheibe 10 und koaxial mit ihr verläuft die vom Motor 18 angetriebene
Welle 19, die an ihrem freien Ende den Stabmagneten 20 in der Mitte seiner
Längsausdehnung
- die etwa dem Scheibendurchmesser entspricht -trägt. Die Scheibe 10 besteht aus-zwei
Scheibenteilen 21, 22, die mittels Schraubenverbindung lösbar miteinander verbunden
sind; die Schrauben sind mit 23 bis 28 bezeichnet. Die Mischkammern werden durch
Bohrungen realisiert, wobei im bodenseitigen Scheibenteil 21 Sackbohrungen 29, 30
(Fig. 3) und im deckseitigen Scheibenteil 22 Senkbohrungen 31, 32 (stellvertretend
für die übrigen Mischkammern) vorgesehen sind. In der Trennfuge 58 zwischen dem
boden- und deckseitigen Scheibenteil 21, 22 sind - gegebenenfalls in entsprechenden
Nuten, die der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt sind - konzentrisch die
Mischkammerbohrungen umgebend Dichtungsringe 59 (0-Ringe) angeordnet. Die Senkbohrungen
31, 32 verjüngen sich nach oben trichterförmig und an ihrer Spitze münden die später
erwähnten Abführungsleitungen 5, 38 bis 42. Auf diese Weise wird verhindert, daß
evtl. Gasblasen sich in der Mischkammer stauen können.
-
In Höhe der Sackbohrungsböden 29', 30 führen radial von außen die
Zuführungsleitungen 6, 33, 34, 35, 36, 37 zu den einzelnen Mischkammern, während
vertikal nach oben die Abführungsleitungen 8, 38, 39, 40, 41, 42 aus den Senkbohrungen
verlaufen. An jeder Zuführungsleitung 6, 33 bis 37 ist je eine Mischarmatur 4, 43,
44, 45, 46, 47 unmittelbar angeschlossen, welche jeweils die Anschlüsse 3, 5; 48,
49, 50, 51; 52, 53; 54,- 55; 56, 57 aufazeist.
-
Bei der Prinzipdarstellung nach Fig. 1 ist nur die Mischkammer 11
benutzt. Bei komplizierten Testverfahren, wo mehrere (z.B. sechs) verschiedene Reagenszugaben
zu verschiedenen ReakEionsphasen erfolgen, wird mittels Teflonschläuchchen den Armaturen
über die leitungen 5, 49, 51, 53, 55, 57 jeweils das erforderliche Reagens zugeleitet.
Ebenfalls über Teflonschläuchchen (geringen BuLmens) wird die Testsubstanz bei 3
der ersten Armatur 4 und über die leitung 6 der ersten Kammer 11 zugeführt.
-
Der weitere Weg zum Photometer 9 geht dann - immer mittels Teflonschläuchchen,
die auc durch Temperaturbader geleitet werden können - von 8-48-43-33 zur Kammer
12; von 38-50-44-34 zur Eammer 13; von 39-52-45-35 zur Kammer 14; von 40-54-46-36
zur Kammer 15; von 41-56-47-37 zur letzten Kammer 16 und von
deren
Abführungsleitung zum Photometer 9.
-
Im Betrieb wird durch die Rotation des Magneten 20 in allen Mischkammern
der Gegenstand 17 (der jeweils, auch mehrfach vorhanden sein kann) bewegt, der seinerseits
die gute Durchmischung der Proben bewirkt. Die Förderung der Flüssigkeiten erfolgt
zweckmäßig über peristaltische rampen. Die Mischkammern haben ein Volumen von etwa
0,1 ml.
-
Wegen seines billigen und kompakten Aufbaues, seiner einfachen Handhabung
und seiner Vielseitigkeit bei gegenüber bekannten Sinrichtungen erhöhter Leistungsfähigkeit
und geringstem Substanzbedarf hat sich das Gerät bereits in der Praxis voll bewährt.
Dabei gelingt die spezifische Erfassung aller erdenklichen Substanztrennungen, insbesondere
die kontinuierliche Erfassung von Eluaten aus Elektrophoresen, wobei nur kleine
Splits (van ca. 5 %) erforderlich sind.