DE1807489A1

DE1807489A1 - Selbsttaetiger Analysator

Info

Publication number: DE1807489A1
Application number: DE19681807489
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Vladimir Faehnrich
Original assignee: Ckd Dukla Narodni Podnik
Current assignee: Ckd Dukla Narodni Podnik
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1968-11-07
Publication date: 1969-07-03
Also published as: FR1596835A; US3627494A; DE1807489B2; DE1807489C3; BE724839A

Description

Selbsttätiger Analysator

Die Erfindung bezieht sich, auf einen selbsttätigen Analysator für flüssigkeiten mit einer photometrischen Apparatur, einer Impulseinheit und einer Dosierungsapparatur.

Bei der technischen Entwicklung von Analysatoren, bei denen eine Manipulation mit Reagenzlösungen erfolgt, also das Abmessen, Übergießen, Mischen und AbfLießen der Flüssigkeiten, wurde nach vorteilhaften Elementen für die Ausführung dieser Tätigkeiten gesucht. Zu diesem Zwecke wurden verschiedene Tyrjen von Verschlußorganen entwickelt, wie elektrisch betätigte Quetschhähne, elektromagnetische Solenoidventile und pneumatisch gesteuerte Membranventile. Dabei ging es um die Sicherstellung einer zuverlässigen Punktion in Miniaturausführung auch bei Anwendung agressiver korrodierender Lösungen. Mittels dieser Verschlußorgane war es möglich, die erwünschten Leistungen durch ein System mit Eigengefälle zu erzielen; die entsprechenden Apparaturen sind jedoch verhältnismäßig kompliziert, nicht störungsfrei und teuer. Unabhängig davon wurden Apparate gebaut, die kontinuierlich

909827/1332

arbeiten und mittels peristaltischer Kleinpumpen die Ausführung einer Reihe analytischer Handlungen ermöglichen, wie dies die Problematik der Automatisierung analytischer Prozesse erfordert. Schwierigkeiten verursachen die bei Kleinpumpen verwendeten Schläuche, die ohne Berücksichtigung des verwendeten Materials nach einiger Zeit die Elastizität verlieren und die Zuverlässigkeit der Geräte im Betrieb beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen selbsttätigen Analysator anzugeben, bei dem keine Verschlußorgane oder peristaltische Kleinpumpen benutzt werden müssen und trotz- ' dem eine sichere automatische Manipulation mit Reagenzlösungen möglich ist.

Der Lösung dieser Aufgabe dient erfindungsgemäß eine Steuerung mittels direkt auf die !Flüssigkeit wirkender pneumatischer Impulse.

Wie aus den nachstehenden Ausführungen hervorgeht, können mittels dieser Steuerungsart sämtliche Manipulationen mit Reagenzlösungen und Proben durchgeführt werden, die in einem Analysator erfolgen müssen. Hierbei werden die natürlichen Eigenschaften der abzumessenden oder zu verarbeitenden Plüssigk keiten ausgenutzt.

In Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich daher verschiedene Elemente für die Durchführung verschiedener Manipulationen mit Flüssigkeiten, durch deren Verbindung oder durch verschiedene Kombinationen die gewünschte Wirkung erreicht werden kann. So können sämtliche Operationen mit der Probe und den Reagenzlösungen vorgenommen werden, die für die automatische Durchführung der photometrischen Analyse und der abwechselnden

909827/13 32

Füllung des Photometerbehälters mit der zu verarbeitenden Probe nötig sind, d. h. mit der hinzugefügten Reagenzlösung und der Probe selbst. Dabei kann die Apparatur selbsttätig die Empfindlichkeit beziehungsweise die Nullage einstellen, wie dies von modernen Analysatoren gefordert wird.

Der selbsttätige Analysator besteht in der Regel aus einer photometrischen Apparatur, einer Manipulationseinheit und einer Dosierungsapparatur. Hierbei kann eine Flüssigkeitshebevorrichtung in Kombination mit einem System von pneumatischen Überlaufpipetten Anwendung finden.

Die Flüssigkeitshebevorrichtung kann einen Behälter aufweisen, an dessen Boden mittels eines Verbindungskanals ein U-förmiges Ablußrohr anschließt. Dieses besteht dabei aus einem absteigenden und einem aufsteigenden Arm, der mit einem Überlauf unter dem Niveau des Behälterbodens endet. In einem VerbindungsteJl ist knapp unter dem Behälterboden an den absteigenden Arm des Abflußrohres ein nach oben gerichtetes Luftzufuhrrohr angeschlossen. Der Verbindungskanal ist in diesem Falle gerade und von geringer lichter Weite. Dieser Verbindungskanal kann aber auch schleifenförmig sein, wobei die obere Krümmung der Schleife, in'die da? Luftzuführrohr mündet, den Verbindunprsteil bildet und über dem Niveau des Überlaufes gexegen ist, während sich der untere Krümmungsteil unter dem Überlauf befindet.

Der selbsttätige Analysator kann mit einer Auparatur für das automatische pneumatische Entleeren mittels Druckluft ausgestattet sein, v.obei an don Boden des Photometerbehälters ein doppelt i-ekrümintes Abflußrohr anschließt. In dem absteigenden Teil ist es nach unten gerichtet und hinter der unteren Krümmung im aufstei -enden Teil nach oben geführt; es mündet hinter

909827/133 2

BAD ORIGfNAL

der oberen Krümmung in ein Ablaufrohr, das eventuell eine Entlüftung hat. Das Ablaufrohr mündet in den Ablauf, wobei in den ansteigenden Teil ein e-nges Luftzufuhrrohr mit einem nach oben gerichteten Ende mündet. Dieses liegt über der unteren Krümmung in einem Niveau unter dem niedrigsten Punkt des Photometerbehälterbodens.

Für den Photometerkreis können als photoelektrische Zellen photoelektrische Widerstände in Kompensationsschaltung verwendet werden, wobei die photoelektrische Widerstandsmeßzelle von der Lichtquelle über einen zwischen diese gelegten photometrischen Behälter beleuchtet wird und an das Meßgerät mittels eines Abschwächungspoteniomenters über eine Brücke angeschlossen ist. Diese besteht aus einem Ausgleichspotentiometer, einem Widerstand und einer photoelektrischen Kompensationszelle, die von der Lichtquelle direkt beleuchtet wird. Die Abgrifflage der beiden Potentiometer ist so eingestellt, daß die Wirkung der wachsenden Beleuchtungsintensität der photometrischen Widerstandsmeßzelle gerade durch die Abnahme der Speisespannung aufgehoben wird, die durch eine Änderung des Potentialgefälles an der photo'elektrischen Widerstandskompensationszelle verursacht ist.

Die konstante Niveauhöhe der Reagenzlösungen für die Pipetten kann durch Schwimmbehälter erzielt werden und die überflüssige Probe fließt durch ein Überlaufrohr in einen Schwimmbehälter ab, wo durch einen Überlauf das Probenniveau konstant gehalten wird. In den Schwimmerbehälter sind die Schwimmbehälter mit den Reagenzlösungen für die einzelnen»Pipetten so gelegt, daß sie in dem Schwimmerbehälter frei schwimmen können. Das konstante Niveau der Reagenzlösung kann auch durch einen kippbaren Behälter erreicht werden, der um eine horizontale Achse drehbar ist. Das Eigengewicht dieses Behälters

909827/1332

wird durch ein Mit ihm fest verbundenes Gewicht so ausgewogen, daß der Schwerpunkt des Systems des ausgewogenen Behälters in der horizontalen Achse liegt. Zu diesem ausgewogenen System gehört auch ein Tragarm, an dem ein weiteres Gewicht angebracht werden kann. Der Tragarm ist gegenüber dem Behälter so orientiert, daß in der Lage, wenn sich der Schwerpunkt unter der Achse befindet, der Behälter maximal ausgeschwenkt ist. Der Behälter hat eine derartige Form, daß das durch die Flüssigkeitsmasse im Behälter verursachte Moment bei allen Füllungsstufen immer gleich groß dem entgegengesetzt wirkenden Moment des Gewichtes ist.

Der Erfindungsgegenstand führt zu einer prinzipiellen Einfachheit der einzelnen Funktionsorgane und zu einer sehr großen Betriebszuverlässigkeit. Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Elemente so zu bauen, daß sie durch Pressen aus Kunststoff erzeugt werden können, wodurch die Anschaffungskosten gegenüber den heute bekannten Apparaturen bedeutend herabgesetzt v/erden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß verwendbare Flüssigkeitshebevorri chtung,

Fig. 2 die gleiche Vorrichtung, aber mit schleifenförmigem Verbindungskanal,

Fig. 3 eine erfindungsgemäß verwendbare Einrichtung für die selbsttätige Entleerung von Behältern,

909827/1332

BAD ORIGINAL

Fig. 4 einen automatischen, pneumatisch gesteuerten photometrischen Analysator mit Schwimmbehältern für Reagenzlösungen,

Fig. 5 einen kippbaren Behälter, der eine konstante Flüssigkeitshöhe sicherstellt,

Fig. 6 einen automatischen, pneumatisch gesteuerten photometrischen Analysator mit kippbaren Behältern für Reagenzlösungen, ■- -

Fig. 7 ein Diagramm, das die Zeitfolge der Handlungen bei einer gewählten Variante eines photometrischen Analysators und

Fig. 8 ein Diagramm ähnlich Figo 7 für eine andere Analysatorausführung.

In Fig. 1 ist eine Flüssigkeitswrrichtung dargestellt, die einen Mischbehälter 1 mit einem konischen Boden aufweist, aus dem ein Abflußrohr 2 herausgeführt ist. Dieses ist U-förmig und hat einen absteigenden Arm 3 und einen ansteigenden Arm 4. Am Ende des ansteigenden Armes 4 in einer Höhe knapp unter dem Boden des Mischbehälters 1 mündet der Arm 4 in einen Überlauf 5, der in ein Überlaufrohr 6 übergeht. An den absteigenden Arm 3 ist knapp unter dem Boden des Mischbehälters 1 ein nach oben gerichtetes Luftzufuhrrohr 7 angeschlossen, das mit einer Druckluftquelle, z. B. einer Luftpumpe oder einem motorisch angetretenen Balg,verbunden ist. Im Raum unter der Mündung des Luftzufuhrrohres 7 ist das Rohr des absteigenden Armes 3

909827/1332

erweitert und "bildet einen solchen Verbindungsteil 9> daß unter dem Boden des Mischbehälters 1 ein enger Verbindungskanal 8 verbleibt. Die Länge der Erweiterung, also die Länge des Abschnitts des absteigenden Armes 3 mit der größeren lichten Weite ist gleich der Höhe der Flüssigkeitssäule im Mischbehälter 1 bei Füllung mit der gesamten Reagenzlösungsmenge. Das Luftzufuhrrohr 7 kann im Raum über dem Mischbehälter 1 eng ausgeführt, eventuell mit einer Kapillare 1o versehen sein, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Über dem Mischbehälter 1 mündet ein Probenzuflußrohr 11,durch das in den Mischbehälter 1 Flüssigkeiten fließen, die vermischt werden sollen.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet periodisch. Das AbfLußrohr 2 ist von früher bereits mit Flüssigkeit so angefüllt, daß es einen Flüssigkeitsverschluß bildet. Wenn durch das Probenzuflußrohr 11 Flüssigkeit in den Mischbehälter 1 fließt und durch das Luftzufuhrrohr 7 nicht gleichzeitig Luft zuströmt, fließt die Flüssigkeit durch den Flüssiffk^itsverschluß des Abflußrohr" ^ 2, ohne sich im Mischbehälter anzusammeln. Wenn'jedoch durch das Rohr 7 Luft zugeführt wird, muß diese infolge des Widerstandes des Flüssigkeitsverschlusses durch den Verbindungskanal β entweichen und verhindert so den Abfluß der Flüssigkeit. Die Flüssigkeit sammelt sich dann im Mischbehälter 1 an. Falls bei Luftzufuhr mehrere Reagenzmittel in den leeren Mischbehälter 1 dosiert wurden, entsteht im absteigenden Arm 3 und im Verbindungsteil 9 ein Luftpolster, so v.ie dies in Fifü. 1 dargestellt ist, und die aufsteigenden Luftblasen im Mischbehälter 1 verursachen ein vollkommenes Vermischen der Lösungen. Wenn die Luftzufuhr unterbrochen wird, entweicht die Luft entweder durch die Kat>illare 1o oder durch die Luftpumpe und die Flüssigkeit aus dem Mischbehälter 1 fließt durch das Abflußrohr 2 in das Überlaufrohr 6 ab.

909827/1332

BAD ORIGINAL

Um eine zuverlässige Funktion zu erreichen, muß der Verbindungskanal 8 im Verhältnis zur durchgedrückten Luft eng sein, denn sonst könnte die Flüssigkeit auch bei Luftzufuhr entweichen. Auch bei geringer Luftzufuhr und bei breiter Rohrleitung, die einen raschen Abfluß aus dem Mischbehälter 1 ermöglicht, kann die Funktion zuverlässig sein', falls die Apparatur nach Fig. 2 ausgeführt ist. Hier ist anstelle des geraden Verbindungskanals 8 ein schleifenförmiger Verbindungskanal 19 vorgesehen. Ansonsten ist die Apparatur gleich ausgeführt, was den Behälter 12, das Abflußrohr 13 mit dem absteigenden Arm 14 und dem aufsteigenden Arm 15, den Über-" lauf 16, das Überlaufrohr 17, das Luftzufuhrrohr 18, die Kapillare 21 und das Probenzuflußrohr 22 anbelangt. Das untere Knie 23 der Schleife des Verbindungskanals 19 liegt unter dem Niveau des Überlaufes 16, das obere Knie der Schleife bildet einen Verbindungsteil 2o, in den von oben das Luftzufuhrrohr 18 mündet. Die Einrichtung funktioniert genau so wie die Einrichtung nach Fig. 1, nur mit dem Unterschied, daß auch bei geringen Luftmengen und bei großer lichter Weite des schleifenförmigen Verbindungskanals 19 die Funktion zuverlässig ist.

In Fig. 3 ist ein weiteres Element dargestellt, das mit pneumatischen, direkt wirkenden Dosierungsorganen kombiniert werden kann und das eine Einrichtung für das selbsttätige Entleeren von Behältern mittels Druckluft darstellt. Der Behälter 81, der entleert werden soll, ist mit einem kegelförmigen Boden versehen, an den ein doppelt gekrümmtes Entleerungsrohr 82 anschließt, dessen absteigender Abschnitt 83 schräg nach unten gerichtet ist und in eine untere Krümmung 84 übergeht. An diese Krümmung schließt dann ein ansteigender Abschnitt 85 an, der nach oben gerichtet ist und in eine obere Krümmung 86 übergeht, die höher oder im gleichen Niveau liegt wie der höchst

909827/1332

zulässige Flüssigkeitsspiegel im Behälter 81. Mit der oberen Krümmung 86 geht das Entleerungsrohr 82 in ein Ablaufrohr 87 über, das oben mit einer Entlüftung 89 versehen ist und unten in einen Ablauf 88 mündet. In den ansteigenden Abschnitt 85 des Entleerungsrohres 82 ist ein enges Rohr 9o mit senkrecht nach oben gerichtetem Ende 91 eingeführt. "Dieses Ende 91 muß tiefer liegen als der Boden des Behälters 81, damit in diesen Raum des ansteigenden Abschnitt? 85 auch der letzte Rest der Flüssigkeit aus dem Behälter 81 durch eigenes Gefälle abfließen kann. Die lichte Weite des ansteigenden Abschnittes muß der Oberflächenspannung der Flüssigkeit entsprechend gewählt werden. Optimal ist eine lichte Weite, die dem Durchmesser des größten Flüssigkeitstropfens entspricht, der bei gegebener Temperatur in einer Umgebung ohne räumliche Behinderung bestehen kann. Für Wasser ist es günstig, einen Durchmesser des ansteigenden Abschnitts 85 von 3,5 bis 6 mm zu wählen. Das Ablaufrohr 87 muß eine genügende lichte Weite haben, damit in ihm keine Flüssigkeitssäule bestehen kann. Dieser Bedingung entspricht bei Wasser eine lichte Weite von mehr als 6 mm. Falls der Durchmesser des Ablaufrohres 87 so groß ist, daß in dem Rohr keine Flüssigkeitssäule hängen bleiben kann, braucht eine Entlüftung 89 nicht vorhanden sein. Nur dort wo die Gefahr besteht, daß das Ablaufrohr 87 als absteigender Arm eines Siphons beim Füllen des Behälters 81 wirken könnte und daher beim Füllen des Behälters 81 durch Flüssigkeitsüberschuß ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels unter den Überfall der oberen Krümmung 86 verursachen würde, ist das Vorhandensein einer Entlüftung 89 angebracht.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Es v/ird vorausgesetzt, daß der Behälter 81 bereits mit überflüssiger Flüssigkeit so weit angefüllt ist, daß die Flüssig-

909827/ 1332

BAD ORIGINAL.

keit infolge des Überlaufs der oberen Krümmung 86 im Behälter bis zur korrespondierenden maximalen Höhe steht. Falls der Inhalt entleert .erden soll-, v.ird durch das enge Rohr 9o Luft mit geringem Überdruck zugeführt, der gerade genügt, um die Flüssigkeitssäule zu übervvinden, die sich über dem Ende 91 befindet. Falls diese Bedingung erfüllt ist, verdrängt die Luft die Flüssigkeitssäule aus dem ansteigenden Abschnitt 85 in das Abiaufrohr 87, obei im ersten Augenblick die untere Krümmung BA und der absteigende Abschnitt 8p die zuströmende Luft derart abbremst, daß auf diesem Wege die Luft nicht ent eicht. Wenn die Flüssigkeitssäule aus dem ansteigenden Abschnitt beseitigt ist, beginnt die Flüssigkeit aus dem Behälter 81 dem Ende 91 zuzufließen, obei im ansteigenden Abschnitt 85 ein Gemisch von Flüssigkeit und Luft entsteht, das von der Luft in dem Maße hinausbefördert \ ird, als ..eitere Flüssigkeit zuctrömt. Das Ende 91 des engen Rohres 9o wirkt hier nicht et .a als Injektor; um diffi zu erreichen, müßte der Luftdruck bedeutend höher sein. Ein Be eis dafür, daß keine In;jektor'<irkung auftritt, ist die Tatsache, daß die Einrichtung den Behälter 81 nicht vollkommen entleert, falls sich das Ende 91 im Niveau des Bodens des Behälters 81 oder über diesem Niveau befindet.. Bei dieser Entleerung des Behälters gemäß der Erfindung geht es eher um ein "Wegschlürfen" der Flüssigkeit, das, ie bereite gesagt, mit der Wirkung ihrer Oberflächenspannung zusammenhängt .

Fig. A- zeigt eine der möglichen Kombinationen eines Systems pneumatischer Überlaufpipetten mit einer Flüssirrkeitshebevorrichtung 25, die zur Unterbrechung des Flüssigkeitszuflusses dient und einer Flüssigkeitshebevorrichtung 26 für das Mischen der abgemessenen Reagenzlösungen, eventuell mit einer Vorrichtung für die automatische

909827/133 2

BA0 ORJQfNAl

nneumatische Entleerung der Behälter mittels Druckluft. Diese Kombination bildet eine Dosierungs- oder Abmessungsapparatur eines Analysators für die selbsttätige Durchführung der photometrischen Analyse einer kontinuierlich fließenden Probe, v/obei die Hauptpipette 32 für die Förderung der abgemessenen Probe dient. Die Basis der AOparatur bilden tiberlauf pipetten. Es ist dies die Hauptpipette 32 für die Probe so ie die Pipette 33 und eventuell ■ eitere Pipetten 34 und 35 für Reagenzlösungen. Durch Strichelung der Rohrleitungen 53» 54 der Pipetten 34 und 35 ist angedeutet, daß diese Pipetten nicht installiert sein müssen, falls nur eine Reagenzlösung dosiert

erden soll. Falls ζ ei verschiedene Reagenzlösungen dosiert •,erden sollen, ird neben der Pipette 33 noch die Pipette installiert und die Pipette 35 .ird eggelassen. Die Pipetten sind so angeordnet, daß ihre Körper unten in TJ-förmige Abflußrohre 36, 37, 38, 39 übargehen, in denen Flüssigkeitsversohlüsse entstehen, , obei diese Abflußrohre in Ableitrohre 4o, 41, 42 münden. In die Seiten der Platten 32, 33, 3^ά, 35 führen Füllrohre 4"S 4^ eventuell 45, 46. "^ines der Füllrohre 43 reicht in den Probeabmessbehälter 47, die Füllrohre der Piuetten 33» 3^, 3^ reichen in Behälter, in denen auf geeignete Art der Flüssigkeitsspiegel automatisch auf konstanter Höhe gehalten

ird. Dies kann so erzielt .erden, ie in Fif. 4 angedeutet ist. Hier sind Sch immbehälter 48, 49, 5o, die in einem Sch immbehälter 00 sch immen, dem die Probe kontinuierlich zugeführt ird und aus dem die Probe durch das Überlaufrohr ο? in den Ablauf 63 fließt, obwäi durch den Über!auf 61 in diesem Behälter ein konstanter Flüssigkeitsspiegel gehalten

ird. Oben stehen die Pipetten 32, 33, 34, 35 durch die Rohrleitungen 51, 53 eventuelle 53» 54 mit einer Sammelleitung in Verbindung, durch die den Abmessungsorganen die nötigen TDneumatisehen UnterdruckimOulse zugeführt v/erden.

9098 27/1332

BAD ORIGWAL.

Der Probemessbehälter 47 mißt die durchfließende Probe ab und ist mit einem Überlaufrohr 64 versehen, das in den Schv, immerbehält er 6o mündet, dem die Flüssigkeitshebevorrichtung 25 vorgeschaltet ist. Diese unterbricht den Probenzufluß zum Probenmeßbehälter 47, wobei die kontinuierlich zufließende Probe durch das Rohr 66 in eine Kammer 67 geleitet wird, die den gleichen Teil vorstellt wie der Behälter 12 in Fig. 2. Die Flüssigkeitshebevorrichtung 25 besteht aus einem schleifenförmigen Kanal 68, einem Verbindungsteil 69, in den das Luftzufuhrrohr 74 der Flüssigkeitshebevorrichtung 25 mündet, aus einem U-förmigen Abflußkanal 7o, dessen ansteigender Arm 71 durch eine den Überlauf 72 bildende Scheidewand von dem absteigenden Arm 73 getrennt ist, der bereits zum Probenmeßbehälter 47 gehört, dem die Probe von unten zufließt. Die Kammer 67 ist durch eine Scheidewand 96 von einem Behälter 95 getrennt, aus dem unten eine Rohrleitung 93 herausgeführt ist.

Diese mündet in den Trichter eines Photometerbehälters 181, aus dem unten das doppelt gekrümmte Entleerungs-rohr 82 herausgeführt ist, das den absteigenden Abschnitt 83, die untere Krümmung 84 und den ansteigenden Abschnitt 85 hat, der mit der oberen, einen Überlauf bildenden Krümmung 86 in das Ablaufrohr &7 übergeht, das in den Ablauf 88 mündet. Der beschriebene Photometerbehälter 181 kann als Durchfluß-Photometerbehälter arbeiten. Es kann auch eine pneumatische Entleerung nach Fig. 3 installiert v/erden, indem in den unteren Teil des ansteigenden Abschnitts 85 des Entleerungsrohres ein enges Rohr 9o eingeführt wird, dessen unteres "Ende 91 nach aufwärts gekrümmt ist. Der Photometerbehälxer 181 ird von einem durch eine Lichtquelle 1o8 und eine Linse 1o9 geschaffenen Lichtstrahlbündel 11o durchdrungen, das auf eine t>hotoelektrische Zelle 1oo auffällt.

909827/1332

BAD ORIGIN/^^?ί

Probe und Reagenzlösungen v/erden in einer Mischkammer 65 vermischt, in die die Ableitrohre 4o eventuell 41 und 42 münden. An die Mischkammer 65 ist die druckluftbetätigte Flüssigkeitshebevorrichtung 26 angeschlossen. Die Luft wird durch ein Zufuhrrohr 77 herbeigeführt und das Abflußrohr der Mischkammer 65 mündet gemeinsam mit einer Rohrleitung 93 in die trichterförmige Erweiterung des Photometerbehälters 181. Das Zufuhrrohr 77 ist über eine Verengung 76 an die Druckleitung einer Luftpumpe 59 angeschlossen, an die über eine Verengung '75 das Zufuhrrohr 74 der Flüssigkeitshebevorrichtung 25 angeschlossen ist und gegebenenfalls über eine Verengung 79 auch das Rohr 9o. An die Saugleitung der Luftpumpe

59 ist die Sammelleitung 55 angeschlossen. Der elektrische Antrieb der Luftpumpe 59 v/ird mittels eines Schalters 184 in geeigneten Intervallen an ein Netz 185 angeschlossen, :obei jeder Anschluß dem Abmessen einer Dosis entspricht. An die Sammelleitung 55 ist durch ein Rohr 119 auch ein Unterdruckreduktor 12o angeschlossen, der aus einem U-Rohr mit einem offenen Arm 123 mit einer kleinen Öffnung 122 und einem geschlossenen Arm 124 besteht, an den das Rohr 119 anschließt. Der Unterdruckreduktor 12o ist im Schwimmerbehälter 6o gelagert, wobei die Abmessungen so gewählt sind, daß die kleine Öffnung 122 unter dem Flüssigkeitsspiegel im Sch/immerbehälter

60 liegt, der offene Arm 123 .jedoch über dem Flüssigkeitsspiegel mündet.

Die Apparatur für die photometrische Messung kann mit einer Komt)ensationseinrichtung versehen sein, wie gleichfalls in Fi.f. 4 dargestellt ist. Eine photoelektrische Widerstandsmeßzelle 1oo sOeist ein Meßgerät 111 mit der von einem Abscir/ächungspotentiometer 1o1 abgezweigten Spannung, .obei das Absch ächungspotentiometer 1o1 von der Süannungsquelle 1o2 über eine Brücke

90982 7/1332

BAD ORIGIN^*

gespeist wird, deren erster und zweiter Zweig ein Ausgleichs— potentiometer 1o5, deren dritter Zweig einen-Widerstand 1o3 und deren vierter Zv/eig die photoelektrische Kompensationszelle 1o4 bildet. Diese wird von der Lichtquelle 1o8 direkt beleuchtet. Falls der UuIlaussohlag des Meßgerätes 111 der Lösung mit der größten Liehtdurchlässigkeit entsprechen soll, wird eine Differerizsspannung very/endet, die dem Meßgerät 111 über einen großen Widerstand 114 von einem Potentiometer 1o7 zugeführt wird, das von einer separaten Spannungsquelle 117 gespeist wird.

Der selbsttätige, pneumatisch gesteuerte, photometrische Analysator nach Fig. 4 arbeitet folgendermaßen;

Für den Ruhezustand wird vorausgesetzt, daß die einzelnen Teile der Abmessungsapparatur schon von früher mit Flüssigkeiten angefüllt sind, wie in Fig. 4 angedeutet ist. So sind die U-Abflußrohre 37, 38, 39 mit den einzelnen Reagenzlösungen gefüllt, der Probenmeßbehälter 47 und der Schwimmerbehälter 6o sind j edah mit der Probe versehen, eventuell das Abflußrohr der Flüssigkeitshebevorrichtung 26 und der Photometerbehälter 181 mit gefärbter Probe. Wenn die Luftpumpe 59 mittels des Schalters 134 angelassen wird, entsteht durch die Saugwirkung der Luftpumpe 59 ein Unterdruck in der Sammelleitung 55 und die Druckwirkung der Luftpumpe 59 verursacht eine Luftströmung in den Flüssigkeitshebevorrichtungen 25 und 26 und eventuell auch in der Entleerungsapparatur des Photometerbehälters 181, so daß er sich zu entleeren beginnt. Die Verengungen 75, 76, 74 in den entsprechenden Rohrleitungen sind so gewählt, daß der Luftstrom für die einzelnen Organe angemessen verteilt wird. Die in Form von Luftblasen die Flüssigkeitshebevomchtung 25 durchdringende Luft unterbricht den Probenzufluß in den Probenabmeßbehälter 47, so daß sich die Probe

909827/1332

BAD

V ' ' ■ ■■■,■■■■.

" ¹⁵ " 1807Α89

in der Kammer 67 ansammelt. Infolge des Unterdrücke v/erden die Flüssigkeiten durch die Füllrohre 44, 45, 46 angesaugt und fHeßen in die Pipettenkörper über. Die Flüssigkeitsverschlüsse in den U-Abflußrohren 37, 3ö, 39 wirken als Rückschlagventile. Bei der Hauptpipette 32 beginnt nach dem gleichen Prinzip aus dem Probenmeßbehälter 47 die abgemessene Probe in den Körper der Pipette 32 zu fließen. Der Unterdruckreduktor 12o gewährleistet, daß die Luftpumpe 59 einen nicht übermäßigen Unterdruck in der Sammelleitung 55 verursacht, bei dem die Luft einen der Flüssigkeitsverschlüsse durchdringen könnte. Aus dem offenen Arm 123 fließt die Flüssigkeit in den geschlossenen Arm 124 über, wobei Luftblasen durch den offenen Arm 123 so eindringen, daß in der Sammelleitung 55 praktisch kein größerer Unterdruck entstehen kann als es der Wassersäule im geschlossenen Arm 124 entspricht. Durch die kleine Öffnung 122 kann in den offenen Arm 123 die Probe aus der Schwimmerkammer 6o tropfen, wobei vorausgesetzt wird, daß die in den Unterdruckreduktor 12o eindringende Probenmenge während der Wirkung der Luftpumpe 59 nur sehr gering ist, so daß sie die Niveauhöhe der Probe nicht beeinflußt. In dem Augenblick, wenn a us dem Probenmeßbehälter 47 der letzte Probenrest herausfließt, sind alle Pipetten mit Reagenzlösungen bis über die Hündung der Füllrohre 44, 45, 46 angefüllt. Wenn in die Hauptpipette 32 der letzte Flüssigkeitsrest hineingeflossen ist, dringt Atmospären luft durch das Füllrohr 43 ein. Es wird vorausgesetzt, daß der Fassungsraum des Probenabmeßbehälters 47 mit dem absteigenden Arm 73 kleine¹" ist als der Fassungsraum des Körpers der Hauptpipette 32. Die durch das Füllrohr 43 strömende Luft beseitigt den Unterdruck in der Sammelleitung 55 und die abgemessenen Reagenzlösungen und die Probe fließen durch die Flüssigkeits-"Krschlüsse der U-Abflußrohre 36, 37, 38, 39 in die Ableit-

909827/1332

BAD ORIGfN#*.

rohre 4o, 41, 42 ab. Die überflüssigen Reagenzlösungen, die in die Pipettenkörper während der ersten Phase angesaugt wurden, fließen in die Schwimmbehälter 48, 49, 5o zurück. Das durch die Pipetten abgemessene Volumen ist durch die Größe des Pipettenkörpers unter der Mündung der Füllrohre 44, 45, 46 bestimmt und kann eventuell durch Einschieben oder Herausschieben, d. h. durch Änderung der Höhe von Füllkörpern 56, 57, 58 geändert werden. Diese Füllkörper verringern den Pipettenkörperquerschnitt in der Mündungshöhe der Füllrohre und verbessern so die Reproduzierbarkeit des Abmessen?.

Sämtliche Pipetten werden dann bis zur Höhe der Flüssigkeits-■ verschlüsse entleert. Sämtliche Reagenzlösungen v/erden in der Mischkammer 65 vereint, wo die Luft in die Flüssigkeitshebevorrichtung 26 eindringt und den Abfluß des Flüssigkeitsgemisches verhindert und die aufsteigenden Luftblasen die Reagenzlösungen gut vermischen. Der Photometerbehälter 181 ist bereits entleert, falls eine Entleerungsvorrichtung installiert wurde. Die Einschaltdauer des Schalters 184 wird so gewählt, daß die in der Kammer 67 angesammelte Probe noch nicht über die Scheidewand 96 zu fließen beginnt. In diesem Augenblick νird der Schalter 184 unterbrochen und die Reagenzlösung _k fließt aus der Mischkammer 65 in den Photometerbehälter 181, um photometrisrt zu werden. Aus dem Unterdruckreduktor 12o fließt schließlich die vorher angesaugte Probe durch die kleine Öffnung in den Schv/immerbehälter 6o zurück. Ähnlich fließt die in der Kammer 67 angesammelte Probe in den Probenabmeßbehälter 47, der durch die herbeifließende Probe weiter angefüllt wird.

Falls es darum geht, vor der eigentlichen Messung den Photometerbehälter 181 mit nichtgefärbter Probe anzufüllen, damit

909827/1332

BAD ORIGINAL

die automatische (nicht angedeutete) Hilfsapparatur die NuIIeinstellung des Photometers durchführen kann, läßt man die Luftpumpe 59 längere Zeit laufen, bis die Probe über die Scheidewand 96 in den Behälter 95 fließt, von dort dann in den Photometerbehälter 181 gelangt und hier allmählich die alte Reagenzlösung durch die reine Probe ersetzt. Es wird angenommen, daß der Photometerbehälter 181 als Durchflußbehälter wirkt und eine automatische Entleerung nicht installiert . ist.

Die in Fig. 4 abgebildete Kompensationsschaltung arbeitet folgendermaßens

Der Einfluß der IntensitatsSchwankungen der Lichtquelle 1o8 vvird prinzipiell durch Änderung der Speisespannung für die photometrische Widerstandsmeßzelle 1oo ausgeglichen,und zwar in entgegengesetztem Sine zur Wirkung der Beleuchtungsänderungen und in dem Maße, daß beide Einflüsse kompensiert werden. Die Inversion der Speisespannung für die' Abschwächungspotentiometer 1o1 von dem die Speisung der photoelektrischen Widerstandsmeßzelle 1oo, abgeleitet wird, erzielt man durch Zufuhr der Stabilisierungsspannung der Spannungsquelle 1o2 zum Abschv/ächungspotentiometer 1o1 mittels einer Brücke, deren einen Zv.eig die direkt beleuchtete photoelektrische Kompensationsauelle 1o4 bildet. Falls die Spannungsquelle 1o2 bezüglich der gewünschten Spannung für die photoelektrische Widerstandsmeßzelle 1oo genügend groß ist, kann das Ausgleichspotentiometer 1o5 derart eingestellt werden, daß die Kompensation vollkommen ist. Die Einstellung erfolgt so, daß mittels einer Hilfseinrichtung die Lichtstärke der Lichtquelle 1o8 plötzlich, und allmählich auch die Lage des Ausgleichspotentiometers 1o5 geändert wird, bis das Meßgerät 111 diese Änderung durch seinen Ausschlag nicht anzeigt. Wenn diese Stufe erreicht ist, wird

909827/1332

die Empfindlichkeit des Geräts durch das Abschwächungspotentiometer 1o1 eingestellt. Soll der Ausschlag des Meßgeräts 111 proportion 1 der Extinktion ansteigen, wird durch Installierung einer unabhängigen Spannungsquelle 117 über den großen Widerstand 114 dem Meßgerät 111 des Potentiometers 1o7 eine Differenz#spannung zugeführt und die Polarität der Spannungsquelle 1o2 geändert. Mittels des Abschwächungspotentiometers 1o1 wird die Höhe der Differenz^spannung so geändert, daß der Ausschlag mit der Extinktionsskala übereinstimmt. Der Vorteil dieser Kompensationsschaltung besteht in der vollkommenen Paralysierung des Einflusses der Lichtstärkeschwankungen der Lichtquelle bei jeder Extinktion der Reagenzlösung.

Außer mit dem gerade beschriebenen Schv/immersystem für pneumatische Pipetten kann das konstante Reagenzlösungsniveau auch durch kippbare Behälter sichergestellt werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind. Diese Behälter sind insofern vorteilhaft, als sie nicht von der kontinuierlicn fließenden Probe abhängen. Sie können selbständig auch für verschiedene Apparaturen im Laboratorium, eventuell zur Erzielung füae einer konstanten Zuflußhöhe, verwendet werden. Auch bei großen Industrieapparaturen sind sie benutzbar. Gegenüber den Mariotteflaschen haben sie den Vorteil, daß sie mit Reagenzlösungen während des Betriebes durch eine Öffnung im Deckel gefüllt werden können, ohne daß der Luftraum über der Flüssigkeit verschlossen sein muß. In Fig. 5 ist der besondere Fall eines kippbaren Behälters dargestellt, v/o der Behälter einen Zylinderaussc^nitt bildet. Fig. 5 zeigt den Vertikalschnitt des Behälters in einer Ebene senkrecht zur Drehachse.

Die Achse äes Zylinders, dessen Ausschnitt einen Behälter 138 bildet, ist gldchzeitig dessen Drehachse 139- Der Behälter

909827/1332

ist daher um diese Achse 139» z. B. in zwei Bolzen, drehbar gelagert. Seine untere Schnittfläche 144 bildet den Boden des Behälters 138, seine obere Schnittfläche 145 den Deckel. Die Zylinderflache 146 bildet die Seitenband des Behälters 138, die Stirnflächen des Behälters bestehen aus den Zylindergrundflächen. Die beiden Schnittflächen schließen einen Winkel ein, der weniger als 90° beträgt. Der Behälter 138 wird durch das mit ihm fest verbundene Gegengewicht 14o ausgewogen. Das Gegenge icht 15o hat ein derartiges Gewicht und ist so angebracht, daß der Schwerpunkt des leeren Behälters und des Gegengewichts 14o in der horizontalen Drehachse 139 liegt. Dann verbleibt der leere Behälter 13b in jener Lage, in die er gebracht wurde, ohne daß er sich von selbst verdreht, Zu diesem ausgewogenen Teil gehört auch ein Tragarm 142, der mit dem System fest verbunden ist. Er ist zur Drehachse 139 und zur unteren Schnittfläche 144. senkrecht angebracht. An dem Tragarm 142 ist ein Gewicht 141 verschiebbar angebracht und mittels einer Schraube 1/17 fixierbar, wobei vorausgesetzt wird, daß der Schwerpunkt des Gewichts 141 in der Achse des Tragarmes 1^2 liegt. Das Gewicht 141 wird so gewählt bzw. in einer solchen Entfernung von der Drehachse 139 angebracht, daß es in der Lage ist, 'lie Flüssigkeit im Behälter 138 auszuwägen, falls dieser bis zum Nive'au der· Drehachse 139, also bis zum Standardniveau 143, angefüllt ist. Die "Bedingunp-, wann diese Voraussetzung erfüllt ist, kann rechnerisch ^°icht ormitteit werden.

Das Gewicht 1/3-1 muß so herausgeschoben werden, daß das hervorgerufene Lloment bezüglich der Drehachse 139 ~leich dem Moment ist, das von der Flüssigkeit im Behälter 138 verursacht ist _/ und zwar bei jedem M-lunfirsgrad de? Behälters. Das beim Ausschwenken d^as Behälters 13-^ um den Winkel«^Cvon der Flüssigkeit

90982 7/1332

BAD ORIGINAL

- 2ο -

verursachte Moment kann als Summe der hydrostatischen, auf die untere Schnittfläche 144 wirkenden Drücke ausgedrückt werden. Der hydraulische auf die Zylinderfläche 146 wirkende Druck muß nicht beachtet werden, da er in radialer Richtung wirkt und im Moment nicht auftritt. Er wird durch die Lagerung der Drehachse aufgefangen. Bezeichnet man das durch die Flüssigkeit verursachte Moment mit Dl* , die größte Höhe der Flüssigkeitssäule von der Dicke ds mit h, den Halbmesser des Wirkungsortes der Flüssigkeitssäule auf die untere Schnittfläche 144 mit r, die Beschleunigung mit E, den Halbmesser des Zylinderausschnitts mit r , die FlUssigkeitsdichte mit ^ und die Höhe des Zylinderausschnitts mit v, dann gilt die Gleichung:

D_K « \ . g /^V r . h . ds

h kann durach das Produkt r . sinOC und ds durch ν . dr ersetzt werden. Dann ist

. dr = \ '. g . ν . sin CX.·"

D_Tr= ^. g . r .

) Das Moment D des Gewichts 141 von der Masse M wirkt in der Entfernung 1 von der Drehachse 139 und hat die Größe

D =s M . g . 1 . sin OO ,

Falls die Funktionsbedingung des Systems erfüllt sein soll, muß die Gleichheit der beiden Momen⁺e gegeben sein:

909827/1332

BAD ORIGINAL

M . g . 1 . siilX/ = \ . g . ν . sinOC ——

r ⁵

. 1 = Q. ν . -X-J 3

Daraus ist ersichtlich, daß das Produkt M . 1 der angeführten Gleichung von dem WinkeloOdes Ausschlages nicht abhängig ist und daß bei dieser Anordnung die Bedingung des genauen Binhaltens des FlUssigkeitsspiegels am Standardniveau 143 erfüllbar ist.

Bei der praktischen Durchführung ist es zweckmäßig, in der Nähe der Drehachse 139 in der unteren Schnittfläche 144 eine trogartige Vertiefung anzubringen, in die durch einen Schlitzausschnitt 149 im Deckel das Abnahmerohr 15o einer pneumatischen Überlaufpipette 151 eingeführt werden kann.

In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, wobei die pneumatischen Impulse für die Abmessungsorgane unabhängig mittels eines Balges gewonnen ',»erden, der einen Teil eines zentralen Impulsorganes bildet, das außer diesen pneumatischen Impulsen auch elektrische Impulse sicherstellt. Die Konzeption dieser Apparatur dient der allmählichen Zugabe von Chemikalien und der zweiseitigen Füllung des Photometerbehälters, was z. B. für die automatische Feststellung des Spurengehaltes an Kieselsäure vorteil-

909827/1332

haft ist. Der pneumatische Kreis, an den eine Probenpipette 135 und Pipetten 136, 137, 152 für die Reagehzlösungen angeschlossen sind, wird durch einen Balg 27 gesteuert. Diesen beeinflußt außer einer Druckfeder 196 auch ein Nocken 31 und zwar über eine Zugstange 99 und einen Rollenarm 97, wobei der Nocken 31 einen Hauptzahn 18o, einen Miniaturzahn 192 eventuell noch zwei kleinere Zähne, 182 und 183 hat. Außer dem Nocken 31 sind an der von einem Motor mit Getriebe 3o angetriebenen Austrittswelle 98 Nocken 173 und 194 angebracht, welche Schalter 172 und 193 betätigen. Der Motor mit Getriebe 3o betätigt auch einen Nocken 197, der einen Schalter 198 beeinflußt. Der den Balg 27 betätigende Mechanismus schließt bei maximalem Ansaugen einen Kontaktsatz 179, mittels dessen die Netzphase f an die Klemmen 174 eine Signalvorrichtung über einen Unterbrecherkontaktsatz 175 angeschlossen wird. Dieser v/ird durch eine Zugstange 176 und einen Minaturbalg 177 unterbrochen, der an eine Zufuhrrohrleitung 178 angeschlossen ist.

Als Vorratsbehälter der Reagenzlösungen, die durch die Pipetten 136, 137» 152 dosiert werden, dieren Kippbehälter 199» 2oo, 2o1. Die Probenpipette 135 hat im Verhältnis zu den übrigen Pipetten ein kürzeres Füllrohr 125 als die Apparatur nach Pig. 4. Hier ragt ein Füllrohr 125 in einen Behälter 126, in den die Probe durch ein Rohr 127 kontinuierlich zufließt. An den Behälter 126 schließt eine Plüssigkeitsvorrichtung 128 an, deren Überlauf 129 in einen Ablauf 13o mündet. Der Behälter 126 ist ebenfalls mit einem Überlaufrohr 168 versehen. In ein Ableitrohr 132 münden U-Abflußrohre der Pipetten 135, 136. Das Ableitrohr 132 und eventuell auch das Ableitrohr 133 der Pipette 137 münden in einen Behälter 154, der mit einer Apparatur 155 füifdie pneumatische selbsttätige Entleerung versehen ist, deren Ausfluß in einen weiteren Mischbehälter 156

9 09827/13 32

führt, wohin auch das Ableitrohr 134 der Pipette 152 geleitet ist.

Der Mischbehälter 156 hat einen kegelförmigen, in die Kammer 191 übergehenden Boden, an den eine Flüssigkeitshebevorrichtung 157 anschließt. Diese mündet in einen Trichter 16ο, aus dem ein Füllrohr 159 die Flüssigkeit dem Photometerbehälter 158 zuführt. Er hat Glasfenster 188 und wird von einem Lichtbündel einer Lichtquelle 19o durchdrungen, das durch eine Linse 189 gleichgerichtet und so geführt wird, daß es durch die Achse des Photoraeterbehälters 158 hindurchgeht und auf eine photoelektrische Zelle 187 auffällt. Oben ist aus dem Photometerbehälter 158 ein Füllkelch 163 herausgeführt, der im Niveau knapp über dem oberen G-lasfenster 188 durch einen engen Kanal 164, mit einer Kammer 165 verbunden ist. Diese steht über einen Überlauf 166 mit einem Ablauf 167 in Verbindung. Von unten ist an das Füllrohr 159 eine Apparatur für die selbsttätige pneumatische Entleerung angeschlossen, die einen Überlauf 162 hat. Die Druckluft für die einzelnen pneumatischen betätigten Elemente wird durch eine primäre und sekundäre Luftpumpe 153 und 195 zugeführt. Die Verteilung der Druckluft der primären Luftpumpe 153, die mittels des Schalters 172 eingeschaltet wird, erfolgt durch ein Verteilungsrohr 131 und über eine Verengung 171 zur Flüssigkeitshebevorrichtung 128, ferner über eine Verengung I69 zur Apparatur 155 für die selbsttätige pneumatische Entleerung und. ferner über eine Verengung 17o zur Flüssigkeitshebevorrichtung 157. Die sekundäre Luftpumüe 195 v/ird durch einen Schalter 19? betätigt und ist durch ein Luftrohr 186 an die Apparatur 161 für die selbsttätige pneumatische Entleerung des Photometerbehälters 153 angeschlossen.

Die Einrichtung nach Fig. 6 arbeitet folgendermaßen:

909827/ 1332

BAD ORfQiNAL

Es wird wiederum angenommen, daß alle Flüssigkeitsverschlüsse mit Flüssigkeiten angefüllt sind und daß die durch das Rohr 127 zufließende Probe die Fliüssigkeitshebevorrichtung 128 durchfließt und in den Ablauf 13o gelangt, ohne daß der Behälter 126 angefüllt v/ird, so daß das Füllrohr 125 die gemeinsame pneumatische Rohrleitung 24 mit der Außenluft verbindet. Beim Abmessen wird zuerst die sekundäre Luftpumpe 195 in Tätigkeit gesetzt und dann erst die primäre Luftpumpe 153, wie es im Diagramm der Fig. 7 angedeutet ist. Dadurch wird der Photometerbehälter 158 entleert und die Flüssigkeitshebevorrichtung 128 hebt den Flüssigkeitsspiegel im Behälter 126

fe über das Ende des Füllrohres 125· Dann beginnt der Balg anzusaugen, so daß sämtliche Pipetten mit Flüssigkeiten gefüllt werden. Das Ansaugen des Balges 27 ist im Diagramm der Fig. 7 und im folgenden durch schräg nach rechts oben gerichtete Schraffierung veranschaulicht. Die entgegengerichtete Schraffierung stellt die Entleerung des Balges 27 dar. Die überflüssige Probe beginnt gleichzeitig aus dem Behälter 126 durch das Überlaufrohr 168 abzufließen und, falls die sekundäre Luftpumpe 195 zu wirken aufhört, wirs?d der Photometerbehälter 158 mit reiner Probe angefüllt. In dem Augenblick, wenn der Balg 27 maximale Ansaugstellung erreicht hat, wird die primäre Luftpumpe 153 abgestellt. Die abgemessenen Flüssigkeiten fließen aus den Pipetten 135, 136 und eventuell 137 in den Be-

) halter 154, v/o die Reaktion der analytischen Vorschrift entsprechend verläuft. Die Reagenzlösung aus der Pipette 152 fließt in den Mischbehälter 156, wo sie in der Kammer 191 verbleibt. Dann wird, wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, für eine kurze Zeit die primäre Luftpumpe 153 wieder eingeschaltet, wodurch die Reagenzlösungen nach vollzogener Reaktion aus dem Behälter 154 in den Mischbehälter 156 fließen, wo mittels der Luft aus der Flüssigkeitshebevorrichtung 157, die vorher ab-

909827/ 1332

gemessene Reagenzlösung der dritten Pipette 152 aus der Kammer 191 hinzugemischt wird. Die Reagenzlösungen werden vermischt und nach Abstellung der primären Luftpumpe 153 fließen sie durch den Flüssigkeitsverschluß der Flüssigkeitshebevorrichtung 157 in den Trichter 16o ab. In dem gegebenen Fall wird vorausgesetzt, daß dieses Gemisch von Reagenzlösungen ein größeres spezifisches Gewicht hat als die Probe selbst. Bei gegebener Anordnung des Photometerbehälters verdrängt die Reagenz-lösung allmählich die Probe aus dem Photometerbehälter 158. Die Probe fließt dabei durch den engen Kanal 164 in den Ablauf 167. Vorausgesetzt wird, daß der Abfluß der Lösung aus dem Mischbehälter 156 soweit gebremst wird, daß der Flüssigkeitsspiegel im Photometerbehälter nicht über das Niveau des Überlaufs 162 ansteigt. Bei einem größeren Unterschied der spezifischen Gewichte der Reagenzlösungen entsteht beim Füllen zwischen Reagenzlösnng und Probe äne scharfe Trennebene, so daß mit einem geringen Reagenzlösungsüberfluß die Probe beinahe vollkommen herausgedrückt wird. Der Vorteil einer Anordnung, bei der vor dem Anfüllen mit gefärbter Reagenzlösung der Photometerbehälter 158 mittels der Apparatur 161 für die selbsttätige pneumatische Entleerung nicht entleert wird, besteht darin, daß in dem Photometerbehälter die Reagenzlösungen ausgewechselt Y^erden, ohne daß eine Änderung hinsichtlich der eventuell anhaftenden Luftblasen entsteht. Es wird vorausgesetzt, daß bei Füllung des Photometerbehälters 158 mit bloßer Probe eine besondere, hier nicht gezeigte Apparatur durch einen Impuls des Schalters 198 eine automatische Nulleinstellung der photometrischen Apparatur durchgeführt hat. Falls nun durch die beschriebene Substitutionsmethode die gefärbte Reagenzlösung in den Photometerbehälter eingeführt wird, wird die Extinktion bei Restspuren der festzustellenden Beimengungen, z, B, von SiO^*

809827/1332

mit größter Reprorluzierbarkeit und Genauigkeit bestimmt. Der Miniaturzahn 192 verursacht ein schwaches Ein- und Ausatmen des Balges 27, bei abgestellter primärer luftpumpe 153, d. h. bei leerem Behälter 126. Dieser Vorgang hat den Zweck, die Wirkung eines eventuell in dem hüllrohr 125 anhaftenden Tropfens aufzuheben, indem der Tropfen beim Ausatmen des Balges 27 herausbefördert wird.

Die Apparatur ist mit einer Vorrichtung zum Signalisieren des Störungszustandes versehen. Fall-s die gemeinsame pneumatische Rohrleitung 24- dicht ist, die Plüssigkei'tsverschlüsse richtig angefüllt sind, die Kippbehälter 199, 2oo und 2o1 genügend Reagenzlösungen enthalten und die Probe durch das Rohr 127 in genügender Menge zufließt, so daß die Probenpipette ständig genügend gefüllt wird, muß bei maximalem Ansaugen des Balges 27 .ährend der Wirkung des Hauptzahnes 18o ein angemessener Unterdruck vorhanden sein. Die Wirkung des Unterdruckes v.ird durch den Miniaturbalg 177 auf die Zugstange 176 und von hier auf den Unterbrecherkontaktsatz 175 übertragen, der den Stromkreis unterbricht. Palis daher alle Bedingungen erfüllt sind, löst der Kontaktsatz 179, der bei maximalem Ansaugen geschlossen ist, infolge des offenen Unterbrecherkontaktbündels 175 kein Signal an den Klemmen 17^- aus. Im gegenteiligen T?alIe meldet das Gerät eine Störung.

Neben dem beschriebenen Vorgang der abwechselnden Füllung mit gefärbter und ungefärbter Probe kann alternativ noch eine andere Ausführung gewählt werden, die von anderen Programmen der einzelnenJFunktionsorgane ausgeht, wie dies in Pig« 8 dargestellt ist. In diesem Palle mündet das Überlaufrohr 168 in den Ablauf, Der Nocken 31 ist mit kleineren Zähnen 182 und 183 versehen» Ähnlich sind auch die Nocken 173· und 194 mit

S09827/1332

Zähnen versehen. Wie aus dem Diagramm in Fig. 8 ersichtlich ist, erfolgt zuerst eine zveifache Füllung der Probenpipette 135 ohne gleichzeitige Fütterung der übrigen Pipetten. Mittels der sekundären Luftnumpe 195 v.ird der Photometerbehälter 15B entleert und durch die primäre Luftpumpe 153 "/ird die Flüssigkeitshebevorrichtung 128 in Betrieb versetet. Bei dem folgenden Ansaugen des Balges 27 .ird infolge der geringen Araaugkapazität bloß die Probenpipette 135 angefüllt. Es ird nur ein derartiger Unterdruck entwickelt, daß er das Überfließen in die Pipetten 136, 137, 152 nicht ermöglicht. Bei dem folgenden Ausatmen fließt deshalb in den Behälter 154 bloß die Probe aus der Pipette 135, die sofort über die Apparatur 155 für die selbsttätige pneumatische Entleerung des Mischbehälters 156 ..eitergeleitet v.ird. Wenn die primäre Luftpumpe 153 zu wirken aufhört, fließt die Probe in den leeren Photometerbehälter 158. Dieser Prozess ird -..Merholt und erst dann führt das Gerät die eigentliche Messung durch, ^ifie Fig. 7 anzeigt. Die Durchspülung mittels der Probe kann eventuell öfters durchgeführt

erden. Es wird auch der Photometerbehälter 158 mit reiner Probe angefüllt, so daß die Nulleinr;teilung vor der eigentlichen Messung erfolgen kann. Der beschriebene Vorgang des Ausspüiens der Apparatur mit der Probe hat jedoch noch einen

eiteren Vorteil So können mit frischer Probe im voraus die Flüssigkeitsverschlüsse sämtlicher pneumatischer Elemente angefüllt werden. Es ist dann möglich für einzelne Messungen Proben ..esentlich verschiedener Zusammensetzung zu verwenden, ohne daß die Zusammensetzung einer Probe die Messung der folgenden Probe beeinflußt. Dies ist besonders dann von Vorteil, falls der Analysator mit einer Einrichtung für das automatische Umschalten der Proben kombiniert -erden soll, wo das Gerät für die aufeinanderfolgenden periodischen Analysen mehrerer Proben verwendet -.erden soll.

909827/1332

Die beschriebenen Apparaturen können ζ. Β. bei automatischen Analysatoren für die Kontrolle der Wasserzusammensetzung Anwendung finden.

909827/1332

Claims

18U7489

Patentansprüche

1. Selbsttätiger Analysator für Flüssigkeiten mit einer photometrischen Apparatur, einer Impulseinheit und einer Dosierungsapparatur, gekennzeichnet durch eine Steuerung mittels direkt auf die Flüssigkeit wirkender pneumatischer Impulse.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitshebevorrichtung (25, 26) in Kombination mit einem System von pneumatischen ÜberlaufPipetten (28) Anv.endung findet.

3. Analysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitshebevorrichtung (25, 26) einen Mischbehälter (1) auf v/eist, an dessen Boden mittels eines Verbindungskanals (8) ein U-förmiges Abflußrohr (2) angeschlossen ist, das aus einem absteigenden Arm (3) und einem ansteigenden Arm (4) besteht, der in einem Überlauf (5) endet, wobei dieser unter dem Niveau des Bodens des Mischbehälters (1) liegt, und daß in einem Verbindungsteil (9) knapp unter dem Boden des Mischbehälters (1) an den absteigenden Arm (3) des Abflußrohres (2) ein nach oben ge richtetes Luftzufuhrrohr (7) angeschlossen ist, wobei der Verbindungskanal (8) gerade ist und eine kleine lichte Weite hat.

909827/ 1332

4. Analysator nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (19) als Schleife ausgeführt ist, deren obere Krümmung in die das Luftzufuhrrohr (18) mündet, den Verbindungsteil (2o) bildet und über dem Niveau des Überlaufes (16) liegt, während ihre untere Krümmung (23) sich unter dessen Niveau befindet.

5. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeitshebevorrichtung (26) zum Mischen von Reagenzlösungen verwendet ist, bei-der zur Mischkammer (65) U-Abflußrohre (37> 38, 39) der pneumatischen

. Überlaufpipetten (32, 33, 34, 35) führen, die aus dem unteren Teil der einzelnen Pipettenkörper herausgeführt sind, wobei die Pipettenkörper oben von der Seite her mündende Füllrohre (43, 44, 45, 46) aufweisen und oben durch Rohrleitungen (51, 52, 53, 54) mit einer gemeinsamen Sammelleitung (55) verbunden sind, der pneumatische Unterdruckimpulse zugeführt werden, und wobei mindestens ein Füllrohr (44, 45, 46) in Schwimmbehälter (48, 49, 5o) für Reagenzlösungen eintaucht, in denen das Nieveau der Reagenzlösungen auf einer konstanten Höhe gehalten wird, während ein Füllrohr (43) in einen Probenmeßbehälter (47) eintaucht.

6. Analysator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn-

zeichnet, daß eine Hauptpipette (32) zum Schöpfen der Probe verwendet ist, wobei ein Rohr (66) für die kontinuierlich zufließende Probe über einer Kammer (67) der Flüssigkeitshebevorrichtung (25) mündet, die einen schleifenförmigeη Kanal (68) mit Verbindui^pteil (69) und einen Abflußkanal (7o) hat, dessen ansteigender Arm (71) durch einen Überlauf (72) mittels ©ines weiteren absteigenden Armes (73) an den Probenmeßbehälter (47) angeschlossen ist, in dem der konstante

9 0 9 8 2 7/1332

r

- - 3ΐ - 1807499

Flüssigkeitsspiegel durch ein Überlaufrohr (64) sichergestellt ist, und wobei das Füllrohr (43) der Hauptpipette (32) zum Boden des Probenmeßbehälters (47) reicht und ein Luftzufuhrrohr (74) der Flüssigkeitshebevorrichtung (25) über eine Verengung (75) an die Druckleitung einer Luftpumpe (59) angeschlossen ist, mit der auch ein Zufuhrrohr (77) für die Luft zur Flüssigkeitshebevorrichtung (26) über eine Verengung (76) in Verbindung steht.

7. Analysator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (55) für die Zufuhr der pneumatischen Impulse zu den Pipetten an die Saugleitung der Luftpumpe (59) angeschlossen ist, wobei die Sammelleitung (55) dreh ein Rohr (119) auch noch mit einem gegeschlossenen Arm (124) eines Unterdruckreduktors (12o) verbunden sein kann, der aus einem U-förmigen Rohr besteht, dessen offener Arm (123) eine kleine öffnung (122) hat, wobei der Unterdruckreduktor (12o) in den Schwimmerbehälter (6o) mit konstantem Flüssigkeitsspiegel gelegt ist.

H. Analysator nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch eine Apparatur zur automatischen Entleerung mittels Druckluft, bei der an den Boden eines Behälters (81), der eventuell als Photometerbehäl+er (181) dienen kann, ein
doppelt gekrümmtes En^learungsrohr (82) angeschlossen ist, das im absteigenden Abschnitt (83) nach unten und hinter der unteren Krümmung (84) im ansteigenden Abschnitt (85) nach oben gerichtet ist und hinter ier oberen Krümmung (86") in ein Ablaufrohr (87) eventuell mit einer Entlüftung, übergeht, wobei ^das Ablauf rohr (R^ ^ im Ablauf (SR) ' erdet' und im ansteigenden Abschrift (85) ein enfes Rohr (^Qo) für die Luftzufuhr mit

909827/ 1332

BAD ORIGINAL

einem nach oben gerichteten Ende (91) endet, das über der unteren Krümmung (84), jedoch unter dem tiefsten Punkt des Bodens des Behälters (81) liegt.

9.Analysator nach einem der Ansprüche 1-8, gekennzeichzeichnet durch eine periodische automatische Nulleinstellung des Photometerkreises durch Anfüllen des Photometerbehälters mit nicht gefärbter Probe vor der Nulleinstellung, wobei zu dem als Photometerbehälter (181) dienenden Behälter außer einem Überlauf (92) für die Reagenzlösung noch eine Rohrleitung (93) für die Probe führt, die überflüssige Probe aus einem Behälter (95) zuleitet, der» von der Kammer (67) der Flüssigkeitshebevorrichtung (25) P durch eine Scheidewand (96) getrennt ist.

1o.Analysator nach einem der Ansprüche 1-9, mit einer Kompensationsschaltung zum Photometrieren, einer photoelektrischen Widerstandsmeßzelle, die in Serie mit einem.Indikationsgerät und einem Potentiometer für die Einstellung der Empfindlichkeit geschaltet ist, ferner mit einer photoelektrischen Kompensationszelle, die von einer Spannungs-Kompensationsquelle gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die photoelektrische Kompensationszelle (7) in eine Widerstandsbrücke geschaltet ist, deren eine Diagonale in den Kreis der Widerstandsmeßzelle (1) und deren zweite Diagonale in den Stromkreis der Spannungs-Kompensationsquelle (8) gelegt ist.

11. Analysator nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Flüssigkeitsspiegel der Reagenzlösungen durch Schwimmbehälter (48, 49» 5o) aufrechterhalten ist, indem die überflüssige Probe durch ein Überlaufrohr (6*1 ein konstanter Flüssigkeitsspiegel gehalten

909827/ 1332

BAD ORIGINAL

- 33 - · 18Ü7489

wird, wobei in den Schwimmerbehälter (60) die Schwimmbehälter (48, 49, 5o) mit den Reagenzlösungen für die einzelnen Pipetten gelegt sind, so daß die Schwimmbehälter • frei schwimmen können.

12. Analysator nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante FlüssigkeitsspiegeiL der Reagenzlösungen durch kippbare Behälter (138) aufrechterhalten ist, wobei der Behälter (138) um eine horizontale Drehachse (139) kippbar ist und daß sein Eigengewicht durch ein mit ihm fest verbundenes Gegengewicht (14o) so ausgewogen ist, daß der Schwerpunkt des ausgewogenen Systems des Behälters (138) in der horizontalen Drehachse (139) liegt, wobei auf einen zu diesem ausgewogenen System gehörenden Tragarm (142) ein Gewicht (141) schiebbar ist und der Tragarm (142) gegenüber dem Behälter (138) so orientiert ist, daß der Behälter (138) maximal ausgeschwenkt ist, wenn der Schwerpunkt des Gewichts (141) unter der Drehachse (139) liegt, und wobei derBehälter (138) eine derartige Form hat, daß das Moment' v8S der Flüssigkeitsmasse des bis zum Standardnieau (143) in der Ebene der Drehachse (139) gefüllten Behälters (138) bei sämtlichen Füllungsgraden stets dem entgegengesetzt wirkenden Moment des Gewichts (141) gleich ist.

13. Analysator nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllrohr (125) einer Probenpipette (135) in einen Behälter (126) ragt, dem die Probe durch ein Rohr (127) zufließt und aus dessen Boden eine Flüssigkeitshebevorrichtung (128) herausgeführt ist, deren Überlauf (129)in einen Ablauf (13o) mündet, wobei sowohl die Probenpipette (135) als auch die Pipetten (136, 137, 152) für die

- 34 - · ■ 18 0 74

Reagenzlösungen an eine gemeinsame pneumatische Rohrleitung (24) angeschlossen sind, die mit einem Balg (27)
verbunden ist, und wobei der Balg (27) durch einen Impulsgeber (29) mittels eines Motors mit Getriebe (3o) eines Nockens
(31) an der Austrittswelle (98) eines Rollenarmes (97) und einer Zugstange' (99) antreibbar ist.

14. Analysator nach einem der Ansprüche 1-13 mit einer Signaleinrichtung für Störungsmeldung bei der Probeabnahme und
Dosierung von Reagenzlösungen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Klemmen (174) der Signaleinrichtung die Spannung

über einen ünterbrecherkontaktsatz (175) dessen Unterbrechung " durch die Zugstange (176) eines Miniaturbalges (177) erfolgt, der über eine Zufuhrrohrleitung (178) mit der gemeinsamen
pneumatischen Rohrleitung (24) verbunden ist, und über einen Kontaktsatz (179) der beim maximalen Hub eines Rollenarmes (97) geschlossen ist, geführt ist.

15. Analysator nach einem der Ansprüche 1 - 14, gekennzeichnet durch die allmähliche Zugabe von Reagenzlösungen zur Probe bei kolaimetrischen Prüfungen , wobei ein Ableitrohr (15)
der Probenpipette (135) und der Pipette (136) für die erste Reagenzlösung und ferner ein Ableitrohr (133) der Pipette
(137) für die zweite Reagenzlösung in einen Behälter (154) führen, der mit einer Apparatur (155) für die selbsttätige pneumatische Entleerung versehen ist, die in den Mischbehälter (156) mündet und wobei der Mischbehälter (156) eine Flüssigkeitshebevorrichtung (157) hat und in ihn auch ein
Ableitrohr (134) der Pipette (152) für die dritte Reagenzlösung mündet.

909827/1332

-35- 18Ö7A89

16. Analysator nach einem der Ansprüche 1-15, gekennzeichnet durch die abwechseMe Füllung mit gefärbter und ungefärbter Probe, wobei die Probe mit den hinzugefügten Reagenzlösungen ein größeres spezifisches Gewicht als die Probe selbst hat, wobei ferner der Photometerbehälter (15<3) schräg gelagert ist, von zwei Seiten gefüllt wird und in ihn von unten ein mit einem Trichter (16o) versehenes Füllrohr (159) eingeführt ist, wobei sodann in den Trichter (16o) der Abfluß aus dem Mischbehälter (156) mündet, wobei auch der Photometerbehälter (158) unten mit einer Apparatur (161) für die selbsttätige pneumatische Entleerung -"-ersehen ist, deren Überlauf (162) höher liegt als das obere Ende des Photometerbehälters (158), an dem dieser Behälter in einen Füllkelch (163) übergeht, aus dem in einem Niveau unter dem Überlauf (162) ein enger Kanal (164.) herausgeführt ist, der* eventuell eine Verengung zur Beschränkung des Flüssigkeitsdurchflusses hat und in die Kammer (165) mit dem Überlauf (166) übergeht, der in den Ablauf (167) mündet, in den auch die Apparatur (161) für die selbsttätige pneumatische Entleerung des Photometerbehälters mündet, und wobei schließlich in den Füllkelch (163) das Überlaufrohr (168) des Behälters (126) mit der Flüssigkeitshebevorrichtung (128) führt.

17. Analysator nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Verteilungsrohr (131) über eine Verengung (169, 17ο, 171) die Flüssigkeitshebevorrichtunc-(12S) beim Behälter (126), die Apparatur (155) für die selbsttätige pneumatische Entleerung des Behälters (154) und die Flüssig-

909827/1332

BAD ORIGINAL

keitehebevorrichtung (157) unter dem Mischbehälter (156) an eine gemeinsame, elektrisch angetriebene primäre Luftpumpe (153) angeschlossen sind, wobei diese durch den von dem Nocken (173) an der Austrittswelle (98) des Impulsgebers (29) betätigten Schalter (172) in Betrieb gesetzt wird und der Schalter (172) in Abhängigkeit von der Bewegung des Balges (27) und einer bestimmten Reihenfolge geöffnet und geschlossen wird.

18. Analysator nach einem der Ansprüche 1-17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ausspulen der Abmessungs-

" apparatur mit frischer Probe vor jeder Messxing, bei der am Nocken (31) außer dem Hauptzahn (18o) noch zumindest zwei weitere kleinere Zähne (182, 183) angebracht sind und der Überlauf des Füllrohres (125) der Probenpipette (135) bezüglich des Niveaus der abgesaugten Flüssigkeit tiefer liegt als bei den Pipetten (136, 137, 152) für'die Reagenzlösungen, wobei die Schalter (172, 193) in entsprechender Zeitfolge mittels der Nocken (173,. 194) während der Wirkung der kleineren Zähne (182, 183) betätigt werden, so daß in dem Zeitabschnitt, wenn die kleineren Zähne (182, 183) wirken, der Fassungsraum des Balges (27) in der Lage ist, nur die Probenpipette (135) anzufüllen,

k nicht jedoch die übrigen Pipetten (136, 137, 152) für die Reagenzlösungen, so daß durch die ganze Apparatur eine Dose der reinen Probe ohne Reagenzlösung wiederholt durchfließt.

909827/1332

BAD ORIGINAL * _f

Leerseite