CH648933A5 - METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING CHEMICAL SOLUTIONS. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und betrifft ein Verfahren zur Analyse chemischer Lösungen mittels Sensoren durch Messung der bei der Zugabe eines geeigneten Reagens auftretenden Kenngrössen und zeichnet sich dadurch aus, dass eine Menge des Reagens mit Konzentra-tionsüberschuss während eines kurzen Zeitintervalls nach Art einer Impulsfunktion in die Probenlösung bzw. in ein Reak-tionsgefäss zugegeben wird, dass mittels Sensoren die sich infolge der sprunghaften Zugabe und der anschliessend stetig erfolgenden Abnahme einstellende Konzentration des Reagens gemessen wird, und dass eine Kenngrösse, die für den Ablauf der Reaktion zwischen dem Moment der Zugabe des Reagens bis zum Erreichen eines mindestens angenähert ursprünglichen Zustandes der analysierten Probenlösung charakteristisch ist, gemessen und als Mass für die ursprüngliche Konzentration einer Komponente der Probenlösung ausgewertet wird. The present invention avoids these disadvantages and relates to a method for analyzing chemical solutions by means of sensors by measuring the parameters that occur when adding a suitable reagent, and is characterized in that an amount of the reagent with excess concentration during a short time interval in the manner of an impulse function is added to the sample solution or a reaction vessel so that the concentration of the reagent which arises as a result of the abrupt addition and the subsequent steady decrease is measured by means of sensors, and that a parameter which is used for the course of the reaction between the moment of Addition of the reagent until an at least approximately original state of the analyzed sample solution is characteristic, measured and evaluated as a measure of the original concentration of a component of the sample solution.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und umfasst ein ein vorgegebenes Reagensvolumen in den Probenstrom zusetzendes Dosiergerät, eine Messkette mit Sensoren zur Bestimmung der Konzentration des Reagens in der Probenlösung sowie durch eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer charakteristischen Kenngrösse innerhalb des Zeitraumes zwischen der Zugabe des Reagens und dem Erreichen des mindestens angenähert ursprünglichen Zustandes der Probenlösung. The invention also relates to a device for carrying out the method and comprises a metering device which adds a predetermined reagent volume to the sample stream, a measuring chain with sensors for determining the concentration of the reagent in the sample solution and a measuring device for determining a characteristic parameter within the period between the addition of the reagent and reaching the at least approximately original state of the sample solution.
Anhand der Beschreibung und der Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt The invention is explained in more detail with the aid of the description and the figures. It shows
Figur 1 schematisch das Prinzip des Analyseverfahrens, FIG. 1 shows schematically the principle of the analysis method,
Figur 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der Abnahme der Konzentration in Funktion der Zeit, FIG. 2 shows a diagram of the time course of the decrease in concentration as a function of time,
Figur 3 ein weiteres Diagramm für Konzentrationsänderungen, FIG. 3 shows a further diagram for changes in concentration,
Figur 4 ein Diagramm über experimentelle Ergebnisse. Figure 4 is a diagram of experimental results.
Gemäss der schematischen Anordnung in Figur 1 wird einem Reaktionsgefäss 1 aus einer Leitung 2 die Probenlösung 3 zugeführt. Ein Abfluss oder Überlauf 4 führt die zufliessen-de Menge und durch allfällig zugesetztes Reagens verdrängte Probenlösung weg. Das Reagens 5 wird aus einem Behälter 6 über ein Dosiergerät 7 der Probenlösung 3 zugesetzt und zwar derart, dass innerhalb eines kurzen Zeitintervalls ein vorgegebenes Reagensvolumen vom Dosiergerät 7 freigegeben und in die Probenlösung gegossen wird. Ein Rührwerk 8 sorgt in bekannter Weise für eine rasche Durchmischung von Probenlösung und Reagens. Die Konzentration der zugeführten Reagensmenge ist so zu wählen, dass im Moment der Zudosie-rung ein Uberschuss vorliegt. Als Dosiergeräte 7 können beliebige geeignete Elemente, beispielsweise Magnetventile oder Injektoren, Verwendung finden. According to the schematic arrangement in FIG. 1, the sample solution 3 is fed to a reaction vessel 1 from a line 2. An outflow or overflow 4 leads away the inflowing amount and the sample solution displaced by any added reagent. The reagent 5 is added to the sample solution 3 from a container 6 via a metering device 7 in such a way that a predetermined reagent volume is released by the metering device 7 within a short time interval and poured into the sample solution. An agitator 8 ensures rapid mixing of sample solution and reagent in a known manner. The concentration of the amount of reagent added is to be selected so that there is an excess at the moment of addition. Any suitable elements, for example solenoid valves or injectors, can be used as metering devices 7.
Mittels Sensoren 11,12 wird der chemische Zustand bzw. dessen Änderungen erfasst und in einem Anzeige- und/oder Regelgerät 13 ausgewertet. Die Art Sensoren wird durch die beabsichtigte Art der Feststellung der Zustandsänderung bestimmt; im Falle einer Überwachung des pH-Wertes sind diese Sensoren Glaselektroden; wird das Redoxpotential der Mischung aus Probelösung und Reagens beobachtet, sind als Sensoren 11,12 entsprechende Metallelektroden zu wählen. Die Überwachung von elektrochemisch-aktiven Substanzen erfordert amperometrische Sensoren. Wird die durch die Reaktion von Probelösung und Reagens resultierende Wärmetönung ausgewertet, sind Sensoren 11,12, mit thermoempfind-lichen Eigenschaften erforderlich. Reaktionen zwischen Probelösung 3 und Reagens 5 mit kolorimetrischen Effekten werden durch Photodetektoren erfasst. The chemical state or its changes are detected by means of sensors 11, 12 and evaluated in a display and / or control device 13. The type of sensors is determined by the intended type of state change detection; if the pH is monitored, these sensors are glass electrodes; If the redox potential of the mixture of sample solution and reagent is observed, appropriate metal electrodes 11.12 must be selected as sensors. The monitoring of electrochemically active substances requires amperometric sensors. If the heat generated by the reaction of the sample solution and the reagent is evaluated, sensors 11, 12 with thermo-sensitive properties are required. Reactions between sample solution 3 and reagent 5 with colorimetric effects are recorded by photodetectors.
Sobald die vorgegebene Menge Reagens 5 der Probenlösung 3 beigegeben ist, steigt beispielsweise der pH-Wert sprunghaft auf einen bestimmten Wert an: As soon as the specified amount of reagent 5 has been added to the sample solution 3, the pH value suddenly increases to a certain value:
A + n.B -» C A + n.B - »C
c|vR c | vR
10 10th
-n.CA -n.CA
VR + VG VR + VG
wobei in which
15 A B n 15 A B n
20 ^o zu messender Stoff Reagens stöchiometrischer Faktor 20 ^ o substance to be measured reagent stoichiometric factor
Cg Konzentration der Lösung im Zeitpunkt t0 Cg concentration of the solution at time t0
.R .R
2s Cg Konzentration des Reagens 5 2s Cg concentration of the reagent 5
30 30th
VG CA VG CA
Menge des zudosierten Reagens 5 Volumen des Reaktionsgefasses 1 = Menge der Probenlösung 3 zu bestimmende Konzentration. Amount of reagent added 5 Volume of the reaction vessel 1 = amount of sample solution 3 concentration to be determined.
35 35
Entsprechend dem Durchfluss der zu analysierenden Probenlösung 3 nimmt nun die Konzentration CB im Reaktionsgefäss 1 ab. Gleichzeitig verringert sich auch CB infolge der 40 Reaktion mit der Probenlösung. Nach einer gewissen Zeit wird alles CB umgesetzt sein, d.h. die Lösung im Reaktionsgefäss 1 befindet sich im sogenannten Äquivalenzpunkt und das von der durch die Sensoren 11,12 gelieferte Potential wird den an sich bekannten Äquivalenzsprung anzeigen. Diese Zeit 45 wird Äquivalenzzeit teq genannt. Es ist offensichtlich, dass teq bei konstantem Durchfluss und konstanter Menge VR von der gesuchten Konzentration Ca abhängig ist. The concentration CB in the reaction vessel 1 now decreases in accordance with the flow of the sample solution 3 to be analyzed. At the same time, CB also decreases as a result of the reaction with the sample solution. After a while all CB will be implemented, i.e. the solution in the reaction vessel 1 is located in the so-called equivalence point and the potential provided by the sensors 11, 12 will indicate the equivalence jump known per se. This time 45 is called the equivalence time teq. It is obvious that with constant flow and constant quantity VR, teq is dependent on the desired concentration Ca.
Die logarithmische Abhängigkeit der Äquivalenzzeit teq von der Konzentration CA der Probenlösung 3 ergibt einen so weiten Bereich von Konzentrationen, der mit ein- und demselben Reagens 5 überdeckt werden kann. The logarithmic dependence of the equivalence time teq on the concentration CA of the sample solution 3 results in such a wide range of concentrations that can be covered with one and the same reagent 5.
Figur 2 zeigt den Verlauf der Konzentration CB in Funktion der Zeit t, wobei beispielsweise die Konzentration durch den jeweiligen pH-Wert ausgedrückt ist. Im Zeitpunkt t = t0 55 wird das Reagens 5 zugesetzt, wodurch der pH-Wert sprungartig auf den Wert Cg steigt und von da an allmählich gemäss einer der Kurven 14,15 oder 16 - je nach der ursprünglichen Konzentration CA der Probenlösung 3 - abfällt. Dabei so entspricht Kurve 14 einer starken, Kurve 15 einer mittleren und Kurve 16 einer schwachen ursprünglichen Konzentration CA. Die Äquivalenzpunkte 17,18,19, die beispielsweise beim Durchgang der pH-Werte durch den Neutralwert pH = 7 erreicht werden, geben die Äquivalenzzeiten teq für die betref-6S fenden Konzentrationen Cai, CA2, CA3 wieder. FIG. 2 shows the course of the concentration CB as a function of time t, the concentration being expressed, for example, by the respective pH. At the point in time t = t0 55, the reagent 5 is added, as a result of which the pH suddenly increases to the value Cg and from then on gradually drops according to one of the curves 14, 15 or 16, depending on the original concentration CA of the sample solution 3. Curve 14 corresponds to a strong, curve 15 to a medium and curve 16 to a weak original concentration CA. The equivalence points 17, 18, 19, which are reached, for example, when the pH values pass through the neutral value pH = 7, reflect the equivalence times teq for the relevant concentrations Cai, CA2, CA3.
Die aus der Beobachtung der Anzeige des Gerätes 13 ermittelten Zeiten teq ergeben somit die jeweiligen Werte CA. The times teq determined from the observation of the display of the device 13 thus result in the respective values CA.
Aus der Reaktionsgleichung From the reaction equation
648 933 648 933
A + nB -> C A + nB -> C
kann folgende Mengenbilanz angestellt werden: the following quantity balance can be made:
dCB dCB
VG- ^ = - CB.VA - n. CA.VA VG- ^ = - CB.VA - n.CA.VA
dt wobei dt where
VG Reaktorvolumen dCB VG reactor volume dCB
Konzentrationsänderung im Reaktionsgeflss dt Change in concentration in the reaction vessel
VA Durchfluss von Probelösung/Zeiteinheit VA flow of sample solution / unit of time
CA Gesuchte Konzentration der Probelösung CA Searched concentration of the sample solution
„ -, • V° "-, • V °
t Verweilzeit = t dwell time =
VA VA
Durch Umformungen und Integration erhält man t Through transformations and integration one obtains t
CB = C°-e * CB = C ° -e *
oder or
^eq ^ eq
CA = n.C°-e * CA = n.C ° -e *
Durch Logarithmieren und weitere Umstellungen kann teq isoliert werden: By logarithming and further changes teq can be isolated:
teq = 2,303 t • log(n.Cg ) - 2,303-T.log CA • teq = 2.303 t • log (n.Cg) - 2.303-T.log CA •
R VR R VR
wenn n.CA « C • — , gilt B VG if n.CA «C • -, B VG applies
4 4th
teq = konst. — 2,303.x.logCA. teq = constant - 2.303.x.logCA.
Das Anzeige- oder Regelgerät 13 wird mit Vorteil mit einer Mikroprozessor-Datenverarbeitung versehen, der die The display or control device 13 is advantageously provided with a microprocessor data processing which
5 Sensordaten in geeigneter Form eingegeben, in dieser nach einem vorgegebenen Programm umgeformt und als Messwert ausgegeben werden. 5 Sensor data entered in a suitable form, transformed in this according to a specified program and output as a measured value.
In Figur 3 ist ein Verlauf eines Messignals S gezeigt, der den Anstieg und das Abfallen der Reaktionsgrösse nach Ein-io gäbe des Reagens 5 zum Zeitpunkt t0 darstellt. Der Äquivalenzpunkt 17 befindet sich am Wendepunkt des abfallenden Astes der Messignals S beim Zeitpunkt teq. Anstelle einer Zeitmessung zur Gewinnung des Zeitintervalls teq — t0 kann auch der Verlauf des Messignals S ausgemessen werden, wofür sich i5 einige Lösungen anbieten, die sich mit Hilfe des elektrischen Messignals S leicht realisieren lassen. Als erstes kann die Peakhöhe 26 als Kenngrösse für die Bestimmung der Konzentration der Probe 3 beobachtet werden. Ein weiterer charakteristischer Wert wird durch die Peakbreite 27 in einer vorgege-20 benen Höhe 28 des Signalverlaufes, beispielsweise bei 63% der Peakhöhe 26, erhalten. Schliesslich kann auch durch Integration des Messignals S über die Zeit t vom Zeitpunkt t0 bis zum Wiederreichen des ursprünglichen Signalpegels bei t] eine charakteristische Kenngrösse für die ursprüngliche Kon-25 zentration der Probe 3 erhalten werden, indem die Fläche 29 hierfür bestimmend ist. FIG. 3 shows a course of a measurement signal S, which represents the rise and fall of the reaction variable after the reagent 5 has been added at time t0. The equivalence point 17 is located at the turning point of the falling branch of the measurement signal S at the time teq. Instead of a time measurement to obtain the time interval teq - t0, the course of the measurement signal S can also be measured, for which purpose i5 offers some solutions that can be easily implemented using the electrical measurement signal S. First, the peak height 26 can be observed as a parameter for determining the concentration of sample 3. A further characteristic value is obtained from the peak width 27 at a predetermined height 28 of the signal curve, for example at 63% of the peak height 26. Finally, by integrating the measurement signal S over time t from time t0 until the original signal level is reached again at t], a characteristic parameter for the original concentration of sample 3 can be obtained, by determining the area 29 for this purpose.
Figur 4 zeigt das Ergebnis einer Versuchsreihe mit dem er-findungsgemässen Verfahren. Dabei ist an drei Beispielen die Äquivalenzzeit teq in Funktion der Konzentration CA von 30 HCl mit verschiedenen Konzentrationen CB von NaOH FIG. 4 shows the result of a series of tests with the method according to the invention. In three examples, the equivalence time teq is a function of the concentration CA of 30 HCl with different concentrations CB of NaOH
g£2CÌgt! g £ 2CÌgt!
Kurvenzug 20 mit 6 N NaOH Curve 20 with 6 N NaOH
Kurvenzug 21 mit 4 N NaOH Curve 21 with 4 N NaOH
Kurvenzug 22 mit 2 N NaOH. Curve 22 with 2 N NaOH.
35 Die Messpunkte zeigen eine gute Linearität zwischen Zeit und Logarithmus der Konzentration über mindestens eine Dekade. Während die theoretische Steilheit mit 12,5 sec/De-kade berechnet werden kann, zeigt das Experiment eine solche von ca. 12 sec/Dekade, also eine gute Ubereinstimmung 4o mit den Erwartungen. 35 The measuring points show a good linearity between time and logarithm of the concentration over at least a decade. While the theoretical slope can be calculated as 12.5 sec / decade, the experiment shows that of approx. 12 sec / decade, which means that it is in good agreement with the expectations.
C C.
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
Claims (13)
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
CH783480A CH648933A5 (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING CHEMICAL SOLUTIONS. |
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CH783480A CH648933A5 (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING CHEMICAL SOLUTIONS. |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH648933A5 true CH648933A5 (en) | 1985-04-15 |
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ID=4331151
Family Applications (1)
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CH783480A CH648933A5 (en) | 1980-10-21 | 1980-10-21 | METHOD AND DEVICE FOR ANALYZING CHEMICAL SOLUTIONS. |
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CH (1) | CH648933A5 (en) |
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Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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HU174711B (en) * | 1976-04-20 | 1980-03-28 | Egyt Gyogyszervegyeszeti Gyar | Process and equipment for the analysis of liquid samples |
DE2831856B2 (en) * | 1978-07-20 | 1981-07-02 | Drägerwerk AG, 2400 Lübeck | Arrangement for electrically controlled dosing and mixing of gases |
-
1980
- 1980-10-21 CH CH783480A patent/CH648933A5/en not_active IP Right Cessation
-
1981
- 1981-08-26 DE DE19813133656 patent/DE3133656A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |