DE102019132487A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften einer Substanz, die in einer wässrigen Lösung (3) in einem Behälter (2, 10) vorliegt. Eine Sensoreinrichtung (4) steht in Kontakt mit der wässrigen Lösung. Bezugswerte werden bereitgestellt für bekannte Substanzen und verschiedene Konzentrationen in der Lösung durch Erfassen eines Elektrolytwiderstands mittels Impedanzspektroskopie, und es erfolgt die Erfassung des Elektrolytwiderstands einer unbekannten Probe für zumindest eine Konzentration und die Zuordnung der Substanz zu der Form fest oder flüssig. Bereitgestellt wird ein Modell der Sensoreinrichtung als eine komplexe Kapazität für eine unbekannte Substanz der festen Form. Die komplexe Kapazität der Sensoreinrichtung in Kontakt mit der unbekannten Probe wird über einen vorbestimmten Frequenzbereich ermittelt und zumindest eine Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität über der Frequenz gebildet. Ein lokaler Extremwert der Kennlinie wird im vorbestimmten Frequenzbereich bestimmt, und es erfolgt eine Zuordnung der unbekannten Substanz zu einer ersten oder zweiten Art in Abhängigkeit davon, ob in einer Kennlinie ein lokaler Extremwert auftritt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen mittels einer Sensoreinrichtung, wobei die Substanzen in wässriger Lösung in einem Behälter vorliegen.
• In privaten Haushalten und in vielen industriellen Anwendungen besteht im Allgemeinen ein Informationsbedarf hinsichtlich der Eigenschaften von Medien oder Substanzen, wobei die Eigenschaften für Prozesse oder eine Weiterverarbeitung der Medien und Substanzen wichtig sind. Es können sich die Medien oder Substanzen auch während der Zeit oder im Verlauf des Prozesses verändern. Liegen die entsprechenden Substanzen oder Medien in Form von fluiden Medien und speziell von Flüssigkeiten vor, dann können diese mittels entsprechender Sensoren erfasst werden, wobei die sich aus der Erfassung ergebenden elektrischen Signale ein Maß für bestimmte Eigenschaften der Medien darstellen und entsprechend ausgewertet und interpretiert werden können.
• Beispielsweise können die fluiden Medien Flüssigkeiten wie wässrige Lösungen sein, wenn zu erfassende Substanzen in Wasser löslich sind. Liegt beispielsweise eine wässrige Reinigungsflüssigkeit vor, dann werden Reinigungssubstanzen oder waschaktive Substanzen in Wasser aufgelöst und auf diese Weise die Reinigungsflüssigkeit gebildet. Derartige wässrige Lösungen weisen eine Ionenbildung auf. Entsprechend erfasster Messwerte kann die wässrige Lösung beispielsweise überprüft werden hinsichtlich der Art der gelösten Substanz, der weiteren physikalischen oder chemischen Eigenschaften, der Bestandteile der Substanzen und auch einer Konzentration.
• Ein anschauliches Bespiel eines derartigen Mediums ist eine wässrige Lösung von Reinigungsmitteln, die für ein Waschgerät (Waschmaschine, Wascheinrichtung) vorgesehen ist. Im Hinblick auf Untersuchungen an einer derartigen Reinigungsflüssigkeit oder Waschlauge werden nachstehend bekannte Verfahren und Vorrichtungen beschrieben.
• Die Druckschrift DD 217 557 A1 offenbart ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Regelung der Reinigungs- oder Spülmittelzugabe in Waschgeräten, wobei in dem Waschgerät zur physikalisch-chemischen Bestimmung der Waschlauge unterschiedliche Sensoren angeordnet sind. Über eine der Auswertung der Ausgangssignale der Sensoren dienende elektronische Schaltung wird eine Änderung des Anstiegs eines Mess-Signals während der Zugabe von Reinigungs- oder Spülmitteln erfasst und weiter verarbeitet. Bei tensidhaltigen Waschlaugen können beispielsweise Eigenschaften, wie die Oberflächenspannung, die elektrische Leitfähigkeit und dergleichen als eine charakteristische Eigenschaften zur Änderung von Ausgangssignalen der Sensoren in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration aufgrund der Waschmittelmenge dienen. In Verbindung mit einer entsprechenden Auswertung der Ausgangssignale der Sensoren kann eine Waschmitteldosierung für das Waschgerät eingestellt oder gesteuert werden.
• Die Druckschrift DE 197 55 418 A1 offenbart ein Sensorelement und eine Vorrichtung zur Messung komplexer Impedanzen in Materialien, wobei das Sensorelement zwei Elektroden aufweist, die aus einem leitfähigen Material bestehen und in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Die beiden Elektroden sind mit einer dünnen Isolierschicht überzogen, die eine im Vergleich zu dem vorbestimmten Abstand geringe Schichtdicke aufweist. Das derart gebildete Sensorelement ist gegenüber den Umgebungsbedingungen, deren Eigenschaften erfasst werden sollen, weitgehend unempfindlich. In einer Auswerteschaltung werden die Ausgangssignale der Sensoren einer weiteren Verarbeitung unterzogen, und es kann bei dieser Verarbeitung eine Analyse der Eigenschaften einer jeweils zwischen den Elektroden angeordneten Flüssigkeit durchgeführt werden. Hierbei können insbesondere komplexe Impedanzen als Maß für die Eigenschaft der Flüssigkeiten bestimmt und ausgewertet werden.
• Die Druckschrift DE 41 11 064 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung der Eigenschaften einer Waschlauge, wobei Sensoren vorgesehen sind zur Erfassung von Eigenschaften der Waschlauge in Verbindung mit einer Leitfähigkeitsmessung oder einer Messung mittels Impedanzspektroskopie. Hierbei werden die Eigenschaften der Waschlauge im Hinblick darauf ermittelt, eine Differenz zwischen Messwerten bei unbelasteter Waschlauge und bei verschmutzter Waschlauge zu erhalten und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, wenn eine Erneuerung der Waschlauge aufgrund der Messwerte erforderlich ist, wobei zugehörige Grenzwerte berücksichtigt werden.
• Schließlich offenbart die Druckschrift DE 603 07 108 T2 ein Verfahren zur Analyse eines Arbeitsfluids unter Verwendung der Impedanzspektroskopie, wobei ein zu erfassendes Fluid mittels Impedanzspektroskopie über einen Bereich von Frequenzen und über eine Mehrzahl von Einzelfrequenzen gemessen wird und entsprechende Impedanzen ausgewertet werden. Aus den zugehörigen Kennlinien der Messwerte und vorbestimmten Kriterien können Eigenschaften des Fluids bestimmt werden.
• Mit der zunehmenden Betrachtung der Wasch- und Reinigungsvorgänge sowie der verwendeten Waschmittel, einer erforderlichen Wassermenge und der eingesetzten Energie unter Umweltschutzgesichtspunkten ist es erforderlich, sowohl die Wassermenge als auch eine Waschmittelmenge und die während des Waschvorgangs verwendeten Temperaturen der Waschlauge in Abhängigkeit von beispielsweise dem Verschmutzungsgrad eines Waschguts oder den in einem Frischwasser gelösten Stoffen (Wasserhärte) zu dosieren. Eine gezielte und hinsichtlich der Menge an Waschmittel optimale Dosierung führt einerseits zu einer Einsparung an Waschmittel und Wasser, und andererseits auch zu einer erstrebten geringeren Belastung des Abwassers bei gleichzeitiger optimaler Reinigung des Waschguts. Des Weiteren können bei einer Optimierung des Waschvorgangs Waschzeiten und Waschtemperaturen entsprechend eingestellt werden, so dass auch mit einem verminderten Energieverbrauch zu rechnen ist.
• Im Allgemeinen enthalten zur Reinigung vorgesehene Substanzen, wie flüssige und feste Waschmittel zur Bildung einer Waschlauge und beispielsweise zur Reinigung von Textilien Tenside als oberflächenaktive (waschaktive) Substanzen, wobei die Oberflächenspannung des Wassers in der gebildeten Waschlauge bzw. wässrigen Lösung der Waschmittel herabgesetzt wird. Im Einzelnen lagern sich die Tenside bevorzugt an der Oberfläche des Wassers bzw. der Waschlauge und damit an einer Grenzfläche an. Speziell ergibt sich eine Anlagerung der Tenside ab einer bestimmten Konzentration der Waschmittel in der Waschlauge in Form von sogenannten Mizellen, da diese energetisch günstiger sind. Diese Konzentration von Substanzen in einer wässrigen Lösung zur Bildung beispielsweise einer Waschlauge entspricht der kritischen Mizellbildungskonzentration (cmc, critical micell concentration). Mizellen lagern sich auch in Abhängigkeit von der Art des Tensids innerhalb der Waschlauge selbst an, wenn die Grenzfläche in Form der Wasseroberfläche nahezu vollständig mit den Mizellen ausgefüllt ist. Die Mizellen als Verbände (Aggregation) in unterschiedlicher Form von mehreren hundert bis tausend Tensid-Anionen zeigen somit auch im Inneren der wässrigen Lösung eine entsprechende Wechselwirkung mit dem Wasser als Grundlage der Waschlauge.
• Mittels entsprechender Verfahren kann eine Bestimmung der kritischen Mizellbildungskonzentration in Form eines Messwerts durch Messungen der Oberflächenspannung in Abhängigkeit von der Tensidkonzentration durchgeführt werden. Weitere Möglichkeiten sind in der Druckschrift EP 2 871 469 A1 angegeben.
• Es besteht ferner die Möglichkeit, die elektrische Leitfähigkeit eines derartigen fluiden Mediums, wie beispielsweise einer Waschlauge als wässrige Lösung von Waschmitteln, zur Bestimmung eines funktionellen Zusammenhangs von Mess-Signalen (Messgrößen) mit der Tensidkonzentration durchzuführen, wobei dies im Wesentlichen eine indirekte Bestimmung dieser Information durch die elektrische Leitfähigkeit darstellt. Hierzu wären insbesondere zwei Messreihen erforderlich. Eine erste Messreihe umfasst eine Information in Verbindung mit einem Übergang von einer niedrigen zu einer hohen Konzentration der Tenside in der Waschlauge, und eine zweite Messreihe erfasst die Information in Verbindung mit einem Übergang von einer hohen zu einer niedrigen Konzentration. Insbesondere ist die Bereitstellung einer zweiten Messreihe mit einer Verringerung der Konzentration in Wascheinrichtungen in der Industrie und auch in privaten Haushalten nicht auf einfache Weise möglich.
• Im Allgemeinen werden Waschmittel zur Bereitstellung einer Waschlauge als eine wässrige Lösung dieser Substanzen in flüssiger Form sowie in fester oder pulverförmiger Form auf dem Markt angeboten. In beiden Fällen erfolgt die Bildung einer wässrigen Lösung mit einer vorbestimmten und auch im Verlauf beispielsweise eines Waschvorgangs zu vergrößernden Menge an Waschmittel zur Vergrößerung der Konzentration derselben in der wässrigen Lösung. Soll im Hinblick auf eine einfache Anordnung in einer Wascheinrichtung für industrielle Anwendungen oder in privaten Haushaltungen eine Erfassung der marktüblichen Formen (nachstehend auch als Angebotsform bezeichnet) der Waschmittel durchgeführt werden, dann bestehen hierzu keine einfachen Möglichkeiten. Es sind vielmehr aufwändige Einrichtungen und Erfassungen sowie meist Laborbedingungen erforderlich, um im Hinblick auf die Angebotsform der Waschmittel (wie flüssig oder fest bzw. pulverförmig) eine genaue Unterscheidung vorzunehmen, so dass die hierfür erforderlichen Maßnahmen und Einrichtungen in einer in Großserie herstellbaren Wascheinrichtung kaum Anwendung finden können, ungeachtet dessen, dass zur Durchführung der Erfassungen auch ein Personal mit Fachkenntnissen und eine umfangreiche Datenverarbeitung mit entsprechenden Messgeräten erforderlich ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen in einer wässrigen Lösung derart auszugestalten, dass speziell unterschiedliche Formen der Substanzen und verschiedene Arten derselben in der wässrigen Lösung auf einfache und automatisierbare Weise ermittelt und unterschieden werden können.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen, die in einer wässrigen Lösung in einem Behälter vorliegen, sowie eine dazugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den in den zugehörigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Substanz, die
  in einer wässrigen Lösung in einem Behälter vorliegt und wobei eine Sensoreinrichtung in dem Behälter angeordnet ist und mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht, umfasst die folgenden Schritte:
• - Bereitstellen von Bezugswerten für bekannte flüssige und feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen der Substanzen in der wässrigen Lösung durch Erfassen eines jeweiligen Elektrolytwiderstands mittels Impedanzspektroskopie (Schritt S1),
• - Durchführen einer Erfassung des Elektrolytwiderstands einer Probe der wässrigen Lösung mit einer unbekannten Substanz für zumindest eine Konzentration und zuordnen der Substanz zu der Form fest oder flüssig (Schritt S2),
• - Bereitstellen eines Modells der Sensoreinrichtung mittels einer komplexen Kapazität, falls die unbekannte Substanz der festen Form zugeordnet wird (Schritt S3),
• - Bestimmen der komplexen Kapazität der Sensoreinrichtung in Kontakt mit der Probe der unbekannten Substanz über einen vorbestimmten Frequenzbereich und Bilden zumindest einer Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität über der Frequenz (Schritt S4),
• - Bestimmen des Auftretens eines lokalen Extremwerts der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs (Schritt S5), und
• - Zuordnen der unbekannten Substanz zu einer ersten Art oder einer zweiten Art der Substanz in Abhängigkeit davon, ob in der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität ein lokaler Extremwert auftritt (Schritt S6).
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Einrichtungen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften von bestimmten Substanzen, die in einer wässrigen Lösung in einem Behälter vorliegen, betreffen die Erfassung der Eigenschaften mittels einer Sensoreinrichtung, die in dem Behälter angeordnet ist und mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht, wobei die Eigenschaften der wässrigen Lösung die elektrischen Eigenschaften der Sensoreinrichtung in gezielter Weise beeinflussen, so dass dieser Einfluss im Einzelnen erfasst werden kann. Die Sensoreinrichtung kann die Eigenschaften der in der wässrigen Lösung enthaltenen Substanzen, und speziell die Eigenschaften von Waschmitteln unterschiedlicher Form ermitteln und die unterschiedlichen Formen unterscheiden, wobei die entsprechende Information mittels Impedanzspektroskopie gewonnen wird. Die Sensoreinrichtung wird hierzu in entsprechender Weise mit elektrischen Signalen angesteuert, wobei die Sensoreinrichtung als eine komplexe Kapazität modelliert wird. Zur Auswertung der Signale werden Bezugswerte für in ihrer Angebotsform flüssige oder feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen dieser Substanzen in der wässrigen Lösung bestimmt und gespeichert. Speziell wird in diesen Fällen ein jeweiliger Elektrolytwiderstand erfasst.
• Mittels der Sensoreinrichtung erfolgt danach die Erfassung des Elektrolytwiderstands einer bestimmten Konzentration einer unbekannten Probe der wässrigen Lösung und somit auch der in der wässrigen Lösung enthaltenen Substanz, wobei im Vergleich zu den zuvor beispielsweise experimentell ermittelten Bezugswerten eine Zuordnung der unbekannten Substanz zu einer bestimmten Angebotsform (fest oder flüssig) erfolgen kann.
• Innerhalb der Angebotsform der festen Substanzen kann des Weiteren in Verbindung mit der Bereitstellung des Modells der Sensoreinrichtung als eine komplexe Kapazität die erfasste komplexe Kapazität in frequenzabhängiger Weise innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches bestimmt werden, wobei speziell der Imaginärteil der komplexen Kapazität in Form einer Kennlinie über der Frequenz dargestellt werden kann. Bezüglich der Kennlinie kann das Auftreten lokaler Extremwerte der komplexen Kapazität innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs ermittelt werden. In Abhängigkeit davon, ob lokale Extremwerte auftreten oder nicht, kann die Substanz, mittels der die wässrige Lösung gebildet wird, einer unterschiedlichen Art (zumindest einer ersten Art oder einer zweiten Art) zugeordnet werden.
• Es kann auf diese Weise einerseits die Form des käuflichen Waschmittels (Angebotsform) bestimmt werden, und speziell, ob es sich um ein festes oder flüssiges Waschmittel handelt, mittels dessen die wässrige Lösung (Waschlauge) gebildet wird, die schließlich in Verbindung mit der Sensoreinrichtung der Analyse unterliegt.
• Es können ferner innerhalb der Gruppe der festen oder pulverförmigen Waschmittel weitere Arten der festen Waschmittel unterschieden werden, so dass die Möglichkeit besteht, in Abhängigkeit von der Angebotsform der Waschmittel und der Arten der Waschmittel und der damit verbundenen speziellen Eigenschaften einen Waschvorgang im Hinblick auf seine Effektivität (ökonomischer Aspekt) und seine ökologische Verträglichkeit zu beeinflussen. Speziell können Wascheinrichtungen hinsichtlich der einem Waschvorgang zugrunde liegenden Waschparameter gesteuert oder geregelt werden. Dies betrifft beispielsweise die einzusetzende Menge an Waschmittel (Konzentration der wässrigen Lösung oder Waschlauge), die Waschdauer, die Waschtemperatur, den Zeitpunkt des Spülens sowie die Anzahl der erforderlichen Spülvorgänge. Die entsprechenden Prozesse eines Waschvorgangs können dabei teilweise automatisiert oder auch vollautomatisch ablaufen, wobei entsprechende Wascheinrichtungen vorbestimmte Programme (Waschprogramme) aufweisen.
• Die genannten Bezugswerte oder Daten, die die Grundlage für eine Auswertung ergeben, ermöglichen eine schnelle und einfache Erfassung der Eigenschaften der Substanz bzw. der wässrigen Lösung dieser Substanz, indem auf der Basis einer Messung mittels Impedanzspektroskopie Erfassungsdaten gewonnen werden, die im Rahmen einer Auswertung mit den bereitgestellten Bezugswerten oder Daten (die auch als Referenzwerte betrachtet werden) verglichen werden können. Somit kann mit einem verminderten Aufwand für die Messung selbst, d.h. für die Erfassung einer unbekannten Probe der Substanz in der wässrigen Lösung, eine Auswertung bereit gestellt werden, die trotz eines verminderten Aufwands und einer einfachen Erfassung verlässliche und umfassende Daten über die unbekannte Probe liefert, so dass das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in einem Großserienprodukt vorgesehen sein kann und Abläufe ohne Zutun einer Bedienperson zu einem verlässlichen Ergebnis kommen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst sämtliche zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Einrichtungen.
• Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Bezugswerte gemäß Schritt S1 können für verschiedene unbekannte Substanzen experimentell bestimmt und gespeichert werden.
• Die Bezugswerte gemäß Schritt S1 können die Elektrolytwiderstände der verschiedenen bekannten Substanzen bei verschiedenen Konzentrationen in der wässrigen Lösung beinhalten.
• Es kann die Zuordnung der unbekannten Substanz zu einer ersten Form oder einer zweiten Form der Substanz durch Vergleichen der im Schritt S2 ermittelten Werte des jeweiligen Elektrolytwiderstands mit den Bezugswerten erfolgen.
• Der Schritt S4 des Bestimmens der komplexen Kapazität kann den Schritt des Bestimmens der komplexen Kapazität über dem vorbestimmten Frequenzbereich für eine Mehrzahl unterschiedlicher Konzentrationen der unbekannten Substanz in der wässrigen Lösung und Bilden einer jeweiligen Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität umfassen.
• Der Schritt S5 des Bestimmens des Auftretens lokaler Extremwerte kann den Schritt des Bestimmens des Auftretens eines lokalen Maximums und eines lokalen Minimums in zumindest einer der Kennlinien des Imaginärteils der komplexen Kapazität über der Frequenz durch Bilden der ersten Ableitung nach der Frequenz umfassen.
• Der Schritt S2 des Erfassens des Elektrolytwiderstands kann den Schritt des Erfassens eines Impedanzspektrums über den vorbestimmten Frequenzbereich für die unbekannte Substanz und eine bestimmte Konzentration der wässrigen Lösung und das Bestimmen des Elektrolytwiderstands bei dem Maximalwert des Imaginärteils der komplexen Impedanz umfassen.
• Das Ermitteln des Impedanzspektrums kann das Ermitteln von komplexen Impedanzwerten der Sensoreinrichtung unter dem Einfluss der wässrigen Lösung im vorbestimmten Frequenzbereich umfassen.
• Das Modell der Sensoreinrichtung kann die komplexe Kapazität mit einem Realteil und einem Imaginärteil derselben umfassen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung (Vorrichtung) zur Durchführung von Erfassungen mittels Impedanzspektroskopie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• 2 eine vereinfachte schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1, die beispielsweise in einem Gerät verwendet und dort angeordnet ist,
• 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Erfassungsergebnisse (Kennlinie) der Impedanzspektroskopie in der komplexen Impedanzebene (Nyquist-Diagramm),
• 4 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Erfassungsergebnissen des Elektrolytwiderstands verschiedener Substanzen über der Konzentration in einer wässrigen Lösung,
• 5 eine graphische Darstellung der Erfassungsergebnisse von 4 in der Anordnung gemäß einer Kastengrafik (Boxplot),
• 6 eine graphische Darstellung des Verlaufs der komplexen Kapazität über der Frequenz mit Extremwerten auf der Basis der Messung einer Substanz einer ersten Art,
• 7 eine graphische Darstellung des Verlaufs der komplexen Kapazität über der Frequenz ohne Extremwerte auf der Basis der Messung einer Substanz einer weiteren Art, und
• 8 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen in einer wässrigen Lösung.
• Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele:
• Nachstehend werden anhand des in 1 gezeigten schematischen Blockschaltbilds der Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie in Verbindung mit den weiteren Figuren das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel beschrieben.
• 1 zeigt die Vorrichtung 1 zur Erfassung der Eigenschaften von Substanzen, die vorzugsweise in einer wässrigen Lösung bzw. einem fluiden Medium 3 angeordnet bzw. gelöst sind (nachstehend vereinfacht als „die Vorrichtung 1“ bezeichnet), wobei die Vorrichtung 1 in einem Behälter 2 angeordnet ist und in Kontakt steht mit dem dort befindlichen fluiden Medium 3 in Form der wässrigen Lösung, in der die Substanz (oder auch mehrere Substanzen) gelöst sind. Der Begriff des Behälters ist hierbei in sehr allgemeiner Form aufzufassen, wobei es sich beispielsweise um einen Tank in einer Maschine, einen Laugenbehälter einer Wascheinrichtung (Waschmaschine) oder einen sonstigen Behälter handelt, der zur Aufnahme des fluiden Mediums bzw. der wässrigen Lösung geeignet ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine dieser Behälterarten beschränkt.
• In dem Behälter 2 ist die wässrige Lösung 3 mit der unbekannten Substanz in einer ausreichenden Menge angeordnet. Die unbekannte Substanz unterliegt der Erfassung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei speziell die wässrige Lösung 3 mittels der Sensoreinrichtung 4 hinsichtlich ihrer Eigenschaften (der interessierenden Eigenschaften) erfasst werden kann. Die Sensoreinrichtung 4 ist daher ganz oder zumindest teilweise von der wässrigen Lösung 3 umgeben bzw. umströmt, wobei die Sensoreinrichtung 4 soweit von der wässrigen Lösung 3 umgeben ist, dass eine ausreichend verlässliche und nachvollziehbare (d. h. stabile und reproduzierbare) Messung gewährleistet ist.
• Grundsätzlich können verschiedene fluide Medien oder wässrige Lösungen vorgesehen sein. Zur Vereinfachung der Darstellung und der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden ohne Beschränkung hierauf der Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung anhand einer wässrigen Lösung beschrieben, in der ein Reinigungsmittel oder Waschmittel oder auch mehrere derartige Substanzen gelöst sind. Die wässrige Lösung 3 stellt somit im allgemeinen Sinn eine Waschlauge dar und ist zur Ionenbildung fähig. Des Weiteren wird ein Waschmittel ungeachtet der Angebotsform als ein Gemisch verschiedener waschaktiver Substanzen und Hilfsstoffe betrachtet, wobei die spezielle Zusammensetzung von Waschmitteln für eine Anwendung in der Industrie oder in privaten Haushalten im Allgemeinen von den Herstellern nicht offengelegt wird und daher bis auf die wesentlichen allgemein üblichen oder unerlässlichen Komponenten weitgehend unbekannt ist. Herstellerangaben beschränken sich daher auf die wesentlichen Komponenten eines jeweiligen Waschmittels ohne entsprechende Mengenanteile.
• Die Vorrichtung 1 umfasst gemäß 1 des Weiteren eine Steuerungseinrichtung 5, die einerseits zur Steuerung und/oder Regelung der gesamten Abläufe der Erfassung mittels der Impedanzspektroskopie dient, und andererseits eine Ansteuerung der Sensoreinrichtung 4 bewirkt, sowie eine Auswertung der von der Sensoreinrichtung 4 abgegebenen Signale (Erfassungssignale, Mess-Signale) steuert und durchführt.
• Die Steuerungseinrichtung 5 umfasst eine Ansteuerungseinrichtung 6, die mit der Sensoreinrichtung 4 verbunden ist und die, entsprechend innerhalb der Steuerungseinrichtung 5 erzeugter Anweisungen und Befehle, die Sensoreinrichtung 4 mit jeweils elektrischen Signalen ansteuert. Beispielsweise werden an die Sensoreinrichtung 4 zur Durchführung entsprechender Messungen Ströme und Spannungen in Verbindung mit vorbestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen angelegt. Die Steuerungseinrichtung 5 kann dabei auch vorgesehen sein zur Erfassung der Temperatur der wässrigen Lösung 3, und kann hierzu mit zumindest einer in den Figuren nicht gezeigten Temperaturerfassungseinrichtung verbunden sein. Alternativ kann ferner die Ansteuerungseinrichtung 6 auch außerhalb der Steuerungseinrichtung 5 als separate Einheit vorgesehen sein, wobei die Sensoreinrichtung 4 und die Ansteuerungseinrichtung 6 in einer alternativen Anordnung hinsichtlich ihrer Funktion zu einer Messeinrichtung zusammengefasst werden können.
• Die Steuerungseinrichtung 5 kann ferner mit einer Steuereinheit 7 verbunden werden, die direkt in Zusammenhang mit dem Behälter 2 steht. Wird beispielsweise angenommen, dass der Behälter 2 der Laugenbehälter einer Wascheinrichtung (Waschgerät, Waschmaschine) ist, dann stellt die Steuereinheit 7 die eigene Einrichtung zur elektronischen Steuerung der Wascheinrichtung dar, wobei ein Benutzer ein Arbeitsprogramm entsprechend dem Bedarf einstellen kann. Die Wascheinrichtung ist mit Bezugszeichen 9 in 2 gezeigt. In der Wascheinrichtung 9 werden die entsprechenden Abläufe jeweiliger Waschvorgänge im Einzelnen gesteuert oder geregelt. Die Steuerungseinrichtung 5 kann in Abhängigkeit von Messergebnissen in Verbindung mit der Sensoreinrichtung 4 die Steuereinheit 7 dahingehend beeinflussen, dass in Abweichung von einem vorbestimmten (zuvor eingestellten oder gewählten) Programm beispielsweise eine größere oder kleinere Wassermenge oder Waschmittelmenge eingesetzt oder beispielsweise auch eine Veränderung der Waschtemperatur und der Waschzeit vorgenommen werden. Somit kann durch die Steuerungseinrichtung 5 in Verbindung mit der Steuereinheit 7 eine variable Steuerung oder auch eine Regelung von Einzelfunktionen der Wascheinrichtung vorgenommen werden. Mittels eines Pfeils P ist gemäß der Darstellung in 1 (sowie in 2) die Einflussnahme der Steuereinheit 7 auf den Waschvorgang vereinfacht und schematisch angedeutet.
• Die Steuerungseinrichtung 5 umfasst ferner eine Speichereinrichtung 8, in der zur Durchführung der Erfassung der Materialeigenschaften in Verbindung mit der Anwendung der Impedanzspektroskopie entsprechende Daten, Bezugswerte (Referenzwerte) und Programme gespeichert sind. Es werden ferner im Verlauf des Waschvorgangs relevante Daten oder Ergebnisse von Messungen als aktuelle Daten oder Erfassungsdaten gespeichert. Auf diese Daten kann seitens der Steuerungseinrichtung 5 zugegriffen werden. Sie können auch für einen Benutzer zur Anzeige gebracht werden.
• Innerhalb der Steuerungseinrichtung 5 werden entsprechende Anweisungssignale erzeugt, die mittels der Ansteuerungsvorrichtung 6 der Sensoreinrichtung 4 zugeführt werden, und entsprechend den vorbestimmten Signalen der physikalischen Größen, wie Strom und Spannung sowie mit bestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen werden Erfassungssignale an der Sensoreinrichtung 4 aufgenommen und verarbeitet, gegebenenfalls in Verbindung mit aus der Speichereinrichtung 8 ausgelesenen Programmen oder Daten. Wie es nachstehend noch im Einzelnen beschrieben ist, werden in der Speichereinrichtung 8 der Steuerungseinrichtung 5 Programme und Grunddaten gespeichert, sowie entsprechende Daten und Messergebnisse früherer Messungen oder auch Referenzdaten, auf die im Verlauf von Messungen und bei der Auswertung zurück gegriffen werden kann, so dass beispielsweise ein Vergleich aktuell gemessener Daten mit früheren Grunddaten oder Referenzdaten durchgeführt werden kann zur Bestimmung der Eigenschaften der wässrigen Lösung 3 bzw. der gelösten Substanz. Die früheren Grunddaten oder Referenzdaten können beispielsweise experimentell vorab bestimmt werden. In Abhängigkeit vom Erfassungsergebnis einerseits (Messung) und einem Vergleichsergebnis andererseits (Auswertung) kann im Falle einer Wascheinrichtung die Steuereinheit 7 angewiesen werden, bestimmte Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Waschmittelkonzentration, eine Wassermenge oder auch eine Waschtemperatur einzustellen, zu ändern oder beizubehalten.
• Gemäß 1 ist die Vorrichtung 1 zur Erfassung der Eigenschaften von Substanzen in der wässrigen Lösung 3 einschließlich der Sensoreinrichtung 4 und der Steuerungseinrichtung 5 in einer allgemeinen Form und schematisch vereinfacht dargestellt. 2 zeigt ergänzend die Anordnung der Vorrichtung bei der Anwendung beispielsweise in einer Wascheinrichtung 9, wobei die vorliegende Erfindung auf diese beispielhafte Anwendung nicht beschränkt ist.
• Gemäß der Darstellung in 2 ist das fluide Medium oder die wässrige Lösung 3 der zu überprüfenden Substanz (hier beispielsweise eines Waschmittels in einer Waschlauge) in einem Laugenbehälter 10 der Wascheinrichtung 9 angeordnet, und es befindet sich die Sensoreinrichtung 4 vorzugsweise in einem tieferen Bereich des Laugenbehälters 10, so dass die Sensoreinrichtung 4 in Kontakt mit der wässrigen Lösung 3 gelangt. Die Sensoreinrichtung 4 ist ferner mit der Steuerungseinrichtung 5 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 5 umfasst beispielsweise die Ansteuerungseinrichtung 6 sowie die Speichereinrichtung 8. Die Steuerungseinrichtung 5 ist ferner mit der Steuereinheit 7 der Wascheinrichtung 9 verbunden, und mittels eines Pfeils P ist in gleicher Weise wie in 1 die Einflussnahme auf beispielsweise den Waschvorgang oder die Zusammensetzung der wässrigen Lösung 3 veranschaulicht.
• Die in dem Behälter 2 entsprechend dem Laugenbehälter 10 angeordnete Sensoreinrichtung 4 zur Erfassung der Eigenschaften der in der wässrigen Lösung 3 gelösten Substanz kann auch als eine Messzelle bezeichnet werden und ist gemäß der Darstellung in den 1 und 2 in vereinfachter Weise im Wesentlichen in Form eines Plattenkondensators 11 dargestellt. Zwischen den Platten des Plattenkondensators 11 der Sensoreinrichtung 4 befindet sich die wässrige Lösung 3 als ein zur Ionenbildung neigendes Medium, wobei dieses Medium in Form der wässrigen Lösung 3 für den Plattenkondensator 11 der Sensoreinrichtung 4 ein Dielektrikum darstellt und in dieser Anordnung mit diesem in Verbindung steht. Es wird angenommen, dass sich zur Sicherstellung einer verlässlichen Messung bzw. Erfassung eine ausreichende Menge der wässrigen Lösung 3 zwischen den Platten des Plattenkondensators 11 befindet, so dass ein angemessener Einfluss des Dielektrikums auf das elektrische Verhalten der Sensoreinrichtung 4 gewährleistet ist.
• Wird zwischen den Platten des Plattenkondensators 11 durch Anlegen einer Spannung ein elektrisches Feld ausgebildet, das ein Gleichfeld bei Gleichspannungsgrößen oder ein Wechselfeld bei Wechselspannungsgrößen ist, treten in der wässrigen Lösung 3 und insbesondere bei den verschiedenen in der wässrigen Lösung 3 enthaltenen Ionen entsprechende Reaktionen auf, so dass durch die wässrige Lösung 3 als Dielektrikum die kapazitiven Eigenschaften des Plattenkondensators 11 der Sensoreinrichtung 4 beeinflusst werden. Die Einflüsse der wässrigen Lösung 3 auf die Kapazität des Plattenkondensators 11 der Sensoreinrichtung 4 kann erfasst und im Hinblick auf die Eigenschaften des Dielektrikums, und somit die Eigenschaften der wässrigen Lösung 3 und der darin gelösten Substanz ausgewertet werden. Insbesondere ist die Beeinflussung der Kapazität der Sensoreinrichtung 4 (d. h. des Plattenkondensators 11) bei Anlegen einer Wechselspannung frequenzabhängig, so dass einerseits die sich damit ergebende gesamte Impedanz frequenzabhängig ist und, wie es nachstehend noch beschrieben wird, auch die Kapazität selbst eine Frequenzabhängigkeit durch die frequenzabhängigen Eigenschaften des Dielektrikums aufweist. Es wird mittels dieser Anordnung eine Messung in Verbindung mit der Impedanzspektroskopie durchgeführt.
• Die einfache Bauform des Plattenkondensators 11 als Sensoreinrichtung 4 dient zur Veranschaulichung der prinzipiellen Anordnung und der Wirkungsweise der Sensoreinrichtung 4, wobei abgewandelte Bauformen möglich und für bestimmte Anwendungen auch zweckmäßig sind. Beispielsweise können auch Sensoreinrichtungen mit zylinderförmigen Elektroden oder mit flachen auf einem Substrat angeordneten Elektroden verwendet werden. Zur Ansteuerung der Sensoreinrichtung 4 kann die Ansteuerungseinrichtung 6 der Steuerungseinrichtung 5 einen Prüf- oder Testsignalgenerator aufweisen, dessen Frequenzen oder Frequenzbereiche beliebig einstellbar sind und wobei Ansteuerungssignale erzeugt werden, beispielsweise innerhalb eines Frequenzbereichs von 1 MHz bis 120 MHz, und beispielsweise von 40 Hz bis 110 MHz. Es werden diese Bereiche als der vorbestimmte Frequenzbereich bezeichnet.
• Gemäß den 1 und 2 ist eine Zuführungseinrichtung 12 vorgesehen, die in der Wascheinrichtung 9 angeordnet ist und dazu dient, entsprechend vorbestimmter Bedingungen eine bestimmte Menge eines flüssigen oder festen Waschmittels (Substanz zur Bildung der wässrigen Lösung) dem Laugenbehälter 10 entsprechend dem Behälter 2 zuzuführen. Bedarfsweise kann die Zuführungseinrichtung 12 auch mit einem Frischwasseranschluss verbunden sein. Die Zuführungseinrichtung weist im Allgemeinen einen Vorrat an Waschmittel auf, aus dem die gesteuerte Dosierung entsprechend den erfassten Bedingungen und dem betreffenden Waschprogramm erfolgt. Mit einer Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung 5 kann eine vorbestimmte Menge des Waschmittels (Substanz) zugeführt und in den Laugenbehälter 10 eingebracht werden. Werden eine bestimmte Menge an Frischwasser und eine bestimmte Waschmittelmenge in den Laugenbehälter 10 eingebracht, dann wird das fluide Medium in Form der wässrigen Lösung 3 gebildet, und kann mittels der Sensoreinrichtung 4 und einer entsprechenden Ansteuerung hinsichtlich bestimmter Eigenschaften gemessen werden. Die wässrige Lösung 3 (beispielsweise im vorliegenden Fall die Waschlauge) kann in Abhängigkeit von der Menge an Frischwasser und der Dosierung des Waschmittels (und auch von weiteren erwünschten oder unerwünschten Stoffen) eine bestimmte Konzentration c aufweisen. Speziell betrifft der Begriff der Konzentration c im vorliegenden Fall die Menge einer Substanz bzw. hier beispielhaft die Menge eines Waschmittels, auf der Basis dessen die wässrige Lösung 3 gebildet wird, und die beispielsweise in Gramm pro Liter (g/l) dimensioniert wird.
• Wie es ferner aus 2 erkennbar ist, kann die Vorrichtung 1 ohne Weiteres beispielsweise in eine bestehende und handelsübliche Wascheinrichtung 9 (Waschgerät, Waschmaschine) eingebaut werden, wobei lediglich die Sensoreinrichtung 4 und die Steuerungseinrichtung 5 (einschließlich beispielsweise der Ansteuerungseinrichtung 6 und der Speichereinrichtung 8) zu berücksichtigen sind bzw. vorgesehen sein müssen. Neben der Anwendung bei Waschgeräten wie der Wascheinrichtung 9 besteht auch die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Anordnung und das mit der Anordnung durchzuführende erfindungsgemäße Verfahren in jedem anderen Gerät bei jeder Art fluider Medien anzuwenden, bei denen im Wesentlichen eine wässrige Lösung vorliegt und eine Ionenbildung möglich ist. Die beispielhafte und nicht einschränkende Darstellung der vorliegenden Erfindung erfolgt unter Bezugnahme auf die Wascheinrichtung 9 mit einer Waschlauge als das Medium oder die wässrige Lösung 3.
• 3 zeigt in vereinfachter und schematischer Darstellung ein Erfassungsergebnis, das mittels der Impedanzspektroskopie in Verbindung mit der Sensoreinrichtung 4 erhalten wird. Wird die Sensoreinrichtung 4 durch die Steuerungseinrichtung 5 (bzw. mittels der Ansteuerungseinrichtung 6) mit entsprechenden elektrischen Signalen zur Durchführung von Messungen angesteuert und werden die Erfassungsergebnisse als Systemantwort entsprechend aufgenommen und ausgewertet, dann ergibt sich für einen vorbestimmten Frequenzbereich für eine bestimmte Substanz oder wässrige Lösung (für vorbestimmte Bedingungen und speziell für eine vorbestimmte Konzentration c) eine sogenannte Impedanzkennlinie, wobei die Impedanzkennlinie (nachstehend vereinfacht als Kennlinie K bezeichnet) in 3 veranschaulicht ist und damit den Frequenzgang der Impedanz Z(ω) nach Größe und Phasenwinkel φ in der komplexen Impedanzebene darstellt. Jeder Punkt der Kennlinie K besteht somit aus der komplexen Impedanz Z, die in der komplexen Impedanzebene mit einem Realteil Re (Z) und einem Imaginärteil Im (Z) mit negativen Werten dargestellt ist. 3 zeigt für eine bestimmte Impedanz Z(ω) bei einem Frequenzwert fn einen Zeiger bzw. Impedanzzeiger zu einem Punkt Pn auf der Kennlinie K (Ortskurve der Impedanzzeiger). Jeder Impedanzwert der Kennlinie K besteht aus dem Realteil Re (Z) und dem Imaginärteil Im (Z), ungeachtet dessen, dass die auf der Abszisse zur Bezeichnung des Realteils liegenden Punkte einen Imaginärteil von 0 aufweisen, und auf der Ordinate zur Bezeichnung des Imaginärteils liegende Punkte einen Realteil von 0 aufweisen. Die Einheit des Realteils und Imaginärteils ist jeweils Ohm (V/A = Ω). Der Laufparameter der Kennlinie K ist die Frequenz f oder die Winkelgeschwindigkeit ω = 2πf. In 3 ist die Richtung der ansteigenden Frequenzen bezeichnet.
• Die komplexe Impedanz Z(ω) wird zur Vereinfachung nachstehend vereinfacht als Impedanz Z bezeichnet. Aus dem Verlauf der Impedanzkennlinie bzw. Kennlinie K ergeben sich nach einer entsprechenden Auswertung die interessierenden Eigenschaften des als Dielektrikum im Plattenkondensator 11 dienenden Mediums und hier speziell der wässrigen Lösung 3 mit der zu überprüfenden gelösten Substanz. In Verbindung mit der Impedanzspektroskopie werden zur Erfassung eines Werts der Impedanz Z der Realteil Re (Z) und der Imaginärteil Im (Z) der Impedanz oder des Impedanzzeigers in der komplexen Impedanzebene (auch als Impedanzvektor bezeichnet) entsprechend einer vorbestimmten Frequenz f (und gemäß der graphischen Darstellung) bestimmt, woraus die benötigten Werte wie die Impedanz, ihr Betrag und der Phasenwinkel φ ermittelt werden können. Die Frequenz f der Ansteuerungssignale für die Sensoreinrichtung 4 steigt in Richtung des Ursprungs der Darstellung an. Die Darstellung einer Impedanzkennlinie gemäß 3 in der Impedanzebene wird auch als Nyquist-Diagramm bezeichnet.
• Bei der Impedanzspektroskopie wird somit der Impedanzzeiger über einen bestimmten Frequenzbereich f (oder einen entsprechenden Bereich von Winkelgeschwindigkeiten ω) zu diskreten Frequenzwerten aus diesem Frequenzbereich aufgenommen. Insbesondere wird in Verbindung mit der Impedanzspektroskopie auch zu Strom und Spannung der Phasenunterschied zwischen diesen beiden Größen als der Phasenwinkel φ erfasst (siehe 3). Der der Impedanzspektroskopie unterzogene Prüfling ist im Wesentlichen die Sensoreinrichtung 4 als eine Sensorzelle oder Messzelle einschließlich des Mediums oder der wässrigen Lösung 3 als Dielektrikum, wobei eine kapazitive und eine resistive Messung (Leitwertmessung) möglich sind, und wobei die Sensoreinrichtung 4 im Wesentlichen in Form des Plattenkondensators 11 gemäß der Darstellung in 1 aufgebaut sein kann, ohne dass jedoch die Erfindung hierauf beschränkt ist. Es sind weitere Ausführungen des Kondensators der Sensoreinrichtung 4 denkbar, dessen elektrische Eigenschaften frequenzabhängig sind und durch das Dielektrikum weiter und zusätzlich frequenzabhängig beeinflusst werden.
• 3 zeigt den Impedanzverlauf bzw. die Kennlinie K einer Substanz in der wässrigen Lösung 3 mit einer bestimmten Konzentration c über einem vorbestimmten Frequenzbereich in der komplexen Impedanzebene. Es ergibt sich im Bereich der Abszisse zur Bezeichnung des Realteils Re (Z) ein charakteristischer Punkt als der erste Punkt P1, dem beispielsweise eine Frequenz f1 auf der Kennlinie K zugeordnet werden kann. Der erste Punkt P1 befindet sich bei dem Maximalwert des Imaginärteils (wobei der Imaginärteil im Allgemeinen in dieser Kennliniendarstellung negative Werte aufweist) auf der Kennlinie K und stellt in dieser Anordnung den sogenannten Elektrolytwiderstand RE dar. Im Einzelnen repräsentiert somit der Realteil Re (Z) des ersten Punkts P1 den Elektrolytwiderstand RE.
• Der Elektrolytwiderstand RE beschreibt im Wesentlichen die Leitfähigkeit des fluiden Mediums und im vorliegenden Fall der wässrigen Lösung 3 mit einer darin gelösten Substanz der Konzentration c. Infolge des Übergang zwischen den Platten des Plattenkondensators 11 gemäß 1 und der wässrigen Lösung 3 entstehen in Verbindung mit der Ionenbildung kapazitive Komponenten, so dass der Elektrolytwiderstand RE im Allgemeinen nicht auf einfache Weise mittels Anlegen einer Gleichspannung an die Sensoreinrichtung 4 bestimmt oder erfasst werden kann. Der Elektrolytwiderstand RE lässt sich elektrochemisch als eine Superposition sämtlicher in der wässrigen Lösung 3 gelösten Ionen deuten, die als mobile Ladungsträger innerhalb der wässrigen Lösung 3 zu betrachten sind und die sich in der wässrigen Lösung 3 bewegen oder in bestimmten Bereichen dauerhaft oder zeitweilig konzentrieren oder anlagern.
• Liegt an einer Elektrodenoberfläche, wie den Platten des schematisch dargestellten Plattenkondensators 11 der Sensoreinrichtung 4 gemäß 1, eine bestimmte Spannung und befinden sich somit die Elektrodenoberflächen auf einem jeweiligen bestimmten elektrischen Potential, dann versuchen Ionen (Überschuss-Ionen), die in einem Elektrolyten und beispielsweise der wässrigen Lösung 3 enthalten sind, sich der jeweiligen Elektrodenoberfläche entsprechend ihrer Ladung möglichst weit zu nähern. Da die Ionen jedoch von einer Hydrathülle umgeben sind, gelingt diese Annäherung an die Elektrodenoberfläche im Sinne einer aktiven Fläche der Platten des Plattenkondensators 11 nur bis zu einem bestimmten Abstand, der durch die Hydrathülle beeinflusst bzw. vorgegeben ist.
• Ein Austausch der Ladungen wird durch die Solvatisierung der Ionen verhindert, so dass sich eine sogenannte Helmholtz-Doppelschicht an einer jeweiligen Elektrode (entsprechend einer Platte des Plattenkondensators 11 gemäß 1) ausbildet. Es befindet sich daher die Helmholtz-Doppelschicht, die auch als elektrochemische Doppelschicht bezeichnet wird, an der Phasengrenze zwischen der Elektrode und dem Elektrolyten, der hier in Form der wässrigen Lösung 3 vorliegt. Somit wirkt in elektrischer Hinsicht die Helmholtz-Doppelschicht wie ein zusätzlicher Plattenkondensator innerhalb des Plattenkondensators 11 und jeweils in Verbindung mit der betreffenden Platte oder Elektrode des Plattenkondensators 11 innerhalb des Mediums 3 und durch das ausgebildete Wechselfeld bewirkt. Eine derartige Doppelschicht kann im Allgemeinen eine sehr hohe und teilweise variable Kapazität aufweisen. Die vorstehenden Betrachtungen folgen demgegenüber einem vereinfachten Modell einer starren Helmholtz-Doppelschicht. Für weitergehende Betrachtungen kann das Modell für den entsprechenden Sachverhalt verfeinert werden.
• Nach der Beschreibung der grundlegenden Eigenschaften und des Aufbaus der Vorrichtung als Voraussetzung zur Durchführung des Verfahrens wird nun das Verfahren in Verbindung mit den weiteren 4 bis 8 beschrieben.
• 4 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von ermittelten Werten des jeweiligen Elektrolytwiderstands RE für wässrige Lösungen von Waschmitteln mit unterschiedlicher Angebotsform. Die graphische Darstellung betrifft die Angebotsform im Hinblick auf einerseits flüssige Waschmittel und andererseits feste bzw. pulverförmige Waschmittel. Die festen bzw. pulverförmigen Waschmittel werden nachstehen pauschal als feste Waschmittel im Vergleich zu den flüssigen Waschmitteln bezeichnet. Diese sind jeweils in unterschiedlichen Konzentrationen in Wasser zur Bildung der wässrigen Lösung 3 gelöst. Der jeweilige Elektrolytwiderstand RE ist in Abhängigkeit von der Konzentration c der betreffenden Substanz (des betreffenden Waschmittels, d. h. eines vorbestimmten Gemischs von Waschsubstanzen eines Waschmittels) in Wasser angegeben. Die Darstellung zeigt somit Widerstandwerte (RE in Ohm; V/A = Ω) je Waschmittel und entsprechend der jeweiligen Konzentration c. Es kann damit der Verlauf der Werte des Elektrolytwiderstands RE eines einzelnen Waschmittels bei der betreffenden Konzentration (und auch relativ zur kritischen Mizellbildungskonzentration) betrachtet werden. Grundsätzlich besteht dabei die Möglichkeit, die Konzentration c in Gewichtseinheiten je Gewichts- oder Volumeneinheit des Lösemittels (Wasser) anzugeben, beispielsweise in Gramm pro Liter.
• Die vorliegende Darstellung beruht demgegenüber auf relativen Verhältnissen der Konzentration der Substanz in der wässrigen Lösung 3 in Abhängigkeit von der vorstehend angegebenen Konzentration c in Verbindung mit der Bildung der Mizellen. Mit 100 ist auf der Abszisse die betreffende Konzentration c als kritische Mizellbildungskonzentration (cmc) bezeichnet, und die weiteren Angaben beziehen sich jeweils auf Prozentangaben relativ zur kritischen Mizellbildungskonzentration (entsprechend 100%) der betreffenden Substanzen in Wasser zur Bildung der wässrigen Lösung 3. Mit der Angabe einer Konzentration c von 50 % cmc liegt eine Konzentration der betreffenden Substanz bzw. des Waschmittels vor, die etwa der Hälfte der Konzentration für die kritische Mizellbildungskonzentration cmc beträgt. Es gilt dies sinngemäß für die übrigen Angaben zur Konzentration c in den grafischen Darstellungen der nachstehend noch beschriebenen Figuren.
• Der obere Bereich der erfassten Werte in 4 betrifft die flüssigen Waschmittel, und wird daher als Bereich F der flüssigen Waschmittel bezeichnet. In Abhängigkeit von den individuellen Eigenschaften des Waschmittels ergeben sich die in dem Bereich F (flüssig) dargestellten Werte des Elektrolytwiderstands RE. Zur besseren Abgrenzung des Bereichs F ist mit entsprechenden Linien eine Hüllkurve eingezeichnet. Jeweilige Mess- oder Erfassungswerte sind mittels der Sensoreinrichtung 4 bei einer vorbestimmten Frequenz, z. B. der Frequenz f1 entsprechend dem Elektrolytwiderstand RE gewonnen.
• In gleicher Weise gilt dies für den unteren oder zweiten Bereich P (fest bzw. pulverförmig), in welchem die Messwerte für die in fester Form oder in Form eines Pulvers vorliegenden Waschmittel angegeben sind. Auch hier ist zu den einzelnen Messwerten bzw. Gruppen derselben eine zugehörige Hüllkurve zur besseren Abgrenzung der jeweiligen Bereiche angegeben.
• Aus der graphischen Darstellung gemäß 4 geht somit hervor, dass sich einerseits der Elektrolytwiderstand RE mit zunehmender Konzentration c vermindert, und sich andererseits die jeweiligen Werte des Elektrolytwiderstands RE über der Waschmittelkonzentration c (Konzentration der wässrigen Lösung 3) in getrennte Bereiche F und P für die flüssig vorliegenden Waschmittel und die fest (pulverförmig) vorliegenden Waschmittel einteilen lassen. In jedem Fall treten innerhalb der mittels Impedanzspektroskopie durchgeführten Messungen bei verschiedenen Konzentrationen c zum Erhalten des jeweiligen Elektrolytwiderstands RE entsprechende Streuungen auf. Die erfassten und in 4 gezeigten Messwerte bzw. Punkte in der Darstellung innerhalb der Hüllkurven stammen von einzelnen Waschmitteln, hier beispielsweise fünf verschiedene Waschmittel mit ähnlichen jedoch nicht identischen Eigenschaften innerhalb des jeweiligen Bereichs flüssig F oder fest P. Jeder Messpunkt in 4 repräsentiert somit ein individuelles Waschmittel (aus dem jeweiligen Bereich) bei einer bestimmten Konzentration c relativ zur cmc als 100% und vorbestimmten Frequenz. In der Darstellung von 4 überlappen sich einige der Messpunkt bzw. können dicht beieinander liegen.
• Zur günstigen Darstellung der Werteverteilung und entsprechender Streuungen werden die erfassten Werte ergänzend mittels einer sogenannten Kastengrafik oder einem Boxplot dargestellt. Dies ist in 5 gezeigt. Die Kastengrafik von 5 beruht somit auf denselben Werten, die der Darstellung in 4 zugrunde liegen und ermöglicht vorteilhaft das bessere Erkennen von Wertebereichen und Grenzen zwischen Bereichen sowie das Ausmaß der Streuung der Werte.
• 5 zeigt in Verbindung mit der vorstehend angegebenen Boxplot-Darstellung somit speziell die Verteilung von Daten oder Messwerten der verschiedenen Waschmittelformen (Angebotsformen; flüssig oder fest) im Zusammenhang mit der Erfassung des jeweiligen Elektrolytwiderstands RE (Ordinatenachse) in Verbindung mit einer Erfassung des Impedanzspektrums mittels der Impedanzspektroskopie, wobei die Anordnung der beteiligten Komponenten gemäß den 1 und 2 vorliegt. Die Abszissenachse ist bei dem vorliegenden Beispiel nicht bezeichnet.
• Die Darstellung in 5 beruht auf denselben erfassten Werten des Elektrolytwiderstands RE der verschiedenen Waschmittel wie die Darstellung in 4. Im Vergleich zur Darstellung in 4 zeigt die Grafik gemäß 5 jedoch sämtliche erfasse Werte eines jeweiligen Bereichs F oder P in einem Block, so dass ein Block die gesamte Information der Messungen der verschiedenen Waschmittel einer Angebotsform aufweist. Aus der Grafik gemäß 5 ergibt sich eine gut erkennbare Abgrenzung zwischen den Werten des einen und anderen Bereichs F und P in einer vorteilhaften Darstellung. Die Grafik gemäß 5 lässt die Grenze zwischen den Werten der jeweiligen Angebotsform deutlicher werden. Während somit gemäß 4 die individuellen Erfassungs-Werte der jeweiligen Waschmittel erkennbar sind, wird die Gesamtheit dieser Werte in der Grafik von 5 zusammengefasst dargestellt, wobei die jeweiligen Bereiche deutlicher werden.
• In der Darstellung gemäß 5 ist erkennbar, dass die jeweiligen Mess- oder Erfassungswerte für die verschiedenen Angebotsformen der Waschmittel (flüssig oder fest) unterschiedlich sind hinsichtlich der absoluten Werte, und ebenfalls eine unterschiedliche Streuung und Verteilung aufweisen. Eine Grenze zwischen den so genannten Antennen oder „whisker“ ergibt sich durch den Bereich der Maximalwerte der Waschmittel in fester Form (linke Seite der Darstellung in 5) und den Bereich der Minimalwerte der Flüssigwaschmittel (rechte Seite der Darstellung in 5). Bezüglich der unteren Werte der festen Waschmittel und der oberen Werte der flüssigen Waschmittel liegen offene Grenzen vor. Die Boxplot-Darstellung oder Kastengrafik gemäß 5 (in gleicher Weise wie die Kennliniendarstellung in 4) ermöglicht somit eine sehr anschauliche Darstellung der Unterschiede zwischen den festen Waschmitteln und somit der einen Angebotsform (P), und den flüssigen Waschmitteln und somit der anderen Angebotsform (F).
• Mit der Darstellung in den 4 und 5 werden Grundinformationen, Bezugswerte oder Referenzwerte in Verbindung mit dem Elektrolytwiderstand RE bestimmt, mittels denen Messwerte einer unbekannten Probe verglichen werden können, so dass eine unbekannte Probe hinsichtlich der Angebotsform (F oder P) des der Probe zugrunde liegenden Waschmittels (Substanz) durch einen Vergleich der Werte mit den Referenzwerten der 4 und 5 bestimmt werden kann. Es kann somit die Substanz, die zur Bildung des Mediums bzw. der wässrigen Lösung 3 in Wasser gelöst ist, durch die erfindungsgemäße Messung oder Erfassung einer bestimmten Angebotsform eindeutig zugeordnet werden.
• Nach der Bestimmung der Angebotsform beziehen sich die weiteren Maßnahmen gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Angebotsform der festen Waschmittel (Substanzen), wobei innerhalb der Gruppe der festen Waschmittel weitere Untergruppen unterschieden werden können, wie dies nachstehend betrachtet wird. Speziell werden die Unterscheidung weiterer Gruppen oder Arten der Angebotsform der festen Waschmittel, die Maßnahmen zum Erhalt der Erfassungsergebnisse und die Interpretation der Erfassungsergebnisse nachstehend im Einzelnen beschrieben.
• Eine Unterscheidung verschiedener Arten von festen Waschmitteln innerhalb der Angebotsform der festen bzw. pulverförmigen Waschmittel kann in Verbindung mit Betrachtungen einer komplexen Kapazität C(ω) durchgeführt werden. Bei der komplexen Kapazität C(ω) handelt es sich um eine Kapazität eines Kondensators, wobei die Kapazität selbst frequenzabhängig ist und somit einen Realteil Cr und einen Imaginärteil Cj aufweist. Es ergibt sich somit die komplexe frequenzabhängige Kapazität C(ω)=1/(j·ω·Z(ω))=Y(ω)/j·ω=Cr+j·Cj. Hierbei entspricht im Wesentlichen der Realteil Cr aus der komplexen Kapazität C(ω) der üblichen Kapazität eines Kondensators, wobei in Verbindung mit dieser Kapazität Cr für die entsprechende Impedanz gilt: Z_Cr = 1/ωC (auch als Blindwiderstand X bezeichnet). Die Einheit der üblichen Kapazität C und der komplexen Kapazität C(ω) ist Farad bzw. As/V. Es stellen die Größen Z(ω) die komplexe Impedanz und Y(ω) den komplexen Leitwert dar.
• Die komplexe Kapazität C(ω) berücksichtigt in vereinfachter Form die Bildung einer Doppelschicht bei dem vereinfachten und schematischen Plattenkondensator 11, der der Sensoreinrichtung 4 gemäß 1 zugrunde liegt. Die Ausbildung und das Verhalten der so genannten effektiven Doppelschicht in Nachbarschaft zu den Elektroden bzw. Kondensatorplatten (1) weist frequenzabhängige Eigenschaften auf, worauf die Frequenzabhängigkeit der in diesem Zusammenhang betrachteten komplexen Kapazität C(ω) beruht. Es wird nochmals auf die vorstehend angegebene Helmholtz-Doppelschicht hingewiesen, und es bezieht sich die komplexe Kapazität C(ω) auf den Plattenkondensator 11, wie dies als Beispiel vereinfacht und schematisch in 1 dargestellt ist.
• Werden im Einzelnen gemäß der Darstellung in 1 durch die Steuerungseinrichtung 5 und speziell durch die Ansteuerungseinrichtung 6 an den Plattenkondensator 11 der Sensoreinrichtung 4 Wechselgrößen wie beispielsweise eine Wechselspannung angelegt, dann wirken die Wechselgrößen, wie ein sich aus der Wechselspannung ergebendes Wechselfeld, auf die Substanzen in der wässrigen Lösung 3 (Medien, Elektrolyt). Im Einzelnen werden die Vorgänge an den auch als Elektroden dienenden Platten des Plattenkondensators 11 und in der wässrigen Lösung 3 durch die Frequenz der Wechselgrößen beeinflusst, wobei an den Platten des Plattenkondensators 11 Konzentrationsschwingungen auftreten, die sich beispielsweise in Form einer gedämpften Welle in das Innere der wässrigen Lösungen 3 zwischen den Platten des Plattenkondensators 11 (Elektroden) fortpflanzen. Die entsprechenden Vorgänge können approximiert werden durch Widerstände und Kapazitäten, wobei sowohl die Widerstände als auch die Kapazitäten eine Frequenzabhängigkeit aufweisen.
• Es werden somit die Vorgänge vereinfacht mittels einer frequenzabhängigen Kapazität C(ω) approximiert. In diesem Fall bildet das bereitgestellte Modell der komplexen Kapazität C(ω) die Basis für Betrachtungen der vielfältigen Vorgänge in der wässrigen Lösung 3, wobei die wässrige Lösung 3 ein sich ebenfalls mit der Frequenz der angelegten Signale änderndes Dielektrikum darstellt und somit die komplexe Kapazität C(ω) mitbestimmt.
• In diesem Zusammenhang zeigen die 6 und 7 Verläufe von Kennlinien der Erfassung der komplexen Kapazität C(ω) für verschiedene feste Waschmittel (verschiedene Arten der festen Waschmittel bzw. Substanzen), mittels denen die wässrige Lösung 3 oder im vorliegenden Fall die Waschlauge gebildet wird, über der Frequenz in logarithmischer Darstellung. Speziell zeigen die 6 und 7 die charakteristischen Eigenschaften des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω), die durch die dielektrischen Eigenschaften des Mediums (d. h. der wässrigen Lösung) beeinflusst wird.
• Es wird die komplexe Impedanz Z (Größe und Phase) aus den erhaltenen Messwerten in Verbindung mit der Impedanzspektroskopie bestimmt, woraus die komplexe Kapazität C(ω) und speziell der Imaginärteil Cj derselben bestimmt bzw. berechnet wird. Die komplexe Kapazität C(ω) und speziell der daraus erhaltene Imaginärteil Cj derselben dient somit zu einer anderen und speziell zu einer erweiterten Darstellung der interessierenden Sachverhalte bei der Anwendung der Impedanzspektroskopie. Mit der Betrachtung der Werte der komplexen Kapazität C(ω) und deren Imaginärteil Cj und in Verbindung mit den Kennlinien gemäß den 6 und 7 sind die interessierenden Sachverhalte optimal erkennbar, d. h. kann der Einfluss der vorstehend genannten Doppelschichten auf die wässrige Lösung 3 als Dielektrikum in einfacher und gleichzeitig optimierter Weise erfasst und dargestellt werden.
• In beiden 6 und 7 ist somit der jeweils ermittelte Wert des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über der Frequenz f (mit ω = 2 πf) dargestellt, wobei die Mehrzahl der Kennlinien bzw. die Kennlinienschar in den 6 und 7 auf der Erfassung des Imaginärteils Cj eines bestimmten Waschmittels bei verschiedenen Konzentrationen c der wässrigen Lösung 3 beruht. Die verschiedenen Kennlinien der Kennlinienschar von beispielsweise 6 zeigen somit den frequenzabhängigen Verlauf des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) (Ordinate) in Abhängigkeit von der Frequenz (Abszisse) und der Konzentration c (Waschmittelmenge in der wässrigen Lösung). Die verschiedenen Konzentrationen können beispielsweise angegeben werden im Sinne einer Menge pro Volumeneinheit oder Masse des Wassers, und sind hier jedoch in Analogie zur Darstellung in 4 in Form relativer Verhältnisse der Konzentration c (40 %, 60 %, 140 %, 200 %) zur kritischen Mizellbildungskonzentration (entsprechend 100 %) cmc in den 6 und 7 dargestellt.
• Gemäß 6 führt der Verlauf des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über der Frequenz f zu einem speziellen Kennlinienverlauf, der zwei (lokale) Extremwerte aufweist, d.h. jeder der Kennlinien gemäß 40 %, 60 %, 100 %, 140 % und 200 % cmc weist ein ausreichend ausgeprägtes lokales Minimum und ein ausreichend ausgeprägtes lokales Maximum auf. Die entsprechenden Angaben sind in 6 dargestellt. Die jeweiligen Extremwerte sind mit derselben Substanz bzw. demselben Waschmittel bei unterschiedlichen Konzentrationen c mit unterschiedlichen Frequenzen oder Frequenzbereichen verknüpft. Das lokale Minimum befindet sich im Allgemeinen in einem Bereich niedriger Frequenzen, während sich das lokale Maximum in einem Bereich höherer Frequenzen der Ansteuerungssignale der Impedanzspektroskopie befindet. Es sind die angegebenen Verläufe der Kennlinien K in 6 bedingt durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des betreffenden (festen) Waschmittels, wobei nachstehend weitere Einzelheiten angegeben sind.
• Demgegenüber weist der Verlauf der Kennlinienschar gemäß 7 abweichende Eigenschaften auf. zeigt den Verlauf einer Kennlinienschar des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) für ein anderes festes Waschmittel, wobei ebenfalls die Kennlinienschar in Verbindung mit Erfassungen der wässrigen Lösung 3 mit jeweils unterschiedlichen Konzentrationen c gebildet wird, d.h. mit unterschiedlichen gelösten Mengen dieses Waschmittels (oder allgemein dieser Substanzen) in Wasser. Die grundsätzliche Betrachtung und entsprechende Darstellung der verschiedenen Konzentrationen c dieses Waschmittels in Wasser ist gleichartig zu derjenigen gemäß 6, wobei ein relatives Maß der Konzentration c in Bezug auf die kritische Mizellbildungskonzentration cmc (entsprechend 100 %) der Darstellung in 7 ebenfalls zugrunde gelegt wird. Ebenso beruht die Darstellung in 7 auf demselben Frequenzbereich wie die Darstellung in 6, so dass ein direkter Vergleich der sich aus den Erfassungen ergebenden Kennlinien und Materialeigenschaften gewährleistet ist.
• Gemäß dem Verlauf der Kennlinienschar in 7 des anderen festen Waschmittels ist erkennbar, dass keine der einzelnen Kennlinien (mit Konzentrationen c gemäß 40 %, 60 %, 100 %, 140 % und 200 % cmc) der Kennlinienschar von 7 ausgeprägte Extremwerte aufweist, und somit im Einzelnen keine lokalen Minima oder Maxima in den Verläufen der Kennlinien erkennbar sind. Vielmehr ist der Verlauf der einzelnen Kennlinien der Kennlinienschar gemäß 7 stetig fallend oder allenfalls horizontal verlaufend, wobei dies erfasst werden kann, beispielsweise mit der Bildung einer ersten Ableitung, wobei die erste Ableitung keine Nullstelle zur Bezeichnung eines Hochpunkts oder Tiefpunkts der Hauptfunktion aufweist. Zur weiteren Unterscheidung kann die zweite Ableitung herangezogen werden, wobei eine Nullstelle der zweiten Ableitung einen Extremwert der ersten Ableitung bezeichnet, der wiederum einen Wendepunkt zwischen den Extremwerten der Hauptfunktion bezeichnet. Es sind die angegebenen Verläufe der Kennlinien K in 7 bedingt durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften des betreffenden anderen (festen) Waschmittels, wobei nachstehend weitere Einzelheiten angegeben sind.
• In den Fällen der 6 und 7 erfolgt die entsprechende Ansteuerung der Sensoreinrichtung 4 zur Bereitstellung der Erfassungswerte zu den Kennlinien K in Verbindung mit der in den 1 und 2 dargestellten Anordnung, wobei im Einzelnen innerhalb der Steuerungseinrichtung 5 entsprechende Anweisungssignale erzeugt werden, die mittels der Ansteuerungseinrichtung 6 der Sensoreinrichtung 4 zugeführt werden, und wobei entsprechend den vorbestimmten Signalen der physikalischen Größen, wie Strom und Spannung sowie mit bestimmten Frequenzen oder Frequenzbereichen Erfassungssignale an der Sensoreinrichtung 4 aufgenommen werden.
• In Verbindung mit der Darstellung in den 6 und 7 wurde vorstehend eine jeweilige Schar von Kennlinien betrachtet. Die Betrachtung der mehreren Kennlinien in jeder der 6 und 7 dient vornehmlich zur Veranschaulichung des Prinzips und der Wirkungsweise der Erfindung. Zur genauen sicheren Messung können im tatsächlichen Betrieb der Vorrichtung durchaus mehrere Kennlinien ausgewertet werden, wobei dann eine gewisse Redundanz gebildet wird. In jedem Fall ist bereits die Auswertung einer Kennlinie (d. h. zumindest einer Kennlinie) mittels eines geeigneten Algorithmus ausreichend, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten.
• Im Zusammenhang mit den vorstehenden Überlegungen und den grafischen Darstellungen in den 6 und 7 besteht die Möglichkeit, neben der Bestimmung der Angebotsform der Substanzen oder Waschmittel in Verbindung mit Messungen mittels Impedanzspektroskopie (Unterscheidung zwischen festen und flüssigen Subtanzen bzw. Waschmitteln), ebenfalls eine Unterscheidung zu treffen zwischen verschiedenen Gruppen bzw. Arten der festen Waschmittel mit jeweils unterschiedlichen für das Waschen relevanten und erfassbaren Eigenschaften. Gemäß den Darstellungen in den 4 bis 7 liegen einerseits unterschiedliche und somit über Messungen mittels Impedanzspektroskopie erfassbare Unterschiede bei flüssigen und festen Waschmitteln vor, und liegen ferner weitere Unterschiede innerhalb der Gruppe der festen Waschmittel vor, wie es in den 6 und 7 gezeigt ist. Dies wird nachstehend im Einzelnen erläutert.
• Somit besteht über entsprechende Messungen mittels Impedanzspektroskopie und der Auswertung in Verbindung mit zuvor ermittelten und gespeicherten Bezugswerten (in Verbindung mit bekannten Substanzen) einerseits eine Zuordnung der unbekannten Substanzen bzw. Waschmittel zur Angebotsform (flüssig oder fest, 3 bis 5), und besteht über entsprechende Messungen in Verbindung mit der komplexen Kapazität C(ω) für feste Substanzen bzw. Waschmittel andererseits eine Zuordnung einzelner Substanzen bzw. Waschmittel zu einer der Arten der festen Waschmittel, d. h. zuordnen der festen Waschmittel zu einer bestimmten Gruppe (6 und 7), wobei speziell der Imaginärteil Cj der komplexen Kapazität C(ω) herangezogen wird.
• Es werden diejenigen festen Waschmittel einer ersten Gruppe PA zugeordnet, wenn die Messungen Ergebnisse in Verbindung mit 6 zeigen und der Verlauf des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über der Frequenz ausgeprägte (lokale) Extremwerte aufweist. Liegen hingegen in dem Verlauf des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über der Frequenz keine ausgeprägten Extremwerte vor, ist vielmehr der Verlauf der einzelnen Kennlinien der Kennlinienschar gemäß 7 annähernd monoton fallend, dann werden diese Substanzen bzw. festen (pulverförmigen) Waschmittel einer zweiten Gruppe PB zugeordnet. Die ausgeprägten lokalen Extremwerte (6) oder das Fehlen der Extremwerte (7) tritt bei sämtlichen erfassten Konzentrationen auf, wie es in den betreffenden 6 und 7 erkennbar ist, so dass grundsätzlich die Betrachtung einer Kennlinie zur umfassenden und abschließenden Bewertung genügt.
• Die gemäß der vorliegenden Erfindung mögliche Unterscheidung von Substanzen entsprechend einer Gruppe PA oder PB resultiert aus den mittels der Impedanzspektroskopie erhaltenen Mess- oder Erfassungswerten bezüglich der Eigenschaften (physikalisch und chemisch), wobei die verschiedenen Eigenschaften erkennbar sind bzw. mittels der Betrachtung der komplexen Kapazität C(ω) erst erkennbar und darstellbar sind. Die speziell in den 6 und 7 dargestellten unterschiedlichen Eigenschaften beziehen sich weniger auf die speziellen Waschwirkungen sondern auf die grundsätzlichen Eigenschaften aufgrund der Zusammensetzung des Waschmittels in der wässrigen Lösung 3. Im Allgemeinen sind die Rezepturen bzw. Zusammensetzungen der jeweiligen Waschmittel der einzelnen Hersteller nicht bekannt. Allenfalls veröffentlicht ein Hersteller sehr pauschale Angaben zu den üblichen und meist auch bekannten Hauptkomponenten. Unabhängig von der Kenntnis der Rezeptur treten die Unterschiede bei den Messergebnissen gemäß den 6 und 7 auf und können mittels der Betrachtung der komplexen Kapazität C(ω) und speziell mittels des Imaginärteils Cj sichtbar gemacht werden.
• Die nicht im Einzelnen bekannten jedoch im Allgemeinen unterschiedlichen Rezepturen der (festen) Waschmittel verschiedener Ausführungen und Hersteller führen somit ebenfalls zu unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften der damit gebildeten wässrigen Lösungen, die mittels der Impedanzspektroskopie und dem erfindungsgemäßen Verfahren erfassbar und darstellbar sind. Es kann eine eindeutige Zuordnung zu den vorstehend angegebenen zwei Gruppen vorgenommen werden. Die Unterschiede können sich auch in den Wascheigenschaften zeigen, jedoch sind sie im Wesentlichen bedingt durch die Rezeptur (Substanzen) und erkennbar und darstellbar bei der Anwendung der Impedanzspektroskopie, und speziell in Verbindung mit dem Modell der komplexen Kapazität C(ω) und deren Imaginärteil Cj. Ausgiebige Versuche haben zwei Hauptgruppen ergeben, die als Gruppen PA und PB bezeichnet werden.
• Es besteht damit die Möglichkeit, innerhalb der Angebotsform der festen Waschmittel weitere Untergruppen zu unterscheiden, beispielsweise die beiden Untergruppen PA und PB für feste Waschmittel mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften in Verbindung mit der wässrigen Lösung 3, die bezüglich des Waschens oder der sonstigen Handhabung relevant und auch mittels Impedanzspektroskopie in der erfindungsgemäßen Weise und mit der Vorrichtung 1 erfassbar sind.
• Wenn und soweit bei der Anwendung eines Waschmittels dessen Zusammensetzung (Rezeptur) genau und vollständig oder zumindest weitgehend bekannt ist, können die daraus resultierenden physikalischen und chemischen Eigenschaften mit den Messwerten bzw. mit der Auswertung gemäß den 6 und 7 entsprechend korreliert werden. D. h. es sind die Gründe erkennbar für eine Einordnung in eine der Gruppen PA oder PB der festen Waschmittel.
• Die Betrachtungen bei der Anwendung der Impedanzspektroskopie in Verbindung mit der Bereitstellung eines Modells einer komplexen Kapazität C(ω) mit den Komponenten Realteil Cr und Imaginärteil Cj und der speziellen Auswertung des Imaginärteils Cj derselben stellen somit Maßnahmen dar, um die besonderen physikalischen und chemischen Bedingungen der verschiedenen Gruppen der festen Waschmittel (ungeachtet der Kenntnis ihrer jeweiligen Rezeptur) erfassen und speziell unterscheiden zu können. Es ergibt sich somit eine erheblich erweiterte Erfassung und optimierte Darstellung der komplizierten Verhältnisse in der wässrigen Lösung 3 mit einer weitgehenden Berücksichtigung der Einflüsse der Doppelschichten.
• Es ist mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem Verfahren möglich, unabhängig von der Angebotsform der Waschmittel und der Zuordnung eines (festen) Waschmittels zu einer Gruppe PA oder PB die kritische Mizellbildungskonzentration cmc genau und verlässlich zu bestimmen.
• Im Ergebnis kann somit bei Vorhandensein der Sensoreinrichtung 4 in Verbindung mit dem schematischen Plattenkondensator 11 gemäß 1 auch bei der wässrigen Lösung 3 und im vorliegenden Fall bei einer Waschlauge unterschieden werden, einerseits welche Angebotsform der verwendeten Waschmittel vorliegt (fest bzw. pulverförmig oder flüssig) und andererseits welche Art des Waschmittels aus der Gruppe der festen Waschmittel verwendet wurde. Es sind keine weiteren Sensoreinrichtungen erforderlich, insbesondere keine Sensoreinrichtungen im Hinblick auf das Erfassen eines zugeführten Wachmittels hinsichtlich Art und Menge, beispielsweise in Verbindung mit der Zuführungseinrichtung 12 gemäß den 1 und 2. Es ist somit auf einfache Weise und mittels der vorhandenen Sensoreinrichtung 4 und der zugehörigen Auswertungsmöglichkeit in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung 5 möglich, ohne ergänzende Einrichtungen einerseits mittels Impedanzspektroskopie den Waschvorgang selbst in allen erforderlichen Einzelzeiten zu erfassen, und auch im Vorfeld eines Waschvorgangs unterschiedliche Angebotsformen und innerhalb von Angebotsformen unterschiedliche Arten von festen Waschmitteln zu unterscheiden, wobei dies mittels der Impedanzspektroskopie und der gezielten Auswertung gemäß der vorstehenden Beschreibung auf einfache Weise, d. h. mit einem geringen Aufwand, gewährleistet ist. Eingriffe eines Benutzers wie beispielsweise im privaten Bereich oder in industriellen Anwendungen sind nicht erforderlich. Eine gewonnene Information kann jedoch grundsätzlich als Hinweis an einen Benutzer oder an ein Bedienpersonal zur Anzeige gebracht werden. Es kann dies mittels der Steuerungseinrichtung 5 in Verbindung mit einer entsprechenden (in den Figuren nicht gezeigten) Anzeigeeinrichtung durchgeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften von Substanzen, die in einer wässrigen Lösung vorliegen, hat somit als Voraussetzung die Anordnung der wässrigen Lösung 3 in dem Behälter 2, wobei die wässrige Lösung 3 mit einer bestimmten Menge der zu bewertenden Substanz (Waschmittel) gebildet wird. In oder an dem Behälter 2 ist die Sensoreinrichtung 4 gemäß der Darstellung in 1 angeordnet und steht in ausreichendem Kontakt mit der wässrigen Lösung 3, so dass eine entsprechende Erfassung vorzugsweise mittels Impedanzspektroskopie durchgeführt werden kann.
• 8 zeigt in diesem Zusammenhang ein vereinfachtes Ablaufdiagramm mit der grafischen Darstellung entsprechender Schritte des Verfahrens. Die für die vorliegende Erfindung relevanten Verfahrensschritte S0 bis S6, die im Allgemeinen in einen größeren Ablauf eingebunden sind, werden nachstehend im Einzelnen erläutert. Nach Schritt S6 können sich weitere Maßnahmen zur Steuerung oder Regelung von Vorgängen anschließen.
• In dem Behälter 2 wird die wässrige Lösung 3 mit der unbekannten Substanz bereitgestellt wird. Zur Durchführung der Erfassungen steht die Sensoreinrichtung 4 in Kontakt mit der wässrigen Lösung 3 gemäß 1 und wird durch die Steuerungseinrichtung 5 angesteuert.
• Gemäß einem ersten Schritt S1 werden Bezugswerte bzw. Referenzwerte für flüssige und feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen der Substanzen in der wässrigen Lösung 3 bereitgestellt, wobei die betreffenden Bezugswerte oder auch Grunddaten zuvor und beispielsweise experimentell durch Messungen mittels Impedanzspektroskopie gewonnen wurden und wobei insbesondere der jeweilige Elektrolytwiderstand RE für die verschiedenen flüssigen oder festen Substanzen (flüssige oder feste Waschmittel) und für verschiedene Konzentrationen dieser Substanzen bestimmt und abgespeichert wurde. Zur Bewertung nachfolgender Messungen an unbekannten Substanzen und Konzentrationen kann somit auf diese Bezugswerte oder Grunddaten zurückgegriffen werden.
• Gemäß einem zweiten Schritt S2 erfolgt die Erfassung des Elektrolytwiderstands RE einer unbekannten Probe der wässrigen Lösung 3 mittels der Sensoreinrichtung 4. Entsprechend dem ermittelten Elektrolytwiderstand RE der unbekannten Probe der wässrigen Lösung 3 (d.h. der unbekannten in der wässrigen Lösung 3 gelösten Substanz), kann in Verbindung mit den Bezugswerten die unbekannte Substanz den Angebotsformen fest oder flüssig zugeordnet werden (4 und 5). Eine Zuordnung ergibt sich aus einem Vergleich des gemessenen Elektrolytwiderstands RE mit den gespeicherten Bezugswerten, die beispielsweise in Form eines Kennfelds für die verschiedenen Substanzen (Waschmittel) und die verschiedenen Konzentrationen c bestimmt und gespeichert sein können.
• Gemäß einem dritten Schritt S3 erfolgt die Bereitstellung eines Modells der Sensoreinrichtung 4 im Zusammenhang mit der komplexen Kapazität C(ω), bei der eine mehrfache Abhängigkeit der in Verbindung mit der komplexen Kapazität C(ω) stehenden Impedanz von der Frequenz bzw. Winkelgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Die komplexe Kapazität C(ω) besteht im Einzelnen aus dem Realteil Cr sowie dem Imaginärteil Cj, wobei für die nachfolgenden Überlegungen bevorzugt der Imaginärteil Cj betrachtet wird.
• Gemäß einem vierten Schritt S4 erfolgt das Bestimmen der komplexen Kapazität C(ω) der Sensoreinrichtung 4 in Verbindung mit der unbekannten Probe über einen vorbestimmten Frequenzbereich, wobei mittels Impedanzspektroskopie Messwerte der komplexen Kapazität C(ω) über der Frequenz (d.h. über den vorbestimmten Frequenzbereich) gebildet werden und die wässrige Lösung 3 der unbekannten festen Substanz über die dielektrischen Eigenschaften die komplexe Kapazität beeinflusst. Bevorzugt wird hier der komplexe Anteil der komplexen Kapazität C(ω) verwendet, der in Form des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) vorliegt. Somit werden die Kennlinien mit der unbekannten Probe über den vorbestimmten Frequenzbereich unter Auswertung des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) für dieselbe feste Substanz bei verschiedenen Konzentrationen c relativ zur kritischen Mizellbildungskonzentration cmc (100%) gebildet. Die Erfassung der Messwerte für verschiedene Konzentrationen c derselben Substanz in der wässrigen Lösung 3 führt zu den in den 6 und 7 gezeigten Kennlinien bzw. zu einer Kennlinienschar. Hinsichtlich der unbekannten Substanz ist gemäß den vorherigen Schritten S1 und S2 lediglich ihre Zuordnung zur Angebotsform fest oder flüssig ermittelt worden.
• Gemäß einem fünften Schritt S5 erfolgt sodann das Bestimmen des Auftretens eines lokalen Extremwerts (wenigstens eines lokalen Extremwerts) für zumindest eine Kennlinie der Kennlinienschar, d. h. für zumindest eine der möglichen unterschiedlichen Konzentrationen c der unbekannten Substanz entsprechend der Erfassung des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über den vorbestimmten Frequenzbereich auf des Basis der Kennlinie. Es entspricht dies einer Auswertung der jeweiligen Verläufe der Kennlinien bzw. der Kennlinienschar der 6 und 7, wobei gemäß 6 lokale Extremwerte auftreten, und gemäß 7 für die in diesem Zusammenhang erfasste Substanz keine lokalen Extremwerte auftreten.
• Gemäß einem sechsten Schritt S6 erfolgt ein Zuordnen der unbekannten Substanz zu der ersten Art oder Gruppe PA oder der zweiten Art oder Gruppe PB der Substanz in der festen (bzw. pulverförmigen) Angebotsform in Abhängigkeit davon, ob Extremwerte in der Kennlinienschar auftreten oder nicht. Es erfolgt im Einzelnen eine Zuordnung der unbekannten Substanz zu der ersten Art PA der Substanz, wenn lokale Extremwerte in der Kennlinienschar (beispielsweise gemäß 6) auftreten, und es erfolgt eine Zuordnung der unbekannten Substanz zur zweiten Art PB, wenn in der Kennlinienschar keine lokalen Extremwerte auftreten, vielmehr gemäß 7 sich bei der Erfassung des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) über den Frequenzbereich Kennlinien ergeben, die annähernd monoton fallend sind.
• Im Ergebnis wird daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich einer unbekannten Probe der Substanzen (Waschmittel) bestimmt, ob diese Substanz der Angebotsform fest oder flüssig zuzuordnen ist. Repräsentiert die Angebotsform der unbekannten Substanz eine flüssige Substanz, beispielsweise ein flüssiges Waschmittel, dann ist das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren beendet und es kann mit dieser Zuordnung beispielsweise der Waschvorgang eingeleitet oder fortgesetzt werden, d.h. es können weitere Maßnahmen entsprechend weiterer Verfahren eingeleitet werden (beispielsweise im Hinblick auf die Dosierung oder die eingesetzte Wassermenge).
• Repräsentiert die unbekannte Substanz demgegenüber eine feste bzw. pulverförmige Substanz, beispielsweise ein pulverförmiges Waschmittel, dann kann gemäß den weiteren Schritten S3 bis S6 ergänzend bestimmt werden, ob die Substanz oder das Waschmittel der ersten Gruppe PA von festen Substanzen oder Waschmitteln mit bestimmten Eigenschaften, oder der zweiten Gruppe PB von festen Substanzen oder Waschmitteln mit bestimmten anderen Eigenschaften zugeordnet werden kann. Bei der ersten Bestimmung der Zuordnung der Substanz als flüssig oder fest bzw. pulverförmig, erfolgt eine Messung mittels Impedanzspektroskopie und die Konzentration auf den charakteristischen Punkt (lokaler Hochpunkt) im Nyquist-Diagramm gemäß 3 und dem damit repräsentierten Elektrolytwiderstand RE.
• Bei der weiteren Verarbeitung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und speziell zur Bestimmung einer Zuordnung der festen (pulverförmigen) Substanz zu einer ersten oder zweiten Untergruppe PA oder PB erfolgt die Betrachtung anhand des Modells der Sensoreinrichtung 4 mit der komplexen Kapazität C(ω) und dem speziellen Auswerten des Imaginärteils Cj der komplexen Kapazität C(ω) zur Unterscheidung der beiden Arten PA oder PB. Liegen gemäß 6 lokale Extremwerte vor, dann erfolgt ein Zuordnung zur Gruppe PA, und liegen beispielswiese gemäß 7 keine Extremwerte vor, dann erfolgt eine Zuordnung zur Gruppe PB.
• Auch hier bei der Anwendung des Modells der komplexen Kapazität C(ω) bildet die Erfassung mittels Impedanzspektroskopie eine Grundlage, und es erfolgt eine Simulation der komplexen Kapazität C(ω) über den erforderlichen vorbestimmten Frequenzbereich und die Auswertung des Imaginärteils Cj. Mittels entsprechender weiterer Auswertung kann über das Auftreten von lokalen Extremwerten in einer Kennlinie oder Kennlinienschar die Zuordnung unmittelbar vorgenommen werden. Zur Bestimmung des Auftretens von Extremwerten in den Kennlinien der Kennlinienschar (6 und 7) können entsprechende Algorithmen verwendet werden.
• Es ist auf diese Weise möglich, einerseits feste und flüssige Substanzen bzw. Waschmittel zu unterscheiden, und im Bereich der festen Substanzen oder Waschmittel des Weiteren zumindest zwei Untergruppen (die erste Art PA und die zweite Art PB) zu unterscheiden. Auf der Basis dieser Information kann ein laufender Prozess, wie beispielsweise ein Waschvorgang, in der Weise fortgesetzt und beeinflusst werden, dass die weiteren Rahmenbedingungen des Waschvorgangs oder eines allgemeinen Prozesses in Abhängigkeit von der Angebotsform des Waschmittels und im Falle eines festen Waschmittels von der Art des Waschmittels PA oder PB bestimmt werden kann.
• Eine weitere Optimierung derartiger Waschvorgänge oder Prozesse ist somit ohne weiteres möglich.
• Im Übrigen erfordert die Erfassung der Angebotsformen und Arten der Substanzen oder Waschmittel keine zusätzlichen technischen Einrichtungen, da bei einer Steuerung oder Regelung von Waschvorgängen speziell mit der Erfassung einer kritischen Mizellbildungskonzentration der Waschmittel in der Waschlauge eine Sensoreinrichtung im Sinne der Sensoreinrichtung 4 vorhanden ist und die spezielle Ansteuerung der Sensoreinrichtung 4 und die zugehörige spezielle Auswertung zu den neuen Erfassungsdaten und einer erweiterten Darstellung dieser Daten führt. Diese Vorgehensweise ist ferner nicht auf die beiden beschriebenen Arten der festen Substanzen oder Waschmittel beschränkt, vielmehr können in Abhängigkeit von der Auflösung der Messungen und der Auswertungen weitere Gruppen unterschieden werden.
• Wird beispielsweise ein Betrieb einer Wascheinrichtung in einem Haushalt oder in der Industrie angenommen, dann ist dem Benutzer bekannt, welche Form des Waschmittels verwendet und zugeführt wird. Führt die Wascheinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise ergänzend eigene Messungen und Erfassungen durch, so kann automatisch eine Einstellung von Betriebsdaten und Parametern entsprechend der Angebotsform für ein optimales Waschergebnis vorgenommen werden. Es kann somit ein Schutz vor einer Fehlbedienung oder Falscheinstellung erreicht werden. Es kann die Wascheinrichtung ferner ihr eigenes und abgestimmtes Regelungs- oder Steuerungskonzept verwenden.
• Die Vorrichtung 1 gemäß der Darstellung in den 1 und 2 umfasst somit eine Einrichtung zum Bereitstellen von Bezugswerten für flüssige und feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen in der wässrigen Lösung 3, beruhend auf eine Erfassung des jeweiligen Elektrolytwiderstands bekannter Substanzen und bekannter Konzentrationen mittels Impedanzspektroskopie. Die Einrichtung zum Bereitstellen der Bezugswerte wird durch die Steuerungseinrichtung 5 einschließlich der Ansteuerungseinrichtung 6 und der Speichereinrichtung 8 gebildet.
• Die Einrichtung zur Durchführung der Erfassung des Elektrolytwiderstands RE einer unbekannten Probe gemäß Schritt S2 wird ebenfalls repräsentiert durch die Steuerungseinrichtung 5 und ihre Funktionen in Verbindung mit der Sensoreinrichtung 4 und dem zu erfassenden Medium (wässrige Lösung 3).
• Mittels der Steuerungseinrichtung 5 und der Speichereinrichtung 8 kann das Modell der Sensoreinrichtung 4 in Verbindung mit der komplexen Kapazität C(ω) bereitgestellt werden. Entsprechend der speziellen Ansteuerung der Sensoreinrichtung 4 mittels der Steuerungseinrichtung 5 und der Ansteuerungseinrichtung 6 kann die komplexe Kapazität C(ω) und speziell hiervon der Imaginärteil Cj über den Frequenzbereich bestimmt werden. Die zugehörige Einrichtung wird somit durch die Steuerungseinrichtung 5 und ihrer Komponenten und Funktionen gebildet.
• Die entsprechenden Einrichtungen zur Durchführung oder Verarbeitung des fünften Schritts S5 und des sechsten Schritts S6 werden ebenfalls repräsentiert durch die Steuerungseinrichtung 5 und die darin ablaufenden Funktionen. Insbesondere erfolgt auf der Basis der gebildeten Kennlinien die Bestimmung von lokalen Extremwerten und in der Folge die Zuordnung der unbekannten Substanz zu einer ersten Gruppe PA oder einer zweiten Gruppe PB. Die Kennlinien können in der Speichereinrichtung 8 fest oder zumindest zeitweilig gespeichert werden.
• Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die im Allgemeinen vereinfachte und schematische Darstellung von Einzelzeiten und Vorgängen in den Figuren beschränkt. Als zur Erfindung gehörig werden sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DD 217557 A1 [0005]
• DE 19755418 A1 [0006]
• DE 4111064 A1 [0007]
• DE 60307108 T2 [0008]
• EP 2871469 A1 [0011]

Claims (10)

1. Verfahren zur Erfassung von Eigenschaften einer Substanz, die in einer wässrigen Lösung (3) in einem Behälter (2, 10) vorliegt und wobei eine Sensoreinrichtung (4) in dem Behälter angeordnet ist und mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht, mit den Schritten: - Bereitstellen von Bezugswerten für bekannte flüssige und feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen (c) der Substanzen in der wässrigen Lösung (3) durch Erfassen eines jeweiligen Elektrolytwiderstands (RE) mittels Impedanzspektroskopie (Schritt S1), - Durchführen einer Erfassung des Elektrolytwiderstands (RE) einer Probe der wässrigen Lösung (3) mit einer unbekannten Substanz für zumindest eine Konzentration (c) und zuordnen der Substanz zu der Form fest oder flüssig (Schritt S2), - Bereitstellen eines Modells der Sensoreinrichtung (4) mittels einer komplexen Kapazität (C(ω)), falls die unbekannte Substanz der festen Form zugeordnet wird (Schritt S3), - Bestimmen der komplexen Kapazität der Sensoreinrichtung (4) in Kontakt mit der Probe der unbekannten Substanz über einen vorbestimmten Frequenzbereich und Bilden zumindest einer Kennlinie des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität (C(ω)) über der Frequenz (Schritt S4), - Bestimmen des Auftretens eines lokalen Extremwerts der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität (C(ω)) innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs (Schritt S5), und - Zuordnen der unbekannten Substanz zu einer ersten Art (PA) oder einer zweiten Art (PB) der Substanz in Abhängigkeit davon, ob in der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils der komplexen Kapazität (C(ω)) ein lokaler Extremwert auftritt (Schritt S6).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bezugswerte gemäß Schritt S1 für verschiedene bekannte Substanzen experimentell bestimmt und gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 wobei die Bezugswerte gemäß Schritt S1 die Elektrolytwiderstände (RE) der verschiedenen bekannten Substanzen bei verschiedenen Konzentrationen (c) in der wässrigen Lösung (3) beinhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Zuordnung der unbekannten Substanz zu einer ersten Form oder einer zweiten Form der Substanz durch Vergleichen der im Schritt S2 ermittelten Werte des jeweiligen Elektrolytwiderstands (RE) mit den Bezugswerten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt S4 des Bestimmens der komplexen Kapazität (C(ω)) den Schritt des Bestimmens der komplexen Kapazität über dem vorbestimmten Frequenzbereich für eine Mehrzahl unterschiedlicher Konzentrationen (c) der unbekannten Substanz in der wässrigen Lösung (3) und Bilden einer jeweiligen Kennlinie des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt S5 des Bestimmens des Auftretens lokaler Extremwerte den Schritt des Bestimmens des Auftretens eines lokalen Maximums und eines lokalen Minimums in zumindest einer der Kennlinien des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität über der Frequenz durch Bilden der ersten Ableitung nach der Frequenz umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt S2 des Erfassens des Elektrolytwiderstands (RE) den Schritt des Erfassens eines Impedanzspektrums über den vorbestimmten Frequenzbereich für die unbekannte Substanz und eine bestimmte Konzentration der wässrigen Lösung (3) und das Bestimmen des Elektrolytwiderstands (RE) bei dem Maximalwert des Imaginärteils Im(Z) der komplexen Impedanz (Z) umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln des Impedanzspektrums das Ermitteln von komplexen Impedanzwerten der Sensoreinrichtung (4, 11) unter dem Einfluss der wässrigen Lösung (3) im vorbestimmten Frequenzbereich umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Modell der Sensoreinrichtung (4) die komplexe Kapazität (C(ω)) mit einem Realteil (Cr) und einem Imaginärteil (Cj) derselben umfasst.
10. Vorrichtung zur Erfassung von Eigenschaften einer Substanz, die in einer wässrigen Lösung (3) in einem Behälter (2, 10) vorliegt und wobei eine Sensoreinrichtung (4) in dem Behälter angeordnet ist und mit der wässrigen Lösung in Kontakt steht, mit: - einer Einrichtung (5) zum Bereitstellen von Bezugswerten für bekannte flüssige und feste Substanzen und für verschiedene Konzentrationen (c) der Substanzen in der wässrigen Lösung (3) durch Erfassen eines jeweiligen Elektrolytwiderstands (RE) mittels Impedanzspektroskopie, - einer Einrichtung (5) zum Durchführen einer Erfassung des Elektrolytwiderstands (RE) einer Probe der wässrigen Lösung (3) mit einer unbekannten Substanz für zumindest eine Konzentration (c) und zuordnen der Substanz zu der Form fest oder flüssig, - einer Einrichtung (5) zum Bereitstellen eines Modells der Sensoreinrichtung (4) mittels einer komplexen Kapazität (C(ω)), falls die unbekannte Substanz der festen Form zugeordnet wird, - einer Einrichtung (5) zum Bestimmen der komplexen Kapazität der Sensoreinrichtung (4) in Kontakt mit der Probe der unbekannten Substanz über einen vorbestimmten Frequenzbereich und Bilden zumindest einer Kennlinie des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität (C(ω)) über der Frequenz, - einer Einrichtung (5) zum Bestimmen des Auftretens eines lokalen Extremwerts der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität (C(ω)) innerhalb des vorbestimmten Frequenzbereichs, und - einer Einrichtung (5) zum Zuordnen der unbekannten Substanz zu einer ersten Art (PA) oder einer zweiten Art (PB) der Substanz in Abhängigkeit davon, ob in der zumindest einen Kennlinie des Imaginärteils (lm(C(ω)), Cj) der komplexen Kapazität (C(ω)) ein lokaler Extremwert auftritt.

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