DE1673143A1

DE1673143A1 - Durchflusszelle fuer ein Kolorimeter

Info

Publication number: DE1673143A1
Application number: DE19671673143
Authority: DE
Inventors: Skeggs Leonard T
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1966-06-10
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1972-03-09
Also published as: DE1673143B2; CH471382A; US3518008A; SU364182A3; SE331375B; BE699724A; GB1188356A; DE1673143C3

Description

Patentanwalt

Wilhelm Reichel

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Instrument3 Corporation, Ardaley (Ohauncey) New York, m

DurchfluSzelle für ein Kolorimeter

Die Erfindung bezieht si-3h auf automatische Analysiergeräte, die eine kolorimetrieche Messeinrichtung mit einer Durchflußzelle zur quantitativen kolorimetrischen Analyse eines Plussigkeitsstrome auf einen in diesem befindlichen Beetandteil enthalten^ Derartige Analysiergeräte sind beispielsweise aus den (Patentschriften 2 797 149» 2 879 141 und 3 241 432 bekannt und können zur chemischen Analyse eines Stroms, der aus einer Reihe einzelner klinischer oder industrieller Proben besteht, oder zur Überwachung eines kontinuierlichen Plüssigkeitsstroms in Fabriken bei der Überwachung von Herstellungsverfahren, Abwasserströmen oder dergleichen verwen-'· * det werden»

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Wie aus den erwähnten Patentschriften hervorgeht, wird in die Flüssigkeitsströme luft eingeführt _f um sie in eine Anzahl von aufeinanderfolgenden kleinen Schüben zu unterteile^, die durch je einen dazwischenliegenden Lufteinachluß (oder eine Luftblase) voneinander getrennt sind, der zum Reinigen der Innenwände der Traneportröhren dient, Wenn mehrere Proben analysiert werden, dann wird auch jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgende Proben ein Lufteinschluß gebildet, durch den die Proben voneinander getrennt werden und der eine Reinigung der Iransportröhren zwischen aufeinanderfolgenden Proben bewirktο Dadurch wird eine Verunreinigung einer Probe durch eine andere verhindert_y was sonst möglich wäre_v weil die Proben der Reihe nach hintereinander in einem Probenstrom weitergeleitet werden. Zu einem vorgewählten Zeitpunkt beim Betrieb des Analyaiergeräts ist es jedooh erwünscht, den flüssigkeitsstrom zu entlüften, d.h_n die vorher eingeführten Einschlüsse aus Luft oder einem anderen geeigneten Medium zu entfernen, bevor die Flüssigkeit auf Ihrem Weg durch die Durchflußzelle des !Colorimeters analysiert betrachtet wird ο Zum Entlüften Bind Einrichtungen bekannt, die beispielsweise in den US- Patentschriften 3 109 7H, 3 109 713 und 3 236 beschrieben sind. Wird als Trennmedium eine Flüssigkeit verwendet» dann eignen sich ein Verfahren und ein Gerät, die im US-Patent 3 047 367 beschrieben sind«

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Man hat bereits vorgeschlagen zur Erhöhung der Analysiergeschwindigkeit das Entfernen des Trennmediums und des Unterteilungsmediumg zwischen den Schüben einer Probe vor dem Einleiten dor zu analysierenden Plüssigkeit in die Durchflußzelle de? Kolorimeters au unterl&saen und den Flüssigkeitsstrom zwAwmexi mit diesem anderen Medi'um durch die DurchflußzeIIe zu leiten Bei diesem Vorschlag ist vorgesehen, den Betrieb der fotoelektrischen Detektoren des Kolorimeters_: durch die ein Schreiber gesteuert wird_v während des Durchgangs dee Unterteilungsmediuma durch die Durchflußzelle zu unxerbrechenο Außerdem wurde vorgeschlagen, das Unterteilen einer Probe in mehrere Probeneohübe asu unterlaseen oder etark einzuschränken und die Proben vor dem Durchleiten durch die Durchflußzelle nur oder im wesentlichen nur durch einen Einschluß zu trennen.,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Analysiergeschwindigkeit unter Beibehaltung derjenigen Vorteile au erhöhen, die sich durch das Trennen und Unterteilen der zu analysierenden Flüssigkeiten ergebene Dazu soll insbesondere eine Durchflußzelle nit einer mit ihr aus einem Stück bestehenden Entlüftungseinrichtung geschaffen werden» ,

Die Erfindung geht dazu von einer Durchflußzelle für ein Kolorimeter aus_v die einen Durchgang besitzt» daait sie von

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einem Strom durchflossen werden kann, der aus Schüben mindestens eines Mediums besteht, die durch Einschlüsse eines Mediums getrennt sind_e dessen spezifisches Gewicht geringer als das des einen Mediums ist» Die Erfindung besteht darin_s daß in dem !Durchgang zwischen der Einlaß- und der Auslaß-Öffnung eine weitere Öffnung vorgesehen ist, und daß unterhalb des Durchgangs eine Meßkammer (Sichtkammer) vorgesehen ist_{ deren Einlaßöffnung strömungsmäßig mit der weiteren Öffnung in Verbindung steht, wodurch mindestens ein Teil des Mediums mit dem höheren spezifischen Gewicht durch die weitere öffnung direkt in und dann durch die Meßkammer strömt, während der Rest des Mediums mit dem höheren spezifischen Gewicht zusammen mit dem Medium mit dem kleineren spezifischen Gewicht an der weiteren öffnung vorbeiströmt und durch die Aualößöffnung aus dem Durchgang austritt. Die Kammer weist * außerdem eine Eintrittsöffnung und eine Austritteöffnung für Lichtstrahlen auf, die das in der Meßkammer strömende Medium durchsetzen.

Erfindungegemäß wird außerdem eine Durchflußzelle vorgeschlagen, die in einem Stück eine Meßkammer und eine Entlüftungeleitung in unmittelbarer Hfihe der Mefikemser enthält, wodurch der Weg:der entlüfteten Probe «wischen der BntlUftungsleitung und der Meßkammer nahezu verschwindend klein und damit die Verunreinigung einer Probe durch vorausgehende Proben auf

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diesem Weg minimal ist.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Besehrei-• bung and den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurdenο

Die Fig, 1 ist eine Seitenansicht einer Durchflußzelle nach der Erfindung für ein Kolorimeter»

Die Fig. 2 ist eine Endansicht der Durchflußzelle nach der Fig. 1o

Die Fig. 3 1st eine Draufsicht der Durchflußzelle nach der Fig_n 1,

Die Figo 4 zeigt ein Gerät zur Behandlung und kolorimetriechen Untersuchung eines Flussigkeitsstroae, in den die Durohflußzelle nach den Figo 1-3 verwendet wird«

Gemäß der Fig. 1 enthält eine Durohflußzelle 10 einen Körper 12 aus einen undurchsichtigen Material, s.B. aus schwarze« Glas, Metall, welches gegenüber de,n verwendeten Medien inert ist, schwarzesν polymerisiertθβ Methylmethaoralat oder der*

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gleichenο Der Körper besitzt einen Durchgang 14, der eine Bohrung 16 einschließt. Mit den Körper sind eine Einlaßlei-tung 16 und eine Auslößleitung 20 aus Glas verbunden, die einzementiert sind und an entgegengesetzten Seiten als Verlängerungen der Bohrung 16 aus dem Körper 12 ragen»

Unterhalb des Durchgangs 14 ist eine Meßkammer 22 (Siohtkammer) vorgesehen^ die einen Durchfluß ermöglicht„ Die Meß« kammer 22 enthält eine Bohrung 24». die sich von der einen Seite 26 des Körpers 12 bis zur entgegengesetzten Seite 28 des Körpers 12 erstreckt und an ihrem Binlaßabaohnitt 30 in strömungsmäßiger Verbindung mit der Bohrung 16 nahe der Seite 28 des Körpers 12 steht ο Der entgegengesetzte Endabschnitt 32 der Bohrung 24 nahe der Seite 26 des Körpers steht mit dem unteren Ende einer nach oben verlaufenden Leitung in Verbindung, die eine Bohrung 34 im Körper 12 enthält» mit der eine Gasleitung 36 strömungamäßig verbunden ist, die am oberen

Ende 38 in den Körper einzementiert ist ο Die Glas leitungen 18, 20 und 36 sind als Anschlußnippel für Transportröhren ausgebildet. An die Seiten 26 uaS 28 sind Glasplatten 40 und 42 anzementiert, die zum Durchgang des Lichtes einer Lichtquelle (Fig, 4) zu einem lichtelektrischer! Detektor dienen, mit dem ein Schreiber 48 gesteuert wird, damit die Liohtdurchläeeigkeit der behandelten Flüssigkeiten, die analysiert werden sollen, aufgezeichnet wird. Die Glasplatten

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sind durchsichtig, zumindest in denjenigen Abschnitten, die in einer Linie mit den entgegengesetzten Enden der Bohrung 24 liegen_s so daß sie mit dieser Bohrung einen lichtdurchlässigen Kanal bilden«, Die Lichtquelle 44 enthält eine elektriache Lampe 50, Fokussierung en 52 und einen optischen Lichtfilter 54» durch den nur das Lieht einer geeigneten Wellenlänge zur Durchflußzelle gelangte Das Licht tritt an der Seite 26 des Körpers 12 in die Kammer 22 ein und an der Seite 28 nach dem Durchgang 'durch die in der Meßkammer strömende Flüssigkeit aus.

Die innere periphere Oberfläche der Meßkammer 22 ist stark

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poliert und somit stark llohtreflektierendο Daher wird das Licht von der Oberfläche mehrmals quer zur Kammer durch die in der Kammer strömende Flüssigkeit reflektiert, wobei nur sehr wenig oder gar kein gebrochenes Licht durch denjenigen Abschnitt des Körpers 12 tritt, der die Bohrung 24 der Kammer umgibt., Daher ist die effektive Länge des Lichtwege durch die Flüssigkeit in der Meßkaeaer durch die stark liohtreflektierende Wirkung der Inneren Oberfläche der Bohrung 24 wesentlich erhöht«

Die luft oder eist anfteree Gas, welches gegenüber dem Flüssigkeitsstrom inert ist, wirä alt einen in Schübe unterteilten Stro» der Einlaßöffnung 18 des DuEchgangs 14 zugeleitet_P wie

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. es in der ÜS-Patentschrift 3 109 714 beschrieben isto Wenn der Strom den Einlaßabschnitt 30 der Meßkammer 22 passiert_y dann strömen feile der Flüssigkeit in die Kammer_v während die gesamte oder nahezu gesamte Luft (bzw ο alle Gaaeinschlüsse« die leichterals die Flüssigkeitiat₉ am Einlaßabschnitt 30 vorbei zur Auslaßöffnung 20 der Durcshflußzelle strömte. Venn die Flüsslgkeitsschübe in die Meßkammer fließen, werden sie zu einem niGht unterteilten Flüssigkeitsstrom verdichtet» wobei der innere Durchmesser der Bohrung 24 auereichend kleiner als der innere Durohmesser der Bohrung 16 let, damit diese Wirkung eintritt„ Der Flüssigkeitsstrom wird am Endabschnitt 32 aus der Meßkammer 22 abgeführt_s indem die Flüssigkeit durch die Leitung 34 nach oben abgesaugt wircL Derjenige feil der Flüssigkeit, der nicht aus dem Durchgang 14 in die Meßkammer gelangt, strömt zusammen mit den Lufteinschluss en durch die Auslaßöffnung 20 und wird verworfen. Wenn noch Reste von Luft in die Meßkammer 22 gelangen, dann werden diese winzigen Luftmengen im oberen Teil der Bohrung 24 mitgeführt, so daß sie den Durchtritt des Lichtes von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung der Meßkammer nicht stören« Diese Eigenschaft kann noch dadurch verbessert werden, daß man gemäß der Flg. 2 den Körper 12 um etwa 10° In Oegenuhrzeigersinn verschwenkt.

Die DurchflußζelIe 10 besitzt eine geringe Größe, Der Körper

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. besitzt beispielsweise an den Selten 26 und 28 eine Größe

ρ
von 2_S5 ° 2,5 cm und am oberen Ende 38 und am parallelen Boden eine Breite von 1_¥25 om» Der innere Durchmesser der " Meßkammer beträgt O₉ 157 em, ihre Länge 1,25 em a Der innere Durchmesser des Durchgangs 14 beträgt bei einer Länge von 2j5 cm zwischen der Einlaßöffnung 18 und der Auslaßöffnung etwa 0_?24 cm»

In der Figo 4 1st ein Gerät zur kolorimetriaohen Analyse gezeigt, wie es allgemein aus den US-Patentsohriften 2 797 149 und 2 879 141 bekannt ist und in dem eine Durchflußzelle nach der Erfindung verwendet ist„'Das Analysiergerät enthält eine Doslerpumpe, die schematisch mit 56 bezeichnet ist. Diese an sich beliebige Pumpe ist vorzugsweise eine Schlauchpumpe, die aus der US-Patentschrift 2 935 028 bekannt ist» Eine solche Pumpe enthält mehrere elastisch deformierbare Pumpenschläuche, die während des Betriebs der Pumpe mit Hilfe aehrerer Quetschwalzen fortschreitend in Längsrichtung zusammengequetscht werden. Die Quetschwalzen werden in Längsrichtung der Pumpenschläuche bewegt und derart geführt, daß sie die Pumpenschläuche fest verschließen, indem sie sie gegen eine Andrückplatte drücken, wodurch die Flüssigkeiten oder andere Medien von Vorratabehälterη abgesaugt und »u vorgewählten Stellen befördert werden» Sie Flüseigkeitaproben, die zur • kolorinetrlachen Analyse vorbereitet werden, werden der Reihe

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nach von einer automatischen Zuführvorrichtung* die z<B* aus der US-Patentschrift 3'03B 340 bekannt ist« durch einen Pumpenschlauch 58 zu einem Rohrveraweigungaglied 60 geleitet,, in dem die Proben mit einem Strom von Luft oder einem anderen inerten (ras und mit einem Strom aus einen Färbemittel zusammengeführt werden, die beide gleichzeitig durch PiimpensGhläu·= ehe 62 bzw« 64 gefüzder/^rerden_o Die Medien werden im Rohrverzweigungsglied 60 zu einem unterteilten Probenstrom vereinigt» der aus einer Reihe von Flüssigkeitsschüben besteht, die alle einen Seil der flüssigen Probe und einen !Dell des Färbemittels enthalten und die voneinander durch je einen Gaseinschlul? getrennt sind. Sie Auslaßöffnung des Rohrverzweigungagliedes 60 ist mit einer horizontal angeordneten Miachrohrgchiange 66 verbunden«

Das Auslaßende der Mischrohrschlange ist mit der Einlaßöffnung des Durchgangs 14 der Durchflußzelle 10 verbunden, in der die Luft-» oder Gas einschluss β von den FlÜBSigkeitsachtiben getrennt wordene Ein Pumpenschlauoh 68 ist mittels einer Trans« portröhre 70 mit der Aualaßöffnung der Leitung 34 der Durchflußzelle 10 verbunden, so daß ein Strom, der aus der behandelten Probenflüssigkeit und möglicherweise Luftresten besteht, mit Hilfe der Pumpe 56 duroh die Kammer 22, die Leitung 34t die Transportröhre 70 und den Pumpenecjilauch 68 zu einer Abflußleitung befördert wird«

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In der Fig., 4 ist lediglich ein Anwendungsbeispiel für die ^urehflußzelle 10 gezeigt,. Es gibt zahlreiche andere Artwen» dungsaöglio3xkeiten_? bei. den fäuoh beispielsweise Hei2bääc-:i\ ein Dialysator,. kontinuierliche" Filter oder dergleichen verwenden werden !sonnen., .

Wesentlich für die Erfindung sind zumindest zwei Dinges Erstens best eilt die Ifarijhflußzelle mit der Einrichtung sum Entlüften oder Entgasen aus einem 5PeIl₅₁ so daß man eine aus Entlüfter miä Meßkammer bestehende Einheit für ein Kolorimeter erhält,, Zweitens erhält man abgesehen von der Ent luft unga vorrichtung eine verbesserte Durohflußzelle. da die Einlaßöffnung der Meßksmmer mit einer separaten Entlüftungsvorrichtung irerbunden sein könnte_f die beispielsweise in der US-Patentschrift 3 236 602 beschrieben ist, In dies era Falle würde der Durcihgang 14 fehlen, während die Leitung 34 verbleiben würde * da sie der Auslaßleitung 34 der Durehflußzelle der genannten US-Patentschrift 5 236 602 entspricht. Die Auelaßöffnung für die Flüssigkeit der separaten Entlüftungsvorrichtung würde mit der Einlaßöffnung der Durohflußzelle verbunden sein, Ein einziges £erät_£ in dem eine Entlüftungsvorrichtung und die Meßkamroer der DurehfI¹USSeIIe vereinigt sind., ist jedosh in [ vielen Fällen einer Burchflußzelle und einer konstruktiv von I dieser getrennten Entlüftungsvorrichtung überlegene ;

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Claims

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Pat entansprttohe

1_ö)"Durchflußzelle für ein Kolorimeter mit einem Durchgang für einen Strom,.." äer aus Schüben mindestens eines zu analysierenden Mediums besteht, die durch Einschlüsse eines Mediums mit einem geringeren spezifischen Gewioht als das des zu analysieren^ Mediums.getrennt sindc umd mit einer Meßkammer, die eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für einen das durch die Meßkammer strömende. Medium durah» setzenden Lichtstrahl aufweist» d a d u r ο h g e. kennzeichnet _f daß der Durchgang eine Einlaßöff» nung (18) und eine Auslaßöffnung (20) sowie eine zwischen die« sen beiden liegende weitere Öffnung aufweist, und daß die Meßkammer (22)., die unterhalb des Durchgangs (.14) angeordnet ist{ eine mit der weiteren Öffnung in enger strömungsmäßiger Verbindung stehende Einlaßöffnung (30) und eine Auslaßöff~ nung (32) besitzt_β

2.) Durchflußzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkammer (22) senkrecht zuto Durchgang (14) angeordnet ist und ihre Einlaßöffnung (30) nahe der weiteren öffnung im Durchgang liegt,

3o) Durchflußzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchgang (H) und die Meßkammer (22) in dem gleichen Körper (12) ausgebildet

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sind, an welchem außerdem durchsichtige üfeile (40,42) befestigt sind» die die Eintrittsöffnung und die Austrittsöff« • nung für das Licht darstellen«,

4») Durchflußzelle nach Anspruch 3? da du roh g e ■kennzeichnet-, daß in dem Körper (12) ein nach »oben verlaufender Buröiigang (34) ausgebildet ist» der mit der Meßkammer (22) an einer Stelle (32) strömungsmäßig verbunden ist,, die von der Einlaßöffnung (30) der Meßkaramer entfernt ist₀

5o) Durchflußzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet , daß die Meß·« kammer (22) in längeriohtung eine Innenwand mit polierter Oberfläche enthält.,

6₀) Durchflußzelle nach Anspruch 5» d a d u r e h gekennzeichnet , daß die Innenwand der Meßkammer aus undurchsichtigem Material besteht?

7.) Durchflußzelle nach Anspruch 5» d a d u r ο h gekennzeichnet, daß die Innenwand der Meßkammer aus schwarzem Material besteht«

8.) Durchflußzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- ... laßöffnung (30) der Meßkamiger gleich der weiteren Öffnung dev • .Durchgangs (14) ist«

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9n) Durchflußzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet _? daß der Durchgang (H) und die Meßkaromer (22) Bohrungen im Körper (12; sind«.

1O₀) Durchflußζ eile nach Anspruch 9_t daduroh gekennzeichnet » daß die Bohrungen senkrecht zueinander stehen»

11 ο) Durchflußzelle nach Anspruch 9 oder 10* dadurch gekennzeichnet ₇ daß die den Durchgang (14) bildend; Bohrung näher an einer der Seite des Körpers (12) liegt und daß die die Meßkammer (22) bildende Bohrung, die senkrecht zu der den Durchgang bildenden Bohrung etelv^ von dieser Seite aus bis zur entgegengesetzten Seite des Körpers (12) ausgebildet ist*

12«) Durchflußzelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-11? dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) aus undurchsichtigem Material besteht, aus dem auch die polierte Innenwand der Meßkammer gebildet ist«

130 Durchflußzelle nach einem der Ansprüche 3-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (12) aus schwarzem Material besteht»

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