CN114113459B - 用于化学分析的测量池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于化学分析的测量池。测量池(1)具有：容器(2)，至少一种待分析的液体(3)置于该容器中；电热丝(4)，该电热丝被至少部分地围绕容器(2)的外壁引导，使得容器(2)内的液体(3)能以均匀且可控的方式被加热；以及第一温度传感器(5)，其确定和/或监测液体(3)的第一温度。测量池(1)还包括具有搅拌棒(11)的磁性搅拌器(10)和用于封闭容器(2)的盖子(6)，其中，盖子(6)具有多个导管，其中，为至少一个第一分析传感器(8)提供至少一个第一导管(7a)，该第一分析传感器确定和/或监测容器(2)的液体(3)的至少一个化学和/或物理变量，并且其中，为液体管线(9)提供至少一个第二导管(7b)。

Description

用于化学分析的测量池

技术领域

本发明涉及一种用于进行化学分析的测量池。

背景技术

化学分析的典型示例是滴定方法。在滴定中，样品溶液中的未知浓度的样品(也称为分析物)在化学反应中借助于滴定剂溶液(含有具有限定浓度的滴定剂)来确定。在这情况下，滴定剂溶液被精确地添加到样品溶液，直到达到等当点或终点，此时滴定剂和样品的量相等。然后，可以从已知的样品体积和具有限定滴定剂浓度的滴定剂溶液达到等当点所需的体积以化学计量方式来计算样品的量和浓度。

滴定的经典示例包括：所谓的酸碱滴定，其中，确定酸或碱的浓度；或者所谓的氧化还原滴定，其中，样品被滴定剂氧化或还原。

为了确定滴定的等当点，通常使用确定和/或监测样品溶液的至少一种化学和/或物理变量的分析传感器。等当点是基于样品溶液的化学和/或物理变量的变化来确定的。分析传感器的典型示例包括pH电极、电导率传感器、氧化还原电极和光度计。

样品溶液通常已经作为通常是水性的并且可以用滴定剂溶液滴定而无需对样品溶液进行进一步化学处理的溶液而存在。然而，在滴定之前，在某些情况下要进行样品的预反应和/或消解，以将样品转变成能够进行滴定的状态。例如，预反应和/或消解将样品转变成液态或改变样品的化学结构，使得可以使用常见的滴定方法以简单的方式对其进行分析。

当手动进行化学分析时，单独的分析步骤(诸如预反应、消解和/或滴定)通常在不同的容器中连续进行，每个容器被设计成用于相应的分析步骤。特别地，不同的分析步骤经常需要不同的温度。

然而，当以自动化方式进行化学分析时，通常使用单个测量池，在该测量池中可以连续进行各种分析步骤。例如，首先在同一测量池中进行样品的消解，随后对消解的样品进行滴定。为此，将待分析并包含样品的液体置于容器中，该容器通常由部分浸入在容器中的加热油浴或水浴间接加热。由于油浴通常借助于搅拌装置而混合，所以经常使用搅拌棒组件来混合容纳在容器中且含有待分析样品的液体。搅拌棒组件直接浸入液体中。然而，这种带有搅拌棒组件和油浴的测量池相对较大，并且经常只能以高成本制造。此外，测量池的大质量使其难以在分析步骤期间及在分析步骤之间或在不同样品的连续分析之间快速加热和冷却测量池。由于加热和冷却测量池的等待时间长，化学分析的生产量降低。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于化学分析的测量池，通过该测量池可以实现化学分析的高生产量。

根据本发明，该目的通过一种用于进行化学分析的测量池来实现，该测量池具有：

-容器，至少一种待分析的液体置于该容器中，

-电热丝，该电热丝被至少部分地围绕容器的外壁引导，使得容器内的液体能以均匀且可控的方式被加热，

-第一温度传感器，该第一温度传感器确定和/或监测液体的第一温度，

-盖子，该盖子用于封闭容器，其中，盖子具有多个导管，其中，为至少一个第一分析传感器提供至少一个第一导管，该第一分析传感器确定和/或监测容器的液体的至少一个化学和/或物理变量，其中，为液体管线提供至少一个第二导管，以及

-磁性搅拌器，该磁性搅拌器具有搅拌棒，其中，磁性搅拌器布置在容器下方，并且搅拌棒布置在容器内部。

电热丝(也称为电阻丝)的使用能够快速加热容器中的液体。待分析的液体含有待分析的样品。柔性的电热丝可以适应任何期望的容器；特别的，可以使用小容器，使得可以使测量池小型化。例如，标准化烧杯可以用作容器。电热丝围绕容器被引导，使得在容器底部与液体的上边缘之间的至少一个区域被电热丝覆盖。为了使液体均质化，使用在容器中仅需要小搅拌棒的磁性搅拌器，使得可以使用小容器。例如，该磁性搅拌器可以是机械或电磁磁性搅拌器。因此，获得小测量池，其质量比以前常用的测量池小。这提供了很大的优势，即，根据本发明的测量池可以比传统的测量池更快地加热并且更快地冷却。结果，实现了化学分析的更高生产量，因为用于加热和冷却测量池所损失的时间更少。此外，根据本发明的测量池能简单且低成本地制造。

容器的盖子用于以基本气密的方式封闭容器。引入导管中的元件(诸如第一分析传感器和液体管线)也被引入导管中，使得只有很少或没有加热液体的蒸汽从容器逸出。

容器的未被加热且因此比加热区域更冷的区域可以连接在容器的被电热丝围绕的可加热区域上方。加热液体的蒸汽可以通过对流而冷凝并返回到液体。因此，可以避免由于液体损失导致的可能错误，或者因此，可以使由于腐蚀性或有毒蒸汽导致的有害源最小化。

电热丝优选地被绝缘护套包围。这用于电绝缘电热丝。

有利地，电热丝的电阻随着温度升高而增加。由于电热丝的比电阻的温度系数为负，电热丝的较热位置处的比热输出小于较冷位置处的比热输出，所以确保了对容器的均匀热量输入，并避免了在电热丝的区域中的局部过热。

在一个实施例中，电热丝借助于弹性的模制护套固定就位。弹性的模制护套适应电热丝附接到容器的方式，并防止电热丝相对于容器的位置的变化。

电热丝的模制护套优选地为收缩导管。收缩导管是在高温下收缩的塑料导管。冷收缩导管围绕电热丝放置并在热量的作用下收缩，使得收缩导管固定电热丝的位置。

在进一步的实施例中，热熔丝附接在电热丝的模制护套中。这用于在超过热熔丝的区域中的最高允许温度时切断电热丝。

在替代实施例中，用于确定和/或监测电热丝的区域中的第二温度的第二温度传感器设置在电热丝的模制护套中，使得可以确定是否超过第二温度的最大允许值。在超过第二温度的最大允许值的情况下，用户可以至少暂时切断电热丝。

电热丝有利地作为紧凑封装被围绕容器的外壁引导。例如，通过将电热丝缠绕成围绕容器的紧密绕组，以紧密的且严密地封装方式围绕容器引导电热丝，以便实现到容器中的均匀热量输入。电热丝的不规则封装导致容器中的温度分布不均匀。

第一温度传感器优选地调节通过电热丝对容器的加热。基于由第一温度传感器确定的容器中的液体的第一温度，电流或多或少强烈地流过电热丝，以便实现液体中的期望目标温度。

在一个可能的实施例中，容器和电热丝至少部分地被壳体包围，该壳体用于使容器和电热丝热绝缘。此外，壳体在电热丝的高温下为测量元件的用户提供接触保护。

在优选的实施例中，盖子和/或磁性搅拌器可以连接到壳体。例如，盖子可以借助于螺钉连接到壳体。

在进一步的实施例中，鼓风机设置在容器附近并且将气流导向容器以用于冷却容器，并且其中，鼓风机特别地冷却盖子与容器的液体的上边缘之间的区域。一方面，在需要加热容器的分析步骤完成后，鼓风机支持容器的快速冷却。另一方面，鼓风机促进蒸发的液体在盖子与容器的液体的上边缘之间冷凝，从而减少蒸汽从容器泄漏。因此可以避免由于液体损失导致的可能错误，或者因此，可以使由于可能的腐蚀性或有毒蒸汽导致的有害源最小化。

在一个实施例中，第一温度传感器被集成到第一分析传感器中，或者用于第一温度传感器的第三导管设置在盖子中。因此，第一温度传感器和第一分析传感器可以被设计为组合的多传感器或设计为两个单独的传感器，然后经由两个导管将它们引入容器中。

进一步的实施例规定，用于对容器进行通风的至少一个第四导管设置在盖子中。特别地，在液体的高第一温度下，增加的蒸气水平出现在容器中并对盖子施加压力。对容器进行通风可以防止蒸汽积聚在容器中。

有利地，导管附接到用于对容器进行通风的至少第四导管。该导管用于将蒸气从容器引导至期望位置(诸如排气机)。

附图说明

下面参考图1至图2更详细地解释根据本发明的测量池。示出如下：

图1：根据本发明的测量池的示意图，

图2：详细的电热丝的示意图。

具体实施方式

根据本发明的测量池1可以用于进行各种化学分析，诸如滴定、消解和/或滴定前的预反应。在图1中，待分析的液体3置于容器2中并设置有搅拌棒11，该搅拌棒借助于布置在容器2下方的磁性搅拌器10来混合液体。对容器2的形状和尺寸没有限制；特别地，可以使用小型、标准化的容器。以均匀且可控的方式加热容器内的液体的电热丝4被至少部分地围绕容器2的外壁引导。举例来说，电热丝围绕容器被在容器的底部与液体的上边缘之间引导。此外，示出了可选的弹性模制护套13，该弹性模制护套将电热丝4固定就位。在图2中详细示出了电热丝4。热熔丝14或第二温度传感器15可以附加地布置在模制护套中；这确定和/或监测电热丝4的区域中的第二温度，并且如果超过第二温度的最大允许值，可以借助于该热熔丝或第二温度传感器确定该第二温度。

容器2借助于盖子6封闭，该盖子以基本气密的方式封闭容器2，使得在加热期间没有或只有很少的蒸汽形式的液体3从容器2逸出。一系列导管7a、7b、7c、7d被引入盖子6并且用于容纳其他元件。确定和/或监测容器2的液体3的至少一个化学和/或物理变量的第一分析传感器8被容纳在第一导管7a中。例如，第一分析传感器8可以是pH、电导率、氧化还原电极或光度收发器系统。为液体管线9提供第二导管7b。借助于液体管线9，液体被添加到容器2(例如滴定)或从容器2移除。也可以使用用于各种液体的多个液体管线。

举例来说，确定和/或监测液体3的第一温度的第一温度传感器5被容纳在盖子6的第三导管7c中。可替代地，第一温度传感器可以集成到第一分析传感器8，诸如氧化还原电极，其附加地确定和/或监测液体3的第一温度。例如，第一温度传感器5通过电热丝4调节容器2的加热。可选地，例如，第四导管7d设置在盖子6中，该导管用于对容器2进行通风并且管子18附接到该导管。

为了容器2和电热丝4的热绝缘，壳体16可以可选地至少部分地围绕容器2和电热丝4。壳体16例如可以通过螺钉19连接到盖子6和/或磁性搅拌器10，如图1所示，使得生产紧凑、稳定的测量池1。话虽如此，但不排除用于连接壳体16和容器2和/或盖子6的其他可能性。为了在加热过程后再次快速冷却测量池1并为下一次化学分析做准备，鼓风机17可选地布置在容器2的附近。鼓风机17通过将气流导向(如箭头所示)容器2来冷却容器2。例如，还可以在加热过程期间使用鼓风机17，以便冷却盖子6与容器2的液体3的上边缘之间的区域，并因此促进蒸发液体3的冷凝和再循环。

图2示意性地详细示出了电热丝。举例来说，电热丝4作为紧凑封装围绕容器2的外壁缠绕。举例来说，电热丝4被绝缘护套12和模制护套13包围。模制护套13可以例如是收缩导管。为了避免电热丝4处的局部温度峰值，电热丝4可以设计成使得电热丝4的电阻随着温度升高而增加。

附图标记列表

1测量池

2容器

3液体

4电热丝

5第一温度传感器

6盖子

7a第一导管

7b第二导管

7c第三导管

7d第四导管

8第一分析传感器

9液体管线

10磁性搅拌器

11搅拌棒

12绝缘护套

13模制护套

14热熔丝

15第二温度传感器

16壳体

17鼓风机

18管子

19螺钉

Claims (13)

1.一种用于进行化学分析的测量池(1)，所述测量池具有

-容器(2)，至少一种待分析的液体(3)置于所述容器中，

-电热丝(4)，所述电热丝被至少部分地围绕所述容器(2)的外壁引导，使得所述容器(2)内的液体(3)能以均匀且可控的方式被加热，

-第一温度传感器(5)，所述第一温度传感器确定和/或监测所述液体(3)的第一温度，

-盖子(6)，所述盖子用于封闭所述容器(2)，其中，所述盖子(6)具有多个导管，其中，为至少一个第一分析传感器(8)提供至少一个第一导管(7a)，所述第一分析传感器确定和/或监测所述容器(2)的液体(3)的至少一个化学和/或物理变量，其中，为液体管线(9)提供至少一个第二导管(7b)，以及

-磁性搅拌器(10)，所述磁性搅拌器具有搅拌棒(11)，其中，所述磁性搅拌器(10)布置在所述容器(2)下方，并且所述搅拌棒(11)布置在所述容器(2)内部；

其中，所述电热丝(4)借助于弹性的模制护套(13)固定就位；

其中，在所述电热丝(4)的所述模制护套(13)中设置有热熔丝(14)或第二温度传感器(15)用于确定和/或监测所述电热丝(4)的区域中的第二温度，使得能够确定是否超过所述第二温度的最大允许值。

2.根据权利要求1所述的测量池，

其中，所述电热丝(4)被绝缘护套(12)包围。

3.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，所述电热丝(4)的电阻随着温度的升高而增加。

4.根据权利要求1所述的测量池，

其中，所述电热丝(4)的所述模制护套(13)是收缩导管。

5.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，所述电热丝(4)作为紧凑封装被围绕所述容器(2)的外壁引导。

6.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，所述第一温度传感器(5)调节所述电热丝(4)对所述容器(2)的加热。

7.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，所述容器(2)和所述电热丝(4)至少部分地被壳体(16)包围，所述壳体(16)用于使所述容器(2)和所述电热丝(4)热绝缘。

8.根据权利要求7所述的测量池，

其中，所述盖子(6)和/或所述磁性搅拌器(10)能连接到所述壳体(16)。

9.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，鼓风机(17)设置在所述容器(2)附近并且将气流导向所述容器(2)以用于冷却所述容器(2)。

10.根据权利要求9所述的测量池，

其中，所述鼓风机(17)冷却所述盖子(6)与所述容器(2)的所述液体(3)的上边缘之间的区域。

11.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，所述第一温度传感器(5)集成到所述第一分析传感器(8)中，或者其中，用于所述第一温度传感器(5)的第三导管(7c)设置在所述盖子(6)中。

12.根据权利要求1或2所述的测量池，

其中，用于对所述容器(2)进行通风的至少一个第四导管(7d)设置在所述盖子(6)中。

13.根据权利要求12所述的测量池，

其中，管子(18)附接到用于对所述容器(2)进行通风的所述至少一个第四导管(7d)。