DE2928883A1

DE2928883A1 - Vorrichtung zum entnehmen von proben

Info

Publication number: DE2928883A1
Application number: DE19792928883
Authority: DE
Inventors: Robert L Coleman; Frederick F Spaziani
Original assignee: Nova Biomedical Corp
Current assignee: Nova Biomedical Corp
Priority date: 1978-07-17
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1980-02-07
Also published as: FR2431691A1; GB2025900A; FR2431691B3; JPS5543489A

Description

NOVA BIOMEDICAL CORPORATION
1238 Chestnut Street,
Newton_s Massachusetts 02164
USA

Vorrichtung zum Entnehmen von Proben

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entnehmen von Proben und insbesondere eine Sonde zum Ansaugen von Proben sowie eine Proben-Einlaßanordnung zur Verwendung in dieser Vorrichtung.

Bei der Analyse von Pluiden, insbesondere bei der von biologischen Pluiden, ist es erforderlich, bestimmte Fluide zu verdünnen, und es ist ferner wünschenswert, das für die Analyse erforderliche Probenvolumen auf ein Minimum zu reduzieren. Um die Genauigkeit beim Analysieren aufrecht zu erhalten, muß das der Probe zugesetzte Verdünnungsmittel genau und sorgfältig mit der Probe vermischt werden. Es ist außerdem erforderlich, daß mindestens ein Eichfluid zwischen den eigentlichen Probeentnahmen zur Instrumenteneichung angewendet wird, um die Genauigkeit der Analysen sicherzustellen.

Probeentnahme-Vorrichtungen und Ansaugsonden sind durch-

909886/0729 original inspected

aus bekannt. Bisher verwendete Sonden jedoch sind nicht in der Lage, die Proben während des Aufnehmens zu verdünnen. Anstelle dessen wird die Verdünnung irgendwo in der Vorrichtung durchgeführt, und als Folge davon ist es erforderlich, eine beträchtliche Menge der unverdünnten Fluid-Probe aufzunehmen, nämlich genug, um die Sonde und irgendwelche Anschlußrohre zu füllen, bevor ein Teil der Probe diejenige Stelle erreichen kann, an der das Verdünnungsmittel zugesetzt wird. Alternativ dazu wird die Verdünnung in der Probe vor dem Ansaugen durchgeführt, was eine sehr sorgfältige Vorbereitung der Probe erfordert.

Ein weiterer Nachteil bekannter Probeentnahme-Vorrichtungen liegt in der Eichung des Analyseninstruments. Um die Genauigkeit dieses Instruments aufrechtzuerhalten, müssen Eichfluide, die bestimmte chemische Zusammensetzungen enthalten, zwischen den einzelnen Probeentnahmen getestet werden. Bei einer typischen Vorrichtung des Standes der Technik muß ein Eichfluid so getestet werden, als ob es sich um eine tatsächliche Probe handelt, d.h., es wird in ein Probengefäß gefüllt und zum Instrument hin angesaugt. Da dieser Vorgang für jedes Eichfluid wiederholt werden muß, stellt die Eichung bekannter Instrumente einen mühsamen und zeitaufwendigen Vorgang dar. Alternativ dazu arbeiten bekannte Vorrichtungen typischerweise mit manuellem Einführen des Eichfluids, oder aber sie erfordern Ventile und komplizierte Rohrverbindungen.

Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben zu schaffen, die eine geringe Menge des Probenfluids aufnimmt und exakt verdünnt. Ferner soll nach der Erfindung eine Probenentnahme-Vorrichtung geschaffen werden, deren Eichung durch interne Zufuhr

909886/0729

von Eichfluiden möglich ist.

Allgemein gesagt, schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Entnahme von Proben mit einer Ansaug-Sonde, die innere und äußere Rohre aufweist. Das innere Rohr ist mit einer Reihe von kleinen, über dem Umfang und axial beabstandeten öffnungen versehen, die einen Pluidweg zwischen den Rohren nahe der Probenspitze der Sonde bilden. Eines der Rohre ist an der Probenspitze abgedichtet, und wenn das Ende der Sonde in eine Fluidprobe eintaucht, wird eine geringe Menge in das nicht abgedichtete Rohr eingesaugt. Gleichzeitig wird Verdünnungsmittel durch die öffnungen in dieses Ansaugrohr eingeführt. Durch die Größe der öffnungen und deren Abstand ist es möglich, das Verdünnungsmittel sorgfältig und genau mit der Probe zu vermischen, während diese in der Sonde nach oben gesaugt wird.

Die Probenentnahme-Vorrichtung umfaßt eine Proben-Einlaßanordnung mit einem Gehäuse, das mindestens eine Kammer enthält, welche zwischen abdichtenden Scheidewänden definiert ist. Eichfluid kann in die Kammer eingeführt werden, und man kann die Probenspitze zurückziehen und durch die Scheidewände in jede Kammer hineinstrecken. Die Sonde kann die Eichfluide ansaugen, und das Analyseninstrument kann entsprechend geeicht werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine teils schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entnahme von Proben;

909886/0729

Fig. 2, 3 und 4 in vergrößertem Maßstat Schnittansichten, die unterschiedliche Stellungen der Ansaug-Sonde relativ zu einem Gehäuse darstellen, welches abdichtende Scheidewände trägt, die Fluidkammern definieren, durch welche die Sonde hindurchgeschoben und zurückgezogen wird;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht der Ansaug-Sonde;

Fig. 6 in vergrößertem Maßstab einen zum Teil aufgebrochenen Schnitt durch die Ansaug-Sonde.

Gemäß Fig. 1 weist die Probenentnahme-Vorrichtung einen Rahmen 10 auf, der eine Ansaug-Sonde 12 für die Proben trägt. Die Sonde 12 wird in einer Befestigung 14 am Ende einer mit Gewinde versehenen Welle 16 gehalten. Die Welle l6 erstreckt sich durch eine drehbare Mutter hindurch, welche von einem Motor 20 angetrieben wird_/und zwar über Zahnräder 22 und 24, um die axiale Position der Sonde 12 einzustellen. Photoelektrische Sensoren 26 arbeiten mit einer Marke 28 zusammen, die an der Seite der Befestigung 14 angeordnet ist, um so die Position der Sonde 12 festzustellen. Unterhalb der Befestigung 14 trägt eine Plattform 30 eine Proben-Einlaßanordnung 32, durch die sich die Sonde 12, wie dargestellt, hindurch_erstreckt.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, weist die Sonde an einem Ende ein vergrößertes Trag-Gehäuse 40 aus rostfreiem Stahl auf. Ein Probenrohr 42 geht vom oberen Ende des Gehäuses 40 aus. Ein Rohr 44 für Verdünnungsmittel erstreckt sich seitlich in das Gehäuse 40 hinein.

Die Sonde 12 weist an dem dem Gehäuse 40 gegenüberliegenden Ende eine Probenspitze 46 auf. Gemäß Fig. 6 umfaßt die

909886/0729

Sonde 12 koaxiale innere und äußere Rohre 48 bzw. 50 aus rostfreiem Stahl, die an der Probenspitze 46 durch eine Schmelzschweißung verbunden sind, so daß das äußere Rohr 50 abgedichtet ist. Das innere Rohr 48 ist an der Probenspitze 46 geöffnet, und es existiert ein Verdünnungsmittel-Kanal 52 zwischen den Rohren 48 und 50. Das innere Rohr 48 ist mit einer Reihe von vier Öffnungen 54, 56, 58 und 60 versehen, die in Axialrichtung und in Umfangsrichtung in schraubengangförmiger Anordnung voneinander entfernt liegen, und zwar nahe der Probenspitze 46. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Innendurchmesser des Rohres 48 ca. 0,7 mm, wobei die Öffnungen 54, 56, 58 und 60 einen Durchmesser von ca. 0,2 mm besitzen. Das innere Rohr 48 ist im Inneren des Gehäuses 40 mit dem Probenrohr 42 durch eine Schmelzschweißung verbunden, wobei letzteres seinerseits über eine Schmelzschweißung mit dem Gehäuse 40 in Verbindung steht. Das Rohr 44 für Verdünnungsmittel ist mit dem Gehäuse 40 verschweißt und an den Verdünnungsmittel-Kanal 52 angeschlossen.

Bei der Probeentnahme wird die Sonde 12 in ein Probenfluid innerhalb eines (in Fig. 1 gestrichelt dargestellten) Gefäßes 62 eingeführt, so daß die Probenspitze 46 in das Probenfluid eintaucht. Eine Saugkraft wird an das Instrumentenende des Probenrohres 42 angelegt, und der Unterdruck zieht das Probenfluid in das innere Rohr 48 hinein. Gleichzeitig wird Verdünnungsmittel durch das zugehörige Rohr 44 in den Kanal 52 sowie durch die Öffnungen 54, 56, 58 und 60 in das innere Rohr 48 gedrückt. Das Verdünnungsmittel mischt sich mit der Probe, während letztere angesaugt wird. Die Anordnung der Öffnungen im Abstand zueinander stellt eine vollständige Durchmischung sicher, da das Verdünnungsmittel an vier aufeinander folgenden Stellen und aus vier unterschiedlichen Richtungen eingeführt

909886/0729

wird. Die Auswirkung von Druckimpulsen aus der das Verdünnungsmittel fördernden Pumpe auf die Menge an Verdünnungsmittel, die zu der Probe hinzugeführt wird, wird auf ein Minimum reduziert durch den axialen Abstand der öffnungen, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 1,3 mm beträgt. Die geringe Größe der öffnungen trägt ebenfalls zur Durchmischung bei, und zwar aufgrund der eine hohe Geschwindigkeit besitzenden turbulenten Stömung des Verdünnungsmittels, wenn letzteres in das innere Rohr hineingeht. Die sorgfältig verdünnte Probe setzt dann ihren Weg nach oben durch die Sonde 12 und durch das Probenrohr 42 zu einem nicht dargestellten Instrument fort, wo sie analysiert wird. Die Anordnung der untersten öffnung 54 in gewissem Abstand oberhalb der Probenspitze 46, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Abstand von etwa 1,3 mm, vermeidet das Herausdrücken von Verdünnungsmittel aus der Probenspitze 46, sofern Druckimpulse der das Verdünnungsmittel fördernden Pumpe einen momentanen geringfügigen Überschuß in der Verdünnungsmittelströmung hervorrufen sollten.

Der Durchsatz an verdünnter Probe beträgt beim vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 0,40 ml/min. Es handelt sich hier um ein Verhältnis zwischen Verdünnungsmittel und Probe von 2:1; annähernd 0,26 ml/min des Durchsatzes sind Verdünnungsmittel, während das Probenfluid in einer Menge von etwa 0,14 ml/min nach oben gezogen wird. Die Verdünnung der Probe an der Probenspitze vermindert die Menge an tatsächlichem Probenfluid, die für jeden vorgegebenen Test aus dem Gefäß 62 angesaugt werden muß.

Die Proben-Einlaßanordnung 32 ist eingehender in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt. Sie umfaßt ein Gehäuse 64 mit einem Schlitz 66 entlang einer Seite. Ein erster Stopfen

909886/0729

ist oben im Gehäuse 64 befestigt. Eine..zentrale konische Bohrung 70 erstreckt sich durch den Stopfen 68. Eine Federscheibe 72 ist innerhalb des Gehäuses 64 zwischen dem Stopfen 68 und der Plattform 30 angeordnet. Eine Arretierscheibe 64 hindert den Stopfen 68 daran, sich von der Plattform 30 zu lösen.

Drei abdichtende Scheidewände 76, 78 und 80 sind axial fluchtend innerhalb des Gehäuses 64 unterhalb der Bohrung 70 des Stopfens 68 angeordnet. Die Scheidewände 76, 78 und 80, die aus Silicongummi bestehen und durch Siliconöl geschmiert werden, weisen durchgehende Schlitze 82, 84 und 86 auf.

Die mittlere Scheidewand 78 wird durch ein Paar von Trägern 88 und 90 im Abstand zu den Scheidewänden 7-6 und 80 gehalten. Dadurch entsteht ein Paar von Fluidkammern 92 und 94 zwischen den Scheidewänden. Kanäle 96 und 98 erstrecken sich von den jeweiligen Fluidkammern 92 und 94 zu geeichten Fluidrohren 100 und 102, die von dem Schlitz 66 des Gehäuses ausgehen. Jedes Rohr 100 bzw. 102 ist an eine gesonderte, nicht dargestellte Quelle eines Eichfluids angeschlossen. Ein unterer Stopfen 104 mit einer zentralen konischen Bohrung 106 ist am Boden des Gehäuses 64 durch ein Gewinde 108 befestigt. In montierter Lage hält der untere Stopfen 104 die Scheidewände 76, 78 und 80 sowie die Träger 88 und 90 im Gehäuse fest.

Die Scheidewände 76, 78 und 80 dichten die Fluidkammern 92 und 94 ab und verhindern jegliche Leckverluste. Jedoch wirken die Bohrung 70, die Scheidewände 76, 78, 80, die Fluidkammern 92, 94 und die Bohrung 106 derart zusammen, daß sie eine kontinuierliche Bohrung durch die gesamte Proben-Einlaßanordnung 32 bilden, durch die gemäß Fig. 4 dJe Sonde

COPY 909886/0729

hindurchgehen kann.

Eichfluid geht durch die Pluidrohre 100 und 102 hindurch, so daß es diejenigen Teile der Flu-i dkammern 92 und 9²J füllt, die nicht von der Sonde 12 eingenommen werden. Um das Analysen Instrument zwischen eigentlichen Probeentnahmen zu eichen, wird die Sonde 12 aus ihrer normalen Probenstellung zurückgezogen, so daß sich die Probenspitze 46 in einer der Kammern 92 oder 94 befindet. Das Eichfluid in dieser Kammer wird sodann angesaugt und analysiert. Wenn ein zusätzlicher Eichtest erwünscht ist, wird die Sonde 12 so vorgeschoben oder zurückgezogen, daß sich die Probenspitze 46 in einer anderen Kammer befindet. Das Fluid in dieser Kammer wird sodann angesaugt und getestet. Nach dem Eichen kann die Sonde 12 wiederum vollständig durch die Proben-Einlaßanordnung hindurch in das Probengefäß geschoben werden, um eine weitere Probe anzusaugen. Auch kann man die Vorrichtung dadurch reinigen, daß man die Sonde 12 in der konischen Bohrung 70 der Proben-Einlaßanordnung 32 positioniert. Dann wird Luft in die Sonde eingesaugt, und Luftblasen reinigen die Sonde sowie die Rohrleitungen, wenn sie durch diese hindurchgehen.

Weitere Ausführungsformen sind dem Fachmann im Rahmen der Erfindung ohne weiteres ersichtlich.

Zusammenfassend schafft die Erfindung eine Probenentnahme-Vorrichtung mit einer Ansaugsonde und einer Proben-Einlaßanordnung. Die Sonde umfaß koaxiale innere und äußere Rohre, die am Probenende miteinander verbunden sind, so daß das äußere Rohr geschlossen ist. Außerdem ist eine Mehrzahl von öffnungen mit kleinem Durchmesser vorgesehen, die sich durch das innere Rohr nahe dem Probenende hindurch

erstrecken und die in Axial- und Umfangsrichtung im Abstand zueinander liegen, so daß Verdünnungsmittel genau und vollständig innerhalb der Sonde mit der angesaugten Fluidprobe vermischt werden kann. Eine Proben-Einlaßanordnung umfaßt ein Gehäuse mit einer Mehrzahl von abdichtenden Scheidewänden, durch die die Sonde hindurchgesteckt und zurückgezogen werden kann, wobei die Scheidewände im Abstand zueinander liegen und zwischen sich Fluidkammern definieren. In jede Kammer geht ein Pluideinlaß hinein, so daß Eichfluide in die Sonde von den Pluidkammern aus eingeführt werden können.

909886/0729

-43·

Leerseite

Claims

NOVA BIOMEDICAL CORPORATION
1238 Chestnut Street,
Newton, Massachusetts 02164
USA

Patentansprüche

jlJ Ansaug-Sonde mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr, die gesonderte Fluid-Strömungswege innerhalb des inneren Rohres und in dem Raum zwischen den beiden Rohren definieren, wobei eines der Rohre mit einem Ende an eine Unterdruckquelle anschließbar und am gegenüberliegenden Probenende der Sonde offen ist, während das andere Rohr mit einem Ende an eine Verdünnungsmittelquelle anschließbar und am Probenende der Sonde verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (48) mit einer Mehrzahl von durchgehenden öffnungen (5^ bis 60) kleinen Durchmessers- versehen ist, welche die Pluid-Strömungswege miteinander verbinden und in Umfangs- sowie in Axialrichtung im Abstand zueinander liegen, wodurch Verdünnungsmittel in dem geschlossenen Rohr (50) genau und sorgfältig mit einer durch das andere Rohr angesaugten Fluidprobe vermischt werden kann.
2. Ansaug-Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der öffnungen (5^ bis 60) benachbart dem Probenende (46) und im Abstand zu diesem ange-

ORIG'NÄL INSPEGfED 909886/0729

ordnet ist und daß die öffnungen schraubengangförmig um das innere Rohr (48) verteilt sind.
3. Ansaug-Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e · kennzeichnet, daß das innere Rohr (48) mit vier öffnungen (54 bis 60) versehen ist, die mit gleichen Abständen um den Umfang des inneren Rohres verteilt sind.
4. Ansaug-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (50) das geschlossene Rohr bildet und an seinem geschlossenen Ende (46) mit dem inneren Rohr (48) verbunden ist.
5. Ansaug-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (48, 50) zylindrisch sind.
6. Verwendung der Ansaug-Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einer Proben-Einlaßanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaug-Sonde (12) durchsteckbar und zurückziehbar in der Proben-Einlaßanordnung (12) angeordnet ist, daß letztere eine Mehrzahl von abdichtenden Scheidewänden (76 bis 80) aufweist, die in einem Gehäuse (64) angeordnet sind und im Abstand zueinander liegen, um mindestens eine Fluidkammer (^ri2, 94) innerhalb des Gehäuses zu bilden, und daß sich mindestens ein Pluidkanal (96, 98) durch das Gehäuse zu jeder Fluidkammer erstreckt, wobei die Ansaug-Sonde zum Ansaugen einer Fluidprobe durch die Scheidewände hindurch gehen sowie zum Ansaugen des Fluids aus den Fluidkammern in letztere hineingehen kann.
7. Proben-Einlaßanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von abdich-

909886/0729

tenden Scheidewänden (76 bis 8O)₃ die in einem Gehäuse (64) angeordnet sind und im Abstand zueinander liegen, um mindestens eine Fluidkammer (92, 94) innerhalb des Gehäuses zu bilden, und daß sich mindestens ein Pluidkanal (96, 98) durch das Gehäuse hindurch zu jeder der Fluidkammern erstreckt, wobei eine Sonde (12) durch die Scheidewände in die Pluidkammern hineingehen kann, um Fluid anzusaugen, das in die Fluidkammern durch die Fluidkanäle gefördert worden ist.
8. Proben-Einlaßanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewände (76 bis 80) aus Silicongummi bestehen.

909886/0729