DE1802155A1

DE1802155A1 - Geraet zur Bestimmung eines gasfoermigen oder fluessigen Mediums durch Vergleichsanalyse

Info

Publication number: DE1802155A1
Application number: DE19681802155
Authority: DE
Inventors: Lucien Etzlinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-10-09
Filing date: 1968-10-09
Publication date: 1969-05-08
Also published as: GB1208963A; US3607095A; CH480632A; SE341920B; FR1587434A; BE721911A

Description

Lucien ETZLINGER, Genf (Schweiz)

Gerät zur Bestimmung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums durch Vergleiehsanalyse

Die Erfindung betrifft ein Gerät oder eine Vorrichtung zur Bestimmung bzw. zur quantitativen Analyse eines gasförmigen oder flüssigen Mediums oder Fluidums durch Vergleichsmessung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Gerät derart auszubilden, daß es ein Maximum an Sicherheit bietet und jegliche falsche Bedienung verhindert, damit es auch nicht spezialisierten Personen in die Hand gegeben werden kann.

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Durch einen im wesentlichen automatischen Betrieb des Gerätes soll dabei verhindert werden, daß die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge .verändert oder ein Arbeitsvorgang ausgelassen wird.. - Andererseits soll das Gerät so ausgebildet werden, daß die Zeiten zur Durchführung der verschiedenen Operationen beliebig je nach der auszuführenden Bestimmung bzw. Analyse verändert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß zur Durchführung der Bestimmung bzw. Analyse folgende Teile und Einrichtungen vorgesehen sind: eine Leitung od.dgl. für das zu bestimmende Medium, Einrichtungen zur Betätigung, Steuerung bzw. Überwachung eines Arbeitszyklus, der das selbsttätige Durchspülen der Leitung durch ein neutrales Medium, das Füllen der Leitung mit dem zu analysierenden Medium und das selbsttätige Entleeren der Leitung durch einen Analysenbehälter umfaßt, wobei zur Kontrolle der Füllung eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die während der Füllung selbsttätig in Betrieb gesetzt wird und die für den Fortgang oder den Stillstand des Arbeitszyklus sorgt, je nachdem das Füllen stattfindet oder nicht stattfindet, und die selbsttätig nach

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einer bestimmten Zeit außer Betrieb gesetzt wird, deren Dauer derart gewählt wird, daß die Leitung nur noch das zu analysierende Medium enthält, und schließlich eine Einrichtung zur Bestimmung durch Vergleich des in dem Behälter enthaltenen Mediums.

Das Gerät gemäß der Erfindung kann für die verschiedensten Bestimmungen verwendet werden. Ein besonders interessantes Anwendungsgebiet des Gerätes ist die Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft zwecks Kontrolle einer Person auf Trunkenheit am Steuer, oder die Bestimmung des Kohlenoxydgehaltes in der Luft.

Im Falle der Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft kann man vorteilhaft eine Färbungsreaktion benutzen und die Endbestimmung mit Hilfe eines in das Gerät eingebauten Photometers vornehmen. Zu diesem Zweck verwendet man z.B. einen Glasbehälter oder eine Glasampulle, in den bzw. in die ein bestimmtes Volumen eines Reagenzstoffes von bestimmter Konzentration VJie z.B. Bichromat oder Chromsäure.eingefüllt ist. Eine Differenzialbestim-.mung wird ausgeführt, indem eine zweite Ampulle verwendet wird, die das gleiche Reagenz enthält»

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ΒΑΘ ORIGINAL

In der Zeichnung ist die Erfindung, in. einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht,

Fig. 1 zeigt ein Gerät gemäß der Erfindung

in schematisoher Darstellung, während

Fig. 2 das Schema der Steuerungsnocken einer

Programmiervorrichtung des Gerätes zeigt.

Der Beginn des Arbeitszyklus besteht aus einer vollständigen Durchspülung des gesaraten Gerätes, wobei die Zeitdauer dieses Arbeitsvorganges im voraus festgelegt ist. Diese Zeit wird derart gewählt,, daß*, wie auch immer der- Zustand des Gerätes vor der Spülung ist, nach Beendigung dieses Spülungsvorganges keine Spur der zu bestimmenden Substanz übrig bleibt,

1, Die Analyse vollzieht, sich nach einem im voraus programmierten Zyklus, Daher ist es: unmöglich, die Entnahme der Probe des zu bestimmenden Mediums vor Beendigung; des Spülvorganges vorzunehmen^ was bei den bisher bekannten Bestirnmungsgeräten nicht der Fall ist..

2. Die Zeitdauer der Entnahme der z.B. in der Luft enthaltenen Probe wird derart berechnet, daß der Behälter und die Leitungen nur noch die zu analysierende Mischung bzw. das zu bestimmende Medium enthalten, während sämtliche Spuren der Initialluft oder des sonstigen Spülgases entfernt sind.

J5. Eine Einrichtung mit farbigen, insbesondere grünen und roten Lichtsignalen ermöglicht es der die Bestimmung ausführenden Bedienungsperson, jederzeit zu erkennen, ob sich der Arbeitsvorgang normal abspielt, und z.B. im Falle einer Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft, ob die Entnahme der Atemluft korrekt stattfindet. Die Dauer dieser Entnahme wird derart berechnet, daß der Behälter am Ende dieses Arbeitsvorganges lediglich ordnungsgemäß ausgeatmete Luft enthält.

4. Der.Durchgang der Probe vom Behälter in das Reagenz wird durch eine selbsttätig arbeitende und gesteuerte Membranpumpe gewährleistet. Die Zeitdauer dieses Vorganges wird derart berechnet, daß die gesamte Menge des Mediums in das Reagenz eintritt, und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit,

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daß die zu bestimmende Substanz quantitativ in dem Reagenz zurückgehalten wird. Die Zeitdauer und die Geschwindigkeit werden wahlweise -je nach der zu bestimmenden Substanz von der Programmiervorrich-

- tung festgesetzt.

5· Der Zyklus wird derart durchgeführt, daß es unmöglich ist, die Endmessung, z.B. die Be-Stimmung der optischen Dichte im Falle eines Pho

tometers, vorzunehmen, bevor die Reaktion der Bestimmung beendet ist.

VJie aus der schematischen Darstellung der Figur 1 ersichtlich ist, enthalt das Gerät im wesentlichen einen schlangenförmigen Kanal oder eine schlangenförmige Leitung 1, der bzw. die den Behälter darstellt, in den die zu analysierende Probe ^ eingeführt wird. Die Enden der Schlangenleitung

1 münden in zwei Schieberventile 2 und J mit zwei Wegen, welche elektromagnetisch durch ein Solenoid 4 bzw. 5 betätigt werden. Ferner sind vorgesehen eine Membranpumpe 6, eine Nockenprogrammiervorrichtung 7, die von einem Schaltmotor 8 angetrieben wird und deren Nocken bzw. Nockenscheiben 71* 72, 73 und 74 auf Schalter 91 bzw. 92, 93 und 94 wirken,

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und eine photometrische Einrichtung 10, die zwei photoelektrische Zellen,z.B. Selenzellen 1.01 und 102 enthält, die in Brückenschaltung liegen und zwischen denen eine Lichtquelle 105, z.B. eine Jodhalogenlarape angeordnet ist, und schließlich ein Mikrα-Amperemeter 104- mit AoIe se skala, welches mit den beiden Zellen parallel geschaltet ist. Der Motor 8 ist ein Elektromotor, aber anstattdessen könnte auch irgendeine andere, entsprechende Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Motor, der durch Impulse angetrieben wird, die aus einem elektronischen Stromkreis kommen.

Die schlangenförmige Leitung 1 ist in einen Metallkörper eingefräst, der aus einer wärmebeständigen bzw. thermisch stabilen Masse besteht und der außerdem mit einem elektrischen Heizkörper 11 versehen ist, vieleher über einen Thermostatschalter 12 gespeist wird, der die Temperatur der Schlangen-Ieituns zwischen j55 und 40° C konstant hält.

Das Zweiwegeventil 2 hajb eine öffnung 21, die einerseits zum Auslassen der Luft während des Spülens mit Hilfe der Membranpumpe β und andererseits zur Einführung des zu analysierenden Mediums,

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z.B. der Atemluft dient, sowie eine zweite öffnung 22, die durch eine nicht dargestellte Leitung mit einer Gaswaschflasche (barboteur) 1j5 od.dgl. verbunden ist, die in das flüssige Reagenz einer Ampulle taucht.

Das Zweiwegeventil J5 ist durch eine Leitung 31 mit der Membranpumpe 6 verbunden, während seine φ andere öffnung 32 ein Ventil 14' trägt, welches

bei seiner axialen Verschiebungsbewegung ein Kontaktelement 15 betätigt.

Die Membranpumpe enthält eine Membran 61, die über eine Pleuelstange 62 von einem Elektromotor 6j in Bewegung versetzt wird-. Außerdem enthält die- Membranpumpe ein Einlaßkugelventil 65 und ein Auslaßkugelventil 66. Die Schlangenleitung 1 und die Zweiwegeventile 2 und 3> werden vorzugsweise in einem gemeinsamen Körper oder Block untergebracht bzw. darin eingearbeitet. .

Die Nockenscheiben der Programmiervorrichtung sind schematisch in Fig. 2 dargestellt. Diese Nockenscheiben drehen sich in Richtung des Pfeiles F. Die ".· ' . Schalter 9I, 92, 95 und 9K schließen die in Fig. 1

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dargestellten, zugehörigen Stromkreise, wenn sie von den Segmenten ihrer zugehörigen Nockenscheiben angehoben werden.

Das Photometer kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Eine Jodlampe oder Jodhalogenlampe wird zweckmäßig als Lichtquelle gewählt, weil sie stärker ist, wodurch die Empfindlichkeit des Gerätes erhöht werden kann. Für die Messung . setzt man die Ampullen 14 und 16 in das Gerät ein, bevor irgendeine Reaktion in der Ampulle 14 hervorgerufen wird. Ferner stellt man das Amperemeter auf Null, indem man die Stellung der Lampe 103 niit Hilfe einer Einstellschraube 107 reguliert. Wenn die eventuelle Reaktion in der Ampulle 14 zwischen dem Reagenz und dem zu bestimmenden Stoff stattgefunden hat, wird die Messung durchgeführt. Die Zelle 102 wird in gleicher Weise wie die Zelle 101 beleuchtet, wenn keine Reaktion stattgefunden hat, und das Amperemeter 104 bleibt dann in seiner Nullstellung. Wenn dagegen eine Reaktion in der Ampulle 14 stattgefunden hat, wird diese je nach dem gewählten Reagenz mehr oder weniger lichtundurchlassig, so daß die Zelle 102 anders als die Zelle 101 beleuchtet wird. Diese Gleichgewichtsstörung bewirkt einen

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Ausschlag des Amperemeters 104 als Funktion dieser Differenz, Das Amperemeter kann eine Skaleneinteilung erhalten, an welcher unmittelbar der Prozentsatz des in der Ampulle 14 vorhandenen, zu bestimmenden Stoffes ablesbar ist.

Die Wirkungsweise des Gerätes sei im folgenden für den Fall einer Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft oder eines sonstigen Bestandteiles einer Gasmischung oder eines Dampfes beschrieben:

Wenn sich das Gerät im Ruhezustand befindet, nehmen die Nockenscheiben der Programmiervorrichtung die in Fig. 2 gezeigte Lage ein» Das Gerät wird mit Hilfe eines Hauptschalters 17 unter Spannung gesetzt, welcher gleichzeitig ein rotes Lichtsignal zum Erscheinen bringt. Da sich jedoch der Schalter 91 in der Kerbe 7I0 der Nockenscheibe 7I befindet,' liegt der Motor 8 noch nicht in dem Stromkreis. Die Ingangsetzung des Motors wird durch Betätigung eines Schaltknopfes 18 herbeigeführt, der den Schalter 91 kurzschließt und den Arbeitszyklus in Gang ,setzt. In diesem Augenblick leuchtet ein grünes Signal auf. Die Ablaufgeschwindigkeit des Arbeitszyklus kann mit Hilfe eines mit dem Motor in Reihe

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liegenden Potentiometers I9 geregelt werden. Die Zweiwegeventile befinden sich in ihrer in der Zeichnung dargestellten Lage«,

Nach der Ingangsetzung des Motors schließt das erste Segment der Nockenscheibe 'jK den Schalter 9^ und setzt dadurch den Motor 6j5 der Membranpumpe in Gang, welche das Durchspülen der Schlangenleitung 1 und aller sonstigen Leitungen und Kanäle bewirkt, indem Luft durch dieselben getrieben wird.

Die Nockenscheibe 7^ gibt sodann ihren Schalter frei und beendet den Spülvorgang, während die Nockenscheibe 72 ihren Schalter betätigt und die. Nockenscheibe 7I unmittelbar danach den ihrigen freigibt, so daß der Motor 8 stillgesetzt wird und der Strom durch das Solenoid 5 des Zweiwegeventils 5 geleitet wird, wodurch der Ventilweg 32 dieses Ventils mit der Schlangenleitung 1 in Verbindung gebracht- wird, während der Schalter 91 den Zyklus anhält und die grüne Kontrollampe zum Erlöschen bringt. Dann beginnt die Phase der Entnahme der Probe der Atemluft oder einer sonstigen Gasmischung, die mit Hilfe eines biegsamen Rohres in die öffnung 21 des Zweiwegeventils 2 eingeführt wird. Wenn

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die zu analysierende Versuchsperson in die Öffnung 21 bläst, treibt die Atemluft, welche wegen des geringen Durchmessers der Schlangenleitung 1 voranströmt, ohne sich mit der in der Schlangenleitung enthaltenen Luft zu vermischen, die Luft durch das Ventil 14, welches über den Schaltkontakt 15 den. Str*romkreis des Motors 8 schließt. Auf diese Weise wird.- jedesmal dann, wenn die Versuchsperson aufhört, in die Schlangenleitung zu blasen, der Druck auf das Ventil 14 nachlassen, wodurch der Stromkreis des Motors 8 unterbrochen wird und die grüne Lampe nicht aufleuchtet. Damit der Zwischenraum 711 der Nockenscheibe 71 von dem Schalter 91 überschritten wird, ist es also notwendig, daß die Versuchsperson während einer Zeitdauer in die Schlangenleitung bläst, welche der Zeit der Drehung der Nockenwelle um einen dem Bogen 711 gleichen Winkel entspricht. Die Zeit, welche notwendig ist, um die gesarate Probe, z.B» ausgeatmete Luft, aus dem Behälter zu treiben, kann experimentell mit Hilfe eines Simulators bestimmt werden. - , '

Wenn die kontrollierte Entnahme der Probe beendet ist, beginnt die Phase des Überganges der Probe in die Ampulle H. Diese 'Phase wird von der ·

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Nockenscheibe 73 gesteuert, dessen Schalter 93 den Stromkreis des Solenoids 4 des Zweiwegeventils 2 schließt und dadurch die Schlangenleitung 1 mit der öffnung 22 in Verbindung setzt. Parallel hierzu wird die Membranpumpe 6 auf's neue in Gang gesetzt, und das zu analysierende Gas bzw* die Luft wird in die das Reagenz enthaltende Ampulle 14 getrieben. Die Zeitdauer dieses Vorganges wird reichlich derart bemessen, daß die gesamte Menge des in der Schlangenleitung 1 befindlichen, zu analysierenden Mediums in die Ampulle 14 getrieben wird. Der Motor 8 wird sodann automatisch zum Stillstand gebracht, wenn der Schalter 91 in die Kerbe 7^0 der Nockenscheibe f\ zurückfällt.

Die Anzeigen des Amperemeters 104 sind proportional der Alkoholkonzentration in der Atemluft der Versuchtsperson.

Wie bereits erwähnt, ist ein Hauptvorteil des Gerätes seine automatische Funktion, wodurch keine der für die Analyse notwendigen Operationen umgekehrt, vergessen oder unterbrochen werden kann, ohne daß das Gerät stillsteht. Andererseits ist die Zeitdauer

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eines jeden Arbeitsvorganges genau konstant, nachdem sie einmal bestimmt und von der Programmiervorrichtung festgehalten worden ist. Außerdem besitzt das Gerät eine große Anpassungsfähigkeit. So ist es möglich, die Zeit der verschiedenen Arbeitsschritte nach Belieben je nach der vorzunehmenden Bestimmung zu, regulieren. Ferner ermöglicht.. es ein System von Lauchtsignalen, die verschiedenen Arbeitsschritte der Analyse zu verfolgen. Das Gerät ist natürlich nicht auf die Bestimmung des Alkoholgehaltes in der Atemluft beschränkt, sondern es kann für die Analyse eines jeden flüssigen oder gasförmigen Mediums verwendet werden, um insbesondere die verschiedenen Verunreinigungen der Luft (CO, SOgj SH₂ ··*)» ^der Atemluft, der Industrieabgase usw. zu bestimmen.

Patentansprüche - 15 -

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Claims

Patentansprüche ;

1. Gerät zur Bestimmung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums durch Vergleichsanalyse, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Bestimmung folgende Teile bzw. Einrichtungen vorgesehen sind: eine Leitung od.dgl. für das zu bestimmende Medium, Einrichtungen zur Betätigung, Steuerung bzw. Überwachung eines Arbeitszyklus, der das. selbsttätige Durchspülen der Leitung durch ein neutrales Medium, das Füllen der Leitung mit dem zu analysierenden Medium und das selbsttätige Entleeren der Leitung durch einen Analysenbehälter umfaßt, wobei zur Kontrolle der Füllung eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, die während der Füllung selbsttätig in Betrieb gesetzt wird und die für den Fortgang oder den Stillstand des Arbeitszyklus sorgt, je nachdem das Füllen stattfindet oder nicht stattfindet, und die selbsttätig nach einer bestimmten Zeit außer Betrieb gesetzt wird, deren Dauer derart gewählt wird, daß die Leitung nur noch das zu analysierende Medium enthält, und schließlich eine Einrichtung zur Bestimmung durch Vergleich des in dem Behälter enthaltenen Mediums.

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2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung an ihrem einen Ende mit. einem Zweiwegeventil versehen ist, dessen einer Weg zum Eintritt "für die Füllung und zum Austritt für die Spülung dient, und dessen anderer Weg mit dem zur Aufnahme des zu analysierenden Mediums bestimmtes* Behälter verbunden ist, während das andere Ende der Leitung mit einem zweiten Zweiwegeventil verbunden ist, dessen einer Weg mit einer Pumpe zum Spülen und Entleeren der Leitung verbunden ist und dessen anderer Weg zu einem Auslaßventil führt.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweiwegeventile als Elektromagnetventile ausgebildet sind, und daß der Arbeitszyklus von einem Satz Nocken oder Nockenscheiben od.dgl. gesteuert wird, der durch einen elektrischen Motor angetrieben wird, dessen Ingangsetzung während des Füllvorganges von einem Schalter gesteuert wird, welcher seinerseits durch ein Auslaßventil gesteuert wird.

4. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, - insbesondere zur Bestimmung des Alkoholgehaltes

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der Atemluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung die Form einer Schlange hat, welche in einen Metallkörper eingearbeitet ist, dessen Temperatur konstant gehalten wird.

5· Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3s dadurch gekennzeichnet, d&ß als Bestimmungseinrichtung eine Photometer vorgesehen ist, welches eine Meßbrücke mit zwei photoelektrischen Zellen enthält, die mit einem Amperemeter verbunden sind und zwischen denen eine Lichtquelle angeordnet ist, welche die Zellen durch eine Bezugsampulle bzw. durch den Behälter beleuchtet, der aus einer ein Reagenz enthaltenden Probenampulle besteht, wobei Mittel zur Nullstellung des Photometers vorgesehen sind, die z.B. aus einer Einstellschraube bestehen, die auf einen Hebel wirkt, welcher die Lichtquelle verschiebt.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Arbeitsstufen des Zyklus durch Lichtsignale angezeigt werden.

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7. Gerät nach Patentanspruch 1 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine. Einrichtung-vorgesehen ist, welche verhindert, daß die photometrische Messung stattfindet, bevor die Reaktion beendet- ist.- ■

8» Gerät nach Anspruch 1 und β, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsignale zwecks.Unterscheidung der einzelnen Arbeitsstufen des Zyklus verschiedene Farben haben. , * ■"-""- -"": '-■.- -■■_

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INSPECTED