DE1798300C - Vorrichtung für Diffusionsbestimmungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Block mit dem Lösungsmittel gefüllt ist, werden die

zur optischen Bestimmung der Diffusion einer Meß- rechteckigen Ausschnitte waagerecht langsam gegen-

Iösung in ein vorbestimmtes Lösungsmittel, beste- einander verschoben, bis sie genau übereinander-

hend aus wenigstens einer Diffusionsküvette mit einer stehen. Bei Messungen in organischen Lösungsmit-

Diffusionskammer, welche aus einem Rahmen gebil- 5 teln treten jedoch beträchtliche Schwierigkeiten beim

det ist, der verier- und rückseitig flüssigkeitsdicht Abdichten der Zelle deshalb auf, wen die Flüssig-

mit planparallelen Glas- oder Quarzplatten abge- keiten zwischen den Scherblöcken nach einiger Zeit

deckt ist, und welche ferner an der tiefsten Stelle auszulaufen beginnen.

ihres Längsschnittes eine Bohrung zum Zuführen der Ferner sind Diffusionsapparaturen mit sogenann-

spezifisch schwereren Diffusionsflüssigkeit, an der io ten Schieberzellen bekannt. Die eigentliche Diffu-

höchsten Stelle ihres Längsschnittes eine Bohrung sionsküvette besteht aus einer in der Mitte durch

zum Zuführen der spezifisch leichteren Diffusions- einen Schieber unterteilten Diffusionskanuner von

flüssigkeit und in etwa halber Höhe ihres Längs- rechteckigem Querschnitt, die zur Beobachtung vorne

schnittes eine Bohrung zum Abführen der Diffu- und hinten durch zwei Glasplatten abgeschlossen ist.

sionsflüssigkeit münden. 15 Die untere Hälfte der Zelle wird zunächst mit der

Die Bestimmung der Diffusionskonstanten von Meßlösung gefüllt und nach Vorschieben des Schie-Meßlösungai in vorbestimmten, verschiedenen Lö- bers das vorbestimmte Lösungsmittel in die obere sungsmitteln zählt zu den klassischen experimentel- Hälfte gebracht. Dann wird der Schieber langsam len Aufgaben der physikalischen Chemie. Daher sind mit einer Geschwindigkeit von etwa V₂₀ bis V₁₀ mm/ auch bereits zahlreiche Vorrichtungen zur Bestim- 20 see zurückgezogen. Mit dieser Schieberüberschichmung der Diffusionskonstante bekannt, welche ent- tung lassen sich zwar relativ gute Grenzschichten für sprechend dem zur Anwendung gelangenden Ver- den Diffusionsbeginn herstellen, jedoch weisen diese fahren zur Herstellung der Grenzfläche zwischen der Zellen den Nachteil auf. daß sie mit Fett, öl oder Meßlösung und dem Lösungsmittel im wesentlichen Quecksilber am Schieber abgedichtet werden müsin die folgenden drei Gruppen eingeteilt werden as sen, um ein Auslaufen zu vermeiden. Hierdurch gekönnen: Diffusionsapparatur mit Unterschichtungs- langt sehr leicht durch den Schieber etwas Abdichtzelle, Diffusionsapparatur mit Scherzelle und Diffu- mittel an die Glasplatten, wodurch der optische sionsapparatur mit Schieberzelle. Strahlengang gestört wird.

Um Diffusionsmessuiigen ir. Diffusionsflüssigkeiten Allen drei bekannten Gruppen von Diffusion»-

vornehmen zu können, ini'ssen die Meßlösung und 30 zellen hattet jedoch der Nachteil an, daß eine wirbel-

das vorbestimmte Lösungsmitte! so über- oder unter- freie Über- oder Unterschichtung nicht gewährleistet

schichtet werden, daß sich zu Diffusionsbeginn zwi- ist, wodurch eine störungsfreie Grenzfläche zwischen

sehen beiden eine möglichst scharfe Grenzfläche der Meßlösung und dem vorbestimmten Lösungs-

bildet. mittel, welche aber zur Bestimmung und Messung

Im einfachsten Fall, dem der Diffusionsapparatur 35 einer freien Diffusion notwendig ist, zu Beginn des mit Unterschichtungszelle, weist die Vorrichtung zur Diffusionsvorgangs nicht erzeugt werden kann,
optischen Bestimmung der Diffusion einer Meßlösung Aus der deutschen Patentschrift 1 141 102 ist eine in ein Lösungsmittel eine Diffusionsküvette in Form Diffusionszelle nach dem Unterschichtungsprinzip eines Glasrohres auf, welches das Lösungsmittel ent- bekannt, welche aus einem Block besteht, in dem die hält. Dieses Glasrohr steht über einen Kapillarhahn 40 Diffusionsflüssigkeiten zur Herstellung einer Grenzmit einem die Meßlösung enthaltenden Vorratsgefäß schicht in einem Meßraum eingedrückt werden. In in Verbindung. Durch Drehen des Kapillarhahnes der Diffusionszelle ist eine Saugvorrichtung zur Abläßt man die Meßlösung unter das Lösungsmittel saugung einer Störzone an der Grenzschicht vorgeströmen, wobei die Grenzschicht im Glasrohr lang- sehen. Es sind hierbei keine Schieber vorgesehen, sam nach oben steigt. Die Diffusionsküvette, d. h. 45 welche mit der Diffusionskammer zusammenarbeiten, also das Glasrohr, wird von Zeit zu Zeit photogra- Aus der Zeitschrift »Journal de Chimie Physique^, phicrt und durch Photometric der Photoplatten- Jahrgang 54, 1957, Seiten 924 bis 930, insbesondere Schwärzung die Konzentrationsverteilung mit der Seite 925, ist eine Diffusionsküvette aus Glas zur Höhe ermittelt. An Stelle des Kapillarhahnes kann Bestimmung von Diffusionskonstanten biologischer auch eine Fritte verwendet werden. Zur Unterschich- 5<j Substanzen bekannt, in deren Diffusionskammer an tun<3 des Lösungsmittels mit der Meßlösung benötigt der tiefsten und höchsten Stelle ihres Längsschnitts man eine relativ lange Zeit, beispielsweise bis zu 45 Bohrungen zum Zuführen der spezifisch schwereren Minuten bei hochmolekularen Substanzen, aber selbst bzw. leichteren Diffusionsflüssigkeit und in halber dann ist die Grenzschicht häufig noch nicht gut aus- Höhe ihres Längsschnitts eine Bohrung zum Abgebildet. 55 führen der beiden Diffusionsflüssigkeiten münden.

Bekannt sind uuch Dilfusiotisapparaturen mit einer Die Bohrungen sind ifl zwei Glasblöcken angeordnet,

sogenannten Scherzellc. Die Dilfu.stonsscherzellc be- deren Oberflächen ebon und parallel ausgebildet sind

sieht aus zwei gegeneinander verschiebbaren Blök- und mit zwei ebenfalls ebenen Glasplatten zusam-

ken aus beispielsweise Glas, Mctull oder aus Kunst- mcnwirken. Auf einer Seite eines Glasblocks ist ein

stoff, welche beide einen rechteckigen Ausschnitt zur 60 Schieber vorgesehen, welcher die Bohrung zum Ab*

Aufnahme einer Mcülösung bzw. eines vorbestimm- führen der DifTusionsflüssigkcitcn enthält,

ten Lösungsmittels besitzen. Die beiden Blöcke sind Abgesehen davon, daß die Abdichtung der Zelle

zur Hildung der Dilfusioiiskiitiimer vorn und hinten nur unter Verwendung einer dünnen Schicht eines

durch zwei Glasscheiben abgeschlossen, die bei- Silikonfettes möglich ist, weist die einseitige Abfuhr

spielsweise von zwei Klammern gegen die beiden es der DilTusionsflüssigkeiten den Nachteil auf, daß sie

Blöcke gepreßt werden. Nachdem der eine recht- /11 Verzerrungen in der GrcnzflUchenausbildung

eckige Ausschult! im einen Block mit der McBlnsimg führt.

<.ind der andere rechteckige Ausschnitt im anderen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Diffu- Fig. 4 zeigt ein weiteres AusfUhrungsbeispiel der sion einer Meßlösung in ein vorbestimmtes Lösungs- erfindungsgemäßen Vorrichtung,
mittel zu schaffen, deren Diffusionsküvette die BiI- In einem Aufnahmeblock I mit vertikal stehender, dung einer störungsfreien Grenzfläche ermöglicht einen länglichen Schlitz — in den F i g. 1 und 3 ge- und welche es gestattet, den Schärfungsvorgang, d. h. 5' strichelt angedeutet — für einen optischen Strahlendie Bildung einer Grenzfläche zwischen der Meß- durchgang aufweisender Metallplatte 2 ist die Diffulösung und dem vorbestimmten Lösungsmittel, in ein sionsküvette in vertikaler Lage fixiert. Die Diffu- und derselben Diffusionsküvette beliebig oft zu wie- sionr.kammer 3 der Diffusionsküvette besteht aus derholen. dem Rahmen aus Glas oder Quarzglas, welcher vor-Gelöst wird die Aufgabe bei einer Vorrichtung io der- und rückseitig mit planparallelen Glas- oder zur optischen Bestimmung der Diffusion einer Meß- Quarzglasplatten 3a, 36 flüssigkeitsdicht abgedeckt lösung in ein vorbestimmtes Lösungsmittel, beste- ist. Die Diffusionskammer 3 weist einen parallelohend aus wenigstens einer Diffusionsküvette mit grammartigen Längsschnitt auf. In die Diffusionseiner Diffusionskammer, welche aus einem Rahmen kammer mündet an der tiefsten Stelle des Längsgebildet ist, der vorder- und rückseitig fliissigkeits- 15 schnittes eine Bohrung4 zum Zuführen der spezifisch dicht mit planparallelen Glas- oder Quarzplatten schwereren Diffusionsflüssigkeit und an der höchsten abgedeckt ist, und weiche ferner an der tiefsten Stelle des Längsschnit..'. eine Bohrung 5 zum Zufüh-Stelle ihres Längsschnittes eine Bohrung zum Zufiih- ren der spezifisch leichtere,! Diffusionsflüssigkeit. Du ren der spezifisch schwereren Diffusionsflüssigkeit, an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 3 r, der höchsten Stelle ihres Längsschnittes eine Boh- 20 3d des Rahmens sind etwa in halber Höhe des rung zum Zuführen der spezifisch leichteren Diffu- Längsschnittes mit je einer Bohrung 6 und 7 versionsflüssigkeit und in etwa halber Höhe ihres Längs- sehen. Beide Bohrungen 6, 7 liegen auf einer geschnittes eine Bohrung zum Abführen der Diffu- meinsamen Horizontallinie und sind vorteilhaftersionsflüssigkeiten münden, erfindungsgemäß dadurch, weise von kleinerem Querschnitt als die Bohrungen 4 daß die Diffusionskammer einen parallelogramm- 25 und 5. Die Anordnung der Diffusionsküvette im Aufartigen Längsschnitt aufweist und daß in halber nahmeblock 1 ist so getroffen, daß der durch den Höhe ihres Längsschnittes eine zweite Bohrung zum gestrichelt angedeuteten Schlitz in der Metallplatte 2 Abführen der Diffusionsflüssigkeiten vorgesehen ist, hindurchgehende optische Strahlengang auch durch welche zusammen mit der ersten in einer gemein- die Diffusionskammer geht. Für die Zuführung der samen Horizontallinie liegt. Durch die geneigte 30 Diffusionsflüssigkeiten, d. h. der Meßlösung und des Decke der Diffusionskammer wird bewirkt, daß sich Lösungsmittels, und zur Durchführung der Unterkcine Einschlüsse von Luftblasen in der Kammer schichtung (Schärfung) sowie für den Verschluß der bilden, welche die Laminarströmung der Diffusions- Bohrungen sind rechts und links der Diffusionskamflüssigkeiten beeinflussen. Der geneigte Boden der mer jeweils längere blockförmige Schiebeventile 8, 9 Diffusionskammer gestattet eine einwandfreie Unter- 35 angebracht, welche vorzugsweise aus Polytetrafluorschichtung ohne Einschluß von Lösungsmitteln, so äthylen bestehen. Die Schiebeventile 8, 9 weisen betlaß Verfälschungen der Meßergebnisse durch Ver- vorzugt Vorratsgefäße 10, 11 für die Diffusionsdünnungseffekte so gut wie ausgeschlossen sind. flüssigkeiten auf, an die sich Zuführungskanäle 10a,

Der plangeschliffene Rahmen aus Glas oder 11a anschließen. Außerdem ist jedes Schiebeventil 8, Quarzglas erhält die Stärke der gewünschten Schicht- 40 9 noch mit je einem Abführungskanal 12, 13 vertbfe; er weist eine Ausnehmung von parallelogramm- sehen, der jeweils über einen Schlauch 14 mit einem artigem Längsschnitt auf. Dieser Rahmen wird auf Sammelgefäß 15 für die Aufnahme überschüssiger seiner Vorder- und Rückseite mit optisch einwand- Diffusionsflüssigkeiten in Verbindung steht. Jedes freien Deckplatten aus Glas oder Quarzglas ver- Schiebeventil 8, 9 ist auch noch an seinem unteren kittet, verschmolzen oder verschraubt, oder beide 45 Ende mit einer Stellschraube 16 versehen, mittels der Deckplatten werden mit Hilfe von Federn angepreßt. der Zu- und Abfluß der Diffusionsflüssigkeiten durch I,i weiterer vorteilhafter Ausbildung der erfindungs- Festlegung der Anschlagtiefe, d.h. de; Bodenaufgemäßen Vorrichtung ist für die Zuführung der D^:r- Schlages, einstellbar ist. Die beiden Schiebeventile fusionsflüssigkeiten, also der Meßlösung und des werden in Gleitschienen in dem Aufnahmeblock 1 vorbestimmten Lösungsmittels, und 7ur Durchfüh- 50 geführ.. Mit zwei ausrastbaren gabelförmigen Fedcrrung der Unterschichtung, d. h. Schärfung der ZrIIe, bügeln 17, 18 sind die Schiebeventile 8, 9 mit der sowie für den Verschluß der Diffusionskammer vor Diffusionsküvette verspannt. Auf diese Weise vird und während der Diffusionsbestimmung rechts und der Znsammenhalt der Vorrichtung, der lecksichca· links der Diffusionsküvette jeweils ein längeres Verschluß der Diffusionskammer sowie die Dichtun" Schiebeventil in Form eines Vcntilblockes ange- 55 der Zu- und Abführungskanäle bewirkt. Im oberen bracht. Als Werkstoff für die beiden Schiebeventile Teil des Aufnahmeblocks 1 befindet sich ein Metallhat sich besonders Polytetrafluoräthylen bewährt. stift 19, welcher mit einer Druckfeder 20 versehen Die Schiebeventile weisen vorteilhafterweise nicht ist. Die Druckfeder wird durch eine Anschlagkappe nur Zuführungskanäle und Abflußkanüle für die 21 unc eine Mitnchmerplattc 22 festgehalten. Die DiffusionsflUssigkeiten, sondern auch Vorratsgefäßc 60 Mitnchmerplatte paßt genau in zwei Nuten 23, 24 in fUr die Meldung und das vorbestimmte Lösungs- den Schiebeventilen 8, 9, und sie hebt bei Entspan mittel auf. nung der Druckfeder 20 die Schiebeventile hoch und

An Hand der Fi g. I, 2 und 3 wird ein schematiseli verschließt somit die Bohrungen 4, S und 6,1 (Meß-

im Längsschftitt bzw. Querschnitt dargestelltes Aus- stellung Fig. I). Durch Druck auf zwei Verschluß-

fUhrungsbeispiel einer erfindungsgcmüß ausgcbilde- «j kappen 25, 26 mittels einer Druckplatte 27 werden ten Vorrichtung zur Bestimmung der Diffusion einer die beiden Schiebeventile 8, 9 nach unten bewegt und MeßUisung in ein vorbcsiimmtes Lösungsmittel be- damit die Bohrungen 4, 5 für den Zufluß der DiITu-

schricbcn. welches sich sehr bewährt hat. sionsHüssigkoilen aus den Vorrulsgefiißen 10, Il in

die Diffusionskatnmer und die Bohrung 6, 1 für den Abfluß Überschüssiger Diffusionsflüssigkciten geöffnet, so daß sich der in Fi g. 3 dargestellte Zustand der Schärfung der Diffusionszelle ergibt, d. h. sich eine scharfe Grenzfläche zwischen Meßlösung und S Lösungsmittel bildet.

Die beschriebene erflndungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Bestimmung der Diffusion ist, wie an sich bekannt, meistens in einem Thermostat angeordnet. Aus Gründen der Übersicht wurde in den to Fig. I, 2 und 3 der Thermostat nicht eingezeichnet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in P i g. 4 «Thematisch in Aufsicht dargestellt. Hier sind auf einem Drehteller JO mehrere, beispielsweise fünf. erfindungsgemäB ausgebildete Vorrichtungen 31 β. ij Üb, 31 r, 31 d, 31«· zur Bestimmung der Diffusion einer Meßlösung in ein vorbestimmten Lösungsmittel angeordnet. Mit Hilfe einer geeigneten, an sich bekannten mechanischen Drehrichtung (nicht dargestellt) kann eine gewünschte Diffusionsvorrichtung, ·β beispielsweise die Vorrichtung 31 β in den fixierten Standort des optischen Strahlengangs 32 gebracht werden, ohne daß die übrigen Diffusionsvorrichtungen 31 b, 31 c, 31 d und 31 e den DiffusionsmeBvorgang stören. Hierdurch wird beispielsweise der Vor- *s teil erzielt, daß verschiedene Meßlösungen unter vergleichbaren Temperaturbedingungen oder in Abhängigkeit von der konzentration gleichzeitig untersucht werden können. Mit einer solchen Anordnung lassen sich in kurzer Zeit fünf Diffusionskoeffizien- äo ten-Meßpunkte gewinnen, aus denen dann die Diffusionskonstante graphisch ermittelt wird.

Mit Vorteil läßt sich die erfindungsgemäße Diffusionsvorrichtung bei analytischen Ultrazentrifugen verwenden. Bei der Bestimmung der Teilchenge- 3S wichte hochmolekularer Stoffe mit Hilfe einer analytischen Ultrazentrifuge wird nämlich die Sedimentation der Makromoleküle weitgehend durch die entgegenwirkende Diffusion beeinflußt. Daher ist die gleichzeitige Bestimmung der Diffusionskonstanten neben der Bestimmung der Sedimentationskonstanten zur Berechnung der Teilchengewichte erforderlich.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur optischen Bestimmung der Diffusion einer Meßlösong in ein vorbestimmtes Lösungsmittel, bestehend aus wenigstens einer Diffusionsküvette mit einer Diffusionskamrner, welche aus einem Rahmen gebildet ist, der vorder- und rückseitig flüssigkeitsdicht mit plan- so parallelen Glas- oder Quarzplatten abgedeckt ist, und welche ferner an der tiefsten Stelle ihres Längsschnittes eine Bohrung zum Zuführen der spezifisch schwereren DiffusiomflUsslgkeit, an der höchsten Stelle ihres Längsschnittes eine Bohrung zum Zuführen der spezifisch leichteren OifTusionsflüssigkeit und in etwa halber Höhe ihres Längsschnittes eine Bohrung zum Abführen der DiffusionsflUssigkeiten münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionskammer (3) einen parallelogrammartigen Längsschnitt aufweist und daß in halber Höhe ihres Längsschnittes eine zweite Bohrung (7) zum Abführen der DiffusionsflUssigkeiten vorgesehen ist. welche zusammen mn der ersten in einer gemeinsamen Horizontallinie liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß rechts und links der Diffusionskammer (3) je ein blockförmiges Schiebeventil (8. 9) angeordnet ist, welches jedes einen ZufUhrungskanal (1· α, 11α) für die Diffusionsflüssigkeiten und einen Abfuhrungskanal (12. 13) für überschüssige Diffusionsflüssigkeiten aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schiebeventil (8. 9) ein Vorratsgefaß (10, 11) für Diffusiomflüssigkeit aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abfuhrungskanal (12. 13) über einen Schlauch (14) mit einem Sammelgefäß (IS) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeventile (8. 9) mittels zweier Federbügel (17. 18) mit der Diffusionsktivette verspannt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schiebeventil (8. 9) an seinem unteren Ende mit einer Stellschraube (16) Versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Aufnahmeblock (I) mit vertikal stehender Metallplatte (2), welche einen länglichen Schiit? für einen optischen Strahlendarchgang aufweist und wobei der Aufnahmeblock Glettschienen für die Führung der Schiebeventile (8, 9) ««fweist.

8. Vorrichtung nach entern oder menreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem Drehteller (30) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen