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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft das Testen des Auflösungsverhaltens und insbesondere
Verfahren und eine Vorrichtung zur Probennahme und zur Probenbehandlung
zur Verwendung bei der Prüfung
des Lösungsverhaltens
pharmazeutischer Produkte.
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Das
Prüfen
des Auflösungsverhaltens
und Vorrichtungen hierzu sind bekannt. Die US-PSn 4 279 860 und
4 335 438 (beide Smolen) beschreiben die Technik des Prüfens des
Lösungsverhaltens.
Generell wird das Lösungsverhalten
geprüft,
um zu bestimmen, wie schnell ein Stoff sich löst. Bspw. lässt sich so die Lösungsgeschwindigkeit
von Pharmazeutika in dosierter Form in bestimmten Prüflösungen bestimmen,
um die menschliche Verdauung zu simulieren. Forderungen für derartige
Prüfvorrichtungen gibt
die United States Pharmacopeia (USP), Section 711, Dissolution (2000)
vor.
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Herkömmliche
Vorrichtungen zum Prüfen des
Lösungsverhaltens
pharmazeutischer Produkte weisen eine Lösungseinheit mit mehreren Lösungsgefäßen auf,
in die jeweils eine Prüflösung und
eine zu prüfende
Dosiereinheit – bspw.
eine Tablette – eingebracht
werden können.
Nach dem Einbringen der zu testenden Dosis in eine Prüflösung in
einem Lösangsgefäß wird ein
Rührelement
mit bestimmter Drehzahl vorbestimmt lange in der Prüflösung gedreht.
Ein Beispiel einer solchen Lösungseinheit zeigt
die US-PS 5 589 649 (Brinker u.a.). Proben einer solchen Lösungseinheit
zeigt die US-PS 5 589 649 (Brinker u.a.). Proben der Prüflösung lassen
sich aus den Lösungsgefäßes zu unterschiedlichen
Zeitpunkten ziehen und einem Analyseinstrument zuführen, um
zu bestimmen, wie weit die Dosiseinheiten über die Zeit in Lösung gehen.
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Das
Lösungsprüfen eines
Produkts erfordert typischerweise Daten aus einer Anzahl von Dosiereinheiten
des Produkts und die Analyse abgemessener Volumina von Proben der
Prüflösung, die
für jede Prüfdosis zu
unterschiedlichen Zeitpunkten gezogen werden. Man hat Systeme, die
gemeinhin als Sampler bzw. Probennehmer bezeichnet werden, entwickelt,
um verschiedene Anspekte der Entnahme von Proben der Prüflösung zu
automatisieren und die gezogenen Proben einem Analyseinstrument
zuzuführen.
Bei derartigen Systemen werden Proben und andere Fluide durch Pumpen
durch (Schlauch-) Leitungen gefördert,
die mit Ventilen ausgewählt
werden. Man hat Probennehmer entwickelt, die das Prüfen mehrerer
(bspw. sechs) Dosiseinheiten eines Produkts gleichlaufend ermöglichen,
wobei jedem Lösungsgefäß Proben
der Prüflösung eine
bestimmte Anzahl von Malen (bspw. 19) entnommen werden. Derartige
Probennehmer übergeben
die gezogenen Proben selbsttätig
an Sammelgefäße wie Reagensröhrchen oder
Fläschchen
zwecks vorübergehenden Vorhaltens
vor der Analyse. Zur Analyse können
die Probennehmer auch Proben zu geeigneten Zeitpunkten selbsttätig aus
den Sammelgefäßen an ein
Analyseinstrument überführen.
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Probennehmer
weisen typischerweise ein Gestell, das eine Gruppe von Sammelgefäßen zum Vorhalten
gesammelter Proben haltern kann, sowie einen Kopf auf, an dem ein
Satz Leitungen endet, die jeweils mit einer Pumpe verbunden sind,
die ein bestimmtes Lösungsgefäß bedient.
Der Kopf und die Sammelgefäßgruppe
lassen sich relativ zueinander bewegen und positionieren, so dass
eine bestimmte gezogene Probe sich an ein bestimmtes Sammelgefäß zwecks
Vorhaltens übergeben
lässt.
Lösungsprüfsysteme
können
auch in der Lage sein, die Schlauchleitungen zu spülen, zu
waschen und zu reinigen und die aus den Lösungsgefäßen gezogene Prüflösung durch
frische Prüflösung ("Medienaustausch") und/oder einen
nicht an die Sammelgefäße ausgegebenen
Teil der gezogenen Prüflösung zu
ersetzen ("Medienrecycling").
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Die
Arbeitsweise der Pumpe und Ventile und das Positionieren des Kopfes
relativ zu den Aufnahmegefäßen im System
lässt sich
mit einer programmierbaren Steuerung automatisieren. Eine solche Steuerung
lässt sich
so programmieren, dass sie einen vorbestimmten Prozess und damit
ein bestimmtes Lösungsprüfverfahrens
ausführt.
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Die
EP 0 018 092 , die dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu Grunde liegt, offenbart einen Probennehmer, der
nach einem Prüfverfahren
arbeitet. Bei diesem Verfahren werden Fluidproben jedem einer Gruppe
von Gefäßen in bestimmten
Zeitintervallen entnommen und an eine entsprechende Gruppe von Sammelgefäßen überführt. Das
Ausgeben der Proben erfolgt in becherförmige, auf einem umlaufenden Drehteller
sitzende Behälter.
Die Vorrichtung arbeitet mit einer einzigen Pumpe.
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Vorhandene
Probennehmer haben Nachteile. Bspw. können sie jeweils nur ein einziges
Lösungsprüfverfahren
durchführen.
Auch kann eine aufgenommene Probe in einem Sammelgefäß vorgehalten
werden, das von einem Septum verschlossen ist, und es kann schwierig
sein, einem solchen Sammelgefäß eine Probe
zuzuführen.
Zum Beispiel das Einfüllen
einer Probe, deren Volumen einen größeren Volumenanteil des Sammelgefäßes darstellt,
kann in diesem einen hohen Druck hervorrufen. Außerdem können in Probennehmern Lecks
und Aus- bzw. Überläufe auftreten,
die das Gerät
beschädigen
und die Prüfergebnisse
entwerten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Probleme des Standes der Technik lassen sich mit einer verbesserten
Probennahmevorrichtung nach Anspruch 1 und einem Probennahmeverfahren
nach Anspruch 10 lösen.
Nach Ausführungsformen
eines Aspekts der Erfindung analysiert eine Steuerung für einen
Probennehmer Parameter mehrerer verschiedener Lösungsprüfverfahren, um zu bestimmen,
ob die Prüfverfahren
sich von der Vorrichtung gleichlaufend durchführen lassen. Falls nicht, verhindert
die Steuerung die gleichlaufende Durchführung der Prüfverfahren
und kann ein entsprechendes Meldesignal abgeben; falls ja, steuert die
Steuerung den Probennehmer so an, dass er die Prüfverfahren gleichlaufend durchführt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
dieses Aspekts der Erfindung bestimmt die Steuerung, falls die Prüfungen sich
vom Gerät
nicht gleichlaufend durchführen
lassen, ob dies möglich
wäre, wenn
bestimmte Parameter der Prüfverfahren
variiert würden;
wenn ja, steuert sie den Probennehmer so an, dass die vaiierten
Prüfverfahren
gleichlaufend durchgeführt
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
sowie andere Aspekte, Besonderheit und Vorteile der Erfindung ergeben
sich ausführlicher aus
der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen.
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1 zeigt
als Blockdiagramm Elemente eines bekannten Lösungsprüfsystems;
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2 zeigt
als Blockdiagramm Elemente eines Lösungsprüfsystems nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
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3 zeigt
als Blockdiagramm Elemente einer Pumpeneinheit nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
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4 zeigt
als Blockdiagramm Elemente eines Probennehmers nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
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5 zeigt
als Perspektive eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probennehmers;
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6 zeigt
als Perspektive interne Komponente des Kopfes des Probennehmers
der 5;
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7 zeigt
als Perspektive eine Probennahmeanordnung im Kopf des Probennehmers
der 5;
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8 zeigt
als Perspektive einen Nadelkopf in der Probennahmeanordnung der 7;
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9 ist
eine vergrößerte Axialansicht
einer Nadel in der Probennahmeanordnung der 7;
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10 zeigt
als Perspektive eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit;
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11 zeigt
als Perspektive interne Komponenten der Pumpeneinheit der 10;
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12 ist
eine Sprengansicht einer injektionsspritzenartigen bzw. Kolbenpumpe
in der Pumpeneinheit der 10;
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13 ist eine ausführliche Darstellung eines Teils
der Pumpe der 10;
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14 zeigt
ausführlich
einen Teil einer anderen Kolbenpumpe;
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15 ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Lecksensors;
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16 ist
ein Zeitdiagramm und zeigt ein Paar untereinander nicht kompatibler
Prüfverfahren, bei
denen ein Probennehmerkopf gleichlaufend verschiedene Stellungen
einnehmen müsste,
sowie das Ändern
der Prüfparameter,
um den Konflikt zu vermeiden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die 1 zeigt
als Blockdiagramm Elemente eines bekannten Lösungsprüfsystems. Das Lösungsprüfsystem
hat eine Lösungsprüfeinheit 108 mit
einer Vielzahl von Lösungsgefäßen, in
die jeweils eine Prüflösung und
eine zu lösende
Dosiereinheit – bspw.
eine Tablette – einbringbar
sind. Das Lösungsprüfsystem
weist einen Probennehmer 150 mit einer Pumpeneinheit 104,
einem Probennehmer 100 und einer Steuerung 130 auf.
Die Pumpeneinheit 104 enthält eine Gruppe Pumpen (nicht
gezeigt), die jeweils einem bestimmten der Lösungsgefäße entnommenes oder ihm zuzuführendes
Fluid pumpen.
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Die
Pumpen in der Pumpeneinheit 104 arbeiten gemeinsam und
pumpen Fluid in bzw. aus Gruppen von (bspw. Schlauch-) Leitungen,
die von Ventilen in der Pumpeneinheit 104 ausgewählt werden. Eine
Gruppe Leitungen 106 ist vorgesehen, die jeweils Fluid
zwischen einem der Lösungsgefäße in der Lösungseinheit 108 und
einer der Pumpen in der Pumpeneinheit 104 führen. Weiterhin
ist eine Gruppe Leitungen 102 vorgesehen, die jeweils Fluid
zwischen einer der Pumpen in der Pumpeneinheit 104 und
einer einer Vielzahl von Gruppen von Sammelgefäßen im Probennehmer 100 führen. Schließlich ist eine
Gruppe Leitungen 110 vorgesehen, die jeweils Fluid zwischen
einer der Pumpen in der Pumpeneinheit 104 und einem Ersatzfluidgefäß 112 führen, das ein
Fluid enthält,
das an die Lösungsgefäße ausgegeben
wird, um beim Prüfen
entnommene Prüflösung zu
ersetzen.
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Die
Steuerung 130 steuert den Probennehmer mit Signalen, die
auf dem Übertragungskanal 120 zwischen
der Steuerung 130 und dem Probennehmer 100 bzw.
auf dem Übertragungskanal 124 zwischen
der Steuerung 130 und der Pumpeneinheit 104 übertragen
werden. Von der Steuerung 130 an die Pumpeneinheit 104 gegebene
Signale steuern die Pumpen und Ventile; bspw. können sie die Entnahme eine
Probe aus jedem Lösungsgefäß und deren
Ausgabe an den Probennehmer 100 bewirken. Signale, die
von der Steuerung 130 an den Probennehmer 100 gegeben
werden, bestimmen u.a., welchen Fluidgefäßen im Probennehmer 100 Fluid
entnommen oder zugeführt
wird. Bspw. können
sie veranlassen, dass ein Satz in einem bestimmten Zeitpunkt genommener
Proben an einen Satz Gefäße ausgegeben
werden, die zur Aufnahme von Proben zu diesem Zeitpunkt vorgegeben
sind. Außerdem lassen
sich Signale zwischen der Lösungseinheit 108 und
der Steuerung 130 auf dem Kanal 122 übertragen,
um bspw. Zeitsteuersignale auszutauschen, mit denen der Beginn einer
Prüfung
ausgelöst
oder mitgeteilt wird.
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Im
Lösungsprüfsystem
der 1 lässt
sich jeweils nur ein Prüfverfahren
durchführen;
d.h. es werden für
alle Prüfdosierungen
Proben gleichlaufend genommen und auf die gleiche Weise behandelt.
Um die Lösungsprüfung an
mehreren Dosisgruppen gleichlaufend, aber mit für die Dosisgruppen unterschiedlichen
Prüfverfahren
durchzuführen,
ist für
jede Dosisgruppe ein vollständiges
Lösungsprüfsystem
nach 1 bereit zu stellen.
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Die 2 zeigt
als Blockdiagramm die Elemente eines Lösungsprüfsystems nach eine Ausführungsform
der Erfindung. Die 2 enthält einen Probennehmer 250,
mit dem sich Lösungsprüfungen gleichlaufend
an mehreren Dosisgruppen mit einem für jede Dosisgruppe anderen
Prüfverfahren
durchführen
lassen. Ein erstes Prüfverfahren
lässt sich
an einer ersten Dosisgruppe in der Lösungseinheit 108A durchführen, die
von der Pumpeneinheit 204A bedient wird, ein zweites Prüfverfahren
an einer zweiten Dosisgruppe in einer von der Pumpeneinheit 204B bedienten
Lösungseinheit 108B.
Die Steuerung 230 steuert die Pumpeneinheiten 204A, 204B mit
Signalen auf Übertragungskanälen 224A bzw. 224B.
Die Steuerung 230 steuert die Pumpeneinheiten 204A, 204B unabhängig voneinander
an, um für
die Dosiereinheiten in der Lösungseinheit 108A ein
Prüfverfahren
anzuwenden, das sich von dem Prüfverfahren
für die
Dosiereinheiten in der Lösungseinheit 108B unterscheidet.
Die Steuerung 230 kann mit Signalen auf dem Übertragungskanal 220 den
Probennehmer 200 so ansteuern, dass er der Lösungseinheit 108A entnommene
Proben an einen anderen Satz Sammelgefäße übergibt als die, die Proben
aus der Lösungseinheit 108B erhalten.
Obgleich zur klareren Darstellung die 2 für die verschiedenenen
angewandten Prüfverfahren
separate Lösungseinheiten
zeigt, ließe sich
eine einzige Lösungseinheit
verwenden, falls sie genug Lösungsgefäße enthält und mit
beiden Prüfverfahren
kompatibel ist.
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Die 3 zeigt
als Blockdiagramm Elemente einer Pumpeneinheit nach einer Ausführungsform der
Erfindung. Die Pumpeneinheit 204 weist eine Pumpengruppe 300 auf,
die mit einer Verteilergruppe 302 verbunden sind. Die Verteiler
in der Verteilergruppe 302 sind mit Ventilgruppen 204, 206, 308 verbunden,
um gepumptes Fluid in den Leitungen 110, 106 bzw. 102 fließen zu lassen,
und zwar abhängig von
dem von Signalen aus dem Übertragungskanal 224 bestimmten
Schaltzustand der Ventile. Vorzugsweise weist die Pumpeneinheit 204 einen
Leckfühler 310 auf.
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Die 4 zeigt
als Blockdiagramm Elemente eines Probennehmers nach einer Ausführungsform
der Erfindung. Der Probennehmer 250 weist eine Fluidaufnahmegruppe 404 auf,
die eine Gruppe Sammelgefäße aufweist.
Leitungen 102 aus der Pumpeneinheit 204 führen zu
einem Kopf 400, wo sie an Fluiddurch- bzw. -auslässe 402 – typischerweise Nadeln – gelegt
sind, durch die Fluid der Leitungen 102 entnommen oder
in sie eingespeist werden kann. Eine Horizontal-Stellvorrichtung 408 positioniert
den Kopf 400 relativ zur Fluidaufnahmegruppe 404 in
der Horizontalen, so dass den Leitungen 102 entnommenes
oder in sie eingespeistes Fluid in gewünschte Fluidaufnahmebehälter gegeben
bzw. ihnen entnommen werden kann. Vorzugsweise ist eine Vertikal-Stellvorrichtung 406 vorgesehen,
um die Fluiddurchlässe 402 und
die Fluidaufnahmegruppe 404 in der Vertikalen relativ zueinander
so zu positionieren, dass Fluiddurchlässe 402 unter den
Spiegel des Fluids in einem Fluidaufnahmebehälter bringbar sind und/oder
Fluiddurchlässe
in der Art von Nadeln Fluidaufnahmebehälter verschließende Septen
durchstoßen
bzw. von ihnen abgezogen werden können. Die Vertikal- und die
Horizontal-Stellvorrichtung 406, 408 arbeiten
von Signalen gesteuert, die auf dem Übertragungskanal 220 übertragen
werden.
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Die 5 stellt
als Perspektive von vorn rechts eine bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Probennehmers
dar. Der Probennehmer 500 hat einen Unterteil 502 und
einen Kopf 506, der relativ zum Unterteil 502 in
Richtung des Pfeils 504 horizontal bewegbar ist. Der Probennehmer
weist eine Steuerung auf, für
die eine Eingabeeinrichtung wie eine Tastatur 510 und eine
Ausgabeeinrichtung wie eine Sichteinheit 512 vorgesehen sind.
Eine Horizontal-Stellmechanik, der eine herkömmliche Mechanik wie bspw.
eine motorisch angetriebe Gewindespindel im Unterteil 502 zu
Grunde liegen kann, positioniert von der Steuerung angesteuert den
Kopf 506 relativ zum Unterteil 502. Ein Gestell 508 weist
eine Matrix bzw. Feld von Öffnungen
auf, die Aufnahmebehälter
wie Reagensgläser
oder Fläschchen
aufnehmen können.
Die Aufnahmebehälter
einer Spalte des Feldes (d.h. entlang einer zum Pfeil 504 parallelen
Linie) nehmen allesamt Proben aus einem bestimmten Lösungsgefäß auf. Proben, die
den Lösungsgefäßen zu unterschiedlichen
Zeitpunkten entnommen wurden, werden unterschiedlichen Aufnahmebehältern in
der Reihe zugeführt.
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Die 6 stellt
als Perspektive von vorn rechts den Kopf 506 des Probenaufnehmers
der 5 bei abgenommener Kopfabdeckung 522 dar. Im
Kopf 506 ist eine Probennahmeanordnung 600 angeordnet,
die von der Sichteinheit 512 teilweise verdeckt und ausführlicher
in der 7 dargestellt ist.
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Die 7 zeigt
die Probennahmeanordnung als Perspektive von vorn links. Die Probennahmeanordnung 600 weist
ein Paar Nadelköpfe 700A, 700B auf,
die unabhängig
voneinander heb- und senkbar sind, während die 8 als
Perspektive von rechts hinten vergrößert einen Nadelkopf 700 zeigt.
Die Nadelköpfe 700 sind
jeweils auf einem Paar Führungssäulen 720 vertikal
bewegbar gelagert, die in einem Rahmen mit den Platten 714, 716 und
einem Träger 718 gelagert
sind. Die Bewegung jedes Nadelkopfes 700 erfolgt durch
einen Motor 706, der auf einem Schlitten 702 sitzt
und ein Zahnrad dreht, das mit einer Zahnstange 722 kämmt. Ein
am Schlitten 702 befestiger Nadelhalter 730 trägt acht
Nadeln 740, die jeweils mit einer Hülse 732 gekoppelt
sind, deren Öffnung 734 eine
Leitung 102 aufnehmen kann. Die Nadeln 740 arbeiten
als Fluidausgabeeinrichtungen. Die 9 zeigt
einen vergrößerter Schnitt
durch eine Nadel 740 in der Ebene 9-9.
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Die
Nadel 740 weist eine hohle innere Nadel 742 und
eine hohle äußere Nadel 744 auf,
die koaxial in und radial auswärts
der inneren Nadel 742 angeordnet ist. Die innere und die äußere Nadel 742 bzw. 744 können bspw.
aus für
Injektionsspritzen gedachtem Hohlprofil der Sollgrößen "20 gauge" bzw. "16 gauge" aus nicht rostendem
Stahl gefertigt sein. Wird der Nadelkopf 700 abgesenkt,
können
die Innen- und die Außennadel 742, 744 ein
Septum durchstoßen, so
dass die unteren Enden 750 bzw. 752 der beiden Nadeln
sich in einen verschlossenen Aufnahmebehälter einführen lassen. Der axiale Raum 760 in
der Innennadel 742 steht über eine Hülse 732 in Strömungsverbindung
mit einer Leitung 102 und stellt eine Öffnung bereit, durch die Fluid
in ein Aufnahmegefäß eingespeist
oder ihm entnommen werden kann. Die Ausgabe von Fluid in ein verschlossenes Aufnahmegefäß lässt den
Druck in diesem ansteigen, was unerwünscht sein kann. Die Außennadel 744 stellt
eine zweite Öffnung 762 zwischen
der Innenfläche
der Außennadel 744 und
der Außenfläche der
Innennadel 742 bereit, durch die Luft strömen kann,
um einen Druckausgleich inner- und
außerhalb des
verschlossenen Aufnahmebehälters
herzustellen, wenn Fluid in ihn eingegeben bzw. ihm entnommen wird.
Das Loch 746 in der Wandung der Außennadel 744 liegt
auf der Außenseite
eines Septums und verhindert eine Luftströmung aus einem verschlossenen
Aufnahmegefäß durch
den Zwischenraum zwischen der Innen- und der Außennadel 742, 744.
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Anstatt
die zweite Nadel zum Lüften
eines verschlossenen Aufnahmebehälters
koaxial mit der Fluidausgabenadel anzuordnen, ließe sich
zum Lüften
eine zweite Nadel neben der Fluidausgabenadel und parallel zu ihr
verlaufend vor sehen. Mechanische Gesichtspunkt machen diese Alternative
jedoch weniger wünschenswert.
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Die 10 zeigt
als Perspektive von vorn rechts eine bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit,
die 11 als Perspektive von vorn rechts die internen
Komponenten der Pumpeneinheit der 10 und
die 12 als Sprengdarstellung eine injektionsspritzenartige
bzw. Kolbenpumpe, wie sie in der Pumpengruppe verwendet wird. Die
Pumpeneinheit weist eine Pumpengruppe mit acht Kolbenpumpen 1000 auf.
Die Kolbenpumpen 1000 weisen Kolben 1200 und Rohrelemente 1202 mit
zylindrischen Innenflächen
auf, die weiterhin als Zylinder 1202 bezeichnet sind. Die
Pumpen liegen in der Pumpeneinheit so, dass die Bewegung ihrer Kolben 1200 in
ihren – vorzugsweise
aus Glass gefertigten – Zylindern 1202 sichtbar
sind. Die Kolben 1200 sind vorzugsweise aus Teflon® hergestellt.
Die Kolbenpumpen 1000 liegen von der Zentralachse der Pumpeinheit
radial beabstandet und zu ihr parallel.
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Das
obere Ende jedes Zylinders 1202 liegt in der unteren Öffnung eines
oberen Klemmrings 1206, der aus Polypropylen gefertigt
sein kann. Das untere Ende jedes Zylinders 1202 liegt in
der oberen Öffnung
eines unteren Klemmrings 1212, der ebenfalls aus Polypropylen
gefertigt sein kann. Flachdichtungen 1204 verschließen die
Stöße zwischen
den Zylindern 1202 und den Klemmringen 1206, 1212.
Absätze
auf den Klemmringen 1206, 1212 ermöglichen
es, die Zylinder 1202 zwischen der oberen und der unteren
Platte 1100, 1102 festzulegen. Ein Paar O-Ringe 1214 sind
in Umfangsnuten 1216 in jedem Kolben 1200 eingelegt
und bilden einen dichten Abschluss zwischen einem Kolben 1200 und
seinem Zylinder 1202. Die unteren Enden 1218 der
Kolben 1200 sind an einem Flansch 1104 befestigt,
der, wenn von einer vom Motor 1106 angetriebenen Mechanik
gehoben und gesenkt, die Kolben 1200 in den Zylindern 1102 auf- bzw. abwärts verschiebt.
Der Unter- oder Überdruck,
den die Kolben 1200 durch ihre axiale Verschiebung in den
Zylindern 1202 erzeugen, drückt Fluid aus dem Raum über den
Kolben 1200 hinaus bzw. zieht es in sie ein.
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Das
obere Ende 1226 des Klemmrings 1206 sitzt in einem
Verteiler 1208 mit drei Öffnungen 1230, an
die Armaturen 1210 an den Enden von Leitungen anschließbar sind.
Die Öffnungen 1230 stehen über Durchlässe 1234 (13a, 13b)
in Strömungsverbindung
mit einem Sammelraum im Verteiler 1208. Der Klemmring 1206 und
der Verteiler 1208 stellen einen Verschluss für den Zylinder 1202 dar. Ihre
Innenflächen
bilden gemeinsam mir der Innenfläche
des Zylinders 1202 und der Oberfläche des Kolbens 1200 über dem
oberen O-Ring 1214 eine Kammer, deren Volumen sich mit
der Axialverschiebung des Kolbens 1200 im Zylinder 1202 ändert. Durch Öffnungen,
die von den Durchlässen 1234 umschlossen
sind, kann gepumptes Fluid in die an die Armaturen 1210 angeschlossenen
Leitungen eingespeist oder aus ihnen abgesaugt werden. Der Verteiler 1208 ermöglicht es
also, Fluid über
eine Leitung 102 zu einem Probennehmer, über eine
Leitung 106 zu einer Lösungseinheit
und über
eine Leitung 110 zu einem Ersatzfluidgefäß zu pumpen
bzw. ihm/ihr zu entnehmen.
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Die 13a zeigt das obere Ende der Kolbenpumpe der 10-12 ausführlich und
vergrößert, wobei
der Kolben teilweise aus dem Zylinder abgezogen ist, während die 13b den Kolben vollständig in den Zylinder eingefahren
darstellt. Es ist erwünscht,
das in einer Pumpe nach dem Ausgeben einer möglichst großen Fluidmenge verbleibende Restvolumen
zu minimieren. Hierzu hat der Kolben 1200 eine Fläche im wesentlichen
in der Gestalt der kammerbildenden Oberflächen des Verschlusses. Insbesondere
haben die kegelstumpfförmige
Oberfläche 1222 und
die Oberfläche
des verjüngten
zylindrischen Abschnitts 1220 des Kolbens 1200 im
wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Oberflächen 1224, 1228 des
Klemmrings 1206 und die Flächen 1232, 1242 des
Verteilers 1208. Folglich verschwindet die Kammer 1236 in 13a (horizontale Schraffur) im wesentlichen, wenn
der Kolben 1200 vollständig
einge schoben ist, und Teile der Kolbenoberfläche liegen sehr nahe an den Öffnungen
in den Durchlässen 1234.
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Die 14 zeigt
ausführlich
einen Teil einer Kolbenpumpe analog der der 13a mit
einem herkömmlichen
zylindrischen Kolben, der ebenfalls für eine Pumpe mit minimalen
Restvolumen einsetzbar ist. Der Kolben 1400 hat eine Oberfläche mit
im wesentlichen der Gestalt der kammerbildenden Oberflächen des
Verschlusses des Zylinders 1402, der vom Klemmring 1406 und
dem Verteiler 1408 gebildet wird. Insbesondere hat die
von der Fläche 1422 und einem
Teil der zylindrischen Oberfläche 1440 des Kolbens 1400 gebildete
Fläche
im wesentlichen die gleiche Gestalt wie die Verschlussfläche, die
die Zylinderfläche 1428 des
Klemmrings 1406, die Zylinderfläche 1432 des Verteilers 1408 und
dessen Kreisfläche 1442 umschließen. Die
(horizontal schraffierte) Kammer 1436 entfällt also
im wesentlichen, wenn der Kolben 1400 vollständig eingeschoben
ist, und Teile der Oberfläche
des Kolbens 1400 liegen sehr nahe an den Öffnungen
in den Durchlässen 1434 des
Verteilers 1408.
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Vollständig eingefahren
erstrecken die Kolben in den 13, 14 sich über die
Enden der Zylinder hinaus. Mit einer Kolbenpumpe lässt sich
ein geringes Restvolumen auch ohne diese Eigenschaft erreichen,
wenn die Öffnungen
in einem Verschluss liegen, der eine kammerbildende Oberfläche in der Ebene
des oberen Zylinderendes enthält.
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Die
Pumpeneinheit weist drei Ventilgruppen 1120 auf, von denen
zwei in der 11 sichtbar sind. An die Ventilgruppen 1120 sind
jeweils eine Leitung aus jedem Verteiler 1208 heran geführt. Die
Ventilgruppen 1120 weisen Quetschventile auf, die, wenn betätigt, die
Leitungen abquetschen, um die Strömung zu blockieren.
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Entsprechend
Ausführungsformen
eines anderen Aspekts der Erfindung weist die Probenentnahmevorrichtung
einen Leckdetektor auf. Der Leckdetektor enthält vorzugsweise einen Leckfühler mit elektrischen
Eigenschaften, die sich mit dem Vorliegen eines Fluids ändern, sowie
eine an den Leckfühler
angeschlossene Elektronik, die ein Leckanzeigesignal abgibt, wenn
die elektrischen Eigenschaften des Fühlers dem Vorliegen eines Fluidaus-
bzw. -überlaufs
entsprechen. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen der Leckfühler ein
Paar beabstandeter Leiter und der Leckdetektor eine an die Leiter
angeschlossene Elektronik auf, die auf die elektrischen Eigenschaften
des Werkstoffs an den Leitern anspricht. Die Verteiler und Fluidanschlüsse über der Platte 1100 machen
letztere anfällig
für Lecks,
so dass man dort zweckmäßigerweise
einen Leckfühler anordnet.
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Die 15 zeigt
in der Draufsicht eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Leckfühlers. Ein
Paar Drähte 1500 sind
von rohrförmigen
Isolatoren 1502 beabstandet, die einen der Drähte umgeben,
und sind als einheitliche Sensoranordnung von Isolatoren 1504 nebeneinander
gehaltert. Die Drähte 1500 können aus
nicht rostendem Stahl, die Isolatoren 1502, 1504 aus
Teflon® bestehen.
Fluid, das die Drähte 1500 überbrückt, erhöht den elektrischen Leitwert
und/oder die Kapazität
zwischen den Drähten,
und es sind zahlreiche Schaltungen zum Erfassen solcher Änderungen
bekannt. Der Aufbau des Leckfühlers
macht ihn biegsam, so dass ein Leckfühler-Abschnitt auf einer Oberfläche wie
der Oberseite 1110 der oberen Platte 1100 gewunden
ausgelegt werden kann, damit auf dem größten Teil derselben auch kleine
Lecks erfassbar sind.
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Wie
oben beschrieben ist, erfordert eine Lösungsprüfung, dass der Kopf 506 des
Probennehmers 500 in Richtung des Pfeils 504 in
eine bestimmte Stellung fährt,
um bspw. zu einem bestimmten Zeitpunkt gezogene Proben der richtigen
Reihe Aufnahmebehälter
im Gestell 508 zuzuführen.
Zusätzlich
kann das Unter teil 502 eine Reihe Behälter zur Aufnahme von Lösungsgefäßen entnommenem
Fluidüberschuss
enthalten, so dass sich dieses Fluid rückführen und erneut verwenden lässt oder
die Leitungen zwischen den Proben mit sauberer Prüflösung gewaschen
werden können.
Das Unterteil 502 kann auch einen gemeinsamen Spülfluidbehälter enthalten,
in den Nadeln zum Spülen
zwischen den Proben eingetaucht werden. Derartige Medienrückführ- und
Spülfluidbehälter würde man
im Bereich des Unterteils 502 unter dem Kopf 506 in
der in 5 gezeigten Lage anordnen, die hier als Ruhelage
bezeichnet ist.
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Ein
Lösungprüfverfahren
beinhaltet – unter anderen
Parametern – die
Vorgabe der Zeitintervalle der Probenentnahmen aus einem Lösungsgefäß. Parameter
eines Prüfverfahrens
lassen sich in einen Speicher in der Steuerung 230 mittels
einer örtlichen Dateneingabeeinrichtung
wie eine Tastatur oder auf einem Übertragungskanal eingeben und
für die
wiederholte Verwendung in einem nicht flüchtigen Speicher ablegen und
ggf. aufrufen. Zusätzlich
zu den Zeitintervallen der Probenentnahme aus einem Lösungsgefäß kann es
sich bei diesen Parametern um das zu entnehmende Prüflösungsvolumen,
das als Probe auszugebende Volumen an entnommener Prüflösung und
das Fluidvolumen zum Spülen
der Leitungen sowie um die Fragen handeln, ob Prüflösung zu ersetzen oder rückzuführen und
erneut zu benutzen ist und ob Proben selbsttätig von Aufnahmegefäßen an ein
Analyseinstrument zu überführen sind,
sowie um die Zeitpunkte und Strömungsstärken, mit
denen diese Prozesse stattfinden sollen.
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Für eine Prüfung, die
der Probennehmer nicht ausführen
kann – weil
bspw. nicht genug Zeit verfügbar
ist, um einen oder mehrere Aufgaben innerhalb der zugewiesenen Dauer
abzuschließen
-, lassen sich die Parameter in die Steuerung explizit eingeben.
Bspw. muss sich der Kopf 506 innerhalb bestimmter Zeitbereiche
nach einer Probenentnahme in bestimmten Stellungen relativ zu den
Aufnahmebehältern
im Gestell 508 befinden, um bestimmte Aufgaben in Verbindung
mit der Probe zu erledigen – bspw.
das Spülen
der Nadel, das Aus geben der Probe und das Spülen der Leitungen. Der Lauf
des Kopfes aus einer in eine andere Position erfordert Zeit, deren
Dauer von den mechanischen Fähigkeiten
des Probennehmers und der zurückzulegenden
Strecke abhängt.
Die zur Fluidentnahme oder -ausgabe nötige Zeit hängt vom Volumen und der Strömungsstärke für diesen
Schritt ab. Die Zeit, die der Probennehmer zum Ausführen eines
Prozesses insgesamt benötigt, um
eine Bewegung und das Pumpen zu vollziehen, kann mit dem Zeitbedarf
für das
eigentliche Prüfverfahren
unvereinbar sein. Nach den Ausführungsformen
eines anderen Aspekts der Erfindung analyisert eine Steuerung ein
Prüfverfahren
und bestimmt, ob der Probennehmer diesem Verfahren entsprechend arbeiten
kann. Falls nicht, verhindert die Steuerung den Versuch des Probennehmers,
das Prüfverfahren durchzuführen, und
kann ein entsprechendes Meldesignal abgeben; falls ja, steuert die
Steuerung den Probennehmer so an, dass er das Verfahren durchführt. Mit
diesem Prozess wird dazu beigetragen, den Beginn einer Prüfung zu
vermeiden, der sich nach dem vorgegebenen Prüfverfahren nicht abschließen lässt.
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Obgleich
die Zeitintervalle, in denen den Lösungsgefäßen Proben entnommen werden,
beizubehalten sind, lassen andere Parameter des Prüfverfahrens
sich variieren – bspw.
der Zeitpunkt, an dem Proben an Aufnahmegefäße ausgegeben werden, sowie
der Zeitpunkt von Hilfsmaßnahmen
wie des Spülens.
Wird bspw. eine Probe aus einem Lösungsgefäß in die Kammer einer Kolbenpumpe
gezogen, wird die Probe in letzterer vorübergehend vorgehalten. Die
Probe braucht nicht sofort an ein Aufnahmegefäß üergeben zu werden; die Übergabe
lässt sich verzögern, so
lange genug Zeit für
das Durchführen aller
vor der nächsten
Probenentnahme erforderlichen Schritte bleibt. Es kann möglich sein,
Parameter eines Prüfverfahrens – bspw.
den Zeitpunkt der Probenausgabe und des Spülens – zu variieren, so dass der
Probennehmer das abgeänderte
Prüfverfahren durchführen, aber
die erforderlichen Probennahmeintervalle beibehalten kann.
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Bestimmt
in einer bevorzugten Ausführungsform
die Steuerung, dass der Probennehmer ein Prüfverfahren nicht durchführen kann,
beginnt sie, andere Parameter des Prüfverfahrens als die Probennahmeintervalle
zu variieren, um zu bestimmen, ob der Probennehmer ein so geändertes
Prüfverfahren
durchführen
kann. Falls ja, steuert die Steuerung den Probennehmer so, dass
er das Prüfverfahren durchführt; falls
nicht, verhindert sie, dass der Probennehmer das Prüfverfahren
durchzuführen
versucht, und kann ein entsprechendes Meldesignal abgeben.
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Unabhängig voneinander
arbeitende Pumpeneinheiten ermöglichen
es dem Probennehmer 500 mechanisch, mit Lösungseinheiten
in der gleichlaufenden Durchführung
von Prüfungen
nach zwei verschiedenen Prüfverfahren
zusammenzuarbeiten. Jedoch lassen sich die Prüfverfahren eines bestimmten
Paares nicht unbedingt gleichlaufend durchführen, da sie dem Probennehmer
miteinander unvereinbare Anforderungen auferlegen – bspw.
das Positionieren des Kopfes 506.
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Die 16 ist
ein Zeitdiagramm, das ein Paar Prüfverfahren darstellt, nach
dem der Kopf eines Probennehmers gleichlaufend zwei verschiedene
Stellungen einnehmen müsste.
In einem Spülschritt
muss der Kopf in die Ruhelage laufen und die Flüssigkeit ausgeben, die zum
Durchspülen
der Leitungen dient. In einem Probenausgabeschritt mussder Kopf
die Nadelnüber
die richtige Reihe von Sammelbehnältern fahren und die Probe
ausgeben; oft muss auch vor der Ausgabe der Probe der Kopf in die Ruhelage
laufen und überschüssige, aus
den Lösungsgefäßen aufgenommene
Testlösung
ausgeben. Prozessewie das Spülen
und die Probenausgabe können
für die
Kopfposition unvereinbare Forderungen aufwerfen.
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Die 16 zeigt
Zeitlinien mit den Forderungen an die Kopfposition für zwei Prüfungen,
die unterschiedliche Prüfverfahren
arbeiten. Geschwärzte Bereiche
der Zeitlinien zeigen Spülungen
an, in denen der Kopf in der Ruhelage sein muss, während die schraffierten
Bereiche Probenausgaben darstellen, in denen der Kopf sich in einer
bestimmten Reihe von Aufnahmegefäßen befinden
muss. In den oberen beiden Zeitlinien liegen drei Konfliktinervalle
vor, die mit horizontalen Pfeilen gezeigt sind. Es kann jedoch möglich sein,
die Zeit, zu der bestimmte Aufgaben ausgeführt werden, vor- oder rückwärts zu verschieben.
Obgleich die Zeitintervalle der Probenentnahme aus Lösungsgefäßen beibehalten
werden müssen, können andere
Parameter eines Prüfverfahrens
variierbar sein – bspw.
der Zeitpunkt der Probenausgabe an Aufnahmegefäße und der Zeitpunkt von Hilfsmaßnahmen
wie das Spülen.
Es kann möglich
sein, derartige Parameter für
einen oder beide Prüfverfahren zu
variieren – einschl.
des relativen Zeitablaufs der Probenentnahme –, so dass die abgeänderten
Prüfverfahren
sich gleichlaufend durchführen,
die erforderlichen Probenentnahmeintervalle für beide aber aufrecht erhalten
lassen.
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Das
untere Zeitlinienpaar zeigt das Verändern der Parameter der Prüfverfahren
gegenüber dem
oberen Zeitlinienpaar, um zu vermeiden, dass der Kopf des Probennehmers
zwei verschiedene Positionen gleichzeitig einnehmen muss. Die schrägen Pfeile
zeigen die Verschiebung der Zeitpunkte bestimmter Spül- und Ausgabeaufgaben.
Mit den Abänderungen
lassen die Prüfverfahren
sich gleichlaufend durchführen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in der 16 gezeigten Änderungen
keine Variationen des Probennahmeintervalls beider Prüfungen darstellen.
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Wie
oben festgestellt, sind bei einem Probennehmer bestimmte Verhaltensparameter
konstruktiv festgelegt – bspw.
die Dauer, die ein Kopf für den
Lauf von einer zu einer anderen Position braucht, und die Dauer
der Durchführung
einer gegebenen Aufgabe in deren Sollposition. Nach Ausführungsformen
eines As pekts der Erfindung bestimmt eine Steuerung für einen
Probennehmer, ob dieser ein Paar Prüfverfahren gleichlaufend ausführen kann. Die
Bestimmung kann auf den Parametern des Probennehmers und der Prüfverfahren
basieren. Falls nicht, verhindert die Steuerung, dass der Probennehmer
das gleichlaufende Durchführen
beider Prüfverfahren
versucht, und kann ein entsprechendes Meldesignal abgeben; falls
ja, steuert die Steuerung den Probennehmer so an, dass er die Prüfverfahren gleichlaufend
durchführt.
Vorzugsweise werden vor einer Bestimmung, ob ein Konflikt zwischen
zwei Prüfverfahren
vorliegt, diese ausgewertet, wie oben beschrieben, um zu bestimmen,
ob der Probennehmer sie ausführen
kann.
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Lässt sich
in einer bevorzugten Ausführungsform
ein Paar Prüfverfahren
vom Probennehmer nicht leichlaufend durchführen, beginnt dieser, Parameter
eines oder beider Prüfverfahren – mit Ausnahme
der Probenentnahmeintervalle – zu
variieren, um zu bestimmen, ob der Probennehmer ein so abgeändertes
Verfahrenspaar gleichlaufend durchführen kann. Falls ja, veranlasst
die Steuerung den Probennehmer, die variierten Prüfverfahren
gleichlaufend durchzuführen;
falls nicht, verhindert die Steuerung den Versuch des Probennehmers,
beide Prüfverfahren
gleichlaufend durchzuführen,
und kann ein entsprechendes Meldesignal abgeben.
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Sollen
zwei Lösungsprüfungen gleichlaufend durchgeführt werden,
kann es erwünscht
sein, sie zu verschiedenen Zeitpunkten zu beginnen; sie können auch
zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgeschlossen sein. Um gleichlaufende
Lösungsprüfungen zu erleichtern,
kann ein Probennehmer an Stelle eines einzigen zwei unabhängig voneinander
bewegbare Gestelle für
Aufnahmebehälter
enthalten. Bspw. können
zwei Gestelle jeweils der Breite des Gestells 508 der 5 separat
in das Unterteil 502 einsetz- und aus ihm herausnehmbar
sein. Die Aufnahmebehälter in
einem der herausnehmbaren Gestelle können dabei Proben aus dem Nadelkopf 700A aus
einer ersten Lösungsprüfung, die
Auf nahmebehälter
im anderen herausnehmbaren Gestell Proben aus dem Nadelkopf 700B aus
einer zweiten Lösungsprüfung übernehmen.
Ist die Aufnahme von Proben in eine der Prüfungen abgeschlossen, lässt das
Gestell mit ihnen sich zur Analyse herausnehmen und durch ein anderes
Gestell ersetzen, damit eine andere Prüfung begonnen werden kann.
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Die
Bezugnahme auf "eine
(bestimmte) Ausführungsform" in der vorgehenden
Beschreibung bedeutet, dass sich eine bestimmte Besonderheit, Struktur
oder Eigenschaft, die im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform
beschrieben ist, in mindestens eine Ausführungsform der Erfindung aufnehmen lässt. Das
Erscheinen des Satzteils "in
einer (bestimmten) Ausführungsform" an verschiedenen
Stellen der vorliegenden Beschreibung bedeutet nicht unbedingt eine
Bezugnahme auf die gleiche Ausführungsform;
auch schließen
separate oder alternative Ausführungsformen
andere Ausführungsformen nicht
aus.
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Weiterhin
ist einzusehen, dass der Fachmann die Einzelheiten, Werkstoffe und
Teileanordnungen, die zur Erläuterung
der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden, auf verschiedene
Weise abändern,
ohne den Umfang der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen ausgedrückt ist,
zu verlassen.
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1
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(Prior art) Stand der Technik
- 100
- Probenaufnehmer
- 104
- Pumpeneinheit
- 108
- Lösungseinheit
- 112
- Ersatzfluid
- 130
- Steuerung
- 150
- Probennehmer
-
2
- 108A,
108B
- Lösungseinheit
- 112A,
1128
- Ersatzfluid
- 200
- Probenaufnehmer
- 204A,
204B
- Pumpeneinheit
- 230
- Steuerung
- 250
- Probennehmer
-
3
- 204
- Pumpeneinheit
- 300
- Pumpengruppe
- 304
- Ventilgruppe
- 306
- Ventilgruppe
- 308
- Ventilgruppe
- 310
- Leckfühler
-
4
- 250
- Probenaufnehmer
- 400
- Kopf
- 404
- Fluidgefäßgruppe
- 406
- Vertikal-Stellmechanik
- 408
- Horizontal-Stellmechanik