DE1020815B - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Durchfuehrung massanalytischer Bestimmungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Durchfuehrung massanalytischer Bestimmungen

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DE1020815B
DE1020815B DESCH14692A DESC014692A DE1020815B DE 1020815 B DE1020815 B DE 1020815B DE SCH14692 A DESCH14692 A DE SCH14692A DE SC014692 A DESC014692 A DE SC014692A DE 1020815 B DE1020815 B DE 1020815B
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DE
Germany
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titration
time
liquid
automatic
vessel
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Pending
Application number
DESCH14692A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Walter Neudert
Dr-Ing Horst Roepke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayer Pharma AG
Original Assignee
Schering AG
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Publication date
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Publication of DE1020815B publication Critical patent/DE1020815B/de
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/16Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using titration

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Durchführung maß analytischer Bestimmungen Die in der Praxis überwiegend angewendete Farbindikatortitration hat eine Reihe schwerweigender Nachteile. Sie unterliegt subjektiven Fehlern hei der Erkennung des Farbumischlags, unter anderem in Abhängigkeit von der Beleuchtungsart, wie acuh bei der Volumenablesung an der Bürette. Ihre Anwendug ist begrenzt auf die ungefärbten und nicht getrübten Lösungen. Bei Mehrstufentitartionen ist eine sorgfältige Auswahl des Farbindikators notwendig, und es gibt Systeme, für deren Äquivalenzpunkte kein geeigneter Farbindikator zur Verfügung steht. Auch wegen der Umschlagsbreite des Farbindikators ergibt scih bei einer Reich von systemen eine unscharfe Äquivalenzpunktanzeige. Weiterhin läßt sich aus der titration die Disoziationskonstante nicht bestimmen.
  • Die geschilderten Unzulänglichkeiten treten besonders da in Erscheinung, wo Mikromengen titriert werden müssen.
  • Diese Fehlerpqellen werden durch Anwendung der potentiometrischen Titration überwunden. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch in dem unvergleichlich größeren Zeitaufwand, was bisher zur Folge hatte, daß sie in der Praxis sehr wenig Eingang gefunden hat.
  • Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zum Gegenstand, welches geeignet ist, diesen Zeitaufwand durch Automatisierung der potentiometrischen Titration zu überwinden. Für eine Automatisierung der potentiometrischen Titration ist eine mit einer automatischen Ablesung synchron laufende doseirte zugabe der Titrierflüssikeit erforderlich. Dieses Problem wurde bisher durch eine automatische Kolbeneinspritzvorrichtung gelöst.
  • Der Nachteil solcher Anwendungen besteht in ihrem hohen apparativen Aufwand infolge der verhältnismäßig komplizierten Vorrichtung. Es liegt in der Natur der Kolbenkonstruktion, daß das für eine normale Titration erforderliche Minimum der Einzeldosierung, besonders am Äquivalenzpunkt (zwischen 0,01 bis 0,1 ccm), nicht mit ausreichender Präzision erreicht werden kann, was zur Folge hat, daß Tirra tionen von Mikromengen (Einwaagen um 1 mg) ausgeschlossen sind. Infolge der relativ hohen Einzeldosiervolumina müssen die Titrierflüssigkeiten im Verhältnis zu der zu bestimmenden Lösung relativ verdünnt sein, was zu großer Volumenzunahme während der Titration führt, welche ihrerseits starke Andermgen der Dissoziationsverhältnisse und damit entsprechende Fehler zur Folge haben können (im Gegensatz zur normalen Forderung an eine präzise Titration). Diese Vorrichtungen enthalten weiterhin naturgemäß alle Nachteile einer Kolb enkonstruktion (mechanischer Abrieb des Materials, damit verbundene Unldichtigkeit, Verunreinigung der Lösung, mechanische Störungen und Fehler usw.).
  • Die Zusammenstellung einer Apparatur zur automatischen Durchführung maß analytischer Bestimmungen, welche diese Nachteile nicht aufweist, läßt sich durchführen, wenn man auf eine direkte Volumenbestimmung verzichtet und statt dessen erfindungsgemäß die Zugabe der Titrationslössungen mit vorherbestimmter, festgelegter Geschwindigkeit erfolgen läßt und die automatische Ablesung der Titrationsergebnisse in bestimmten Zeitintervallen stattfindet.
  • Es wurde überraschenderweise gefunden. daß die Konstruktion eines Dosiergerätes mit einer auf mehrere Tage präzis konstanten und beliebig klein wähl -barren Auslaufgeschwindigkeit möglich ist. Damit kann die sonst übliche Volumenmessung prinzipiell in eine Zeitmessung umgewandelt werden, da man durch Eichung der pro Zeiteinheit ausfließenden mengen diejenige Menge errechnen kann, die dem Titrationsgefäß zum jeweiligen Zeitpunkt der automatischen p-Wert-Registrierung zugeflossen sein muß.
  • Das Dosiergerät besteht aus einem Vorratsgefäß mit verhältnismäßig großem Durch messer, an wecldehm eine verhältnismäßig lange und entsprechend feine Kapillare angesetzt ist. Zur Herabsetzung und Konstanthaltunlg der Auslaufgeschwindigkeit sowie zur Verm&dung von Kaillarverstopfun;en kann zwischen dem Vorratgefäß und der Kapillare eine dichte Filtervorrichtung, z. B. eine entsprechend feine Fritte, eingebaut werden. Das Vorratsgefäß kann an seiner oberen Öffnung zwecks Filtration der Luft von mechanischen Verunreinigungen (Staub) eventuell mit einer Fritte od. dgl. versehen werden, der noch ein Ad- bzw.
  • Absorptionsröhrchen zur Reinigung der Luft von unenvünschten Gasen vorgeschaltet werden kann. Zum Zweicke des ungehinderten Nachfüllens der Titrierlössung trägt das Vorratsgefäß einen absperrbaren Zulaufstutzen. Ferner trägt das Vorratsgefäß an seiner breitesten Stelle eine Niveananzeige, durch die wesentliche Veränderungen der hydrostatischen Höhe angezeigt werden. Das Verhältnis von der Kapillarenlänge zum durchmesser des Vorratsgefäßes an der Nivauanzeige muß so gewählt werden, daß eine Flüssigkeits entnahme über lange Zeitintervalle (einen bis mehrere Tage) den hydrostatischen Druck bzw. Sog so wenig ändert, wei es die verlangte titrationsgenauikeit vorschreibt. Dadurch ist eine automatische STiveaukonstanthaltung nicht unbedingt erforderlich.
  • Dieses Dosiergerät ist bei seiner Herstellung an kein durchsichtiges Material gebunden (z.B. Gla oder Plexiglas), da eine Volumenessung fortfällt, so daß auch undruchsichtieg, genen die Titrierflüssigkeit resistente Materialien, z.B. Metalle und Kunststoffe, benutzt werden können. Die Kapillarspitze bzw. das ganze Gefäß kann zum Zwecke einer gewünschten Grenzflächenspannungsänderung mit einem entsprechenden ueberzug versehen oder sonst behandelt oder bearbeitet werden (z. B. Paraffiniiberzug, Eloxierung usw.).
  • Das Ende des Dosiergerätes mündet in ein geschlossenes Titriergefäß. das so beschaffen ist, daß auch kleine Flüssigkeitsvolumina titriert werden können. Dieses Titriergefäß enthält neben den beiden Elektroden je ein Gasein- uiid -ablieungsrohr. Außerdem muß das Titriergefäß eine kräftige Durchmischung der Flüssigkeiten (z.B. durch Magnetrührer) zulassen.
  • Das beschriebeneDosiergerät kann mit demTitriergefäß in verschiedener Weise zur automatischen potentionetrischen titrationsapparatur zur pH- und Redoxbestimmung ergänzt und verwenden werden.
  • 1. Mit kontinuierlichem Zufluß. Das Kapilarende wird in die zu titrerende Flüssigkeit direk eingetaucht. Heirbei fließt die Titreirflüssigkeit in einem feinen, konstanten Strahl in die zu fitrierende Lösung ein. Überraschenderweise ist bei einer kräftigen, aber noch laminaren Rührung die Verteilung der einl, aufenden Flüssigkeit so spantan und gleichmäßig, daß der in jedem Zeitpunkt angezeigte pH-Wert mit dem der gesamten Flüssigkeit praktisch identisch ist, so daß die in einer pH-Zeit-Kurve dargestellten Einzelmessungsn keierlei Streunngen zeigen.
  • Das Äquivalent der pro Zeiteinheit einfließenden Titrierflüssigkeitsmenge wird für ein bestimmtes Dosiergerät in bekannter Weise durch Titration einer bekannten Lösung bestimmt.
  • Die Titration kann in folgender Weise verfolgt werden: a) Durch einen mit einer pH-Meßbrücke gekoppelten pH-Schrieber (z.B. Betrielbs-p-Meter in Verbindung mit einem Punktschreiber).
  • Bei Verwendung eines Methrfachschreibers können ohne weiteres mehrere pH-Titrationen gleichzeitig mit einem Schreiber registriert werden, somit wird eine erhebliche Zeit- und Personalersparnis erreicht. b) Daneben kann das Dosiergerät selbstverständlch auch zur kalssischen Farbindikatorentiration in Verbindung mit einer Phtotzelle und entsprechendem Filter nach Art der Kolorimeter verwendet werden.
  • Die Zeit vom Beginn der Titration bis zum Äquivalenzpunkt wird durch eine Schaltuhr angezeigt. die durch den Photozellenimpuls im Umschlagspunkt ab gestoppt wird. c) Das Dosiergerät kann weiterhin fiir sämtliche Vorgänge benutzt werden, wo ein definierter und kon-- tinuierlicher Zulauf erforderlich ist (z. B. auch fiir konduktometrische und Fällungstitration. Messung von Reaktionsenthalpien bei kontinuierlicher Konzentrationsveränderung usw.). d) Bei gewissen Vorgängen ist eine definiert abnehmende Dosiergescwindigkeit erwünscht. Auch ein solcher Vorgang kann mit dem beschriebenen Dosiergerät durchgeführt werden. wenn dasselbe an der oberen Öffnung luftdicht verschlossen wird. Das durch den Flässigkeitsauslauf enstehden Vakuum im Vorratsgefäß verursacht eine logartihmische Abnahme der Austrittsgeschwindigkeit. Der Koeffizient dieser logarithmischen Funktion hängt von dem gewählten Anfangsluftvolume im Vorratsgefäß und von dem hydrostatischen Druck am Anfang ab.
  • 2. Mit diskontinuierlichem Zufluß. Das Kapillarende wird über die zu titrierende Flüssigkeit augeordnet, so daß der Zulauf in vollkommen gleichmäßigen Tropfen mit absolut gleichmäßiger Geschwindigkeit erfolgt.
  • Die Anwendbarkeit dieser Tropfanordnung ist analog 1. a> bis d).
  • Bei Verwendung eines Schreibers ist jedoch die Zwischenschaltung eines veränderlichen 7eitschaltgerätes notwndig, welches den Schreibrhythmus auf den Tropfenrhythmus abstimmt, damit zwischen Tropfenfall und pH-Schreibung eine auserchende Rührzeit zwecks pH-Ausgleich gewährleistet wird.
  • Eine zusätzliche Kontrolle der Tropfenzahl kann noch dadurch erreicht werden, daß jeder fallende Tropfen über einen Kurzschlußkontakt ein Zählwerk betätigt.
  • Es ist bereits Allgemeingut der Meßtechnik, zum Dosieren von Flüssigkeiten kontrollierte Ausfluß geschwindigkeiten zu benutzen ; insbesondere werden derartige Geräte zum Mischen von Flüssigkeiten in bestimmtem Verhältnis benutzt, wobei jeder Flüssigkeitenstrom in gleichen Zeitintervallen gleich gehalten wird, damit das gleiche Verhältnis erreicht wird.
  • Hierzu ist auch die Verwendung von Zulaufgefäßen gleichbleibenden hydrostatischen Drucks sowie Zeitmeßeinrichtungen zur Überwachung eines Zulaufvorganges bekannt.
  • Aus diesen bekannten Anwendungen ließ sich aber nicht entnehmen, daß durch derartige Zulaufvorrichzungen Ciii derart hoher Grad an Präzision gewährleistet werden kann. wie er für ein Verfahren zur automatischen Druchführung maßanalysticher Bestimmungen erforderlich ist, Es war hiernach durchaus überraschend, daß man durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine derart konstallte Dosierungsmöglickeit besitzt, so daß man sich blindlings darauf verlassen kann, daß jeweils bei dem Ablesungszeitpunkt auch gerade die vorgesehene Menge an Titrationslösung zugeflossen ist.

Claims (1)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Verfahren zur automatischen Aufsührung maßanalysticher Bestimmungen, dadurch gekennzeichnet. daß die Zugabe der Titrationslösungen o mit vorherl>estimmter, festgelegter Geschwindigkeit erfolgt und die automatische Ablesung in bestimmten Zeitintervallen stattfindet, 2. Verfahren gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitlich konstante Zuführung der Titrationslösungen dadurch erreicht wird. daß als Dosiergerät Zulaufgefäße benutzt werden, bei denen der hydrostatische Druck der Titrationsflüssigkeit gleich hoch bzw. annähernd gleich gehalten wird, z. B. durch Verwendung von in ihrem oberen Teil verhältnismäßig großen Durchmesser besitzenden Zulaufgefäßen oder durch Verwendung von üblichen, das Niveau einer Flüssigkeit konstant haltenden Vorrichtungen.
    3. Verfahren gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine zeitlich verzögerte Zuführung der Titrationslösungen dadurch erreicht wird, daß als Dosiergerät Zulaufgefäfle benutzt werden, bei denen der hydrostatische Druck durch Verhinderung von Luftzutritt bei Auslauf der Titrationsflüssigkeit in bestimmter Weise verringert wird.
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 unrd 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Zulaufgefäß enthält, welches in seinem oberen Teil einen derart großen Durchmesser besitzt, daß bei Auslauf der gewünschten Titrationsmenge nur eine geringe Veränderung des Flüssigkeitsniveaus erfolgt, und welches einen unteren, kapillar ausgezogenen Ansatzstutzen besitzt, dessen Länge ein Vielfaches der Höhe des oberen, breiten Vorratsgefäßes beträgt.
    5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet. daß zwischen Vorratsgefäß und kapillaren Auslaufstutzen eine Glasfritte angebracht ist, deren Durchlaufwiderstand so hoch wählbar ist, daß derselbe für den Flüssigkeitsauslauf geschwindigkeitsbegrenzend ist.
    6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Titriergefäß von einem inerten, gegebenenfalls auf konstanten Feuchtigkeitsgrad gehaltenen Gas durchströmt wird.
    7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die automatiseheAhlesung der Titrationswerte mit Hilfe eines hekanntenp-Meßgerätes in Verbindung mit einem Schreiber durchgeführt wird und erforderlichenfalls bei einer durch tropfenweise Zugabe stufenartig inkonstanten Zuführung der Titrationslösung der Schreibrhythmus des Punktschreibers mit den Zeitintervallen der Zugaben durch ein veränderliches Zeitschaltgerät synchronisiert wird.
    8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die automatische Ablesung der Titrationswerte nach Zugabe von Indikatorfarbstoffen mit Hilfe einer Fotozelle und entsprechendem Filter nach Art der Kolorimeter erfolget und die Ziet vom Beginn der Titration bis zum Erreichen des Äcluivalenzpunktes durch eine Schaltuhr angezeigt wird, die durch Photozellenimpuls im Umschlagspunkt abgeschaltet wird.
    9. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Endpunkt der automatischen Bestimmung akustisch bzw. optisch angezeigt und die Bestimmung gleichzeitig abgeschaltet wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deultsche Patentschrift Nr. 846314 ; schweizerische Patentschrift Nr. 233 889.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE1498506B2 (de) * 1961-09-04 1970-12-10 Anscherlik A Selbsttaetige Vorrichtung zur Durchfuehrung chemischer Analysen von Fluessigkeiten mit Dosiergeraeten

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DE846314C (de) * 1947-09-05 1952-08-11 Technicon Chromatography Corp Selbsttaetiges Geraet zum Aufsammeln von Fraktionen

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