DE1807489B2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen selbsttätigen Flüssigkeits-Analysator mit einer Dosierungseinrichtung, die mittels pneumatisch gesteuerter Überlaufpipetten betätigt wird bei dem die Probe und das oder die Reagenzmittel durch die Pipetten Behältern entnommen werden, in denen der Flüssigkeitsspiegel auf einem konstanten Niveau gehalten wird, ferner mit einem Mischbehälter und einem Meßbehälter, an die pneumatisch betätigbare Vorrichtungen zur Entleerung dieser Behälter angeschlossen sind.

Bei diesem bekannten Analysator (FR-PS 13 64 805) erfolgt die Mischung von Probe und Reagenzmittel einfach dadurch, daß sie beide in den Mischbehälter fließen. Zum Entleeren des Meßbehälters wird ein Unterdruck verwendet. Der erforderliche Unterdruck ist verhältnismäßig hoch, da sich in der Absaugleitung beim Füllen des Meßbehälters ein geringer Überdruck einstellt, der vor der nächsten Entleerung erst durch den Unterdruck abgebaut werden muß. Die Reagenzmittelbehälter schwimmen in der Probenflüssigkeit. Um zu erreichen, daß der Flüssigkeitsstand in den Reagenzmittelbehältern eine konstante Höhe beibehält, damit bei jedem Saughub der Überlaufpipetten die gleiche Reagenzmittelmenge entnommen wird, muß die Probenflüssigkeit, in der die Regenzmittelbehälter schwimmen, ebenfalls auf konstanter Höhe gehalten werden. Dies geschieht mittels eines Überlaufs und ständiger Zufuhr neuer Probenflüssigkeit. Man benötigt daher große Mengen an Probenflüssigkeit, die nicht in allen Fällen zur Verfügung stehen. Gegebenenfplls muß die Probenflüssigkeit ständig im Kreislauf gepumpt werden. Dies erfordert Energie.

Bei dem aus der US-PS 32 59 462 bekannten Analysator sind die Pipetten als Überdruckpipetten ausgebildet, die durch eine ständig nachströmende Flüssigkeit gefüllt und mittels eines Überdruckimpulses über ein Siphonrohr entleert werden. Dies ergibt eine nur ungenaue Dosierung, weil die über enge Rohre nachströmende Flüssigkeit in Abhängigkeit von ihrer Viskosität unterschiedlich schnell nachströmt. Das ganze System muß dicht abgeschlossen sein, um zu vermeiden, daß beim Auftreten eines Überdruckimpulses die gegebenenfalls aggressiven Flüssigkeiten an Leckstellen austreten. Mehrere Mischstellen sind hintereinandergeschaltet, so daß die Flüssigkeiten der (photometrischen) Analysiereinrichtung erst nach mehreren Druckimpulsen zugeführt w irden, nachdem sie die Reihenanordnung durchlaufen haben. Dies macht eine Synchronisiereinrichtung erforderlich, um die

ίο Meßergebnisse der richtigen Probe zuzuordnen. Die Flüssigkeitsstandregelung erfolgt in jedem Vorratsbehälter durch eine eigene Überlaufeinrichtung. Dies ist aufwendig, da hierbei ein erhöhter Energiebedarf erforderlich ist, um die Flüssigkeiten ständig in Umlauf

r> zuhalten.

Bei dem aus der GB-PS 8 48 125 bekannten Analysator wird ein Dosierbehälter ständig aus einem höher gelegenen Vorratsbehälter über eine Drossel mit Probenflüssigkeit gefüllt. Der Dosierbehälter ist oben offen, während sich unten ein Siphonrohr anschließt. Sobald der Dosierbehälter über das obere Knie des Siphonrohrs hinaus gefüllt ist, fließt die Flüssigkeit von selbst aus dem Behälter ab. Die abfließende Flüssigkeit saugt ihrerseits aus einem ähnlichen Dosierbehälter eine

2ί Reagenzflüssigkeit. Beide Reagenzflüssigkeiten strömen in einen Sammelbehälter und von dort in einen Photometerbehälter. Eine Synchronisiereinrichtung ist hierbei nicht vorgesehen, so daß eine Zuordnung der einzelnen Meßergebnisse zu den einzelnen Proben

ίο besonders; hohe Anforderungen stellt. Auch hier strömt die Flüssigkeit ständig in die Dosierbehälter nach, so daß eine genaue Dosierung nicht in allen Fällen möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

j) Analysator der eingangs genannten Art anzugeben, der bei einfachem Aufbau mit niedrigeren Druckimpulsen und weniger Probenflüssigkeit auskommt.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine periodisch eingeschaltete Luftpumpe vorgese-

■10 hen ist, deren Überdrucksammelleitung mit dem Mischbehälter der Vorrichtung zum Entleeren des Meßbehälters und einer Probenhebevorrichtung zur periodischen Einhaltung des konstanten Niveaus der Probenflüssiglceit für die Probenpipette verbunden ist,

4^r) daß die Unterdruckseiten der aus den Vorratsbehältern gespeisten Unterdruck-Überlaufpipetten an einer gemeinsamen Unterdruckimpuls-Sammelleitung angeschlossen sind und daß das konstante Niveau der Reagenzmittel für die Reagenzmittel-Überlaufpipetten durch Kippbehälter sichergestellt ist, von denen jeder um eine horizontale Drehachse kippbar ist, dessen Eigengewicht durch ein mit ihm fest verbundenes Gegengewicht so ausgewogen ist, daß der Schwerpunkt des ausgewogenen Systems des Behälters in der horizontalen Drehachse liegt, und der eine derartige Form hat, daß das Drehmoment des von der Flüssigkeitsmasse des bis zum Standardniveau in der Ebene der Drehachse gefüllten Behälters bei sämtlichen Füllungsgraden stets dem entgegengesetzt wirkenden Moment des Gewichts gleich ist.

Bei diesem Analysator wird der Betrieb des Mischbehälters, der Vorrichtung zum Entleeren des Mischbehälters und der Probenhebevorrichtung durch eine einzige Luftpumpe synchronisiert. Desgleichen

b5 wird der Betrieb der Überlaufpipetten durch die gemeinsame Unterdruckimpuls-Sammelleitung synchronisiert. Die Druckluftimpulse können gleichzeitig zum Mischen des Mischbehälter-Inhalts und zur

Entleerung des Meßbehälters herangezogen werden, wobei ihr eigener Auftrieb diesen Vorgang unterstützen kann, so daß nur ein verhältnismäßig geringer Druck ausgebildet zu werden braucht. Die Probenflüssigkeit braucht nicht ständig in einen Schwimmerbehälter zu ■-, fließen, weil die an den ausgewogenen Kippbehältern angreifenden Gewichtsmomente bei jedem Füllgrad der Kippbehälter selbsttätig für eine derartige Schwenkung der Kippbehälter sorgen, daß der Flüssigkeitsspiegel der Reagenzmittel in den Kippbehältern eine konstante Höhe beibehält. Dementsprec Dementsprechend ist auch die mit jedem Unterdruckimpuls in die Überlaufpipetten angesaugte Reagenzmittelmenge konstant.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand schematischer Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine in dem Analysator verwendete Flüssigkeitsprobenhebevorrichtung,

F i g. 2 die gleiche Vorrichtung, aber mit schleifenförmigem Verbindungskanal,

Fig.3 eine in dem Analysator verwendete Vorrichtung zur selbsttätigen Entleerung von Behältern,

Fig.4 einen pneumatisch gesteuerten photometrisehen Analysator mit Kippbehältern für Reagenzlösungen und

F i g. 5 einen der Kippbehälter in größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist eine Flüssigkeitsprobenhebevorrichtung dargestellt, die einen Mischbehälter 1 mit einem jo konischer. 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 r> 4 in einen Überlauf 5, der in ein Überlauf rohr 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 to angetriebenen Balg, verbunden wird. Im Raum unter der Mündung des Luftzufuhrrohres 7 ist das Rohr des absteigenden Armes 3 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 10 versehen sein, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Über dem Mischbehälter 1 mündet ein Probenzufuhrrohr 11, durch das in den Mischbehälter 1 Flüssigkeiten fließen, die vermischt werden sollen.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet periodisch. Das Abflußrohr 2 ist von früher bereits mit Flüssigkeit so angefüllt, daß es einen Flüssigkeitsverschluß bildet. Wenn durch das Probenzufuhrrohr 11 Flüssigkeit in den wi Mischbehälter 1 fließt und durch das Luftzufuhrrohr 7 nicht gleichzeitig Luft zuströmt, fließt die Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsverschluß des Abflußrohres 2, ohne sich im Mischbehälter anzusammeln. Wenn jedoch durch das Rohr 7 Luft zugeführt wird, muß diese infolge h3 des Widerstandes des Flüssigkeitsverschlusscs durch den Vcrbinclungskanal 8 entweichen, so daß sie den Abfluß der Flüssigkeit verhindert. 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 wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, und die aufsteigenden Luftblasen im Mischbehälter 1 sorgen für eine vollkommene Vermischung der Lösungen. Wenn die Luftzufuhr unterbrochen wird, entweicht die Luft entweder durch die Kapillare 10 oder durch die Luftpumpe, und die Flüssigkeit fließt aus dem Mischbehälter durch das Abflußrohr 2 in das Überlaufrohr 6 ab.

Um einen zuverlässigen Betrieb zu erreichen, muß der Verbindungskanal 8 im Verhältnis zur durchgedrückten Luftmenge 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 Vorrichtung nach F i g. 2 ausgeführt ist. Hier ist anstelle des geraden Verbindungskanals 8 ein schleifenförmiger Verbindungskanal 19 vorgesehen. Was den Behälter 12, das Abflußrohr 13 mit dem absteigenden Arm 14 und dem aufsteigenden Arm 15, den Überlauf 16, das Ablaufrohr 17, das Luftzufuhrrohr 18, die Kapillare 21 und das Probenzufuhrrohr 22 betrifft, gleicht die Vorrichtung der Vorrichtung nach Fig. 1. Das untere Knie 23 der Schleife des Verbindungskanals 19 liegt tiefer als der Überlauf 16, das obere Knie der Schleife bildet einen Verbindungsteil 20, in den von oben das Luftzufuhrrohr 18 mündet. Die Vorrichtung funktioniert genau so wie die Vorrichtung nach Fig. 1, nur daß auch bei geringen Luftmengen und bei großer lichter Weite des schleifenförmigen Verbindungskanals 19 der Betrieb zuverlässig ist.

In F i g. 3 ist eine weitere Vorrichtung dargestellt, die mit pneumatischen, direkt wirkenden Dosierungsorganen kombiniert werden kann und zum selbsttätigen Entleeren von Behältern mittels Druckluft geeignet ist 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 gerichtei 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 als oder auf gleichet Höhe wie der höchstzulässige Flüssigkeitsspiegel irr Behälter 81 liegt. Mit der oberen Krümmung 86 geht da; Entleerungsrohr 82 in ein Ablaufrohr 87 über, das ober mit einer Entlüftung 89 versehen ist und unten in einer Ablauf 88 mündet. In den ansteigenden Abschnitt 85 des Entleerungsrohres 82 ist ein enges Luftzufuhrrohr 9C mit senkrecht nach oben gerichtetem Ende 91 eingeführt. Dieses Ende 91 muß tiefer liegen als dei Boden des Behälters 81, damit in diesen Raum de; ansteigenden Abschnitts 85 auch der letzte Rest dei Flüssigkeit aus dem Behälter 81 durch eigenes Gefälle abfließen kann. Die lichte Weite des ansteigender Abschnitts 85 muß der Oberflächenspannung dei Flüssigkeit entsprechend gewählt werden. Optimal is eine lichte Weite, die dem Durchmesser des größter Flüssigkeitstropfens entspricht, der bei gegebenei Temperatur in einer Umgebung ohne räumlich< Behinderung bestehen kann. Für Wasser ist es günstig einen Durchmesser des ansteigenden Abschnitts 85 vor 3,5 bis 6 mm zu wählen. Die lichte Weite de: Ablaufrohrs 87 muß so groß gewählt sein, daß in ihn

keine Flüssigkeitssäule verbleiben 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 keine Entlüftung 89 vorhanden zu sein. Nur wenn die Gefahr besteht, daß das Ablaufrohr 87 als absteigender Arm eines Siphons wirkt und daher beim Füllen des Behälters 81 durch Flüssigkeitsüberschuß ein Absinken des Flüssigkeitsspiegels unter den Überfall der oberen Krümmung 86 verursacht, ist eine Entlüftung 89 angebracht.
Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Es wird vorausgesetzt, daß der Behälter 81 bereits so weit mit Flüssigkeit angefüllt ist, daß die Flüssigkeit infolge Überlaufs über die obere Krümmung 86 im Behälter 81 bis zur maximalen Höhe steht. Falls der Behälter 81 entleert werden soll, wird durch das enge Rohr 90 Luft mit geringem Überdruck zugeführt, der gerade genügt, den Druck der Flüssigkeitssäule zu überwinden, die sich über dem Ende 91 befindet. In diesem Falle verdrängt die Luft die Flüssigkeitssäule aus dem ansteigenden Abschnitt 85 in das Ablaufrohr 87, wobei im ersten Augenblick die untere Krümmung 84 und der absteigende Abschnitt 83 die zuströmende Luft derart abbremsen, daß die Luft auf diesem Wege nicht entweicht. Wenn die Flüssigkeitssäule aus dem ansteigenden Abschnitt 85 beseitigt ist, beginnt die Flüssigkeit aus dem Behälter 81 dem Ende 91 zuzufließen, wobei im ansteigenden Abschnitt 85 ein Gemisch von Flüssigkeit und Luft entsteht, das von der Luft in dem Maße hinausbefördert wird, wie weitere Flüssigkeit zuströmt. Das Ende 91 des engen Rohres 90 wirkt hier nicht etwa als Injektor; um dies zu erreichen, müßte der Luftdruck bedeutend höher sein. Ein Beweis dafür, daß keine Injektorwirkung auftritt, ist die Tatsache, daß der Behälter 81 nicht völlig entleert wird, falls das Ende 91 auf Höhe des Bodens des Behälters 81 oder höher liegt. Bei dieser Entleerung des Behälters handelt es sich um eine Art »Wegschlürfen« der Flüssigkeit, aufgrund ihrer Oberflächenspannung.

Fig.4 zeigt den Analysator mit den beschriebenen Vorrichtungen. Er weist mehrere gleichzeitig pneumatisch betriebene Unterdruck-Überlaufpipetten 32—35 auf, von denen die eine als Probenpipette 32 für die Probe und die anderen drei als Überlaufpipetten 33, 34 und 35 für Reagenzmittellösungen vorgesehen sind. Jede Pipette hat einen Körper, der unten in Abflußrohre 36, 37, 38, 39 übergeht. Von der Seite münden Füllrohre

43, 44, 45, 46 in den Körper. Oben sind die Pipetten durch Rohrleitungen 51, 52, 53, 54 an eine Unterdruckimpuls-Sammelleitung 55 angeschlossen. Die Füllrohre

44, 45, 46 ragen in ausgewogene Kippbehälter 138, in denen der Flüssigkeitsspiegel auf konstantem Niveau 143 gehalten wird, wie anhand von Fig.5 näher beschrieben wird. Zur Speisung der Probenpipette 32 dient eine Probenhebevorrichtung 25 (nach F i g. 2), die im Behälter 12 mittels eines Überlaufrohres die Höhe des Flüssigkeitsspiegels konstant hält. Aus den Abflußrohren 36, 37, 38, 39 wird die Flüssigkeit durch Ableitrohre 40,41,42 in einen Mischbehälter 1 geleitet, der als Flüssigkeitshebevorrichtung nach Fig. 1 ausgebildet ist. Sein Abflußrohr 2 mündet mit seinem Überlauf in einen Meßbehälter 81. Dieser ist mit einer Einrichtung für die selbsttätige Entleerung von Behältern gemäß Fig.3 versehen. Die Probenhebevorrichlung 25 und die Betätigungsorgane des Mischbehälters 1 und des Meßbehälters 81 sind mittels der Luftzufuhrrohic 18, 7, 90 über Verengungen 75, 76, 79 an die Druckleitung der Luftpumpe 59 angeschlossen. Diese Druckleitung ist mit einer Kapillare 10 versehen, die mi der Atmosphäre in Verbindung steht. Die Luftpumpe 5? wird elektrisch und periodisch durch einen Schalter 17;

•Ί eingeschaltet. Dieser wird durch eine Nockenscheibe 173 auf einer von einem Getriebe 30 angetriebener Antriebswelle 98 gesteuert. Auf der gleichen Antriebs welle 98 sitzt eine Nockenscheibe 31, die mittels eine! Rollenarms 97 die Zugstange 99 eines die Unterdruck

κι impulse erzeugenden Balges 27 betätigt, an den die Sammelleitung 55 angeschlossen ist. Die Nockenscheibe 31 steuert auch einen Kontaktsatz 179, der über einer Unterbrecherkontaktsatz 175 mit einem Störungsmel der 174 elektrisch verbunden ist. Der Unterbrecherkon

i") taktsatz 175 wird durch einen Miniaturbalg 177 betätigt Dieser ist über eine Zufuhrrohrleitung 178 mit dei Sammelleitung 55 verbunden.

Der Analysator arbeitet folgendermaßen:

Die Nockenscheiben 31 und 173 liefern parallele Impulse, wie dies im Diagramm in F i g. 6 dargestellt ist Die Nockenscheibe 31 ist mit zwei kleineren Nocker 182 und 183 versehen, auf die ein größerer Nocken 18C folgt. Bei der zyklischen Betätigung schaltet dei Schalter 172 zuerst die Luftpumpe 59 ein. In dei

2") Probenhebevorrichtung 25 wird der Flüssigkeitsspiege der durch das Probenzufuhrrohr 22 zuströmender Probe angehoben. Dadurch gelangt die Mündung de; Füllrohres 43 der Probenpipette 32 unter der Flüssigkeitsspiegel. Im Ruhezustand ist das Füllrohr 43

jo mit der Atmosphäre verbunden. Gleichzeitig entleerl die dem Luftzufuhrrohr 90 zugeführte Luft der Meßbehälter 81. Anschließend beginnt der Balg 27 zu saugen, so daß ein Unterdruckimpuls in der Sammelleitung 24 entsteht.

J3 Die Pipetten 33, 34,35 sind über dem Standardniveau 143 in den Kippbehältern 138 angeordnet, und zwar höher als der Körper der Probenpipette 32 über dem Überlauf des Überlaufrohres 64 der Probenhebevorrichtung 25. Die Abflußrohre 36, 37, 38, 39, bei denen

w eine vorhergehende entsprechende Flüssigkeitsfüllung vorausgesetzt ist, wirken bei Unterdruck als Rückschlagverschlüsse, die das Ansaugen von Luft aus der Atmosphäre verhindern. Die Nocken 182, 183 der Nockenscheibe 31 sind so geformt, daß allein die

■η Probenpipette 32 durch einen Saugimpuls bis etwas über die Mündung des Füllrohres 43 mit der aus dem Behälter 12 gefüllt wird. Ein derartiger Saug- odei Unterdruckimpuls genügt jedoch nicht zum Füllen der Pipetten 33,34,35. Während des Blashubs des Balges 27,

■ίο der beim Herabsinken des Rollenarms 97 von den Nocken 182 und 183 einsetzt, wird die Probenpipette 32 durch das Abflußrohr 36 in den Mischbehälter 1 entleert, und beim Ausschalten der Luftpumpe 59 fließt die reine abgemessene Probe in den Meßbehälter 81, den die Luftpumpe 59 vorher entleert hat. So wird eine zweifache Durchspülung des gesamten Systems durch die Probe sichergestellt. Wenn der Nocken 180 der Nockenscheibe 31 auf den Rollenarm 97 einwirkt, entsteht ein größerer Unterdruckimpuls, durch den

wi außer der Probenpipette 32 mit einer Probe auch die Pipetten 33, 34, 35 mit Reagenzmitteln über die Füllrohre 44, 45, 46 aus den Kippbehältern 138 gefüllt werden. Während des folgenden Blashubs des Balges 27 wird der Inhalt der Pipetten 32, 33, 34, 35 durch die Abflußrohre 36, 37, 38, 39 in den Mischbehälter 1 entleert. Die Luftpumpe 59 bleibt längere Zeit in Tätigkeil und stellt durch die Luftzufuhr über das Luftzufuhrrohr 7 das Ansammeln der Flüssigkeiten im

Mischbehälter 1 sicher. Die Überschußluft durchdringt in Blasenform die Flüssigkeiten im Behälter 1 und bewirkt ihr Vermischen. Nach Abstellung der Luftpumpe 59 entweicht die Luft des Luftpolsters aus dem Abflußrohr 2 des Mischbehälters 1 und aus dem Verbindungsteil 20 durch die Kapillare 10, so daß der Weg für den Abfluß aus dem Mischbehälter 1 frei wird und die vermischten Reagenzmittel den entleerten Meßbehälter 81 füllen. In der Probenhebevorrichtung 25 sinkt das Niveau der Probe unter die Mündung des Füllrohrs 43. Durch die Verbindung der Sammelleitung 24 über das Füllrohr 43 mit der Atmosphäre wird vor jedem Zyklus das Luftvolumen des pneumatischen Kreises standardisiert, so daß die abgemessenen Flüssigkeitsmengen in allen Zyklen gleich sind. Dadurch, daß der Meßbehälter 81 abwechselnd mit reiner Probe und mit einer Proben-Reagenzmittel-Mischung angefüllt wird, kann ein Vergleich der verschiedenen Eigenschaften der reinen Probe und der mit Chemikalien vermischten angestellt werden. Dies ermöglicht mittels eines geeigneten Fühlers die Vereinheitlichung der Meßbedingungen. Der Kontaktsatz 179 und der Unterbrecherkontaktsatz 175 lösen gemeinsam eine Störungsmeldung aus, wenn der Probenzufluß über das Probenzuflußrohr 22 ungenügend ist. Falls die Probe nicht in genügender Menge zufließt, wird das Füllrohr 43 der Probenpipette 32 beim Ansaugen des Balges 27 nicht gefüllt, so daß der Balg 27 Umgebungsluft ansaugt. In der Leitung 24 entsteht im Augenblick des maximalen Saughubs kein Unterdruck, der Miniaturbalg 177 öffnet den in Serie geschalteten Unterbrecherkontaktsatz 175 nicht und der Störungsmelder 174 wird an Spannung gelegt, z. B. mittels einer Hupe eine Störung in der Probenzufuhr signalisiert wird.

Um ein genaues Abmessen der Reagenzmittel durch die Überlaufpipetten sicherzustellen, muß die Höhe der Flüssigkeitsspiegel in den Kippbehältern 138 genau konstant gehalten werden. Wie dies erreicht wird, wird anhand von Fig.5 näher beschrieben, in der der Kippbehälter größer dargestellt ist. Es handelt sich um einen Vertikalschnitt des Kippbehälters senkrecht zu seiner Drehachse 139. Der Kippbehälter 138 hat die Form eines Zylinderausschnitts, dessen Achse mit der Drehachse 139 zusammenfällt. Seine untere Behälterwand 144 ist eben und seine obere Behälterwand 145 als Deckel ausgebildet. Die Zylinderfläche 146 bildet die Seitenwand des Behälters 138, die Stirnflächen des Behälters bestehen aus den Zylindergrundflächen. Die beiden Behälterwände 144 und 145 schließen einen Winkel λ von weniger als 90° ein. Der Kippbehälter 138 ist durch das mit ihm fest verbundene Gegengewicht 140 ausgewogen. Das Gegengewicht 140 ist so bemessen und angebracht, daß der gemeinsame Schwerpunkt von leerem Kippbehälter und Gegengewicht der leere Kippbehälter 138 in jeder Lage, in die er gerade gebracht wurde, ohne daß er sich von selbst verdreht. Zu dem ausgewogenen Kippbehälter gehört auch ein mit diesem fest verbundener Tragarm 142. Ει-steht zur Drehachse 139 und zur unteren Behälterwand 144 senkrecht. Auf dem Tragarm 142 ist ein Gewicht 141 verschiebbar angebracht und mittels einer Schraube 147 fixierbar, wobei vorausgesetzt wird, daß der Schwerpunkt des Gewichts 141 in der Achse des Tragarms 142 liegt. Das Gewicht 141 wird so gewählt bzw. in einer solchen Entfernung von der Drehachse 139 angebracht, daß es in der Lage ist, die Flüssigkeit im Kippbehälter 138 auszuwägcn, falls dieser bis zum Niveau der Drehachse 139, also bis zum Standardniveau 143,

ίο

angefüllt ist. Die Bedingung, wann diese Voraussetzung erfüllt ist, wird nachstehend abgeleitet.

Die Lage des Gewichts 141 ist so eingestellt, daß sein Drehmoment bezüglich der Drehachse 139 gleich dem Drehmoment ist, das von der Flüssigkeit im Kippbehälter 138 um diese Drehachse hervorgerufen wird, und zwar bei jedem Füllungsgrad des Kippbehälters. Das beim Ausschwenken des Behälters 138 um den Winkel \ von der Flüssigkeit bewirkte Drehmoment kann als Summe der hydrostatischen, auf die untere Behälterwand 144 wirkenden Drücke ausgedrückt werden. Der hydraulische auf die Zylinderfläche 146 wirkende Druck muß nicht beachtet werden, da er in radialer Richtung wirkt und kein Drehmoment bewirkt. Er wird durch die Lagerung der Drehachse aufgefangen. Bezeichnet man das durch die Flüssigkeit verursachle Drehmoment mit Dm, die Höhe der Flüssigkeitssäule von der Dicke ds mit /7, den Halbmesser des Wirkungsortes der Flüssigkeitssäule auf die untere Behälterwand 144 mit r, die Erdbeschleunigung mit g, den Halbmesser des Zylinderausschnitts mit r,, die Flüssigkeitsdichte mit ρ und die axiale Länge des Zylinderausschnitts mit v, dann gilt die Gleichung:

= »· a ■ ι

/1 · ds

Darin kann /1 durch das Produkt ;· · sin \ und ds durch dr ersetzt werden. Dann ist

I₁

Du = » ' g ' !'' sin λ · J r

■dr

ij · g · r · sin λ ·

3 '

Das Gewicht 141 von der Masse M wirkt im Absland / von der Drehachse 139 und erzeugt das Drehmoment

D. = Mg-I- sin» .

Damit die Funktionsbedingung des Systems erfüllt ist, müssen beide Drehmomente gleich sein:

D, = D η (4)

M ■ g · / · sin λ = η ■ R · ί> ■ sin λ · ^^: (5)

Ml = u

3 '

Daraus ist ersichtlich, daß das Produkt M ■ I vom Ausschlagswinkel λ unabhängig ist und daß bei dieser Anordnung der Flüssigkeitsspiegel genau auf dem Standardniveau 143 gehalten wird.

In der Nähe der Drehachse 139 ist in der unteren Behälterwand 144 eine trogartige Vertiefung ausgebildet, in die durch einen Schlitzausschnitt 149 im Deckel das Füllrohr einer pneumatischen Überlaufpipettc eingeführt werden kann.

Der beschriebene Analysator kann für automatische photometrische Analysen oder zur elektrometrischen Bestimmung der Stoffkonzentration von Proben mittels ionenselektiver Elektroden für die Zubereitung von Proben bei analytischen Depolarisationsmethoden ti, ä. Anwendung finden.

Hierzu 3 BIaIl Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Selbsttätiger Flüssigkeits-Analysator mit einer Dosierungseinrichtung, die mittels pneumatisch -, gesteuerter Überlaufpipetten betätigt wird, bei dem die Probe und das oder die Reagenzmittel durch die Pipetten Behältern entnommen werden, in denen der Flüssigkeitsspiegel auf einem konstanten Niveau gehalten wird, ferner mit einem Mischbehälter und ι ο einem Meßbehälter, an die pneumatisch betätigbare Vorrichtungen zur Entleerung dieser beiden Behälter angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine periodisch eingeschaltete Luftpumpe (59) vorgesehen ist, deren Überdruck- r> Sammelleitung mit dem Mischbehälter (1), der Vorrichtung (82—91) zum Entleeren des Meßbehälters (81) und einer Probenhebevorrichtung (25) zur periodischen Einhaltung des konstanten Niveaus der Probenflüssigkeit für die Probenpipette (32) verbunden ist, daß die Unterdruckseiten der aus den Vorratsbehältern (12; 138) gespeisten Unterdruck-Überlaufpipetten (32—35) an einer gemeinsamen Unterdruckimpuls-Sammelleitung (55) angeschlossen sind und daß das konstante Niveau der _>-> Reagenzmittel für die Reagenzmittel-Überlaufpipetten (33, 34, 35) durch Kippbehälter (138) sichergestellt ist, von denen jeder um eine horizontale Drehachse (139) kippbar ist, dessen Eigengewicht durch ein mit ihm fest verbundenes Gegengewicht jo (140) so ausgewogen ist, daß der Schwerpunkt des ausgewogenen Systems des Behälters (138) in der horizontalen Drehachse (139) liegt, und der eine derartige Form hat, daß das Drehmoment des von der Flüssigkeitsmasse des bis zum Standardniveau r> (143) in der Ebene der Drehachse (139) gefüllten Behälters (138) bei sämtlichen Füllungsgraden stets dem entgegengesetzt wirkenden Moment des Gewichts (141) gleich ist.

2. Analysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Boden des Mischbehälters (1) 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, daß 4> 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 gerichtetes Luftzufuhrrohr (7) ange- 5» schlossen ist, daß ferner der Verbindungskanal (8) gerade ist und eine kleine lichte Weite hat.

3. Analysator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Verbindungskanals (8) ein doppelt gekrümmter Verbindungskanal (19) v, ausgeführt ist, dessen obere Krümmung, in die das Luftzufuhrrohr (18) mündet, den Verbindungsteil (20) bildet und über dem Niveau des Überlaufs (16) liegt, während die untere Krümmung (23) sich unter dessen Niveau befindet. bo

4. Analysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischbehälter (1) zum Mischen von Reagenzlösungen verwendet wird, bei dem zur Mischkammer (65) U-Abflußrohre (37, 38, 39) der pneumatischen Unterdruck-Überlaufpi- b5 petten (32, 33, 34, 35) führen, die aus dem unteren Teil der einzelnen Pipettenkörper herausgeführt sind, daß die Pipettenkörper oben von der Seite her mündende Füllrohre (43, 44, 45, 46) aufweisen und oben durch Rohrleitungen (51, 52, 53, 54) mit der gemeinsamen Sammelleitung (55) verbunden sind, der die pneumatischen Unterdruckimpulse zugeführt werden, und daß das Füllrohr (43) der Probenpipette (32) in den Behälter (12) der Probenhebevorrichtung (25) hineinragt, die durch das Probenzufuhrrohr (22) mit Probe gefüllt wird, während die Füllrohre (44, 45, 46) der weiteren Pipetten (33,34,35) in die ausgewogenen Kippbehälter (138) hineinragen, in denen das Flüssigkeitsniveau auf konstanter Höhe gehalten wird.

5. Analysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftzufuhrrohr (18), das der Luftzufuhr zur Probenhebevorrichtung (25) dient, und das zum Abflußrohr (2) des Mischbehälters (1) führende Luftzufuhrrohr (7) über Verengungen (75) und (76) an die Luftpumpe (59) angeschlossen sind und daß die Luftzufuhrrohre mittels einer Kapillare (10) gleichzeitig mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.

6. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine solche Vorrichtung zur automatischen Entleerung mittels Druckluft, bei der an den Boden eines Behälters (81) ein doppelt gekrümmtes Entleerungsrohr (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 der oberen Krümmung (86) in ein Ablaufrohr (87), eventuell mit einer Entlüftung (89), übergeht, daß das Ablaufrohr (87) im Ablauf (88) endet und im ansteigenden Abschnitt (85) ein Luftzufuhrrohr (90) mit einer nach oben gerichteten Endverengung (91) endet, das über der unteren Krümmung (84), jedoch unter dem tiefsten Punkt des Bodens des Behälters (81) liegt.

7. Analysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abflußrohr (2) des Mischbehälters (1) in den Meßbehälter (81) mündet, der eine Entleerungsvorrichtung aufweist, deren Luftzufuhrrohr (90) an die gleiche Luftpumpe' (59) über eine Verengung (79) angeschlossen ist.

8. Analysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipetten-Füllrohre (44, 45, 46) in die Kippbehälter (138) eintauchen, daß auf einen zum Schwerpunkt ausgewogenen System gehörenden Tragarm (142) ein Gewicht (141) verschiebbar angebracht ist und daß der Tragarm (142) gegenüber dem Behälter (138) so orientiert ist, daß die untere Behälterwand (144) horizontal verläuft, wenn der Schwerpunkt des Gewichts (141) unter der Drehachse (139) liegt.

9. Analysator nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckimpuls-Sammelleitung (55) an einen Balg (27) angeschlossen ist, der von einer Nockenscheibe (31) betätigt wird, dje auf einer gemeinsamen Antriebswelle (98) mit einer Schalterbetätigungs-Nockenscheibe (173) für das Ein- und Ausschalten der Luftpumpe (59) angeordnet ist.

10. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Störungsmelder, dadurch gekennzeichnet, daß der Störungsmelder (174) die Betriebsspannung über einen Unterbrecherkontaktsatz (175), dessen Unterbrechung durch die Zugstange (176) eines Miniaturbalges (177) erfolgt, der über eine Zufuhrrohrleitung (l78) mit der gemeinsamen Unterdruck-

impuls-Sammelleitung (55) verbunden ist, und über einen Kontaktsatz (179), der beim maximalen Hub eines Rollenarms (97) geschlossen ist, erhält.

11. Analysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Spülen der Dosierungseinrichtung mit frischer Probe vor jeder Dosierung, bei der die Balgbetätigungs-Nokkenscheibe (31) außer einem Hauptnocken (180) zumindest einen weiteren kleineren Nocken (!82 bzw. 183) aufweist und der Überlauf des Füllrohres (43) der Probenpipette (32) bezüglich des Niveaus der abgesaugten Flüssigkeit tiefer liegt als bei den Pipetten (33,34,35) für die Reagenzlösungen, wobei der Pumpen-Schalter (172) in entsprechender Zeitfolge mittels der Schalterbetätigungs-Nockenscheibe (173) von den kleineren Nocken (182 bzw. 183) betätigt wird, so daß in dem Zeitabschnitt, in dem die kleineren Nocken (182, 183) wirksam sind, der Fassungsraum des Unterdruckimpuls-Balges (27) in der Lage ist, nur die Probenpipette (J2) zu füllen, nicht jedoch die übrigen Pipelten (33, 34, 35) für die Reagenzlösungen, so daß eine Dosis der reinen Probe ohne Reagenzlösung wiederholt durch die ganze Dosierungseinrichtung fließt.