DE3031417C2 - Verfahren zur kontinuierlichen Strömungsanalyse - Google Patents

Description

Die Strömungs-Injektions-Analyse (flow injection analysis), FIA, hat auf dem Gebiet der Analyse neue Möglichkeiten erschlossen. FIA ist ein kontinuierliches Analysesystem, bei dem diskrete Volumina von Probelösungen nacheinander in einen kontinuierlichen ungestörten-Trägerstrom ein­ gespritzt werden. Die Probelösungen reagieren mit dem Trägerstrom und ein Detektor zum Registrieren der Er­ gebnisse der Reaktionen ist stromabwärts vom Punkt der Ein­ spritzung angebracht. Die Prinzipien der FIA werden in der US 4 022 575 ausführlich beschrieben.

Eine der wichtigsten Entwicklungen bei der FIA-Theorie (DE 29 23 970 A1) besteht darin, daß man die Verweil­ zeit erhöht, indem man die Geschwindigkeit des Träger­ stroms erniedrigt, anstatt die Länge der Reaktions­ schlange zu verlängern, weil eine Verlängerung des Weges der Probezone zu einer erhöhten Dispergierung führt, während eine Verminderung der Pumpgeschwindigkeit eine geringere Ausbreitung der Probezone ergibt. Wenn jedoch der Trägerstrom aufhört sich zu bewegen, so wird die Dispergierung der Probezone unterbrochen (ausgenom­ men ein zu vernachlässigender Beitrag aufgrund der Mole­ kulardiffusion) und die Dispergierung D_t wird zeitun­ abhängig. Durch die Anwendung intermittierender Pumpen kann man die Reaktionszeit während des Stopintervalls, wenn sich der Trägerstrom nicht bewegt, gewinnen. Wird die Probezone innerhalb der Fließzelle selbst unterbrochen, so ist es möglich, die Veränderung von beispielsweise der optischen Dichte, die durch die Umsetzung zwischen der Probekomponente und dem Reagens in dem Trägerstrom erfolgt, aufzuzeichnen. Eine offensichtliche Vorausset­ zung für eine erfolgreiche derartige Reaktionsgeschwin­ digkeitsmessung besteht darin, daß man die Bewegung des Trägerstroms genau kontrollieren kann von der Inbe­ triebnahme der Pumpe bis zu deren Stillstand, und daß immer der gleiche Abschnitt der Probezone reproduzierbar innerhalb der Fließzelle für die Messung gehalten wird. Dies wird in der Praxis am besten erzielt mittels eines elektronischen Timers, der durch einen Mikroschalter, der mit einem Einspritzventil verbunden ist, aktiviert wird. Auf diese Weise wird jede Verzögerungszeit sowie auch jede Unterbrechungszeit so gewählt, daß sie der Reaktionsgeschwindigkeit der jeweiligen Chemie entspricht.

Die oben genannte, nicht vorveröffentlichte DE 29 23 970 A1 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Strömungsanalyse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Hierbei wird jeder Meßzyklus eingeleitet, indem man die Probelösung durch eine Injektionsstation in den Trägerstrom injiziert. Ferner werden der den Probepfropf führende Trägerstrom und die Reagenzlösung durch getrennte Leitungen synchron und kontinuierlich zu einer Vereinigungsstelle geführt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei welchem eine Begrenzung des bei chemischen Analysen verwendeten Reagenzvolumens erzielt wird, da dies im Hinblick auf die Kosten und die Umwelt wünschenswert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erzeugung einer Mischzone, wie sie bei dem Verfahren entsteht;

Fig. 2 ein Mischzonensystem, bei dem intermittierend gepumpt wird; und

Fig. 3 Meßergebnisse, die mit einem System gemäß Fig. 2 erzielt wurden.

Der hohe Verbrauch an Reagentien ist der Hauptnachteil aller kontinuierlichen Fließ-Systeme, bei denen man im Gegensatz zu diskontinuierlichen Analysevorrichtungen das Reagenz kontinuierlich einsetzt, selbst wenn keine Probe in der Vorrichtung vorhanden ist, was insbesondere während des Anfahrens und des Abstellens der Fall ist, und auch bei Kaffeeunterbrechungen vorkommt. Dieses Problem ist bei der FIA nicht so groß, weil das Volumen des Probe­ weges selten mehr als einige Hundert Mikroliter ausmacht und weil man die Vorrichtung einfach in weniger als 1 Minu­ te mit geringen Mengen des Reagenzes oder mit den Wasch­ lösungen füllen und waschen kann. Wenn man jedoch ein teures Reagenz oder ein Enzym verwendet, so ist es verschwenderisch, eine solche Lösung kontinuierlich zu pumpen, weil das Reagenz auch solche Abschnitte in dem Probepfad einnimmt, in welchen die Probezone momen­ tan nicht vorhanden ist.

Das Mischzonenprinzip vermeidet diesen teuren Nachteil, indem es die Probe einspritzt und in die Reagenzlösung derartig einführt, daß die Probezone einen ausgewählten Abschnitt des Reagenzstroms in überwachter Weise trifft, während der Rest in dem FIA-System mit der Waschlösung oder nur mit reinem Wasser gefüllt ist. Dies kann man, wie dies in Fig. 1 gezeigt wird, durch intermittierendes Pumpen erreichen. In dem Mischzonensystem mit intermittierenden Pumpen wird zunächst die Probezone in die Leitung I eingespritzt und vorwärtsgetrieben (mittels der Pumpe I) mittels einer inerten Trägerlösung (oberstes Bild). Die Pumpe II, welche die Reagenzlösung fördert, ist nicht in Betrieb. Wenn die Probezone den Mischpunkt erreicht hat (mittleres Bild), wird die Pumpe II in Betrieb genommen und liefert das Reagenz und die Pumpe I wird abgestellt. Nach Zugabe des Reagenzes wird die Pumpe I wieder in Betrieb genommen und die Pumpe II gestoppt (unterstes Bild).

Ein Mischzonensystem, bei dem intermittierend gepumpt wird, ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Länge der Reagenzzone kann durch einfache Auswahl unterschiedlicher Start- und Stop- Intervalle auf dem Timer gewählt werden, wodurch unterschiedliche Konzentrationsgradienten an der Grenzfläche zwischen der Probezone der Reagenzlösung und dem Trägerfluß erzeugt werden.

Fig. 3 zeigt eine Aufzeichnung von Meßergebnissen, die mit dem FIA- System gemäß Fig. 2 mittels intermittierender Pumpen aufgenommen wurden. Die Pumpgeschwindigkeit x betrug 2,0 ml/min und y = z = 1,0 ml/min. Der schraffierte Peak wurde aufgezeichnet durch Injektion von 20 µl Bromthymolblaulösung einer Konzentration von 1,0 zu einem farblosen Trägerstrom.

Dann wurde eine farblose Lösung (Träger) eingespritzt und durch die Leitungen x und y gepumpt, während eine Bromthymol­ blaulösung mit einer Konzentration von 0,5 durch die Leitung z gepumpt wurde. Während einer Verzögerungszeit von 0,3 Sekunden, die bei allen Versuchen angewendet wurde, wurde Pumpe II mit ansteigend längeren Perioden (a - 5 sek., b - 10 sek., c - 15 sek. und d - 20 sek.) in Betrieb ge­ nommen. Die Reagenzzone breitet sich über die Probezone aus, bis ein "konstanter Reagenzzustand" erzielt wird. Es ist offensichtlich, daß 10sekündiges Pumpen (Kurve b) entsprechend 166 µl Reagenz pro Probe mehr als ausreicht, um die abgeschirmte Probezone zu bedecken.

Bei der Verwendung des Prinzips der Mischzonen durch intermittierendes Pumpen kann ein Zeitabstand geschaffen werden, der einer Stop-Periode zwischen dem Betrieb der Pumpe I und der Pumpe II entspricht, so daß die Probezone entweder innerhalb der Durchflußzelle ge­ lassen wird und dadurch eine Erhöhung der Intensität der gebildeten Farbe gemessen werden kann oder außerhalb der Fließzelle in einer "Warte"-Stellung ist, so daß sich mehr Farbe bil­ det und die Empfindlichkeit der Messung dadurch erhöht wird. Der erste Fall, bei dem man die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion messen kann, ist sehr wich­ tig, z. B. bei Enzymmessungen, während der andere Fall wertvoll ist für gewisse Spurenanalysen.

Als Beispiel für eine Stop-Flow-Messung mit der Zone innerhalb der Fließzelle kann man Glukose in Serum und SO₂ in Wein erwähnen, wobei eine sehr kurze Mischschlange, z. B. 20 cm, geeignet ist. Die Zeitfolge kann die gleiche sein, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Strömungsanalyse, bei dem in einem ungestörten, nicht-segmentierten, in einer Hauptleitung strömenden Trägerstrom durch Einspritzen einer Probelösung ein Probepfropf gebildet wird, der von dem Trägerstrom transportiert wird, und bei dem wenigstens ein mit dem Probepfropf reagierender Reagenzstrom über eine getrennte Leitung in die Hauptleitung derart eingebracht wird, daß er in den Probepfropf gelangt, wonach der Probepfropf mit dem Reagenz in eine Meßzelle transportiert wird, in der die Reaktion zwischen Probepfropf und Reagenz festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Reagenzstrom und der Trägerstrom intermittierend gepumpt werden und dann, wenn der Probepfropf die Mündungsstelle der getrennten Leitung erreicht hat, die Bewegung des Trägerstroms deaktiviert und der Reagenzstrom aktiviert wird und nach dem Eingeben des Reagenz in den Probepfropf der Reagenzstrom deaktiviert und der Trägerstrom wieder aktiviert wird, wobei jeder Meßzyklus eingeleitet wird, indem die Probelösung durch eine Injektionsstation in den Trägerstrom injiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Reagenzstroms mit Hilfe einer Pumpe, die durch einen Timer oder Mikrocomputer gesteuert wird, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transport des Trägerstroms und des Reagenzstroms für eine kurze Zeit abgebrochen wird, während sich der Probepfropf im inneren eines Durchflußdetektors befindet.