DE1448191A1

DE1448191A1 - Verfahren und Geraet zur Pruefung von chemischen Stoffen

Info

Publication number: DE1448191A1
Application number: DE19611448191
Authority: DE
Inventors: Takatsy Dr Med Gyula
Original assignee: METRIMPEX MAGYAR MUESZERIPARI
Current assignee: METRIMPEX MAGYAR MUESZERIPARI
Priority date: 1961-02-07
Filing date: 1961-05-10
Publication date: 1968-11-28
Also published as: DE1448191B2; GB984284A

Description

Patentanwalt Dipl.-lng. E. Eder . ■ -

Manchen 13, Elisabeths*. U -... 1 4 4 8 1 9 1

Anm.: Metrimpex Magyar Müszeripari

München, den 5. Sept.1968 Akte 2492 er

Verfahren, und Gerät zur .Prüfung von chemischen Stoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Prüfung von chemischen Stoffen, durch welche die Zusammensetzung von flüssigen chemischen Stoffen, bzw. die Menge eines darin enthaltenen gesuchten. Stoffes rasch, genau und in einer, die sanitären Anforderungen befriedigenden Art, in wirtschaftlicher Weise bestimmt werden kann.

Es sind zahlreiche Laboratorium-Prüfverfahren bekannt, bei welchen die Menge irgendeines Komponenten einer zusammengesetzten chemischen Flüssigkeit derart bestimmt wird, daß aus dem zu prüfenden Ausgangsstoff eine Reihe von Verdünnungen hergestellt und jener höchste Verdünnungsgrad ermittelt wird, bei welchem der zu prüfende Stoff mit irgendei-

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nem anderen Reagenten eine sichtbare Reaktion, z.B. Entfärbung, Bildung eines Niederschlages, etc. .hervorruft.

Aus diesem höchsten Grad der Verdünnung wird dann durch Berechnung die Menge des gesuchten Stoffes, d.h. die Konzentration des gesuchten Stoffes in der Ausgangslösung "bestimmt. Dieses Titrieren genannte Verfahren wird besonders zur quantitativen Bestimmung solcher Stoffe unbekannter Zusammensetzung angewandt, für welche ein "genaues "analytisches Messverfahren noch nicht zur Ver-^ fügung steht. Solche Methoden verwendet man in zahlreichen Gebieten der chemischen Industrie, wie in der Farbstoff industrie,. in der Nährmittelindustrie, bei Isotopuntersuchungen, bei biologischen Prüfungen, usw. Das übliche, mit Hilfe von durch Pipettieren hergestellten Verdünnungen durchgeführte Titrierverfahren ist ziemlich umständlich und zu Massenprüfungen, ungeeignet und das Pipettieren von gesundheit-ssöhädlichen Substanzen kann auch bei besonderer Sorgfalt schädliche Wirkungen hervorrufen.

Zu den nachteiligen Eigenschaften des bekannten Verfahrens ist auch der Umstand zu zählen, daß ein Teil der zur Prüfung verwendeten Mittel, nach vollbrachter Prüfung nicht lieder verwendet werden kann. Die zum Messen von isotophaltigen oder infizierende Stoffe enthaltenden Flüssigkeiten verwendeten Pipetten, Epruvetten sind nach Beendigung des Prüfverfahrens einem langwierigen

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und mühsamen Heinigungsvorgang zu unterwerfen, was das Verfahren verteuert« Die Epruvetten selbst und auch die zum Tragen derselben dienenden Gestelle "beanspruchen erhebliche Kosten, sie sind schwer zu behandeln und beanspruchen einen großen Platz*

Durch die vorliegende Erfindung wurde ein Verfahren und ein Gerät geschaffen, mit welchen derartige chemische Qt off Prüfungen 10-2.0-mal rascher als bei dem bisher üblichen Verfahren mit großer. Genauigkeit und - auch mit gesundheitsschädlicher. Substanzen gefahrlos durchgeführt werden körnen» Die zu den Ui tersuchungen von infizierenden oder isotophaltigen Stoffen verwende-. ten Gerätekönnen ohne" wesertlichere .äeinigungsvorgar-ge sofort-zu weiteren Früfungen verwendet werdei:. .vu3erdem sind die zur Untersuchung verwendeten Geiäte cillig und beanspruchen sowohl bei der Lagerung als auch w^:\hrerd der Prüfung nur einen kleinen Raum.

Die Erfindung wird in ihren Einzelheit ei: im Susammenhang mit dem in der Zeichnung dargestellten .-.usführungsbeispiel beschrieben.

Abbildungen 1 und 2 sind der Schnitt und eine teilweise Oberansicht der die Lochreihe enthaltenden Prüfplatte.

übbildung 3 ist der Schnitt des Tropfröhrehers.

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Abbildung 4- und 5 zeigen den zur Einbringung der zu prüfenden Flüssigkeit in das Verdünnungsmittel dienenden Tropfenheber mit Griffstäbchen in Vorder- bzw.Seitenansicht.

Abbildung 6 zeigt die Gebrauchsweise des Tropfröhrchens.-

Abbildung 7 ist ein Schema zur Veranschaulichung der Einbringung des zu prüfenden Stoffes in das Lösungsmittel und des Mischvorganges.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verdünnungsflüssigkeit in die mit kegelartigem Boden versehenen Sacklöcher 2 der aus durchsichtigem Kunststoff verfertigten Platte 1 eingemeasen. Diese Verdünnungsflüssigkeit nimmt am Boden der Löcher 2 Platz. Die Anzahl der Löcher 2 in der Platte 1 kann eine beliebige sein, aber aufgrund praktischer Er fahrungen ist es vorteilhaft, wenn man in sechs Seihen je 12 Löcher vorsieht. Zu einer Prüfung können je nach der Natur der Untersuchung eine oder mehrere Lochreihen verwendet werden. Zu den meisten Untersuchungen genügt jedoch die Verwendung von ein oder zwei Lochreihen, da eine zwÖlffache oder vierundzwanzigfache Verdünnung desTiterdes zu prüfenden Stoffes schon genügend genau angibt. So kann man mit einer einzigen Platte 1 gleichzeitig sechs Untersuchungen durchführen.

Zur. Herstellung der Platte 1 wird zweckmäßig ein hydrophober Kunststoffverwendet, damit sie nach durchge-

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i'lhrter Ulsters.u.cUuiiß'-leicht ausgev/aschei; und zur nach-

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sten Untersuchung verwendet werden kanu.

Das Einmessen des Verdünnungsmittels wird mit einem Tropfgerät durchgeführt (Abb.3)· Dieses ist dem Wesen nach ein Trichter mit einem aus Kunststoff bestehenden Behälterteil 3, in welchem ein luftdicht schliessend befestigtes Tropfröhrchen 4 und ein, gleichfalls in den Behälterteil befestigter, aus Kunststoff oder aus Glas bestehender Rohrfortsatz 5 vorgesehen ist. Im Behälterteil 3 bzw. am Rohrfortsatz 5 ist keine die Menge anzeigende Merklinie vorhanden. Die tropfenweise zugesetzte Flüssigkeitsmenge wird demnach aufgrund der Anzahl der vom unteren Ende 6 des Rorchens sich trennenden Tropfen bestimmt. Die Größe der in je einem Tropfen enthaltenen Flüssigkeitsmenge wird außer dem spezifischen Gewicht und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit vom äußeren Durchmesser des Röhrchens 4- bestimmt. Während der Zeit der Prüfung herrscht im Raum allgemein eine Temperatur von 20 - 2°C, so daß die Wirkung der Temperatur und des äumßeren atmosphärischen Dampfdruckes vernachlässigt werden kann. Die Tropfgerate sind für jeden Verdünnungsstoffoder Reagenten einmal zu kalibrieren, d.h. es ist zu bestimmen, wie groß das Volumen des mit dem in Rede stehenden Tropfgerät vom fraglichen Stoff gebildeten Tropfens ist.

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Da s in Abb. 3 dargestellte Tropf gerät wird derart gebraucht, daß es in das Verdünnungsmittel oder in die Reagentenlösung eingetaucht wird, wonach aufgrund des Gesetzes der kommunizierenden Gefäße sich " . der Trichter 3 und sogar auch ein Teil des Rohrfortsatzes 5 mit Flüssigkeit füllt. Nun wird das obere Ende des Rohrfortsatzes mit dem Finger geschlossen und das Ende des Rohres 4- über dLe Öffnung 2 der Platte 1 gehalten, dann die obere Öffnung des Rohrfortsatzes ein wenig gelüftet, so daß sich an der unteren Fläche 6 des Röhrchens 4- ein Tropfen bildet und von dort abreißend in das entsprechende Loch 2 fällt. , .

Da die Stoffmenge der einzelnen Tropfen bekannt ist, kann die gewünschte Menge der Verdünnungs- bzw. Reagentenlösung tropfenweise ausgemessen werden» " "■ ■■■■■■""■ - - ■■" ^ ■ ■.""■ -

Sobald in den zur Prüfung dienenden Löchern 2 der notwendige Verdünnungsstoff enthalten ist, werden die in Abbildungen 4- und 5 dargestellten, aus den beiden Spiralen 7 und 7a bestehenden Tropfenheber mit der Oberfläche der zu prüfenden Flüssigkeit in Berührung gebracht. Die Hüliflachen der Spiralen 7 und 7a sind zweckmäßig Halbkugelflächen.· Die Gänge der Spiralen bilden schmale Kapillarspalte, deren Breite zweckmäßig kleiner als 0,5 mm ist. Die Spirale 7 und 7a werden dadurch zusammengefaßt, daß die.geraden Schenkel 8 und 8a des die

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Spiralen bildenden Drahtes in die Bohrung 10 des aus Leichtmetall herstellbaren Traggriffes 9 eingepreßt sind; so bilden Spiralen 7 und 7a gemeinsam eine Kugelfläche .

Indem man den Tropfenheber mit der.Oberfläche der zu prüfenden Flüsigkeit in Berührung bringt, wird die Flüssigkeit durch die sich zwischen den Spiralengängen befindlichen Spalte in das Innere des Tropfenhebers eindringen und dort, selbst nach dessen Herausheben aus der Flüssigkeit verbleiben, da die Flüssigkeitsoberflächenspannung zwischen den Spiralgängen groß genug ist, um das Herausfließen der in der Spiralkugel befindlichen Flüssigkeit -zu verhindern.

Die Iv.enge dieser Flüssigkeit ist durch den inneren Hauminhalt der Spiralkugel bestimmt. Der Unterschied der zwischen den Spiralgängen befindlichen ikeniskuslinien ist bei den verschiedenen Flüssigkeiten so klein, daß die im Inneren der Spiralkugel befindliche Flüssigkeitsmenge als praktisch konstant betrachtet werden kann.

Zur Durchführung einer Prüfung muß man natürlich eine bestimmte Menge der Verdünnungsmittel in die Löcher der Platte 1 einbringen und hiezu von dem zu prüfenden Stoff eine bestimmte Menge hinzumischen. Die

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Menge des Verdünnungsmittels kann - wie bereits beschrieben - mit dem Tropfgerät genau, leicht und rasch eingestellt werden und genau so rasch und einfach kann die Menge des zu prüfenden Stoffes mit Hilfe des in Abb. 4 dargestellten Tropfenhebers bemessen werden. Der Rauminhalt des aus den Spiralen 7 und 7a bestehenden Tropfenhebers soll demnach derart bemessen werden, daß er mit dem Rauminhalt der mit dem Tropfengerät gebildeten Tropfen im Einklang stehe. So kanx· der Tropfen-, heber zweckmäßig zur Aufnahme von 0,025, 0,05 und 0,1 ml Flüssigkeit geeignet sein, dazu sind Tropfengeräte zu verwenden, die Flussigkeitstropfen von 0,026 ml Volumen erzeugen« Der gewünschte Rauminhalt des Tropfenhebers kann.mit einer Toleranz von — 2 % eingehalten werden. -

Die mit dem Tropfenheber aufgenommene Flüssigkeit, d.h. die zu prüfende Lösungsmenge, wird in das erste Loch 2 der Platte 1 eingebracht und mit dem Finger um die Längsachse seines Griffes 9 gedreht. Als Resultat dieses Vorganges wird die mit dem Tropfenheber in die am Boden des Loches befindliche Verdünnungsflüssigkeit eingebrachte zu prüfende Lösung mit dem Verdünnungsmittel vollständig vermischt. Nach Entfernung des Tropfenhebers ,aus dem Loch befindet sich im Inneren desselben wieder eine Flüssigkeit, die aber im Vergleich zu der ursprünglichen, zu prüfenden Flüssigkeit, bereits dünnerist, da die Hälfte der sich im Tropfenheber befindlichen

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Flüssigkeit schon aus dem Verdünnungsmittel des ersten Loches stammt» Diese, in Bezug aum früheren Zustand eine halbe Konzentration besitzende Lösung wird nun in das zweite Loch 2 der Platte 1 eingebracht und so fortlaufend auch in die nächsten Löcher der Lochreiche. Wenn derselbe Tropfenheber in sämtliche Löcher der Lochreiehe eingebracht wurde, erhält man in den einzelnen Löchern Lösungen von bestimmten, der Reihe nach abnehmenden Konzentrationen .

Als nächsten Schritt bringt man mit dem in Abb. 3 dargestellten Tropfgerät ein Reagenzmittel in die Löcher der Lochreihe ein, und bestimmt die Konzentration der zu prüfenden Lösung durch Berechnung auf bekannte Art, aufgrund der Zahl der Löcher, in welchen sich Reaktionserscheinungen zeigen.

Es können alle Lochreihen der Platte 1 gleichzeitig zu den gleichen, oder zu verschiedenen Untersuchungen benützt werden. Das Einmessen der Verdünnungsund der Reagenzstoffe wird lochweise gesondert ausgeführt. Das Mischen der zu prüfenden Stoffe mit dem Verdünnungsmittel kann jedoch auch gleichzeitig, d.h. mit einem Griff durchgeführt werden (Abb. 6), weil die Gestalt der Griffe.9 der Tropfheber es ermöglicht, die Arbeit von sechs Tropfenhebern gleichzeitig durchzuführen. Dies verringert wesentlich die zur Prüfung nötige Zeitdauer.

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Der aus Halbkugelspiralen zusammengestellte Tropfenheber ist aus wärmebeständigem Stahl hergestellt. Die Tropfenheber werden nach Beendigung der einzelnen Prüfungen in Flammen abgebrannt und dadurch vollkommen desinfiziert. So sind die Tropfenheber, selbst nach Prüfung von infizierenden Stoffen, nach einem Abbrennen von einigen Sekunden wieder verwendbar.

Das Vorfahren wird ausführlicher durch folgende Beispiele erläutert:

Beispiel 1; Titrieren von Farbstofflösungen. Das Titrieren jeder Färbstofflösung wird mit Einstellung von zwei Titrierreihen durchgeführt. Aus der Verdünnungslösung werden in die Vertiefungen der Prüfplatte je ein Tropfen, d.h. 0,025 ml mit Hilfe des Tropfengerätes (Abb. j>) eingemessen. (Nur die erste Vertiefung der zweiten Reihe bildet eine Ausnahme, in diese werden 2 Tropfen," d.h. 0,05 ml Verdünnungsflüssigkeit eingebracht). Dann entnimmt man der zu prüfenden Färbstofflösung mit je zwei Tropfenhebern von 0,025 ml je ein Muster und vermischt diese, in die ersten Vertiefungen einbringend, mit der Verdünnungsflässigkeit. In den weiteren Vertiefungen erhält man, mit den Tropfenhebern den Farbstoff stufenweise verdünnend, eine gleichmäßig abnehmende Farbskala, bei der der Verdünnungsgrad der einzelnen Glieder der Skala bekannt ist. Die

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Verdünnungswerte der ersten Reihe sind 1:2, 1:4, 1:8 etc., diejenigen der zweiten Reihe 1:5, 1:6, 1:12, etc. Dann wird jener Verdünnungswert ausgesucht, dessen Farbe mit derjenigen der in der dritten Reihe eingemessenen Maßeinheit (z.B. 1 Gamma/ml) übereinstimmt. Dieser Verdünnungswert ergibt die Konzentration des geprüften Farbstoffes in Gamma/ml. Fällt die Farbe des Etalons zwischen zwei Verdunnungswerte, so kann der tatsächliche Wert durch Interpolation festgestellt werden.

Beispiel 2: Wertmessung eines Antibiotikums. In der pharmazeutischen Industrie ist es bei der Herstellung der Antibiotika häufig notwendig, den Antibiotikumgehalt der halbfertigen Produkte im Laufe der Herstellung rasch kontrollieren, bzw. bestimmen zu können. Mit Hilfe des Verfahrens erfolgt diese Bestimmung in einer Lethylrot-Indikator enthalte:.den V/ährflüssigkeit, als Verdünnungsmittel nach dem obigen Beispiel Reihen von Verdünnungen hergestellt. Dam wird in jede Vertiefung die Suspension eines, auf das Antibiotikum empfindlichen Bakteriums eingemessen, und die Platten in ein Thermostat eingesetzt. In jenen Mustern, in denen die Konzentration des Antibiotikums so niedrig ist, daß es das Wachstum der Bakterien nicht mehr hindert, verändert sich die Farbe dee Indikators durch Wirkung des durch das Atmen der Bakterien gebildeten CO-. auf gelb. Die Konzentration des -a.ti-

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biotikums ist also durch jenen Verdünnungswert gekennzeichnet, bei welchem das Atmen der Bakterien aufhört, welcher Umstand durch die rote Farbe des Indikators angezeigt wird.

Beispiel 3: Im Lebensmittelgewerbe wird aufgrund der Bestimmung des Keimgehaltes von einzelnen Lebensmitteln (wie Milch, Speiseeis) die Br&hbarkeit, bzw. der Umstand, ob das geprüfte Produkt verdorben ist, festgestellt. Die Keimzahl ist mit der Verdünnung des zu prüfenden Stoffes aufgrund des beim Titrieren des Antibiotikums gebrauchten Prinzips gleichfalls feststellbar.

Die Vorteile des erfindungsgemaßen Verfahrens und Gerätes sind die folgenden:

Die die Prüfung vornehmende Person tritt mit dem zu prüfenden Stoff in keine unmittelbare Berührung, die zur Prüfung des Stoffes notwendigen Einmessungen werden unter Ausschluß von subjektiven Faktoren auf rein objektiver Basis durchgeführt, so daß die Prüfungsresultate im Vergleich zu den Resultaten der bisher bekannten Verfahren bedeutend genauer sind; die zu den einzelnen Prüfungen benötigte Zeitdauer ist wesentlich kürzer und daher ist die Zahl der durch eine Person in der Zeiteinheit durchführebaren Prüfungen größer. Der geringe Zeitaufwand und die Verlässlichkeit des erfindungsgemaßen Verfahrens bieten auch Iiiöglichkeit zur Durchführung von

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Massenprüfungen im Laboratorium.

Die Anzahl und der Anschaffungspreis der zu den Prüfungen benötigten Geräte beträgt nur einen Bruchteil jener der zu den bisher bekannten Verfahren nötigen Geräte. Ausserdem müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Geräte selbst nach der Prüfung von isotophaltigen oder infizierenden Stoffen nicht der weiteren Arbeit entzogen werden. Der zu den Prüfungen benötigte Saumbedarf ist klein.

Einer der größten Vorteile des erfindungsgemäßeii Verfahrens liegt darin, daß zu diesem Verfahren im Vergleich zu den Stoffmengen die zu den bekannten Prüfungen benötigt werden, nur etwa ein Zehntel derselben zur Erzielung von noch genaueren Prüfresultaten notwendig sind. Dies ermöglicht die Durchführung zahlreicher derartiger Prüfungen, welche mit den bisher bekannten Verfahren - obzwar zur Arbeit der Industrie und der .Forschungslaboratorien dies schon längst notwendig gewesen wäre - nicht durchführbar waren.

* Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform der

oo beispielsweise angegebenen Geräte beschränkt. So können

ο z.B. anstatt den aus Spiralen ausgebildeten Tropfen- ° hebern auch aus mit kapillaren Zwischenräumen ange- ^* ordneten Plättchen hergestellte Kugel'chen oder Zylinder, weiters auf Stäbe aufgezogene, voneinander durch Distanzringe mit kapillaren Abmessungen gehaltene Scheiben oder Plattengebilde und dgl. verwendet werden. ^{on arn}^^a _ ,

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Claims

Patentanwalt

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Ausführung chemischer Stoffprüfungen mit einer Reihe von stufenweisen Verdünnungen, dadurch gekennzeichnet, daß in die einzelnen gefäßartig ausgebildeten Vertiefungen (2) einer Platte (1) mittels eines bestimmte Stoffmengen erzeugenden Tropfengerätes (5-5) bestimmte Mengen einer Verdünnungsflüssigkeit eingebracht werden, dann mit Hilfe eines, durch kapillare Kräfte eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aufnehmenden Tropfenhebers (7-1o) die entsprechende Menge der zu untersuchenden Flüssigkeit in die erste gefäßartige Vertiefung eingebracht und mit der dort befindlichen Verdürmungsflüssigkeit vermischt wird, wobei man mit dem aus der Vertiefung herausgehobenen Tropfenheber ein der eingebrachten Flüssigkeitsmenge gleiches Volumen der nunmehr verdünnten Flüssigkeit heraushebt, dieses dann in die zweite Vertiefung einträgt und mit der dort befindlichen Verdünnungsflüssigkeit vermischt, und diesen Vorgang so lange in den meisten gefäßartigen Vertiefungen wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von stufenweisen Verdünnungen hergestellt ist, wodurch man die gewünschte Reaktion mit diesen Verdünnungen in an sich bekannter Weise vornimmt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Platte (1) in wel-

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eher gefäßartige - zweckmäßig in Reihen angeordnete Vertiefungen (2) ausgebildet sind, ferner durch ein zur Erzeugung von Tropfen konstanter Größe geeignetes Tropfgerät (5-5) und durch einen, mittels kappillaren Kräften zum Aufnehmen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge geeigneten Tropfenheber (7-10).

5· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tropfgerät aus einem, zweckmäßig aus Kunststoff hergestellten trichterförmigen Behälterteil O) einem zweckmäßig aus rostfreiem Stahl hergestellten Tropfröhrchen (4) und einem, eine Verlängerung des Behälters bildenden ßohrfortsatz (5) besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tropfenheber aus zwei Lietallspiralen besteht, die derart ausgebildet sind, daß die Spiralgänge je eine halbkugelartige Fläche bilden, die nebeneinander angeordnet eine volle Kugelfläche bilden, wobei die Spiralgänge so dicht angeordnet sind, daß die Kapillarkräfte die aufgenommene Flüssigkeit in dem durch die halbkugelförmigen Spiralgebilde eingeschlossenen Raum halten können.

Patentanwalt

Ä' - Eder

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