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Kolorimeter-Durchflu#zelle Die. Erfindung besleht sich auf einen
Apparat sur lbsttätigen quantitativen Analyse von flüssigen der Reihe nach fortlaufend
strömenden probenschüben und insbesondere auf eine Durohflußselle sur kalorimetrischen
Analyse sehr kleiner strömender Volumina.
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Bei der selbsttätigen Analyse von Flüssigkeiten z@B. nach der U. S.-Patentachrift
2. 797.149 vom 25. Juni 1957 wird eine strötende Flüssigkeit, die aus einselnen,
der Reihe nach flie#enden Probenschüben, die durch Gaseinsohlüese getrennt sind,
beateht und Gasblasen enthält, mit zusammenhängend flie#enden Regagenzmitteln und
in sonstiger Weise weiterbehandelt, damit in der Probe eine Farbreaktion erzeugt
wird, deren optische Dichte bei einer vorgegebenen Wellenlänge in einer bestimmten
Besiohung zum Gehalt eines Bestandteils in der ursprünglichen Probe steht. Die ge£rbten
Proben werden im zusammenhängenden Strom durch eine Durchflu#zelle getrieben, die
sich im Weg eines Lichtstrahls von bekannter hellenlinge und Intensität befindet
; eine Anderung des Lichtstrphle wird gemessen, registriert und liefert zwangsläufig
ein Meßergebnis über den Gehalt des interessierenden Beetandteils in der ursprünglichen
Probe. Die eingeschalteten Gasblaaen reinigen das Innere der Röhren des Systems,
um eine gegenseitige Verunreinigung der Proben zu unterbinden.
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Bin Stel der Erfindung ist eine Durchflu#zelle mit einer glatten,
zusammenhängenden Innenfl iche, die ein minimales Volumen an flüssiger @robe erfordert
und keine Unstetigkeiten besitzt, die die Flüsaigkeit oder Luft von vorhergehenden
Proben sur nächsten zurückhalten können.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, zum Messen einen Lichtutrahl
in richtung durch die Durchflu#zelle mit einer glatton, zusammenhängenden Flache
hindurchzuleiten.
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Bin weiteres Ziel der Erfindung lot eine Durchflu#zelle, bei der
die Weglknge des messenden Lichtstrahls durch die Probe wahlweise verändert werden
kann.
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Bin welters Ziel der Erfindung ist eine röhrenartige Durchflu#-zelle,
bei der der Weg des messenden Blchtstrahls durch die Probe @ grö#er als die geradlini@e
Abmessung der Röhre zwischen dem Lichteintritt und-austritt ist.
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Bin Mgrkmal der Erfindung ist eine DurchfluBselle mit einer vertikal
gestellten Rdhre aus einem niohtbenetsbaren Material, durch die der messende Lichtstrahl
unter einen Kinkel zum Röhrendurchmesser geleitet und sur Messung unter einem Winkel
sun Durchmesser empfangen wird.
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Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung seien
in Verbindung mit den beigefügten Figuren in einzelnen erläutert.
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Fig. t seigt schematisch ein selbsttätiges Analysiergerät nit der
Durchflußzelle und demLichtstrahlsystem gamiib der Erfindung.
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Fig. 2 ist ein axialer Schnitt durch die Durchflußzelle und das Lichtstrahlsystem
gemä# der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt perspektivisch einen Teil der Konstruktion nach Fig.
2 und die Lupplung don Lichtstrahlssystem mit der Durchflues Pig. 4 ist ein Quere
hnitt duroh die Fig. 2 longs der Llule 4-4.
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Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer vereinfachten Ausführung
einer Durchflu#zelle gemä# der Erfindung.
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Gemä# den Figuren trägt ein Halter 10 mehrere Becher 12, die je eine
einselne flüssige Probe enthalten, und wird schrittweise via einer (nicht gezeigten)Vorrichtungweitergedreht,damitjeweils
ein Becher unter ein Flüssigkeitsabsaugrohr 14 gelangt.
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Dieses Absaugrohr ist an einer Kipphebelanordnung 16 angebracht, die
über eine Gliedverbindung (nicht geseigt) mit der Drehvorrichtung gekuppelt let,
damait das Ende des Absaugrohres in don
Becher gelangt und aus diesem
herausgezogen wird, wenn d ie nächate Probe in diese Lage gedreht werden soll. Dieser
Apparat ist bereite anderweitig vorgeschlagen worden. An der Kipphebelanordnung
16 lot ein weiteres Abeaugrohr 18 fUr Flüssigkeiten ontiert, das gleiohzeitig in
einen BdhClter 20 sit einer Reagenzflüssigkeit von konstantes Niveau eingeführt
wird.
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An einer Dosierpumpe 22 sind zwei nachgiebige Pumpenröhren 24 und
26 und mehrere Rollen 28 vorgesehen, die zwieohen swei endlosen Ketten 30 angebraoht
sind und fortaohreitend die Pumpenrbbren abquetschen, damit die Flüssigkeiten in
zueinander proportionalen Durchflu#mengen durch die Pumpenröhren getrieben werden.
Der Aufbau der Dosierpumpe ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2. 935. 028
ros 3. Mal 1960 ausführlich beachrieben.
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Die Pumpenröhre 24 let {ber eine Röhre 32 mit don Ausla#ende don Absaugrohres
14 und über eine Röhre 34 mit e@nem Einla#schenkel 36 einer Zweigstelle 38 verbunden.
Die Pumpenrohre 26 ist über eine Röhr@@@ 0 mit dem Ausla#ende des zweiten Absaugrohres
18 und über eine Röhre 42 mit einem Einla#schenkel 44 der Zweigstelle 38 verbunden.
Ein Ausla#schenkel 46 der Zweigstelle 38 ist über eine Röhre 48 sit çlnes Einla#ende
50 eines schraubenförmigen Mlsohrohres 52 verbunden. Bin Auslagende 54 des Mischrohres
52 ist über eine R13hre 56 an einem unteren Einlasende 58 einer vertikal gestellten
DurchtluBse 60 angesohlosaen. 81n oberes Ausla#ende 62 der Zelle ist über eine Röhre
64 an einer Abfluß 66 angeschlossen.
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Von einer feet montierten Lichtquelle 68 wird ein Liohtstrahl konstanter
Intensität in eine das Licht leitende Vorrichtung 70 geworfen, die den Lichtstrahl
sur Durchflußselle 60 hindurahgehen lä#t. Eine weitere das Licht leitende Vorrichtung
72 empfängt den Lichtstrahl, nachdem dleser durch die Durchflu#-selle hindurchgegangen
ist, und wirft ihn durch ein Licht-@ filter 74, das eine gegebene@ Wellenlänge hindurchgehen
lä#t, au ein fest montiertes, die Liohtintensität meosendes GerAt 76, s. B. ne Photozelle.
Die vom Gerät 76 abgegebenen signale werden über einen Leiter 78 einem Regist@iergerät
80 zugeführt, das einen sich bewegenden Stift enthält. Mit der Drehvorrichtung des
Halters 10 ist ein Schalter 82 gekuppelt, der den Leiter 78 swischen den Proben
unterbrioht. Vor der Lichtquelle 68 kinnen ein zusätzlicher Kollimator (nicht geseigt)
und das Lichtfilter 74 angeordnet sein.
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Im Betrieb pressen die Rollen 28 fortachreitend die Pumpenröhren
24 und 26 in Richtung eines Pfeils A zusammen, wodurch am Einlaßende der Flüssigkeitsabsaugrohre
14 und 18 ein Un@erdruck entsteht. Wenn sich ein Probenbecher 12 in der Absauglage
befindet, betätigt die Gliedverbindung die Kipphebelanordnung 16 und senkt gleichzeitig
die Einlaßenden der Absaugrohre in den Probenbecher bzw. in den Behälter 20 mit
konstantem Niveau. Infolge des von der Pumpe hergestellten Unterdruckes wird eine
gewisse Menge der Probenflüssigkeit vom ersten Absaugrohr aus dem Bechner herausgesaugt
und zur Zweigstelle 38 befdrdert ; gleichseitig wird
eine gewisse
Henge des flüssigen Reagenz durch das weitere Abuaugrohr aus dem Behälter gesaugt
und sur Zweigstelle befördert.
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Die DurchfluBmengen sind durch den Innendurchmesser der Pumpenrohren
und die Geschwindigkeit der Rollen festgelegt. Das Gesamtvolumen der abgesaugten
FlUssigkeit oder der Lange des Flüssigkeitsschubes ist durch die Zeitspanne festgelegt,
während sich die Absaugrohre im Becher bzw. Behälter befinden. Nach einer vorgegebenen
Zeitspanne werden die Abeaugrohre von der Kipphebelanor dnung aus dem Becher bzw.
dem Behälter herausgezogen, worauf ein neuer Becher vom Halter in die Absauglage
gedreht wird. Wdhrend die Absaugrohre aus des Becher und Behllter herausgesogen
sind, eetst die Pumpe 22 ihren Arbeitsgang fort, wthrcad dieser Zeitspanne lassen
die Abeaugrohre Luft durch die Rohren in Richtung der Zweigstelle 38 hindurchgehen.
Die Lange dieser Lufteinschlüsso ist durch diepauer dieser Zeitspanne festgelegt.
Somit werden die Probenflüssigkeitsschübe, die sur Zweigstelle flieBen, je durch
einen Lufteinschlu# voneinander getrennt SchUbe des flüssigen Reagenzmittels, die
obonfalls sur Zweigstelle fließen, aind auch von den Lufteinschlüssen getrennt ;
die Lange und Phase dieser Einschlüsse sind in beiden Röhren identisch. Wenn der
geradlinig Abstand zwischen des EinlaB des ersten Absaugrohres und der Zweigstelle
gleich dem geradlinigen Abstand zwischen dom Einla# des zweiten Absaugrohre und
der Zweigstelle ist, kommen die unterteilten Ströme der Proben- und Reagenzflüssigkeit
in Phasen an der Zweigstelle
an ; der sich dort ergebende unterteilte
Strom aus Proben-und Reagenzflüssigkeit liegt ebenfalls in Phase, vorausgesetzt
da# der Innendurchmesser der verschiedenen Röhren passend bemessen iat. Der sich
ergebende Strom läuft durch das Mtsohrohr hindurch, in don alle SchUbe der flüssigen
Proben mit don jeweile in Phase liegenden Schub der Reagenzflüssigkeit vermiaht
und sur Reaktion gebracht werden, damit e ine Farbe entsteht, deren Dichte die Menge
eines interessierenden Bestandteile in der Probe angibt. Der Sohub der gefärbten
Flüssigkeit läuft von Mischrohr durch die Durchflu#zelle 60 sue Abflu. Wenn die
Schübe durch die Durchrlußsello hindurchströmen, werden sis noch durch die Lufteinschlüsse
voneinander getrennt. Nit Auenahme der Pumpenrohren, die aus einem naohgiebigen
Material, s. B. Polyvinylchlorid hergestellt sein müssen, können die anderen Elemente,
z. B. die Abaaugrohre, die verbindenden Röhren, die Zweigstelle, das Mischrohr und
die Durchflußzelle aus eines nichtbenetzbaren Material, s. B. e inem fluorierten
Kohlenwasserstoff, der unter dem Namen "Teflon" im Handel ist, aufgebaut sein, damit
die Materialablagerungen aus des Schub der Probenflüssigkeit auf den Innenwänden
dloner Elements möglichst klein gehalten odor unterbunden werden und der nachfolgende
Probenflüs@ gkeitsschub nicht verunreinigt wird. Je nach Wunsch kann die Gliedverbindung
so auegebildet sein, da8 die Kipphebelanordnung 16 da Absaugrohr 14 zwei-oder mehrmele
in den jeweiligen Probendecher einfuhrt, damil meure@e Probenschübe, die durcheinen
Lufteinschlu# getrennt nd, dem im Halter vorgesehenen Becher entnommen worden
können.
In einem solchen Fall können die eraten Schübe die Innenfläche der Elemente vor
den lezte Bahub auewaschen, an des die Nessung und Registrierung vorgenommen wird.
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Die e Durchflu#zelle 60 ist aus einem dünnwandigen Innenrohr 84, durch
das die Flüaaigkeiten laufen, und einem AuBenrohr 86 aufgebaut, das eine stark reflektierende
Innenflgche aufweiet, die an der Außenfläche des Innenrohrea anliegt. Ein unterer
Block 88 enthdlt ein röhrenförmiges Loch 90, dessen Innendurchmesser dem AuBendurchmeaaer
des Innenrohres 84 entspricht. Das Innenrohr pa#t in das Loch 90 hinsin ; der Block
kann linge der Aohse diesels Rohres gleiten. Die Innenfläche kann ebenfalls stark
reflektieren und somit ale Reflektor fUr den Lidtatrahl dienen. Bin oberer Block
92 let mit eine ähnlichen Loch 94 versehen und ähnlich in Bleltzlts an den t Innenrohr
84 ontiert. Zwischen den Bldcken ist dan AuBenrohr 86 angeordnet. Die erste, das
Licht leitende Vorrichtung 70 enthSt ein biegsames Bündel lichtleitender Fasern,
die in einem Loch 96 eines scheibenförmigen Elementes 100 untergebracht lad und
su dieaem herausragen. Das Element 100 liogt In einer scheibenförmigen Vertiefung
102 einer dreieckigen Verlängerung 104 im oberen Block 92. Das vorspringende Bad
des Faserbündels ist somit in einer Ebene schwenkbar, die eine Achse B-B der DurchfluSzelle
enthält, damit der Winkel zwischen der Austrittsachse des FaserbUndels und der Achee
der DurchfluBxelle verlandert
werden kann. Die zweite, das LIcht
leitende Vorrichtung 72 enthClt in clicher Weise ein biegsames Bündel lichtleitender
Fgsern, das in einem Loch 106 einea scheibenförmigen Elementes 108 montiert ist
und aus diesem herausragt. Diaea Element liegt in Ehnllcher Weise in einer scheibenförmigen
Vertiefung 110 einer dreieckigen verlängerung 112 im unteren Block 28 und ist in
ähnlicher Weise in einer Ebene schwenkbar, die die Aches B-B der DurchfluBzelle
und die Austrittsachse des Faaerbündels 72 enthält.
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Im Betrieb lenkt das BUndel 70 der liohtleitenden Fasern den Lichtstrahl
von der Liohtquelle 68 diametral durch die durchsichtige Wand des Imenrohres 84
hindurch. Die « Vand ist aus einem möglichst durchsichtigen, dünnen Material hergestellt,
d@@ it die Absorption des hindurchfa lenden Lichtstrahls möglichst klein gehalten
wird. Wenn das Innenrohr aus Glas besteht, ist die Absorption minimal ; wenn es
aus "Teflon" hergestellt ist, ist die Absorption stwæ grö#er. Der Lichtstrahl geht
unter einem Winkel zur Achse des Imenrohres durch die strömende Flüssigkeit und
duroh die entfernte Seitenwand des Innenrohree hinduroh und wird von der stark reflektierenden
Innenfläche des Au#enrohres 86 oder dem Block 92 zurückgeworfen. Ein gro#er Teil
das Strahls wird von der strömenden Flüssigkeit diffus abgelenkt. Die Lichtleiter
70 und 72 sind bezüglich der Achse B-B schwenkbar, und die Blöcke 92 und 88 sind
getrennt voneinander voatellbar, so daß der nichtdiffundierte Rest des Lichtstrahle,
der
vom Lichtleiter 70 auageht, nach der gawUnachten Zahl Reflexionen im Innenrohr und
Brechung axial sur Achse des Lichtleiters 72 verläuft und gemeinsam mit einem gro#en
Tell des diffundierten Lichtes vom Leiter 72 empfangen und durch das Filter 74 zu
dem die Lishtintensität messenden GerAt gelenkt wird.
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Wis aux figue 2 hervorgeht, soll die Länge des Schubes der flüssigen
Probe, diegerade gemessen wird, gleich oder grö#er als die axiale Länge der Durchflu#@elle
sein, dis vom Lichtutrahl durehsetst wird. Der Licht@trahl kann ständig eingechaltet
sein, während das Registriergerät 80 vom Schalter 82 an-und abgestellt werden @an@,
was von der Gliedverbindung des Halters in Phase Mit ds Durchgang der Schübe der
Probenflüssigkeit durch die Durchfl@@zelle erfolgt. Amderer@seits kama des Registriergerät
ständig arbeiten, und von zusätzlichen Hilfs@itteln wird die Gegenwart aines Prob@enschubes
zwischen dem Eintritt und Austritt des Lichtstrahls wahrgenommen.
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Der Lichtstrahl kann das Rohr sooft, wisgewünacht, diemetral durohqueren.
Der Reflektor kann wegfallen; di@Emden der Bündel können auch auf den entgegengesst@ten
Seiten der Durchflu#zelle angeordnet sein. Ein derartiger weg ist stets länger als
die geradlinige Achsenlänge und liefert eine empfindlichere Messut-
Die
vertikale Orientierung und die glatte, ununterbrochene Innenfläche der Durchflu#zelle
verhindern ein verzögertes Anhaften der Luftblaaen oder der Flüssigkeit innen am
Innenrohr.
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Durehflußzellen dieaer Art beeitsen ein Innenrohr aus Glas oder den
nicht benetzbaren "Teflon" mit einem Innendurchmesser von 2-3 an und einer axialon
Logz von 5-50 mm.
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In Fig. 5 let eine vereinfachte Auaführung einer Durobflusello zu
sehen. Durch drei Blöcke 510, 512 bzw. 514 geht je ein Loch 516, 518 bsw. 520 mit
gemeinsamer Achse und gleichem Durchmeseer hindurch. Die Innenfläche dieser drei
Löcher ist stark poliert und wirkt ale Reflektor. Durch dieae Locher geht ein Rohr
522 aus "Teflon" hindurch, dessen Au#endurchmesser dem Inendurchsonner der Mäher
516, 518 und 520 entspricht und das eine Ie fUr die strömende Flüssigkeit bildet.
In Block 510 Let ein sumacs. liches Loch 524 vorgeeshen, d essen Aches die Achse
des Loches 516 unter einem Winkel von weniger als 90° schneidet. Im Block 514 ist
ein ähnliches Loch 526 vorgesehen. ein Ende eines Bündels 528 ans lichtleitenden
Faaern kann in Loch 524 eingepaßt orin, während das Ende einee w@eteren Bündels
530 lichtleitender Fasern im Loch 526 eingepaßt lot. Zwischen den Blocken 510 und
514 sind zwei Zugefedern 532 (von denen nur eine su selon lot) eingesetzt, die die
drei Blöcke susammenhalten. Der mittlere Block 512 kann in verschiedenen Längen
hergentellt aein, um den Abstand zwischen den Löchern 516 und 520 verstellen zu
können. Um den mittleren Block auszuwechseln,
brzuobt nur die R
? Jhre 522 aus dom Loch 518 herauegenowmen und ein anderer Block gogen die Spannung
der Pedern 532 gleitend eingeführt su werden.