DE2342220A1

DE2342220A1 - Temperaturanzeiger

Info

Publication number: DE2342220A1
Application number: DE19732342220
Authority: DE
Inventors: Barney I Frank; Charles G Pickett
Original assignee: Bio Medical Sciences Inc
Current assignee: Bio Medical Sciences Inc
Priority date: 1972-08-22
Filing date: 1973-08-21
Publication date: 1974-03-07
Also published as: IL43020A0; JPS4965882A; AU5924573A; FR2197165B1; JPS5235546B2; FR2197165A1; IT990265B; BR7306449D0; ES418041A1; ZA735580B; DD107779A5

Description

Die Erfindung betrifft Temperaturanzeiger, in denen thermisch ansprechende Substanzen zur Messung der Temperatur eines Test-Subjekts verwendet werden. Insbesondere betrifft die Erfindung Temperaturanzeiger, die solche thermisch ansprechenden Substanzen und ein saugfähiges Material, durch das Unsicherheiten der Temperaturablesung verhindert werden sollen, enthalten.

Viele Jahre lang war das herkömmliche Quecksilberthermometer der einzige Temperaturanzeiger, der klinisch in großem Umfang zur Messung der Temperatur des menschlichen Körpers oder eine andere Temperaturbestimmung verwendet wurde. Ein solches Thermometer hat aber zahlreiche Nachteile, die sich aus seinem Aufbau und bei seiner Verwendung ergeben, und nahezu jeder, der

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Gelegenheit gehabt hat, ein solches Thermometer zu verwenden, ist mit diesen Nachteilen vertraut. Beispielsweise sind gewöhnlich wenigstens 3 Minuten erforderlich, um eine zuverlässige Temperaturablesung zu erhalten, und das Thermometer muß nach einmaliger Verwendung sterilisiert werden, bevor es das nächste Mal klinisch verwendet wird. Die Zerbrechlichkeit dieses Thermometers, die Giftigkeit von Quecksilber, die hohen Kosten je Einheit und die für die Verpackung , den Transport und die Lagerung erforderliche Sorgfalt sind nur wenige dieser Nachteile.

Als Ersatz für das herkömmliche Quecksilberthermometer sind schon verschiedene andere Thermometer vorgeschlagen worden. Diese zum Stand der Technik gehörenden Thermometer sind in der USA-Patentanmeldung Serial No. 120 998 vom 4. März I97I besprochen. In dieser Anmeldung wird auch die Verwendung gewisser thermisch ansprechender Substanzen in der Form fester Lösungen spezieller organischer Verbindungen, die spezielle chemische und physikalische Beziehungen zueinander aufweisen, beschrieben.

Auch in der US-PS J5 665 770 ist ein Temperaturanzeiger beschrieben, in dem thermisch ansprechende Substanzen für reversible oder irreversible Temperaturmessungen verwendet werden. Dieses Patent wurde auf die Patentanmeldung Serial No. 58 001 vom 24. Juli 1970 erteilt. Die oben erwähnte USA-Patentanmeldung Serial No. 120 998 ist eine "continuation-in-part"-Anmeldung zu dieser Anmeldung.

In der ebenfalls noch anhängigen USA-Patentanmeldung Serial No. 120 891 vom 4. März 1971 ist ein Temperaturanzeiger besehrieben, bei dem die thermisch ansprechenden Substanzen eine Art eutektische Gemische mit speziellen organischen Verbindungen bilden, wodurch eine raschere visuelle Bestimmung der Temperatur des Testsubjekts erleichtert wird.

Die in den oben genannten USA-Patentanmeldungen und der US-PS J5 665 770 beschriebenen Temperaturanzeiger können zwar für

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klinische Temperaturmessungen verwendet werden, und die Temperatur des Testsubjekts kann visuell durch Feststellen der Farbänderung in dem Gebiet, das der gemessenen Temperatur entspricht, bestimmt werden. Nicht zu selten aber kann in einem oder mehreren der Gebiete für höhere Temperaturen eine Teilfärbung bemerkt werden, wodurch Unbestimmtheiten der Temperaturablesung möglieh werden. Wenn die Temperatur des Testsubjekts beispielsweise 37, 9/beträgt, kann eine Teilfärbung der höheren Gebiete, d.h. 38, &» 38,1, 38,2 und sogar darüber (100.4, 1ΌΟ.6, 100.8 or even higher), bemerkt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Temperaturanzeiger der in der erwähnten US-PS 3 665 77O und den erwähnten anhängigen USA-Patentanmeldungen beschriebenen Art, der . aber gegenüber diesen Temperaturanzeigern bestimmte Verbesserungen, durch die diese Teilfärbungen unterbunden werden , aufweist.

Der Temperaturanzeiger gemäß der Erfindung weist, wie im folgenden näher beschrieben, zwischen der thermisch ansprechenden ■ Substanz und der Anzeigeschicht eine oder mehrere Schichten eines saugfähigen Materials auf. Nur wenn eine ausreichende Menge an der thermisch ansprechenden Substanz geschmolzen und von der saugfähigen Schicht vollständig absorbiert ist, kann man die Temperatur visuell feststeifen, weil die durch die Schicht gedrungene Flüssigkeit die Anzeigeschicht erreicht und damit die visuelle Feststellung der Temperatur ermöglicht. In allen Gebieten, in denen die thermisch ansprechende Substanz in geringerem Umfang einer Zustandsänderung unterworfen.wurde, verhindert die saugfähige Schicht, daß die Flüssigkeit bis in die Anzeigeschicht transportiert wird, wodurch wiederum verhindert wird, daß diese Gebiete verfärbt werden.

In den Zeichnungen ist:

Figur 1 eine Draufsicht auf ein Thermometer gemäß der Erfindung;

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Figur 2 ein vertikaler Schnitt längs der Linie 2-2 von Figur 1j

Figur 3 eine graphische Auftragung der qualitativen Beziehung zwischen der Temperatur der thermisch ansprechenden Substanz in einem bestimmten Gebiet des Temperaturanzeigers und der Wärmezufuhr zu diesem Gebiet; und

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes der Auftragung von Figur 3, die dem Schmelzgebiet der thermisch ansprechenden Substanzen entspricht.

Das in den Zeichnungen gezeigte Thermometer 1 hat einen Griff J5 und einen Anzeigeteil 5* der für orale Temperaturmessungen in den Mund genommen werden kann. Der Anzeigeteil 5 enthält eine Anzahl Aushöhlungen oder Gebiete 7.» die in geeigneten Abständen auf dem Anzeigeteil verteilt sind, wie in Figur 1 gezeigt. Zur Veranschaulichung der Erfindung sind 45 solche Gebiete, die den Temperaturbereich von J>6,6 bis 40,5⁰C (96,0 to 104.8), der der klinische Temperaturbereich ist, überdecken, gezeigt.

Jede Aushöhlung ist mit einer Temperaturanzeigemasse 9* die bei

. ,. (seinen Zustand ändert)

einer genauen und vorbestimmten Temperatur schmilzt/und deren Schmelztemperatur sich von derjenigen der Masse in der nächstbenachbarten Aushöhlung um 1/90C (2/10 of a Fahrenheit degree) unterscheidet, gefüllt.

Das Thermometer 1 weist eine Trägerfolie 11, die die erwähnten Aushöhlungen enthält, auf. In Vergrößerung sind nur zwei solche Aushöhlungen gezeigt, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern.

Die Trägerfolie 11 ist im allgemeinen eine Folie aus einem flexiblen, wärmeleitenden Material, beispielsweise eine Aluminiumfolie. Dadurch wird ein rascher Wärmeübergang vom Testsubjekt zu

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den Temperaturanzeigemassen in den Aushöhlungen gewährleistet. Eine Aluminiumfolie eignet sich ausgezeichnet für diesen Zweck. Mit gleicher Wirkung können aber auch flexible wärmeleitende Folien aus anderen Materialien, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold, rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen.wärmeleitenden faltbaren Material verwendet werden. Die Trägerfolie 11 muß natürlich aus einem Material von hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein und muß eine verhältnismäßig große Oberfläche für den Kontakt mit dem Testsubjekt und eine möglichst geringe Dicke haben, dabei aber ihren Zusammenhang erhalten, damit Wärme rasch den thermisch ansprechenden Substanzen in den Aushöhlungen zugeführt werden kann. Wenn als Trägerfolie eine Aluminiumfolie verwendet wird, so kann ihre Dicke von etwa 25 πιμ bis etwa 100 ταμ (about 0.001 to about 0.004 mil) variieren. Die Wahl einer solchen wärmeleitenden Trägerfolie liegt im Rahmen des fachmännischen Könnens.

Über der Temperaturanzeigemasse in Jeder Aushöhlung und in innigem Kontakt mit dieser Masse ist eine saugfähige Schicht \~5 gezeigt. Diese kann aus einer einzelnen Schicht ausreichender Dicke bestehen, oder es können zwei oder mehr zusammengesetzte Schichten aus einem Material, wie Filterpapier, Vinyon, Teebeutel und dergl. sein. Unabhängig davon, ob eine einzelne Schicht oder eine Mehrschichtenlage verwendet wird, muß die Dicke der saugfähigen Schicht ausreichend sein, um flüssige thermisch ansprechende Substanz zu absorbieren und vollständig durch sie hindurch zu transportieren, wenn eine ausreichende Menge an Flüssigkeit in jeder Aushöhlung, die der Temperatur des Testsubjekts entspricht, erzeugt wird.

Über der saugfähigen Schicht 13 befindet sich eine Anzeigeschicht 15 und eine Maskierungsschicht 17, die auf der Anzeigeschicht aufliegt. Anzeigesehicht 15 und Maskierungsschicht 17 werden im folgenden zusammen als "Anzeigesystem" oder "Anzeigemittel" bezeichnet.

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Eine transparente Schicht 19 aus beispielsweise Polypropylen, Mylar, Nitrocellulose, Polyvinylchlorid usw. erstreckt sich als Deckfolie vollständig über die Trägerfolie 11 und ist mit dieser verklebt oder durch irgendwelche andere geeignete Mittel daran befestigt. Damit der strukturelle Zusammenhang des Thermometers erhalten bleibt und ein Kontakt zwischen-dem Mund des Menschen und der Aluminiumfolie vermieden wird, befindet sich unter der Trägerfolie 11 eine Schicht 21 (gewöhnlich aus dem gleichen Material wie die Schicht 19)j die sich über die ganze Trägerfolie erstreckt und den Umrissen der erwähnten Aushöhlungen anschmiegt. Diese Unterschicht ist gewöhnlich mit der Trägerfolie verklebt.

Die Dicke der Unterschicht liegt gewöhnlich in der Größenordnung von etwa 25 bis etwa 75 niM- (about 0.001 to about 0.003 mil), damit Wärme rasch von dem Testsubjekt auf die Trägerfolie und von dort auf die thermisch ansprechende Substanz in den erwähnten Aushöhlungen übergehen kann.

Gewünschtenfalls kann der Unterschicht ein wärmeleitendes Metallpulver zugesetzt werden, um ihr Wärmeübertragungsvermögen zu verbessern. Aluminiumpulver hat sich als besonders geeignet für diesen Zweck erwiesen.

Die auf Temperatur ansprechenden Substanzen, die sich für den Zweck der Erfindung eignen, sind diejenigen, die in den oben erwähnten anhängigen USA-Patentanmeldungen Serial Numbers 120 998 und 120 891 sowie der US-PS J> 665 770 beschrieben sind. D.h. die thermisch ansprechenden Substanzen können feste Lösungen von zwei oder mehr, vorzugsweise zwei, organischen Verbindungen analoger chemischer Zusammensetzung (beispielsweise Analoge, Homologe oder optische Isomere) sein, praktisch gleiches Molvolumen oder gleiche Kristallstruktur haben (beispielsweise isomorph sein). Außerdem muß die Abhängigkeit der Verflussxgungstemperatur der Massen von ihrer Zusammensetzung,

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insbesondere in dem gewünschten Temperaturbereich, beispielsweise über den klinischen Temperaturbereich^ im wesentlichen linear sein.

Beispiele für feste Lösungen organischer Verbindungen, deren Komponenten einer oder mehrerer der obigen Kriterien genügen, sind:

A) Ortho-chlornitrobenzol: Ortho-bromnitrobenzol

B) 1-Menthol: dl-Menthol

C) Acetophenon: Benzophenon

D) Dirnethylsuccinat: Dimethyioxalat

E) 4-Chlorpropiophenon: 4-Brompropiophenon

F) 4-Chlor-2-methylanilin: 4-Brom-2-methylanilin

G) 4-Chloracetophenon: 4-Broniaeetophenon H) n-Butylsulfoxid: n-Butylsulfon

I) η-Hexan: 2-Nonodecan

J) Cyclohexan: 2-Nonodecan

K) alpha-Chloreinnamaldehyd: alpha-Bromeinnamaldehyd

Von den obigen festen Lösungen haben sich die mit A, B, E, F, H und K bezeichneten als besonders geeignet für klinische Thermometer für Temperaturmessungen innerhalb 1/9⁰C (2/10th of a Fahrenheit degree) oder sogar darunter erwiesen. Am meisten bevorzugt für Temperaturmessungen im klinischen Bereich innerhalb der obigen Genauigkeit haben sieh feste Lösungen aus Ortho-chlornitrobenzol und Ortho-bromnitrobenzol erwiesen.

Die Anzeigeschicht 15 besteht gewöhnlich aus stark absorbierendem Papier oder ähnlichem Material von hoher Porosität und hoher Dochtwirkung. Diese Schicht kann mit einem Farbstoff oder einem Pigment imprägniert sein, so daß ein Farbindikator der Zustandsänderung der thermisch ansprechenden Substanzen in ihren Aushöhlungen entsteht.

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Die Maskierungsschicht 17 besteht gewöhnlich aus Papier mit im allgemeinen den gleichen Eigenschaften wie die Anzeigeschicht, hat jedoch eine kontrastierende Farbe. Bei einer Änderung des Zustandes der thermisch ansprechenden Substanzen in ihren Aushöhlungen wird daher die entstehende Flüssigkeit von der saugfähigen Schicht 13 absorbiert und durch sie hindurch transportiert, bis sie die Anzeigeschicht 15 erreicht und dort den Farbstoff oder das Pigment löst. Die gebildete Lösung oder Dispersion des Farbstoffes oder Pigments wandert durch die Anzeigeschicht in die Maskierungsschicht und erleichtert damit die visuelle Erkennung der Zustandsänderung.

Die Einlage der saugfähigen Schicht 13 zwischen die thermisch ansprechende Substanz 9 und die Anzeigeschicht 15 beseitigt das Problem der Teilfärbung der Gebiete, die Temperaturen über der Ablesetemperatur, d.h. der Temperatur des Testsubjekts, entsprechen. D.h. wenn die Temperatur des Testsubjekts beispielsweise yi,~5% (99.2⁰F) beträgt, so reicht die Flüssigkeit, die durch die Änderung des Zustandes der thermisch ansprechenden Substanz in jedem Gebiet, das der Temperatur von 37,3⁰C (99.2°F) oder einer niedrigeren Temperatur entspricht, aus, um vollständig von der saugfähigen Schicht 13 absorbiert und durch sie hindurch in die Anzeigeschicht 15 geführt zu werden. In der Anzeigeschicht 15 löst sie den darin befindlichen Farbstoff oder das Pigment und erleichtert damit die Temperaturablesung, wie oben beschrieben. Dagegen ist keine Farbänderung in den Gebieten höherer Temperatur, d.h. über 37*3⁰C (99.2°F), erkennbar, da die in diesen Gebieten erzeugte Flüssigkeit nicht ausreicht, um vollständig von der saugfähigen Schicht absorbiert und in die Anzeigeschicht geführt zu werden.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die Einlage eines geeigneten saugfähigen Materials zwischen die thermisch ansprechenden Substanzen und die Anzeigeschicht ein kritisches Merkmal der Erfindung darstellt. Das verwendete saugfähige

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Material muß ausreichend porös sein, um die in den Temperaturablesegebieten und allen Gebieten niedrigerer Temperatur erzeugte Flüssigkeit vollständig zu absorbieren, während die Menge an Flüssigkeit, die in Gebieten, die höheren Temperaturen als der Ablesetemperatur entsprechen, erzeugt wird, nicht vollständig absorbiert wird. Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen.

Wie durch Figur 3 veranschaulicht, steigt die Temperatur des thermisch ansprechenden Materials in jedem Gebiet beim Erwärmen, bis die Substanz bei B zu schmelzen beginnt. Bei weiterem Erwärmen erreicht das thermisch ansprechende Material seinen Schmelzpunkt C, wonach die Temperatur im wesentlichen konstant bleibt, bis die Phasenumwandlung im wesentlichen beendet ist, wie das Gebiet CD in Figur J5 anzeigt. Nachdem das thermisch ansprechende Material die Temperatur D (vollständige Zustandsänderung) erreicht hat, beginnt die Temperatur des thermisch ansprechenden Materials wieder- mit zunehmender Wärmezufuhr anzusteigen.

In Figur 4 ist der Schmelzpunkt der thermisch ansprechenden Substanz mit C bezeichnet, und X stellt das in jedem Gebiet am Schmelzpunkt des thermisch ansprechenden Materials in diesem Gebiet erzeugte Flüssigkeitsvolumen dar. Wenn das Porenvolumen der saugfähigen Schicht gleich dem in jedem Gebiet am Schmelzpunkt gebildeten Flüssigkeitsvolumen ist, wird diese Flüssigkeit von der saugfähigen Schicht absorbiert. Jede weitere in diesen Gebieten erzeugte Flüssigkeit wird an die Anzeigeschicht geführt und löst in dieser den Farbstoff, so daß in diesen Gebieten eine Farbänderung erkennbar wird. D.h. die Temperatur C signalisiert den Beginn des Schmelzens und damit den Beginn der Farbänderung. Wenn das Porenvolumen des saugfähigen Materials kleiner ist als X, d.h. kleiner als das Volumen an Flüssigkeit, das in diesem Gebiet bei Beginn des

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Schmelzens erzeugt wird, wird die Farbänderung vollständiger, da die weitere Flüssigkeit in die Anzeigeschicht transportiert wird. Die Grenzlinie CC' in Figur 4, die dem Beginn des Schmelzens entspricht, kann durch Wahl einer saugfähigen Schicht von kritischem Porenvolumen gegen die Grenzlinie DD' (vollständige Umwandlung) verschoben werden. Nach Wunsch kann eine solche Schicht oder es können mehrere solche Schichten verwendet werden, vorausgesetzt, daß das Gesamtporenvolumen kleiner ist als das Volumen an Flüssigkeit, die am Schmelzpunkt des thermisch ansprechenden Materials erzeugt wird.

Der Farbstoff oder das Pigment kann in die Anzeigeschicht 15 eingebracht werden, oder es kann direkt dem thermisch ansprechenden Material zugesetzt werden. Wenn der Farbstoff oder das Pigment in die Anzeigeschicht eingebracht wird, so wird diese einfach in die Farbstofflösung oder in eine Dispersion des Pigments getaucht, oder kann mit einer solchen Lösung oder Dispersion besprüht oder in sie eingetaucht werden. Natürlich muß eine ausreichende Menge an Farbstoff oder Pigment eingebracht werden, um eine rasche visuelle Bestimmung der Farbänderung in jeder Aushöhlung zu erleichtern.

Wenn der Farbstoff oder das Pigment direkt dem thermisch ansprechenden Material zugesetzt wird, muß die verwendete Menge daran wiederum ausreichend sein, um eine rasche visuelle Bestimmung der Farbänderung zu ermöglichen. Die Zugabe eines Farbstoffs oder Pigments direkt zu dem thermisch ansprechenden Material kann in manchen Fällen aber deren Schmelzbereiche beeinträchtigen. In solchen Fällen, wo eine sehr genaue Temperaturmessung, d.h. eine Bestimmung innerhalb 1/9⁰C (2/iOth of a Fahrenheit degree), erforderlich ist, wird daher die erstere Methode bevorzugt, sofern nicht von dem verwendeten Farbstoff oder Pigment bekannt ist, daß sie die Genauigkeit des Schmelzbereiches der festen Lösungen nicht nachteilig beeinflussen.

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Bei ihrer Verwendung für die klinische Temperaturbestiirmmng ist es empfehlenswert, das Thermometer in den Mund in Kontakt mit der Zunge für eine Zeit von etwa 30 bis etwa 60 Sekunden einzuführen. Das Thermometer k ann dann aus dem Mund genommen, und die Temperatur kann durch Peststellung des letzten Gebietes, das die oben genannten Farbänderungen aufweist (siehe Figur t), bestimmt werden.' Die oben genannte Zeitspanne ist im allgemeinen ausreichend, um Temperaturmessungen innerhalb der gewünschten Genauigkeit, d.h. 1/9⁰C (2/10th of a Fahrenheit degree) oder darunter, durchzuführen. In den meisten Fällen hat sich sogar eine Zeit von nur etwa 30 Sekunden als ausreichend erwiesen.

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Claims

Patentansprüche lok2?.2\J

Temperaturanzeiger, der einen Träger mit einem Temperaturanzeigeteil aufweist, wobei der Temperaturanzeigeteil eine Anzahl in Abständen voneinander angeordnete Gebiete aufweist, jedes dieser Gebiete eine thermisch ansprechende Substanz, die bei einer genauen und vorbestimmten Temperatur, die verschieden ist von derjenigen in einem anderen Gebiet, einer Zustandsänderung unterliegt, enthält, und wobei der Temperaturanzeiger noch eine saugfähige Schicht über den thermisch ansprechenden Substanzen in diesen Gebieten in inniger Verbindung mit den thermisch ansprechenden Substanzen und Anzeigemittel über der saugfähigen Schicht und innig mit dieser verbunden, um die Temperaturablesung zu erleichtern, aufweist.
2. Temperaturanzeiger nach Anspruch 1, dadurch g e kennzei chnet, daß die Anzeigemittel aus einem Farbstoff oder einem Pigment bestehen.
3· Temperaturanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch ansprechende Substanz eine feste Lösung ist.
4. Temperaturanzeiger nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel aus einem Farbstoff oder einem Pigment bestehen.
5. Temperaturanzeiger nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung ein binäres Gemisch aus

Ortho-chlornitrobenzol: Ortho-bromnitrobenzol !-Menthol: dl-Menthol

Dirnethylsuccinat: Dirnethyloxalat

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4-Chlor-2-methylanilin: 4-Brom-2-methylanilin

oder n-Butylsulfoxid: n-Butylsulfon

ist.
6. Temperaturanzeiger nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel aus einem Farbstoff oder einem Pigment bestehen.
7. Temperaturanzeiger nach Anspruch 3.» dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung aus Orthochlornitrobenzol und Ortho-bromnitrobenzol besteht.
8. Temperaturanzeiger nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel aus einem Farbstoff oder einem Pigment bestehen.
9· Temperaturanzeiger nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die feste Lösung ein ternäres Gemisch aus

p-DiChlorbenzol; p-Bromchlorbenzol:
Triphenylmethan oder
p-Dichlorbenzol: p-Bromchlorbenzol:
Naphthalin
ist.
10. Temperaturanzeiger nach Anspruch 9* dadurch- gekenn ζ θ i chnet, daß die Anzeigemittel aus einem Farbstoff oder einem Pigment bestehen.

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