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Verfahren zur Anwendung fester Reagenzien und Vorrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Vorrichtungen
anzugeben, mit welchen es möglich ist, Reagenzien und/oder Indikatoren in geeichter
fester Form in Reaktion mit dem flüssigen Prüfling zu bringen. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren lassen sich insbesondere Titrationen, Konzentrations- bzw. Redoxpotentialbestimmungen
u. dgl. in sehr einfacher Weise durchführen.
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Bei qualitativen und insbesondere quantitativen Untersuchungsverfahren,
wie z.B. Titrationen, erfolgt die mengenmäßige Ermittlung des festzustellenden Stoffes
oder einer chemisch wirksamen Gruppe im allgemeinen dadurch, daß durch allmähliches
Zersetzen einer in ihrer Stärke und Reaktionswirkung genau bekannten Substanzmenge
in Lösung ein bestimmter Endäquivalenzpunkt erreicht wird, der sich durch den Zusatz
eines Indikators oder einer anderen Messung eines bestimmten Pn- oder r-Wertes feststellen
läßt.
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Es ist im allgemeinen üblich, zur Durchführung derartiger quantitativer
Titrationen volumetrisch in ihrer Stärke genau festgelegte reaktionsspezifische
Lösungen zu verwenden; die Menge der Reagenzien die bei der Untersuchung zur Erreichung
eines bestimmten Äquivalenzpunktes erforderlich sind, ergeben sich aus der Messung
des Volumens der benötigten Lösung der Reagenzien.
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Derartige Arbeitsverfahren bedingen das Vorhandensein besonderer
Geräte und ein sehr sorgfältiges Arbeiten, so daß sie nur von geübtem Personal durchgeführt
werden können.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man
zur Vereinfachung der Arbeitsweise quantitativer Untersuchungen von Flüssigkeiten,
bei denen geringe, genau zu bemessende Mengen bestimmter Reagenzien mit bekannten
Mengen der zu untersuchenden Flüssigkeiten zusammengebracht werden, dadurch ganz
wesentlich vereinfachen kann, daß man zunächst - d. h. vor der durchzuführenden
Untersuchung - bestimmte Mengen der festen Reagenzien auf oder in einem streifen-
oder blattförmigen, chemisch indifferenten Träger so gleichmäßig verteilt, daß Längen-
oder Flächenabschnitte des Trägers ihrer Länge oder Fläche entsprechende Teilmengen
der festen Reagenzien enthalten und daß man dann für die Durchführung der Untersuchungen
die Menge der anzuwendenden Reagenzien durch die Länge oder Abschnittgröße eines
mit der Flüssigkeit zusammenzubringenden Teiles des Trägers bestimmt.
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Die gleichmäßige Verteilung der Reagenzien auf oder in streifen-
oder blattförmigen, chemisch indifferenten Trägern kann dabei lange Zeit vor Durchführung
der jeweiligen Untersuchungen erfolgen. Es
erweist sich als zweckmäßig, zwecks gleichmäßiger
Verteilung der festen Reagenzien einen aus saugfähigem Material bestehenden Träger
mit einem genau definierten Saugvolumen je Längen- oder Flächeneinheit in an sich
bekannter Weise mit einer ein Reagenz - oder gegebenenfalls mehrere Reagenzien -
in bekannter Konzentration enthaltenden Lösung zu tränken, wobei während des Tränkens
gleiche Längen- oder Flächeneinheiten jeweils gleiche Mengen der Lösung aufnehmen
und (nach Verdunsten des Lösungsmittels oder Trocknen des Trägers) das Reagenz oder
die Reagenzien mit sehr hoher Gleichmäßigkeit über die Längen- oder Flächeneinheiten
des Trägers verteilt sind.
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So ist es z.B. möglich, eine Lösung einer n/100-Natronlauge auf einen
Träger - gegebenenfalls durch weiteres Verdünnen und Aufsaugen der Lösung in einem
Faden oder einem dünnen Papierstreifen - so gleichmäßig verteilt aufzubringen, daß
eine bestimmte Länge des Trägers, d. h. des Fadens oder Streifens, einem Bruchteil
der kleinstmöglichen Tropfengröße entspricht, die man bei volumetrischen Messungen
in eine zu titrierende Flüssigkeit gibt. Anderseits ist es auf diese Weise auch
möglich, auf streifen- oder blattförmige Träger mit bekanntem Eigengewicht sehr
fein verteilte Stoffe bequem zu wiegen, wobei die kleinste durch die Wägung zu erfassende
Menge der Reagenzien weit unter der Empfindlichkeitsgrenze der benutzten Waage liegen
kann, da das Gewicht der Reagenzien nur einen kleinen Bruchteil des Gewichtes des
Trägers beträgt.
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Entsprechend präparierte Träger können auch in einem entsprechend
ausgestatteten Werk maschinell
hergestellt werden, so daß sie fiir
die Durchführung der Untersuchungen gebrauchsfertig einer Verpackung entnommen werden
können.
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Während es bisher nur üblich ist, Indikatorpapiere. wie z. B. Lakmus-
oder Kongorotpapiere, herzustellen oder diese Indikatoren vorrätig zu halten, um
sie zur Priifung des p-Wertes von Flüssigkeiten bzw. zu Tüpfelreaktionen od. dgl.
zu verwenden, ermöglicht das Aufbringen von Reagenzien und/oder Indikatoren auf
bestimmte indifferente Trägerstoffe (z. B. Kunst stoffolien, Glas usw.) mit einem
genau definierten Reagenziengehalt je Flächeneinheit, ein Zusetzen dieser Stoffe
in einer dem Flüssigkeitsvolumen der zu untersuchenden Lösung oder Flüssigkeit genau
angepaßten Konzentration. Es wird also bei Anwendung des neuen Verfahrens ein bestimmtes
Volumen einer Reagenz- und/oder Indikatorlösung von bestimmtem Prozentgehalt durch
Längen- oder Flächenabschnitte des das Reagenz und/oder den Indikator enthaltenden
streifen- oder blattförmigen Trägers ersetzt.
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Die Prüfung der Laugenstärke einer Lösung kann unter Ausnutzung der
vorliegenden Erfindung dadurch erfolgen, daß der zu prüfenden Lauge bestimmte, nach
den obigen Angaben z.B. mit Oxalsäure präparierte Streifen- oder Flächenabschnitte
eines Trägers so lange nacheinander zugesetzt werden, bis durch die Summe kleinerer
Flächeneinheiten des Trägers - entsprechend der tropfenweisen Zugabe eines Titrationsmittels
bei dem üblichen Verfahren ein bestimmter Äquivalenzpunkt erreicht ist.
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Durch das getrennte - oder auch gleichzeitige -Auftragen von aktivem
Reagenz und Indikator auf den gleichen Träger kann das Verfahren erweitert werden,
da man dabei die Menge des aktiven Reagenz. z. B. der Säure, und des Indikators
in einem für den jeweiligen Zweck besonders geeigneten Verhältnis wählen kann.
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Falls notwendig, können in weiterer Ausbildung der Erfindung je Längen-
oder Flächeneinheit neben dem aktiven Reagenz (z.B. Titrationsmittei) und dem Indikator
noch weitere, entweder indifferente oder auch chemisch wirksame Stoffe auf den Träger
aufgetragen sein, die den Zweck haben. irgendwelche unerwünschten, gegebenenfalls
störenden Begleitreaktionen zu unterbinden.
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So kann man z. B. den Reaktionsmechanismus störende Ionen in Komplexverbindungen
überführen, wobei die Menge der zur Maskierung notwendigen Substanz in einer bestimmten,
gleichmäßigen oder -je Streifen- bzw. Flächenabschnitt - ansteigenden Konzentration
verwendet sein kann.
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Weiterhin kann die zur Durchführung der Reaktionen benutzte streifen-
oder blattförmige Trägereinheit auch zwei verschiedene, sich gegenseitig nicht störende
Indikatoren, z. B. Niethylorgane und Phenolphthalein zusammen, enthalten.
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Leicht oxydierbare oder unter atmosphärischen Einflüssen Änderungen
in ihrer Zusammensetzung erfahrende, auf die Träger aufgebrachte Reagenzien.
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Indikatoren usw. können durch Überzüge filmbildender Stoffe oder schützende
Umhüllungen geschützt sein.
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Zur Konzentrationsbestimmung einer Lösung läßt sich die Saugfähigkeit
der chemisch indifferenten Träger in Streifen- oder Blattform - die z. B. aus Papier
oder porösen Kunststoffolien bestehen - in der Weise ausnutzen, daß man zunächst
bestimmte Flächeneinheiten oder Streifenabschnitte mit genau definiertem Saugvolumen
mit einem aktiven Reagenz
(Titrationsmittel) und gegebenenfalls Zusatzstoffen (z.
B. Indikatoren) in der Art tränkt, daß sidl unterschiedliche Konzentrationsverhältnisse
des Titrationsmittels in einer von dem Träger aufgesaugten Flüssigkeit ergeben und
der Äquivalentpunkt, der z. B. dem End- oder Umschlagspunkt einer Titration entspricht.
durch Indikatoränderungen in den Abschnitten des Trägers erkannt werden kann. Damit
kein Zusammenfließen der Flüssigkeiten der einzelnen Trägerabschnitte erfolgen kann,
werden die mit aktiven Reagenzien unterschiedlicher Konzentration oder Menge behandelten
Abschnitte des Trägers durch wasserabweisend wirkende Zonen gegeneinander abgegrenzt.
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Ein Papierstreifen kann beispielsweise aus fünf Abschnitten a, b,
c, d, e, bestehen, von denen jeder ein Saugvolumen von 0,1 ml hat. Die durch die
Abgrenzungen aus Lösungsmittel abweisenden Stoffen voneinander getrennten Abschnitte
sind mit Titrationsmitteln unterschiedlicher Konzentration und gegebenenfalls einem
Indikator imprägniert, wobei die Konzentration des Titrationsmittels und/oder des
Indikators in den einzelnen Abschnitten in einem Verhältnis von 1: 2 : 3 : 4 : 5
stehen.
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Taucht man einen in dieser Weise präparierten Papierstreifen in eine
zu untersuchende Flüssigkeit ein, so werden sämtliche Abschnitte des Streifens gleiche
Flüssigkeitsmengen aufsaugen, und in den aufgesaugten Flüssigkeiten lösen sich dann
in den einzelnen Abschnitten unterschiedliche Mengen des Titrationsmittels. Der
beigefügte Indikator wird dann in einem Teil der Abschnitte farblich umschlagen
und in einem anderen Teil seine ursprüngliche Färbung behalten. Derjenige Streifenabschnitt,
bei dem die Grenze des Indikator-Farbumschlages liegt, gibt nun ein Maß für die
Konzentration der gesuchten Substanz in der Flüssigkeit.
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Auf diese Weise kann man sich in einfacher Art einen schnellen Überblick
über die Konzentration bestimmter Lösungen verschaffen.
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Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung zu seiner Durchführung
können auch bei Prüfungen angewendet werden, bei denen Redoxpotentialbestimmungen
in einem bestimmten Flüssigkeitsvoluiner und bei Beobachtung über gewisse Zeitabschnitte
hinweg anzustellen sind. Dabei ergeben sich die Redoxpotentialänderungen als Folge
einer Summe hiologischer Vorgänge oder des thermischen Zerfalls vor in der zu untersuchenden
Flüssigkeit enthaltender Verbindungen. Diese biologischen Vorgänge oder dei thermische
Zerfall können nach dem neuen Verfahren ebenfalls auf sehr einfache Weise beobachtet
oder be wertet werden.
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So ist es möglich, als Redoxindikatoren bekannte Verbindungen, wie
Janusgrün, Methylenblau, Res azurin usw. auf Papierstreifen bestimmter Länge un
mit bestimmtem Saugvolumen so aufzubringen. dal diese Verbindungen beim Eintauchen
des Trägers i eine Flüssigkeit, z.B. in Milch, in einem ganz be stimmten Mengenverhältnis
zu den jeweils aufge saugten Flüssigkeitsmengen stehen. Das über eine gewissen Zeitabschnitt
hinweg sich ändernde Redox potential ist nun an einer Farbänderung des Redox indikators
im Streifen erkennbar. Die änderung; können entweder innerhalb eines bestimmten
Tempe raturbereiches als Nachweis biologischer Vorgäng gewertet werden oder - insbesondere
bei höhere Temperaturen - eine Beobachtung des Abbaues un der Aufspaltung hochmolekularer
Verbindungen. bei spielsweise von Milchproteinen, gestatten, die
kleinere
Spaltstücke, wie Aminosäuren, Peptone, Polypeptide usw., zerfallen. Diese Spaltstücke
beeinflussen ihrerseits meßbar das Redoxpotential.
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Um das Redoxpotential bzw. seine zeitliche Änderung größenordnungsgemäß
bequem erfassen zu können, sollen in gegeneinander abgegrenzten Abschnitten eines
Trägers unterschiedliche Redoxindikatoren eingebracht werden, die durch ihre gestaffelten
Farbumschlagspunkte eine »Redoxskala« bilden. Auch hier läßt sich nach Lage der
Farbumschlagsgrenze das momentane Redoxpotential wenigstens größenordnungsmäßig
erfassen bzw. beim abschnittsweisen Fortschreiten des Farbumschl ages die zeitliche
Änderung des Redoxpotentials erkennen.
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Das Erkennen der Umschlagsgrenze ist bei vielen unterschiedlichen
Redoxindikatoren - die für eine Redoxskala verwendet werden müssen - nicht ganz
einfach. Um Fehler auszuschließen, empfiehlt es sich, gleichzeitig Farbenvergleichsskalen
vorzusehen, die z. B. auf dem Träger selbst aufgedruckt sein können.
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Bei Untersuchungen, die sich über längere Zeit hinziehen, kann man
den Träger, in dem sich die Reaktionen abspielen, gegen Austrocknen durch Einlegen
in oder zwischen Gläser oder Folien usw. schützen.
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Die obige Schilderung einiger ausgewählter und nur als Beispiele
zu wertender Anwendungsweisen des neuen Verfahrens und der zu seiner Durchführung
bestimmten Vorrichtungen zeigt, daß sich die Prüfungen und Messungen - insbesondere
bei Verwendung saugfähiger Reagenzienträger - in sehr bequemer Art durchführen lassen,
so daß derartige Untersuchungen nunmehr auch von ungeübtem Personal und außerhalb
eines Laboratoriums leicht durchgeführt werden können.
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PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zur Anwendung fester Reagenzien für
quantitative Untersuchungen von Flüssigkeiten, insbesondere für Titrationen, Konzentrations-
bzw. Redoxpotentialbestimmungen u. dgl. bei denen geringe, genau zu bemessende Mengen
der Reagenzien mit bekannten Mengen der zu untersuchenden Flüssigkeiten zusammengebracht
werden, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Untersuchung bestimmte Mengen der
festen Reagenzien auf oder in einem streifen- oder blattförmigen, chemisch indifferenten
Träger so gleichmäßig verteilt, daß Längen- oder Flächenabschnitte des Trägers ihrer
Länge oder Fläche entsprechende Teilmengen der festen Reagenzien enthalten, und
daß man dann für die Durchführung der Untersuchungen die Menge der anzuwendenden
Reagenzien durch die Länge oder Abschnittsgröße eines mit der Flüssigkeit zusammengebrachten
Teiles des Trägers bestimmt.