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Anzeigevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einem oder mehreren Absorptionskörpern für ein zu untersuchendes flüssiges oder gasförmiges Medium und mit einer den oder die Absorptionskörper einschliessenden Deckfolie, die im wesentlichen für das zu untersuchende Medium undurchlässig ist und vorzugsweise aus übereinanderliegenden, aus Kunststoffmaterial bestehenden Filmen gebildet ist, die dicht miteinander verbunden bzw. verschweisst sind. Die Anzeigevorrichtung enthält Kapillarmaterial, das mit einem Reagens oder mehreren Reagentien imprägniert ist, um eine optische Anzeige von Messgrössen und unterschiedlichen chemischen Beziehungen, wie analytische Bestimmungen und Konzentrationen oder relative Konzentrationen von Komponenten in Lösungen, zu ermöglichen.
Eine besondere, ältere Anzeigevorrichtung enthält Testmaterial in Pulver- oder Tablettenform, das in einer Tasche untergebracht ist, die in Berührung mit einem Absorptionskörper steht, der seinerseits an jener Seite, die der mit dem Testreagens in Berührung stehenden Seite gegenüberliegt, mit der zu untersuchenden Flüssigkeit behandelt werden kann. Die Konstruktion dieser älteren Anzeigevorrichtung ist im allgemeinen kompliziert, weil verschiedene Arbeitsvorgänge erforderlich sind, um diese Anzeigevorrichtung so aufzubauen, dass von einem Reagens ein sicheres Ergebnis erhalten werden kann. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anzeigevorrichtung, bei der die konstruktiven Schwierigkeiten dieser älteren Anzeigevorrichtung vermieden sind und die kompakter aufgebaut ist und weniger Raum einnimmt als die sperrige Konstruktion der bekannten Anzeigevorrichtung.
Es ist bereits seit langer Zeit bekannt, mit imprägniertem Kapillarmaterial, wie mit z. B. mit Lackmus imprägniertem Papier, einfache Prüfungen durchzuführen, z. B. um festzustellen, ob eine Flüssigkeit alkalisch oder sauer ist ; solche Anzeigevorrichtungen sind jedoch nicht zur Verwendung bei Untersuchungen geeignet, bei denen eine Imprägnierungssubstanz erforderlich ist, die das Vorhandensein sehr geringer Spuren einer besonderen Komponente in einer Flüssigkeit anzeigen soll, oder wenn im Gegensatz zu einfachen qualitativen Feststellungen quantitative Messergebnisse gefordert werden.
Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht deshalb darin, eine Anzeigevorrichtung der angegebenen Art so zu verbessern, dass sie nicht nur einfache qualitative Feststellungen, sondern genaue quantitative Untersuchungen von Flüssigkeiten ermöglicht.
Gemäss der Erfindung werden die angestrebten Ziele dadurch erreicht, dass bei einer Anzeigevorrichtung der eingangs erläuterten Art der oder die Absorptionskörper in an sich bekannter Weise aus mit einem Reagens imprägniertem Kapillarmaterial, vorzugsweise in Streifenform, hergestellt ist bzw. sind und die Deckfolie in direkter Berührung mit den Aussenflächen des Kapillarmaterials steht und mindestens einen Bereich aufweist, in dem sie eine Öffnung hat oder in dem eine Öffnung herstellbar ist, um das Eindringen des zu untersuchenden Mediums in das Kapillarmaterial von dessen Rand her zu ermöglichen.
Vorzugsweise besteht der Kapillarmaterialstreifen aus imprägniertem Papier, das zwischen Filmen eingeschlossen ist, von denen wenigstens einer durchscheinend oder durchsichtig ist.
Die aus Kunststoff bzw. Kunstharz bestehenden Filme dienen dazu, das imprägnierte Kapillarmaterial so zu schützen, dass dieses kaum bzw. nicht verunreinigt und dadurch unbrauchbar werden kann. Hiebei ist wenigstens der Hauptteil der Oberfläche des Kapillarmaterials durch die Kunststoff- oder Kunstharz-
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filme gegen Verschmutzung geschützt. Infolge dieses Verhüten einer Verunreinigung besteht wenig Wahrscheinlichkeit, dass empfindliche Reagentien unbrauchbar werden, und die Anzeigevorrichtung ist daher zur Anzeige des Vorhandenseins geringer Spuren von Verunreinigungen in einer Flüssigkeit geeignet.
Da ferner der Hauptteil des Kapillarmaterials von einer Flüssigkeit nur durch Absorption der Flüssigkeit von einem freigelegten Rand dieses Kapillarmaterials her erreicht werden kann, sind die Bedingungen der Berührung mit der zu prüfenden Flüssigkeit in einem so hohen Mass geregelt, dass sehr genaue quantitative Messergebnisse erhalten werden können. Dadurch können insbesondere Farbänderungen eines im imprägnierten Material enthaltenen Reagens zur quantitativen Messung eines in einer zu prüfenden Flüssigkeit enthaltenen besonderen Bestandteils dienen. Bei Verwendung eines geeigneten Reagens kann es ermöglicht werden, z. B. den pH-Wert einer flüssigen Lösung zu ermitteln.
Die Anzeigevorrichtung gemäss der Erfindung unterscheidet sich von der oben erwähnten älteren Kon- struktion auch noch dadurch, dass eine gut erkennbare Farbänderung erzielt werden kann, indem eine Folie in direkter Berührung mit den Aussenflächen von imprägniertem Kapillarmaterial angeordnet und dann ermöglicht wird, dass das Kapillarmaterial, das selbst mit Reagens imprägniert ist, vom Rand her eine zu untersuchende Flüssigkeit absorbiert.
Die erfindungsgemässe Anzeigevorrichtung ist nicht nur einfacher und kostensparender als die bekannte ältere Vorrichtung aufgebaut, sie ist ausserdem auch in der Verwendung äusserst zuverlässig, weil die Eigenschaften des Kapillarmaterials weit genauer eingeregelt werden können als bei der bekannten Vorrichtung, bei der eine zu untersuchende Flüssigkeit zuerst durch Perforationen und dann durch einen aus absorbierendem Material bestehenden Körper dringen muss, bevor sie das Reagens erreicht. Infolge des einfachen geschichteten Aufbaues hat die erfindungsgemässe Anzeigevorrichtung ausserordentlich kleine Abmessungen und nimmt nur einen sehr kleinen Raum ein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schliesst die Deckfolie mehrere Streifen aus Kapillarmaterial ein, wobei die einzelnen Streifen vorzugsweise mit verschiedenen Reagentien imprägniert und in gegenseitigen Abständen und getrennt voneinander in verschiedenen Abteilen der Umhüllung angeordnet sind. Wenn dabei zwei oder mehrere voneinander getrennte Streifen aus Kapillarmaterial mit verschiedenen Reagentien imprägniert sind, kann eine einzige Anzeigevorrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung von zwei oder mehreren Eigenschaften einer Prüfflüssigkeit verwendet werden.
Hiebei kann die Anzeigevorrichtung mehrere Lagen von Kapillarmaterial enthalten, die durch zwischen benachbarten Lagen angeordnete und diese Lagen voneinander trennende Folien aus undurchlässigem Material in Abstand voneinander gehalten sind, wobei mehrere Streifen aus Kapillarmaterial mit gegenseitigen Abständen voneinander Seite an Seite liegend umhüllt sein können. Um die Verwendung der Anzeigevorrichtung zu erleichtern, können mit dem Kapillarmaterial Vergleichskarten oder graduierte Skalen zwischen den Kunststoffdeckfblien eingeschlossen sein, mit deren Hilfe die Einwirkung der Prüfflüssigkeit auf das imprägnierte Kapillarmaterial leichter abgelesen werden kann.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung gemäss der Erfindung steht eine undurchlässige Schutzhülle in enger Berührung mit den Aussenflächen des Kapillarmaterials. Diese Schutzhülle hebt den Einfluss der Schwerkraft oder der Bewegung auf die Geschwindigkeit der Absorption von Flüssigkeit entlang des Kapillarmaterials oder Dochtes praktisch auf, sie beseitigt den"Oberflächeneffekt", durch den eine in Abhängigkeit von der Lage des Dochtes zunehmende Verkleinerung der Dicke einer Flüssigkeitsschicht entlang des Dochtes bewirkt wird, durch die in weiterer Folge die gleichmässige Dochtsaugwirkung sehr nachteilig beeinflusst wird ;
diese Schutzhülle verhindert ferner das Entstehen einer unkontrollierbaren Kapillarwirkung entlang des Dochtes, sowie eine infolge der Benetzung und Absorption von Flüssigkeit im porösen Dochtgefüge und infolge der niedrigen Nassfestigkeit des Dochtmaterials auftretende unkontrollierbare Verlängerung des Dochtes. Weiterhin verhindert diese Schutzhülle Verunreinigungen und Stockungen der Flüssigkeit im Dochtmaterial, eine Verschmutzung oder Verdampfung der vom Docht aufgesaugten Flüssigkeit und gewährleistet eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit entlang dem Docht ; ferner steuert, regelt und begrenzt sie die Menge der vom Docht aufgesaugten Flüssigkeit und ermöglicht genaue Messungen und Analysen mit kleinen Mengen von Flüssigkeitsproben.
Beim Einführen einer Flüssigkeit an einer vorgewählten Stelle des umhüllten Kapillarmaterials können aus dem von der Flüssigkeit entlang des Dochtes zurückgelegten Weg die bei der Messung verflossene Zeit und/oder Begleitstoffe bzw. anderseits charakteristische Eigenschaften der Flüssigkeit oder des Mediums, in dem sich die Anzeigevorrichtung befindet, ermittelt werden. Die dem Kapillarmaterial zugeführte Flüssigkeit kann von einer Prüflösung durch Eintauchen des Dochtes abgesaugt werden, um die Flüssigkeit in Absorptionsberührung mit dem Kapillarmaterial zu bringen und das Aufsaugen durch Kapillarwirkung auszulösen.
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Das Kapillarmaterial ist mit geeigneten Zusatzreagentien imprägniert, die durch die Flüssigkeit bei ihrem Fortschreiten entlang dem Kapillarmaterial gelöst oder durch diese Flüssigkeit chemisch verändert werden können, wodurch ein Farbwechsel, eine Farbwanderung oder eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit bewirkt wird.
Das bei der Erfindung im umhüllten Docht verwendete Kapillarmaterial kann ein poröses Material oder Medium sein bzw. enthalten, durch das eine Flüssigkeit oder ein Feststoff absorbiert wird oder aufgesaugt, assimiliert oder durch Lösung, Diffusion, Absorption oder Kapillarwirkung durchgeleitet werden kann. Grundsätzlich hat das Dochtmaterial Kapillareigenschaften, die durch ein fadenartiges, poröses oder zelliges Gefüge erzeugt werden, das untereinander verbundene Hohlräume aufweist, die genügend klein sind, um die fortschreitende Aufnahme einer Flüssigkeit durch Absorption einzuleiten.
Geeignete Kapillarmaterialien zur Herstellung des umhüllten Dochtes sind feinverteilte körnige, schwammige oder zellige Materialien und Fasermaterialien, z. B. aus Cellulose oder Kunststoff bestehende Fasernetzgefüge, wie Tuch oder Papier, die eine im Vergleich zu ihrem Volumen grosse, zusammenhängende innere Oberfläche haben. Von dem vorstehend genannten Material enthält das Kapillarmaterial oder Dochtmaterial vorzugsweise ein Papier mit bekannten physikalischen und chemischen Eigenschaften aus Cellulose, Kunststoff oder Glasfasern, das mit genügender Gleichmässigkeit und Homogenität hinsichtlich der Porosität, Dichte und chemischen Zusammensetzung gewerblich erzeugt werden kann.
Die spezifische Dichte, Härte, Oberflächenbeschaffenheit, Dicke, das Gewicht, die Zusammensetzung, der Füllstoffgehalt und die chemische Beschaffenheit können so variiert werden, dass für jede Messaufgabe eine optimale Absorptionswirkung erhalten wird.
Das Dochtmaterial ist, wie später noch näher erläutert werden wird, auch mit zusätzlichen Reagentien oder Chemikalien imprägniert, die bei Reaktion mit der absorbierten Flüssigkeit oder mit einer oder mehreren Komponenten dieser Flüssigkeit eine Farbänderung bewirken, um eine Anzeige der Menge und bzw. oder Beschaffenheit des reagierenden oder nicht reagierenden Anteiles der vom Docht absorbierten Flüssigkeit oder der Konzentration der gelösten Imprägnierungsstoffe in der Flüssigkeit zu liefern.
Das zum Einschliessen des Kapillarmaterials oder Dochtmaterials verwendete Hüllmaterial kann irgendein geeignetes Kunststoffmaterial enthalten, das für Flüssigkeit undurchlässig ist und selbst nicht wesentlich in die Poren des Dochtmaterials eindringt.
Es ist ohne besondere Bedeutung, aus welchem Material die Dochtabdeckung bzw. Schutzhülle besteht, wichtig ist nur, dass es selbst nicht porös und flüssigkeitsundurchlässig ist. Die Festigkeit und Bieg-
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so verwendet man vorzugsweise eine formhaltige Schutzhülle, um die gleichmässige Verteilung der Körner aufrecht zu erhalten, da jede Störung des Granulats eine wesentliche Änderung der Kapillarwirkung und der Absorptionsgeschwindigkeit der Flüssigkeit mit sich bringt. Da faserige Dochtmaterialien, wie z. B. Papier, eine besonders dauerhafte und elastische physikalische Struktur besitzen, können für die Hülle Werkstoffe von halbfester oder flexibler Beschaffenheit mit zufriedenstellendem Ergebnis verwendet werden. Für diesen Zweck kann einer der vielen Werkstoffe für Kunststoffolien, z. B.
Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylpolymerisate oder-mischpolymerisate, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylidenchlorid, Polyäthylen verwendet werden. Ebenso können zusammengesetzte Folien, wie z. B. aus Polyäthylenterephthalat und Polyäthylen, mit Vorteil benutzt werden. Von den genannten Materialien ist eine zusammengesetzte Folie bestehend aus Polyäthylenterephthalat und Polyäthylen zur Umhüllung des Dochtes besonders geeignet.
Eine genügend durchscheinende oder durchsichtige Hülle wird verwendet, damit eine visuelle Prüfung der Eindringlänge und des Fortschreitens der Flüssigkeit, der Flüssigkeitskomponente oder des Anzeigezustandes des Dochtmaterials erfolgen kann.
Es können die verschiedensten Methoden für die Umhüllung des Dochtes angewendet werden, wobei das Hüllmaterial in innigen Kontakt mit den Seitenflächen des Dochtmaterials zu bringen ist. Bei Verwendung eines thermoplastischen Folienmaterials, z. B. einer gegossenen durchsichtigen Polyvinylchloridfolie zum Umhüllen eines faserigen Dochtmaterials, z. B. aus Cellulose-oder Acrylfaserpapier, wird das Dochtmaterial vorzugsweise unter Hitze und Druck zwischen zwei Plastikfolien eingelegt (gewalzt), um die Verschweissung und Verbindung der Folien miteinander und mit den Oberflächen des Dochtmaterials zu erzielen, Die Anwendung von Druck ist deshalb vorteilhaft, weil ein grosser Teil der im porösen Material eingeschlossenen Luft auf diese Weise während des Umhüllungsprozesses ausgetrieben wird.
Auch kann das Dochtmaterial entweder durch Tauchen oder Besprühen der Oberfläche umhüllt
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werden. Es wird dabei ein thermoplastisches Kunstharz mit grossem Gehalt an festen Bestandteilen verwendet, das hinsichtlich Viskosität und Zusammensetzung so ausgewählt ist, dass kein merkbares Eindringen oder Verstopfen der inneren Poren des Dochtmaterials entsteht. Nach dem Tauchen oder Besprühen kann das eingehüllte Dochtmaterial getrocknet werden, um die gesamte Flüssigkeit zu verdampfen, wonach eine flüssigkeitsdichte Hülle aus thermoplastischem Material übrig bleibt. Ebenso kann die Oberfläche des Dochtmaterials gemäss einem der üblichen Aufwalzverfahren mit einem undurchlässigen Film versehen werden. Auch können an den Innenseiten des Hüllmaterials klebende Materialien aufgebracht werden. Geeignete Klebstoffe sind z.
B. solche, die bei Druckanwendung wirksam werden und z. B. Natur- oder Kunstkautschuk enthalten. Solche Haftmittel bewirken eine feste (zähe) Verbindung der Hülle mit den Oberflächen des Dochtes und der Hüllen untereinander, so dass eine feste und dichte Abdeckung entsteht.
In jedem Fall werden die Bedingungen des Umhüllungsverfahrens so ausgewählt, dass ein umhüllter Docht entsteht, der die gewünschte Porengrösse und daraus resultierende Porosität besitzt, damit die gewünschte Absorption der ausgewählten Flüssigkeit erhalten wird.
Bei der Umhüllung unter Anwendung des Beschichtungsverfahrens mit einer Flüssigkeit wurde beispielsweise ein Vinylmischpolymerisat auf die Oberfläche eines Papiers aus Acrylfasern in einer Schichtdicke von ungefähr 0, 25 mm aufgebracht. Die Plastikhülle wurde im Tauchverfahren aufgebracht, wonach das umhüllte Papier bei Raumtemperatur getrocknet wurde bis das Wasser im wesentlichen entfernt war und ein undurchlässiger, über die gesamte Oberfläche sich erstreckender Film übrigblieb.
Wenn das Dochtmaterial auf eine Trägerunterlage, z. B. Pappe, aufgebracht werden soll, wird zunächst die Oberfläche der Pappe mit einem Überzug aus einem undurchlässigen Material, z. B. synthetischem Plastikmaterial, versehen, anschliessend das Dochtmaterial und sodann eine obere Lage aus Plastikfolie aufgebracht, wodurch eine Schichtstruktur entsteht. Diese kann so ausgeführt werden, dass innerhalb der kartenähnlichen Anzeigevorrichtung ein Flüssigkeitsbehälter entsteht, wie es nachfolgend noch näher beschrieben werden wird. Auch können die Anzeigevorrichtungen durch die direkte Beschichtung des Dochtes mit zwei Plastikfolien hergestellt werden, auf denen geeichte Skalen vorgesehen sind.
Die Beschichtung kann auch unmittelbar auf einer besonderen Karte erfolgen, die in geeigneter Weise dicht neben dem porösen Docht angebracht und zwischen den Plastikfolien fest eingelegt wird, so dass eine genaue Anzeigevorrichtung entsteht.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen Fig. l die Ansicht eines umhüllten Dochtes gemäss der Erfindung, wobei ein Kapillarmaterial von genau definierter geometrischer Abmessung zwischen zwei durchsichtigen Plastikfolien eingelegt ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch den in Fig. l gezeigten Docht nach der Linie 2-2 in Fig. l, Fig. 3 eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles eines umhüllten Dochtes, bei dem das Kapillarmaterial sich über das eine Ende der Hülle hinaus erstreckt, Fig. 4 einen umhüllten Docht, bei dem am oberen Ende der Hülle eine Belüftungsöffnung vorgesehen ist, Fig.
5 die Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles, bei dem eine Belüftungsleitung vorgesehen ist, die mit dem oberen Ende des Dochtes in Verbindung steht und sich zwischen den Plastikfolien bis zum gegenüberliegenden Ende der Hülle erstreckt, Fig. 6 einen Querschnitt des umhüllten Dochtes gemäss Fig. 5 nach der Linie 6-6 in Fig. 5, Fig. 7 die Ansicht eines zusammenhängenden Streifens aus Kapillarmaterial, das zwischen zwei Plastikfolien eingeschlossen und so eingerichtet ist, dass es durch Zerschneiden quer zu seiner Längsrichtung in eine Vielzahl von umhüllten Dochten gewünschter Länge zerschnitten werden kann, Fig. 8 die Vorderansicht eines umhüllten Dochtes, dessen beide Enden aus der Hülle herausragen ;
ein solcher Docht ergibt sich beim Abschneiden eines Stückes bestimmter Länge vom zusammenhängenden Streifen nach Fig. 7, Fig. 9 eine Ansicht eines zusammenhängenden umhüllten Dochtes, bei dem sich der Entlüftungskanal parallel zum Kapillarmaterial erstreckt, Fig. 10 einen Querschnitt des Streifens gemäss Fig. 9 nach der Linie 10-10 in Fig. 9, Fig. 11 eine Ansicht eines zusammengesetzten Dochtes, der zwei übereinanderliegende Streifen aus Kapillarmaterial enthält, wobei die Streifen durch eine dazwischen befindliche undurchlässige Folie getrennt sind, und Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen zusammengesetzten Docht gemäss Fig. 11 nach der Linie 12-12 in Fig. 11.
An Hand der Zeichnungen kann am besten aus den Fig. 1-10 der typische Aufbau eines umhüllten Dochtes ersehen werden, der ein poröses kapillares Dochtmaterial 50 enthält, das von einer undurchlässigen Schutzhülle 52 umgeben ist, die in innigem Kontakt mit der Aussenfläche des Dochtmaterials 50 steht. In den Fig. 1 und 2 ist ein umhüllter Docht 54 dargestellt, bei dem das Dochtmaterial 50 zwischen der Schutzhülle 52 eingeschlossen ist, so dass ein umhüllter Docht entsteht, dessen beide Enden von der Hülle umschlossen sind. Dieser Aufbau verhindert vor der Benutzung jede
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Verschmutzung oder unbeabsichtigte Absorption von Flüssigkeit durch das Dochtmaterial.
Wenn der umhüllte Docht 54 zur Ausführung einer Messung benutzt werden soll, wird sein unteres Ende oder, falls gewünscht, auch das obere Ende, einfach mit Hilfe einer Schwere entlang der gestrichelt angedeuteten Schneidlinie 56 abgeschnitten, wodurch der umhüllte Docht bei Eintauchen oder anderem Kontakt mit einer zu absorbierenden Flüssigkeit funktionsfähig ist. Bei dieser Funktion wird die absorbierte Flüssigkeit entlang dem Docht absorbiert.
Bei einer andern, in Fig. 3 dargestellten zweckmässigen Ausführungsform des umhüllten Dochtes 58 erstreckt sich das Dochtmaterial 50 über das untere Ende der Schutzhülle 52 hinaus. Der Docht 58 ist ausserdem mit geeigneten, entlang dem Docht angeordneten Markierungen 60 versehen, die eine einfache optische Feststellung der Eindringtiefe einer Flüssigkeit, eines Indikators oder einer Flüssigkeitkomponente entlang dem Dochtmaterial in geeigneten Messeinheiten ermöglichen. Da die umhüllten Dochte nach den Fig. 1-3 mit jeder gewünschten Empfindlichkeit hergestellt werden können und demgemäss bei einer Vielzahl verschiedener Flüssigkeiten anwendbar sind, können die Markierungen 60 auch auf dem Dochtmaterial aufgebracht sein oder auf der Hülle, die sich längs des Dochtmaterials erstreckt.
Die Skala kann auch unabhängig vom Docht sein und zwischen den die Hülle bildenden Filmen eingelegt sein. Die Dochtlänge kann in 100 Teile eingeteilt sein, wobei jeder Teil 1% der Länge des Dochtmaterials bedeutet. Auf diese Weise kann die Eindringtiefe einer Flüssigkeit oder einer Flüssigkeitskomponente oder eines Indikators mittels einer geeigneten Eichkarte gedeutet werden, die das Verhalten einer bestimmten Flüssigkeit durch Angabe der Prozentanzeige graphisch wiedergibt.
Der umhüllte Docht 54 nach den Fig. 1 und 2 und der umhüllte Docht 58 nach Fig. 3 kann, falls gewünscht, mit einer Belüftungsöffnung 62 versehen sein, wie es beim umhüllten Docht 64 nach Fig. 4 dargestellt ist. Die Belüftungsöffnung 62 steht einerseits mit dem oberen Ende des Dochtmaterials 50 und anderseits mit der umgebenden Atmosphäre in Verbindung und ermöglicht das Entweichen von eingeschlossener Luft und/oder Dämpfen, die von der Verdampfung der absorbierten Flüssigkeit herrühren, in die Atmosphäre. Eine andere zweckmässige Belüftungsöffnung 66 ist beim umhüllten Docht 68 nach den Fig. 5 und 6 dargestellt. In diesem Fall erstreckt sich die Belüftungsöffnung 66 längs des Dochtmaterials 50, wobei ihr oberes Ende, wie in Fig. 5 dargestellt, in Verbindung mit dem offenen Ende des Dochtes benachbart ist, in Verbindung mit der Atmosphäre steht.
Der Durchmesser der Belüftungsöffnung 66 ist so gewählt, dass er eine relativ geringe Kapillarwirkung entfaltet. Die Bemessung des Querschnittes ist anderseits so, dass eingeschlossene Luft oder Dämpfe infolge des auf sie ausgeübten Druckes durch das untere Ende der Entlüftungsöffnung 66 ausgetrieben werden. Der Druck auf die Luft oder Dämpfe entsteht dadurch, dass die eindringende Flüssigkeitsfront die Gase nach oben drückt.
Auch bei Eintauchen des Dochtes in eine zu prüfende Lösung wird ein Einfliessen von Flüssigkeit in die Belüftungsöffnung 66 sicher vermieden.
Die Frage, ob ein belüfteter oder nicht belüfteter umhüllter Docht angewendet werden soll, hängt von dem speziellen Zweck ab, für den der umhüllte Docht verwendet wird, von dem besonderen Verfahren für das Umhüllen des Dochtes, wobei unterschiedliche Luftmengen aus den Poren ausgetrieben werden können, ferner von der Flüchtigkeit der zu absorbierenden Flüssigkeiten und schliesslich auch von den spezifischen Eigenschaften und Verhaltensweisen des Dochtmaterials. In jedem Falle ist, um ein genaues Ergebnis zu erhalten, die Kapillar- oder Saugwirkung des umhüllten Dochtes für jeden speziellen Typ und Aufbau konstant und sie kann in eine genaue Beziehung zu irgendeinem besonderen zu messenden Parameter gebracht werden.
Die Dochtkonstruktionen nach den Fig. 1-6 sind speziell für eine Herstellungsmethode geeignet, bei der einzelne Dochtmaterialstreifen 50 von der Schutzhülle 52 umschlossen werden. Der umhüllte Docht kann auch in Form eines zusammenhängenden Streifens hergestellt werden, wie z. B. einem umhüllten Streifen 70 nach Fig. 7, der einen Streifen aus Dochtmaterial 50 enthält, der von einer Schutzhülle 52 überzogen ist. Der umhüllte Streifen 70 kann später entlang gestrichelt angedeuteter Linie 72 abgeschnitten werden. Die Linien 72 können in jedem gewünschten Abstand angeordnet sein, so dass ein Docht 74, wie in Fig. 8 dargestellt, entsteht, der jede gewünschte Länge besitzen kann und oben und unten offene Enden hat.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann auch noch ein umhüllter Streifen 76 beliebiger Länge hergestellt werden, bei dem ein Streifen aus Dochtmaterial 50 von einer Schutzhülle 52 umschlossen ist, die so ausgebildet ist, dass ein sich längs des Dochtes erstrecken- der Kanal 78 entsteht. Der umhüllte Streifen 76 kann entlang den gestrichelt eingezeichneten Schneidlinien 80 abgeschnitten werden, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Selbstverständlich kann eine beliebige Anzahl von Dochten gleichzeitig umhüllt werden, wobei diese Seite an Seite liegen.
Eine weitere zweckmässige Ausführungsform eines Dochtes ist in den Fig. 11 und 12 dargestellt. Es
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ist dort ein zusammengesetzter umhüllter Docht 82 gezeigt, bei dem zwei im Abstand übereinander liegende Streifen aus Dochtmaterial 50 durch eine zwischengelegte Plastikfolie 82 voneinander getrennt sind, über der sich die Schutzhülle 52 befindet. Bei Verwendung von zwei oder mehreren verschiedenen Dochtmaterialien 50 mit verschiedenen genau definierten Absorptionscharakteristiken kann der Docht 82 dazu benutzt werden, um gleichzeitig zwei oder mehr Eigenschaften einer zu analysierenden Testflüssigkeit zu untersuchen, oder aber zur Ermittlung eines genauen Analysenergebnisses, wenn eine spezielle Eigenschaft einer Flüssigkeit mit unbekannter Konzentration oder Eigenschaft festzustellen ist.
Zum Beispiel kann eines der Dochtmaterialien 50 des zusammengesetzten umhüllten Dochtes 82 mit einem geeigneten Anionenaustauscherharz und einem geeigneten Farbindikator und das andere Dochtmaterial mit einem geeigneten Kationenaustauscherharz und einem geeigneten Farbindikator imprägniert sein, wodurch die Alkalität oder Azidität einer unbekannten Testlösung genau bestimm- bar ist.
Umhüllte Dochte des in den Zeichnungen gezeigten Haupttyps mit einem porösen Dochtmaterial können zur Ausführung einer Vielzahl verschiedener analytischer Messungen benutzt werden. Durch die praktische Anwendung der Erfindung können mit Hilfe eines umhüllten Dochtes, wie er vorstehend beschrieben ist, Analysen ausgeführt werden, so dass es auch ungelernten Personen möglich ist, genaue Analysen einer Vielzahl verschiedener Flüssigkeiten durchzuführen, für die bisher nur verhältnismässig komplizierte und mühsame Analysenmethoden zur Verfügung standen.
Die reagierenden Imprägnierungsmittel können unbeweglich auf der Oberfläche des porösen Dochtmaterials fixiert sein, wo bei einer Reaktion mit einer speziellen Komponente oder mehreren Komponenten der absorbierten Flüssigkeit das Reaktionsprodukt ebenfalls räumlich an die Stelle gebunden bleibt, an der die Reaktion im Docht stattgefunden hat. Auch kann das reagierende Imprägnierungsmittel innerhalb des Dochtmaterials beweglich sein, wonach bei einer Reaktion mit einer oder mehreren Komponenten der absorbierten Flüssigkeit das Reaktionsprodukt mit der Flüssigkeit im Docht weiterbewegt wird.
Ein ortsgebundenes umsetzbares Imprägnierungsmittel erhält man beispielsweise dann, wenn ein Teil des Dochtmaterials selbst, z. B. durch chemische Abwandlung seiner Eigenschaft, behandelt wird. So kann man z. B. ein Kapillarmaterial auf Cellulosebasis so präparieren, dass seine Oberflächen an bestimmten Stellen mit Komponenten der absorbierten Flüssigkeit reagieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass geeignete Ionenaustauschharze in die Oberflächen des Dochtmaterials eingearbeitet werden, oder durch Verwendung eines lonenaustauschharzes selbst als poröses Kapillarmaterial (z. B. Ionenaus- tauschpapier). Bei einer solchen Beschaffenheit des Dochtes finden die Reaktionen mit den Komponenten an einer festen Stelle des Dochtes statt, wenn die Flüssigkeit vorbeizieht.
Geeignete Indikatoren, die in das poröse Dochtmaterial eingearbeitet sind und ausgewählte Farbeigenschaften haben, können dazu dienen, den reagierenden oder nicht umgesetzten Anteil des Dochtmaterials visuell anzuzeigen. Diese Anzeige kann bequem als Mass für die Menge der Komponente oder Komponenten der absorbierten Flüssigkeit dienen.
Bei Bestimmungen der Konzentration einer in einem Lösungsmittel vorliegenden Substanz kann z. B. ein umhüllter Docht des Normaltyps gemäss den Zeichnungen verwendet werden, wobei ein offenes Ende des Dochtmaterials 50 in die Testflüssigkeit eingetaucht wird und die aufgelöste Substanz und das Lösungsmittel vom Docht aufgesaugt werden. Das Verhältnis der Absorptionsstrecken des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels ist der Menge oder Konzentration der in der Lösung aufgelösten Substanz proportional. Das Verhältnis bleibt im wesentlichen unabhängig von der aufgesaugten Flüssigkeitsmenge konstant, so dass die Länge des Dochtes keinen Einfluss in Beziehung auf die Anzeige der Konzentration hat und eine grössere Länge lediglich deshalb von Nutzen ist, weil die gewünschte Genauigkeit bei der Ablesung grösser wird.
In Fällen, in denen ein hohes Mass an Genauigkeit erstrebt wird, kann ein verhältnismässig langer Docht verwendet werden, weil dann eine grössere Flüssigkeitsmenge über eine grössere Strecke aufgesaugt wird. Um eine einfache Umwandlung in übliche Masseinheiten zu ermöglichen, kann das Dochtmaterial oder die am Docht anliegende Hülle mit einer geeigneten Eichung in dem jeweils gewünschten Masssystem versehen sein, so dass der Prozentsatz oder die Molarität eines in einem Lösungsmittel oder einer Lösung vorhandenen gelösten Stoffes unmittelbar angezeigt wird.
Wenn die Konzentration eines gelösten Stoffes in einer Lösung gemessen werden soll, in welcher der gelöste Stoff oder die den gelösten Stoff enthaltende Mischung der Komponenten farblos sind, wird das Dochtmaterial mit einem Imprägnierungsmittel behandelt, das auf die Komponente bzw. Komponenten des zu bestimmenden gelösten Stoffes anspricht. Bei der Messung der Konzentration einer farblosen sauren oder basischen Lösung, z. B. Salzsäure oder Natriumhydroxyd, wird ein geeigneter Säure-Base. Indikator, z. B. Methylrot oder Phenolphthalein, zur Imprägnierung des Dochtes verwendet, wodurch das Verhältnis
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der Eindringtiefen (Eindringstrecken) von Gelöstem und Lösungsmittel durch die Änderung der Farbe des Indikators sichtbar gemacht wird.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, das poröse Dochtmaterial mit zwei oder mehreren Imprägnierungsmitteln zu behandeln. Zum Beispiel kann bei der Messung der Konzentration einer Salzlösung, z. B. einer Kochsalzlösung, das Dochtmaterial mit einer umsetzbaren Substanz, z. B. Silbemitrat, in Verbindung mit einem Indikator, z. B. Dichlorfluorescin, imprägniert werden. Wenn die Testlösung im porösen Dochtmaterial aufgesaugt ist, findet eine chemische Reaktion zwischen dem Kochsalz und den Imprägnierungsmitteln statt. Diese Reaktion hat einen Farbwechsel des Indikators zur Folge, u. zw. bis zu einer Höhe des Dochtmaterials, die der Konzentration der Salzlösung entspricht. Der Docht selbst kann in irgendeinem geeigneten Masssystem geeicht sein.
Für Analysezwecke bestimmte umhüllte Dochte können auch ein poröses Dochtmaterial enthalten, von dem nur ein Teil imprägniert ist ; vorzugsweise ist dasjenige Ende des Dochtmaterials, das zuerst mit der Testflüssigkeit zusammengebracht wird, mit einem nicht ortsfest gebundenen Imprägnierungsmittel oder einer Gruppe derartiger Imprägnierungsmittel behandelt. Dieses Imprägnierungsmittel wandern durch die Poren des Dochtmaterials entsprechend dem Vordringen der Flüssigkeit im Dochtmaterial, wobei die vom Imprägnierungsmittel zurückgelegte Strecke den spezifischen Eigenschaften der zu untersuchenden Flüssigkeit entspricht. So kann z. B. die Konzentration verdünnter Salzsäure durch die Anwendung eines Dochtmaterials aus Whatman-No-100-Papier, das an der Eintrittsstelle mit einer Indikatorfarbe, wie z. B.
Bromthymolblau, imprägniert ist, gemessen werden. Durch Eintauchen des umhüllten Dochtes derart, dass sich sein behandeltes Ende in der sauren Lösung befindet, wird die Weiterbewegung des Indikators durch das Dochtmaterial bewirkt und die Wegstrecke vom Ende des Dochtes aus gerechnet kann unmittelbar geeicht werden, um den spezifischen Säuregehalt der Lösung anzuzeigen.
Wie bereits erwähnt, kann das poröse Dochtmaterial auch mit geeigneten umsetzbaren Stoffen behandelt oder imprägniert werden, die mit einer oder mehreren Komponenten einer durch den Docht hindurch absorbierten Flüssigkeit selektiv reagieren, jedoch entlang des Weges der Flüssigkeit festgehalten sind. Dadurch wird bewirkt, dass die mit dem Imprägnierungsmittel reagierende Komponente oder Komponenten an dem Ort des stationären Imprägnierungsmittels oder in der Nähe desselben festgehalten werden. Beispiele solcher unbeweglicher oder stationärer Imprägnierungsmittel sind Ionenaustauschharze, die in ein poröses kapillares Dochtmaterial, z. B. Reeve Angel SB-2 Anionenaustauschpapier und Reeve Angel SA-2 Kationenpapier oder Whatman-Aminoäthylcellulose- Anionenaustauschpapier, eingebettet sind.
Im Whatman-Anionenaustauschpapier sind die Cellulosemoleküle selbst so verändert, dass sie als Ionenaustauscher wirken. Bei dieser Technik werden die Anionen oder Kationen der im Docht aufgesaugten Flüssigkeit durch den Ionenaustauschmechanismus fortlaufend verdrängt. Die Eindringtiefe und die Reaktion der Anionen in dem Zeitpunkt, in dem die Flüssigkeit in das poröse Dochtmaterial vollständig eingedrungen ist oder einen vorher bestimmten Punkt am Docht erreicht hat, ist der Konzentration der Anionen in der Testflüssigkeit proportional.
Eine spezielle Ausführung eines für Analysenzwecke bestimmten umhüllten Dochtes, der ein Dochtmaterial mit Anionenaustauscheigenschaften enthält, wird aus einem Streifen aus Reeve Angel SB-2 Anionenpapier erhalten, das nach Überführung in die Hydroxydform mit einer Schutzhülle versehen wird.
Das nicht umhüllte Ende des Dochtes kann danach in eine geeignete Säurelösung getaucht werden, z. B. in Salzsäure. Ein im Dochtmaterial vorhandener Säureindikator ergibt dadurch eine gut sichtbare Anzeige, dass derjenige Teil des Dochtes, der gesättigt ist oder der zur Gänze mit den Ionen der Testlösung reagiert hat, seine Farbe ändert. Dieser Teil des Dochtes enthält noch nicht umgesetzte Anionen, die durch die sich aufwärts bewegende Testlösung nachgeliefert werden. Dadurch wird eine Farbanzeige in einem Abschnitt hervorgerufen, der vom vordersten Teil der vorwärts dringenden Flüssigkeitsfront getrennt ist, die im wesentlichen neutral und frei von anzeigenden Ionen ist, da diese vorher durch das Ionenaustauschharz entfernt worden sind.
Eine genaue Anzeige der Konzentration der Salzsäure erfolgt durch das Verhältnis der kontrastierend gefärbten Dochtteile zu der Zeit, zu der die im wesentlichen neutrale Flüssigkeit das Ende des Dochtes oder einen vorherbestimmten Punkt auf dem Docht erreicht.
Der Vorteil der Anwendung eines Ionenaustauschpapieres beruht darauf, dass die Steighöhe der Säure im Dochtmaterial im Vergleich zu einem Dochtmaterial ohne Ionenaustausch vermindert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Ionenaustauschharz die Säure auf einer kleineren Fläche konzentriert, so dass demgemäss eine grössere Konzentration der Testlösung mit einem verhältnismässig kleineren Docht genau analysiert werden kann.
Umhüllte Dochte gemäss dem in den Zeichnungen gezeigten Normaltyp können mit ebenso zufriedenstellendem Ergebnis zur Analysierung von in Gasen enthaltenen Bestandteilen verwendet werden. Zu
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Der Docht kann danach im Einzelfall für genaue Analysen der Konzentration oder des Säuregehaltes einer Reihe von Flüssigkeiten verwendet werden.
Um die Ablesbarkeit einer Anzeigevorrichtung mit einem umhüllten Docht zu verbessern, kann das poröse Dochtmaterial vorher mit geeigneten Farbreagentien oder Stoffen, die bei Berührung mit der absorbierten Flüssigkeit Farbkörper bilden, imprägniert werden, wodurch eine einfache visuelle Bestimmung der Eindringlänge der Flüssigkeit möglich ist. Ein solches Färbungssystem besteht z. B. aus einem porösen Docht, der mit Kaliumthiocyanat imprägniert ist, und einer Flüssigkeit, die entweder von einem unabhängigen oder einem mit dem Docht verbundenen Reservoir zugeführt wird, das eine wässerige Lösung von Ferrichlorid enthält. Wenn die Flüssigkeit durch den Docht aufgesaugt wird, reagiert das Ferriion mit dem Thiocyanat und erzeugt eine tief-rote Verbindung mit einem komplexen Ion.
Die unterscheidungskräftige rote Farbe bewegt sich mit der Flüssigkeitsfront weiter und gibt eine gut unterscheidbare visuelle Anzeige des Fortschreitens der Flüssigkeit und der eingedrungenen Flüssigkeitsmenge. Weitere geeignete Farbimprägnierungsmittel sind die üblichen löslichen Farben, die sich in der Flüssigkeit lösen, wenn diese durch den Docht fortschreitet. Geeignete Farben dieses Typs sind z. B. technisches Patent-Blau VS, technisches Wasser-Violett 4BN und technisches Mittel-Grün N. Die Lösung von Patent-Blau-Farbe in Wasser z. B. erzeugt eine stark blaue unterscheidungskräftige Farbe, die sich hauptsächlich an der Grenzfläche oder Flüssigkeitsfront konzentriert, was eine intensiv blaue unterscheidungskräftige Markierung ergibt.
Es können anderseits auch geeignete Anzeigefarben verwendet werden, die in gewöhnlichem Licht unsichtbar sind, die aber eine unterscheidbare Farbanzeige bilden, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden. Es entsteht dadurch eine unsichtbare, nur im Bedarfsfall ablesbare Anzeige.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anzeigevorrichtung mit einem oder mehreren Absorptionskörpern für ein zu untersuchendes flüssiges oder gasförmiges Medium und mit einer den oder die Absorptionskörper einschliessenden Deckfolie, die im wesentlichen für das zu untersuchende Medium undurchlässig ist und vorzugsweise aus übereinanderliegenden, aus Kunststoffmaterial bestehenden Filmen gebildet ist, die dicht miteinander verbunden
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aus mit einem Reagens imprägniertem Kapillarmaterial, vorzugsweise in Streifenform, hergestellt ist bzw.
sind und die Deckfolie in direkter Berührung mit der Aussenfläche des Kapillarmaterials steht und die Deckfolie mindestens einen Bereich aufweist, in dem sie eine Öffnung hat oder in dem eine Öffnung herstellbar ist, um das Eindringen des zu untersuchenden Mediums in das Kapillarmaterial von dessen Rand her zu ermöglichen.