Neue peristaltische Pumpe für die Atomspektroskopie

Seit Robert Bunsen und Gustav Kirchhoff entdeckten, dass chemische Elemente die Farbe einer Flamme verändern können, hat sich die Atomspektroskopie zu einer der erfolgreichsten analytischen Methoden entwickelt. Sie kommt in vielen Tausenden Laboren täglich routinemäßig zur Anwendung, um die Elementkonzentration in ganz unterschiedlichen Analyten zu bestimmen.

Unter den unterschiedlichen Methoden der Atomspektroskopie waren dabei die beiden Multielementmethoden ICP-MS und ICP-OES besonders erfolgreich. Beide basieren auf einem induktiv gekoppelten Plasma als Emission- oder Ionenquelle und spielen ihre Merkmale besonders bei der Analyse von Flüssigkeiten aus. Für den Probentransport der Flüssigkeiten zum Zerstäuber haben sich peristaltische Pumpen etabliert. Diese Pumpen sorgen für einen konstanten Flüssigkeitsstrom und können so die Änderungen der Viskosität der Flüssigkeiten, die zu unerwünschten Matrixeffekten führen, minimieren.

Das Wirkungsprinzip einer peristaltischen Pumpe basiert auf einer alternierenden Kompression und Relaxation eines eingeschlossenen Flüssigkeitsvolumens in einem elastischen Schlauch. Das Volumen wird durch Rollen im Pumpenkopf definiert, wozu der Schlauch im Pumpenkopf fest fixiert gegen die Rollen sowie gegen einen gekrümmten Haltebügel gepresst wird.

Wirkungsprinzip führt zu leichten Druckschwankungen

Ein typischer Einbau-Pumpenkopf der neuen Easy-Click-Pumpe. Bild: Spetec

Durch die Rotation der Rollen wird dieses zwischen den Rollen eingeschlossene Volumen vorwärts gedrückt, und der Schlauch entspannt sich erst wieder nach einer halben Umdrehung des Pumpenkopfes, sodass ein konstanter Flüssigkeitsstrom aufrechterhalten wird. Die Flüssigkeit ist dabei nur in Kontakt mit dem inerten und metallfreien Material des Pumpenschlauches und lässt sich so auch über größere Entfernungen dem Analysengerät zuführen. Die Flüssigkeitsmenge lässt sich durch den Innendurchmesser des Schlauches, die Anzahl der Rollen im Pumpenkopf und die Rotationsgeschwindigkeit variieren. Das Schlauchmaterial lässt sich an die chemischen Eigenschaften des Lösungsmittels anpassen, sodass die Pumpen auch aggressive Medien wie konzentrierte Säuren oder organische Lösungsmittel unverdünnt sehr präzise mit Volumenflüssen von wenigen µl bis zu mehreren ml/min fördern können. Durch die alternierenden Kompressions- und Relaxationsvorgänge kann es aber zu leichten Druckschwankungen in der geförderten Flüssigkeit kommen, die bei sehr empfindlichen Analysengeräten zu Signalpulsationen führen.

Neue Pumpengeneration mit optimiertem Anpressdruck

Bei vielen Pumpen lässt sich der Anpressdruck des Schlauches gegen den Haltebügel daher manuell so optimieren, dass Pulsationen minimiert werden. Bei der neuen Pumpengeneration Easy Click hat Spetec den Anpressdruck dagegen bereits so optimiert und fest vorgegeben, dass der Anwender nur noch den Schlauch einspannen muss und gleich mit seiner Messung beginnen kann.

In einer Untersuchung bei der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin hat der Hersteller insgesamt zwei andere peristaltische Pumpen mit dem neuen Modell an einem ICP-OES-Gerät auf die analytische Leistungsfähigkeit hin getestet und verglichen. Bei dieser Untersuchung zeigte sich, dass die neue Pumpe bei analytischen Kenngrößen wie Nachweisgrenze und Signalstabilität den anderen getesteten Pumpen ebenbürtig war. Für Multielement-Standardlösungen ließen sich an einem ICP-Simultanspektrometer Nachweisgrenzen für zehn ausgewählte Elemente (Al, Bi, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Se) im unteren µg/l-Bereich erzielen. Die mittlere relative Standardabweichung aus drei Wiederholmessungen lag für acht Elemente unter 1 % sowie für zwei weitere unter 2 % und unterschied sich dabei nicht wesentlich von den beiden Referenzpumpen. Die Anwenderfreundlichkeit und der schnelle Wechsel der Pumpenschläuche führt also offenbar nicht zu Einschränkungen bei der Leistungsfähigkeit der neuen Pumpe.