DE4110763C2

DE4110763C2 - Mechanismus für die Unterbringung eines Kolbens in einer Ausgangsstellung zur Verwendung in der Chromatographie

Info

Publication number: DE4110763C2
Application number: DE4110763A
Authority: DE
Inventors: Samson L Pennatto
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1990-04-05
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2011-04-04
Also published as: GB2243411B; JP3057380B2; GB2243411A; DE4110763A1; JPH04225159A; GB9107026D0; US5360596A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine automatisierte Probenentnahme in der Chromatographie und im besonderen auf eine Vorrichtung zum Festsetzen und genauen Anordnen eines Spritzenkolbens in einer Ausgangs- oder Referenzposition.

Hintergrund der Erfindung

In der Chromatographie werden zu analysierende Proben in einem Probenfläschchen mit einem Gummiseptum aufbewahrt. Um die in dem Fläschchen enthaltene Probe zur Analyse in einen Chromatographen einzuführen, wird eine Spritze verwendet. Die Nadel der Spritze wird benutzt, um das Gummiseptum zu durchstoßen. Dann wird eine Probe entnommen und nachfolgend in einen Chromatographen eingegeben. Das ist eine Tätigkeit, die meistens von Hand durch einen Techniker ausgeführt wird. Dies hat sich als nicht effizient, als ungenau und nicht befriedigend unter den heutigen Standards erwiesen. Daher wurden Versuche unternommen, diesen Vorgang zu automatisieren. Diese Versuche, den Vorgang zu automatisieren, haben oft zu komplexen mechanischen Systemen geführt. Es ist eine Eigenheit der Chromatographie, dass sehr genaue Proben mengen erforderlich sind.

Diese kleinen, sehr genauen Mengen sind in automatisierten Systemen schwer zu errei chen gewesen. Eine genaue und reproduzierbare Steuerung des Kolbens ist für die Chro matographie kritisch und in einem preiswerten automatisierten System schwer auszuführen.

Diese Schwierigkeiten haben sich durch die Notwendigkeit ergeben, Spritzen, die nicht ge nau hergestellt sind, in das automatisierte System einzubringen. Die Spritzen, welche ver hältnismäßig billig sind, weisen variierende Herstellungstoleranzen auf. Eine von diesen Abweichungen ist die Anordnung des Kolbens, wenn er vor dem Entnehmen der Probe vollständig bis zum Kolbenanschlag niedergedrückt ist. Häufig tendiert ein automatisierter Kolbentriebmechanismus dazu, den Kolbenschlag unter Zerstörung der Spritze zu stark zu beanspruchen.

Daher besteht ein Bedarf für einen einfachen Mechanismus zum Unterbringen eines Kolbens, der es innerhalb eines relativ großen Toleranzbereichs hergestellten unterschiedlichen Spritzen ermöglicht, in einem automatisierten Chromatographiesystem, welches zur genauen und reproduzierbaren Entnahme einer Probe mit einem genauen Volumen aus einem Probenfläschen in der Lage ist, eingesetzt zu werden.

DE-AS 16 23 086 beschreibt eine Vorrichtung zum automatischen Dosieren und Einspritzen einer flüssigen Probe bei einer gaschromatographischen Messeinrichtung, mit einem Do sierzylinder, einem innerhalb des Dosierzylinders zwischen zwei Endlagen beweglichen Dosierkolben, dessen Bewegung von der einen in die andere Endlage aus der Hauptbewe gung eines Antriebskolben hergeleitet ist, und mit einer am Dosierzylinder befestigten Ka nüle.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur genauen Positionierung eines Sprit zenkolbens in einer Referenz- oder Ausgangsposition gerichtet, in der der Spritzenkolben am unteren Ende seiner Bewegung vor der Entnahme einer in einem automatisierten Chromatographen zu analysierenden Probe angehalten wird.

Eine Kolbenkappe ist abnehmbar in einem Kappenhaltergehäuse angeordnet und durch das Kappenhaltergehäuse gehaltert. Eine Feder hält sicher einen Kolbenkappenhalter gegen die Kolbenkappe und das Kappenhaltergehäuse. Das Gehäuse ist innerhalb einer Umhüllung gehaltert. Eine Isolationsfeder beaufschlagt das Kappenhaltergehäuse innerhalb der Umhüllung, ermöglicht dazwischen aber eine Relativbewegung.

Der Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens nach der vorliegenden Erfindung ist frei, um sich in bezug auf einen Spritzenkörper, welcher durch einen Spritzenhalter gehaltert ist, zu bewegen. Ein Sensor ermittelt eine Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und der Umhüllung. Wenn eine Relativbewegung ermittelt wird, wird die Bewegung des Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens dann gestoppt. Dies positioniert den Kolben der Spritze genau an dem unteren Ende seiner Bewegung vor der Entnahme einer Probe.

Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Kolben einer Spritze genau an dem unteren Ende seines Bewegungs- oder Hubbereichs zu positionieren.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Probe mit wiederholbarer Genauigkeit zu entnehmen.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß Spritzen vor dem Zerbrechen geschützt werden, wenn der Kolben das untere Ende seiner Hubbewegung erreicht.

Es ist ein weitere Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ohne Verlust an Genauigkeit eine Anpassung an Fertigungsabweichungen in einer Spritze erfolgt.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß eine Relativbewegung zwischen der Umhüllung und dem Kappenhaltergehäuse erfaßt wird.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß der erfindungsgemäße Mechanismus leicht montiert werden kann.

Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden in Anbetracht der folgenden detaillierteren Beschreibung leichter deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht einer Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung enthält.

Fig. 2 ist ein Querschnitt der vorliegenden Erfindung, welcher den Kolbenkappenhalter in einer angehobenen Position zeigt.

Fig. 3 ist ein Querschnitt der vorliegenden Erfindung, welcher das Halten einer Kolbenkappe in einer von einer Ausgangsposition unterschiedlichen Position zeigt.

Fig. 4 ist ein Querschnitt der vorliegenden Erfindung, welcher das Halten einer Spritzenkappe in einer Ausgangsposition zeigt.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Teil eines automatisierten Chromatographen, welcher die vorliegende Erfindung enthält. Eine Turmbaugruppe 10 ist allgemein dargestellt. Der Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens wird durch einen Kolbenschlitten 20 gehaltert. Der Kolbenschlitten 20, und mit ihm der Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens, wird durch eine Spindelmotorbaugruppe 22 nach oben und unten bewegt. Ein Spritzenkörperhalter 14 ist direkt unterhalb des Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens angeordnet. Der Spritzenkörperhalter 14 umfaßt einen oberen Spritzenkörperhalter 13 und einen unteren Spritzenkörperhalter 15. Der Spritzenkörperhalter 14 wird durch eine Spritzenmotorbaugruppe 18 nach oben und unten bewegt. Die Nadel einer Spritze erstreckt sich durch den unteren Spritzenkörperhalter 15. Wenn eine Spritze in den Spritzenkörperhalter 14 eingesetzt wird, und die Kolbenkappe einer Spritze in den unteren Teil 11 des Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens eingesetzt wird, kann die den Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens und den Spritzenkörperhalter 14 umfassende Baugruppe im Zusammenklang bewegt werden, um die Spritze ohne Bewegung des Kolbens relativ zum Spritzenkörper zu heben und zu senken. Auf diese Weise kann die Nadel der Spritze durch die Führung 16 in ein Probenfläschchen (nicht gezeigt) abgesenkt werden.

Der Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 nach der vorliegenden Erfindung kann nach einem generellen Verständnis der Arbeitsweise eines automatisierten Gaschromatographen leicht verstanden werden. Wie in der Fig. 1 gezeigt ist, können der Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 und der Spritzenkörperhalter 14, wenn gewünscht, nach oben und unten im Einklang bewegt werden. Dies wird ausgeführt, um die Spritzennadel in ein Probenfläschchen oder einen Injektionseinlaß hinein oder aus dem Fläschchen bzw. Einlaß herauszubewegen, ohne eine Probe zu entnehmen oder zu injizieren. Der Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens kann auch unabhängig von dem Spritzenkörperhalter 14 bewegt werden, um die Entnahme oder Injektion einer Probe auszuführen. Vor der Entnahme einer Probe jedoch muß der Kolben am unteren Ende seines Bewegungsbereichs, oder in einer Ausgangs- oder Referenzposition, positioniert werden. Daher kann, wenn die Kolbenkappe angehoben wird, eine genaue und präzise Probe genommen werden.

Fig. 2 zeigt deutlicher den Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 nach der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 2 wird ein Kolbenkappenhalter 24 nach unten durch eine Kolbenkappenhalterfeder 26 beaufschlagt. Der Kolbenkappenhalter 24 ist in einem zylindrischen Kappenhaltergehäuse 40 enthalten. Die Feder 26 wird durch eine Schulter 48 an einem Ende und eine Kappe 54 am anderen Ende festgehalten. Die Feder 26 drückt den Kolbenkappenhalter 24 nach unten in Kontakt mit einer Kolbenkappe 60. Die Kolbenkappe 60 sitzt auf einer Bezugsfläche 46 auf. Die Kolbenstange 44 erstreckt sich durch eine Öffnung 42. Der Rest des Spritzenkörpers ist zur besseren Übersichtlichkeit der Darstellung nicht gezeigt. Der Kolbenkappenhalter 24 kann zur Vereinfachung des Einsetzens einer Spritze durch einen Stift 58 gehalten werden. Wenn der Kolbenkappenhalter 24 um 90° gedreht ist, hält der Stift 58 den Kolbenkappenhalter 24 in einer angehobenen Position.

Das Kappenhaltergehäuse 40 wird in einer Umhüllung 52 durch einen Haltering 38 gehalten. Das Gehäuse 40 ist nach unten von der Umhüllung 52 weg durch eine Isolationsfeder 56 beaufschlagt. Halter 50 halten die Isolationsfeder 56 und halten das Gehäuse 40 innerhalb der Umhüllung 52. An der Umhüllung 52 ist ein Sensorarm 28 angebracht. Der Sensorarm 28 ist seinerseits an einer Sensorklammer 30 befestigt. Ein Sensorhalter 32 ist an der Sensorklammer 30 angebracht. Daher ist der Sensorhalter 32 starr an der Umhüllung 52 befestigt und bewegt sich mit ihr. An dem Gehäuse 40 ist ein Sensorkennzeichen 36 angebracht. Das Sensorkennzeichen 36 ist von der Umhüllung 52 durch die Isolationsfeder 56 isoliert. Das Sensorkennzeichen 36 bewegt sich daher mit dem Gehäuse 40.

Die vorliegende Erfindung, wie ausgeführt, läßt sich leicht herstellen und montieren. Das Gehäuse 40, die Feder 26, die Kappe 54 und der Kolbenkappenhalter 24 können als Unterbaugruppe angefertigt werden, die leicht in die Umhüllung 52 eingesetzt und durch den Haltering 38 gehalten werden kann.

Fig. 3 zeigt den Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12, nachdem eine Spritze eingesetzt wurde und bevor der Kolben der Spritze am Ende seiner Bewegung oder der Ausgangsposition angeordnet worden ist. Die Isolationsfeder 56 bringt das Gehäuse 40 in Kontakt mit dem Haltering 38. Auch in Fig. 3 ist der Sensor 62 nicht in einer Position, um durch das Kennzeichen 36 angesprochen zu werden.

Fig. 4 zeigt den Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12, nachdem die Kolbenstange 44 bis zum Ende der Kolbenbewegung in die untere Position oder Ausgangsposition 66 herabgedrückt worden ist. In dieser Position ist die Kolbenstange 44 vollständig in den Spritzenkörper 64 hinein herabgedrückt. Mit der Position der Kolbenstange 44 kann jetzt eine genaue Probenmenge durch die Nadelbohrung 70 der Nadel 68 abgezogen werden. In dieser Ausgangsposition wird der Sensor 62 durch das Kennzeichen 36 angesprochen, was einen Stop der Abwärtsbewegung der Umhüllung 52 bewirkt. Die Relativbewegung des Gehäuses 40 in bezug auf die Umhüllung 52 kann durch die Lücke zwischen dem Haltering 38 und dem Halter 50, bezeichneter Abstand D, festgestellt werden. Um diese Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 40 und der Umhüllung 52 auszuführen, muß die Feder 26 steifer als die Isolationsfeder 56 sein. Daher wird das Gehäuse 40 und nicht der Kolbenkappenhalter 24 nach oben gedrückt.

Die Arbeitsweise des Gerätes kann nun leicht anhand der Zeichnung verstanden werden. Fig. 3 zeigt den Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 gerade nach dem Einsetzen einer Spritze. Mit dem Spritzenkörperhalter 14, der den Spritzenkörper 64 stationär hält, wird der Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens in bezug auf den Spritzenkörper 64 abgesenkt. Dies bewegt die Kolbenstange 44 nach unten bis sie in Kontakt mit dem Boden der Spritze oder in ihre in der Fig. 4 dargestellte Ausgangsposition tritt. Wenn der Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 sich weiter nach unten bewegt, erreicht die Kolbenstange 44 einen Punkt, wo sie nicht weiter nach unten bewegt werden kann. Der Grund dafür besteht darin, daß sie in Kontakt mit dem Boden des Spritzenkörpers 64 bei der Position 66 kommt. Dies drückt die Kolbenkappe 60 nach oben gegen den Kolbenkappenhalter 24. Weil jedoch die Feder 26 steifer als die Isolationsfeder 56 ist, wird das gesamte Gehäuse 40 nach oben bewegt. Das Kennzeichen 36, das an dem Gehäuse 40 angebracht ist, wird auch nach oben relativ zu dem Gehäuse 52 bewegt. Der Sensor 62 wird dadurch durch das sich nach oben bewegende Kennzeichen 36 angesprochen. Das Ansprechen des Sensors 62 bewirkt, daß der Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 seine Abwärtsbewegung stoppt. Eine Steuereinrichtung 35 ist mit dem Sensor 62 durch ein Sensorkabel 34 verbunden. Die Steuereinrichtung 35 erfaßt den Zustand des Sensors 62 und steuert die Spindelmotorbaugruppe 22. Wenn der Sensor 62 das Kennzeichen 36 erfaßt, wird ein Signal zu der Steuereinrichtung 35 gesendet, um die Bewegung des Mechanismus zur Unterbringung des Kolbens 12 zu stoppen. Daher wird der Mechanismus 12 zur Unterbringung des Kolbens davor bewahrt die Spritzenkolbenstange 44 übermäßig zu beanspruchen, nachdem sie die vollständig abgesenkte Position erreicht hat. Die Vorspannung der Kolbenstange 44 und des Spritzenkörpers 64 kann durch den Abstand D und die Federkonstanten der Federn 26 und 56 eingestellt werden. Die Vorspannung, die durch einen Abstand D von 1/32 Inch erzeugt wird, hat sich im Betrieb als geeignet erwiesen. Sehr genaue und präzise Proben können mit Hilfe dieses Mechanismus sogar, obwohl die Spritzen variieren können, entnommen werden. Auch werden die Spritzen nicht durch übermäßigen Antrieb der Kolbenstange 44 zerstört.

Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel beschrieben und illustriert worden ist, ist es für einen erfahrenen Techniker offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen, ohne von Geist und Umfang dieser Erfindung abzuweichen, ausgeführt werden können.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens in einer Ausgangsstellung, welche umfaßt,
eine Umhüllung mit einer Ausnehmung darin;
ein Gehäuse, das dazu vorgesehen ist, in die Ausnehmung eingebracht zu werden;
einen Kolbenkappenhalter, der dazu vorgesehen ist, innerhalb des Gehäuses zu gleiten und eine Kolbenkappe zu halten;
eine Halterfeder, welche den Kolbenkappenhalter in Kontakt mit dem Gehäuse drückt;
eine Isolationsfeder, welche das Gehäuse weg von der Umhüllung drückt;
eine Halteeinrichtung, verbunden mit dem Gehäuse und der Umhüllung, zum Halten des Gehäuses innerhalb der Umhüllung; und
eine Sensoreinrichtung, verbunden mit dem Gehäuse und der Umhüllung, zum Erfassen von Relativbewegungen zwischen ihnen.

2. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 1, wobei die Halterfeder steifer als die Isolationsfeder ist.

3. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung einen mechanischen Schalter umfaßt.

4. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung einen Fotodetektor umfaßt.

5. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 4, welche ferner umfaßt:
Einen Sensorhalter, der zur Aufnahme des auf der Umhüllung montierten Fotodetektors vorgesehen ist; und
ein Sensorkennzeichen, das an dem Gehäuse angebracht ist.

6. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 5, wobei der Fotodetektor und das Sensorkennzeichen eingestellt sind, um eine vorbestimmte Bewegung des Gehäuses relativ zu der Umhüllung zu erfassen.

7. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 6, wobei die vorbestimmte Bewegung eine Bewegung von 1/8 Inch oder weniger umfaßt.

8. Eine Vorrichtung zur Unterbringung eines Spritzenkolbens nach Anspruch 1, welche ferner eine Einrichtung zum Bewegen der Umhüllung relativ zu einem Spritzenkörper umfaßt.

9. Eine Vorrichtung zur Unterbringung einer Spritze zum Halten und Positionieren eines Spritzenkolbens, wie er in einem automatisierten Chromatographen verwendet wird, mit:
Einem Kolbenschlitten, der in einer linearen Richtung bewegbar ist,
einer Umhüllung, die auf dem Kolbenschlitten montiert ist;
einem Gehäuse, das dazu vorgesehen ist, eine Kolbenkappe, die innerhalb der Umhüllung angeordnet ist, zu halten;
einer Isolationsfeder, die das Gehäuse weg von der Umhüllung drückt;
einem Haltering, der das Gehäuse innerhalb der Umhüllung hält;
einem ersten Sensor, der an der Umhüllung angebracht ist;
einem zweiten Sensor, der an dem Gehäuse in einer Position angebracht ist, die durch den ersten Sensor zu erfassen ist, wenn sich das Gehäuse relativ zu der Umhüllung bewegt; und
einer Einrichtung zum Anhalten der Relativbewegung zwischen der Umhüllung und dem Gehäuse, wenn der erste und der zweite Sensor eine Relativbewegung zwischen der Umhüllung und dem Gehäuse feststellen.

10. Eine Vorrichtung zur Unterbringung einer Spritze nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Sensor eine Relativbewegung kleiner als 1/8 Inch erfassen.

11. Eine Vorrichtung zur Unterbringung einer Spritze nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Sensor einen Fotodetektor und ein Blockierungskennzeichen umfassen.