DE2346203A1

DE2346203A1 - Vorrichtung und anlage fuer chemische behandlungen

Info

Publication number: DE2346203A1
Application number: DE19732346203
Authority: DE
Inventors: Satoshi Aoki; Kaoru Sakai; Nobuyoshi Takano; Kazuo Yasuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-09-14
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1974-04-25
Also published as: GB1439483A; US3929411A; JPS4950985A; JPS5311238B2

Description

81-21.395P(21.396H) 13- 9· 1973

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Vorrichtung und Anlage für chemische Behandlungen

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Anlagen für chemische Behandlungen, insbesondere eine chemische Anlage zur Vorbehandlung einer Wasserprobe nach einem mehrstufigen chemischen Be-: handlungsverfahrensgang, wie z. B. Filtration, Destillation, Extraktion oder Farbentwicklung, und zur anschließenden Durchführung einer quantitativen Analyse von Metall- und Nichtmetallgehalten der Probe unter Verwendung einer Analysiereinrichtung (oder eines Detektors) z.B. zum Atomabsorptionsverfahren oder zur Absorptionsspektrometrie .

Während die Umweltzerstörung mehr und mehr ernstliche Beachtung gewinnt, e"jab sich ein dringender Bedarf für die genaue Überwachung der Luft- und Wasserverschmutzung- Zur Erfassung der Wasserverschmutzung und zur quantitativen Analyse der Wasserqualität sind einige Verfahren bekannt. Am weitesten verbreitet unter diesen sind in Japan die Prüfverfahren für Abwässer von Industriewerken nach den Japanischen Industriestandards (JIS) K0102-1971, die modifiziert wurden, um den die Wasserverschmutzung betreffenden Umweltstandards zu entsprechen, die von der Regierung auf Basis des Rahmengesetzes gegen Belästigung der Öffentlichkeit geschaffen wurden. (Andere bekannte Verfahren umfassen die Prüfverfahren für Industrieabwasser JIS-KOlOl, die im Wasserwerkegesetz definierten Verfahren (die ministeriellen Bestimmungen bezüglich der Wasserstandards) und die Bundes-Wasserqualitätsbehörde-Verfahren der USA.)

Die sämtlich zur Überwachung per Hand ausgelegten JIS-Verfahren kennzeichnen sich dadurch, daß jede zu verarbeitende Probe im Volumenbereich von 10 ml bis 200 ml (oder in einigen Fällen auch bis 500 ml) liegt. Vom Standpunkt der Förderung von Proben mit solchen Volumina haben sich die bekannten Verfahren aus noch zu erläuternden Gründen nicht als zufriedenstellend erwiesen. Es ergab sich daher ein dringender Bedarf zur Schaffung eines neuen Fördersystems für die Vervollkommnung von automatischen chemischen Analysen.

Es sollen nun die charakteristischen Merkmale von vorhandenen automatischen Analyseeinrichtungen kurz erläutert werden, wobei ein Schwerpunkt auf die Förderung der Proben in der üblichen Vorbehandlungsapparatur gelegt wird.

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Eines dieser Verfahren verwendet einen ständigen Untersuchungsmaterialstrom , der durch Luftblasen in Teile mit geringer Menge unterteilt wird, wobei eine Reagenzleitung in eine Hauptprc" enleitung einmündet und eine Luftleitung mit der Probenleitung stromab des Mündungspunktes der Reagenzleitung verbunden ist. Alle diese Leitungen sind aus elastischem Material, und die Probenleitung sowie die zugehörigen Leitungen werden durch eine Quetschpumpe mit Rollen zum Fördern des Inhalts in Stromrichtung gequetscht, so daß die Luftblasen in gleichen Abständen die Strömung der Proben-Reagenzmischung erreichen und diese in gleiche Teile unterteilen. Von da an bilden die Proben-Reagenzmischung und die Luftblasen abwechselnd eine Strömung und bewegen sich zusammen durch die Hauptprobenleitung. Dieses Verfahren hat folgende Beschränkungen: Die zu verwendende Probenleitung muß einen genügend kleinen Innendurchmesser aufweisen, um das Verschwinden der Luftblasen darin zu vermeiden, und dies bedeutet eine erhebliche Begrenzung hinsichtlich der Menge der Probe, die sich verarbeiten läßt. Die Anordnung eignet sich nicht für solche chemische Behandlungen wie Extraktion und Auflösung von festen Teilchen. Die Innendurchmesser der Leitungen, die man wählen kann, sind praktisch begrenzt, und nur einige Größen stehen zur Verfügung. Dies beschränkt das Mischungsverhältnis des Reagenzmittels und der Probe innerhalb eines bestimmten Bereichs. Die zu verwendenden Leitungen müssen auch elastisch genug sein, um das Quetschen auszuhalten, und müssen chemisch stabil gegenüber der zu verarbeitenden Probe und dem zugesetzten Reagenz sein. Wegen dieser Beschränkungen muß man besondere Methoden entwickeln und anwenden.

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Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, eine Probe in einem Gefäß anzuordnen und darin chemisch zu behandeln und die Probe dann zu einem anderen Platz, wo sie einer anderen chemischen Behandlung zu unterwerfen ist, entweder durch Bewegen des Gefäßes oder durch Abziehen der Probe mittels Saugens in eine Pipette und Abgabe der Probe aus der Pipette in ein anderes Gefäß zu überführen. Dieses Verfahren hat ebenfalls Beschränkungen. Es ist bei diesem Verfahren unmöglich, solche chemischen Vorgänge wie extraktives Filtrieren und Destillation vorzunehmen. Das Volumen, das mit der Pipette erfaßt werden kann, ist begrenzt. Die Tatsache, daß die Reaktionsgefäße insgesamt bewegt werden müssen, macht es erforderlich, nur eine geringe Menge der Probe zu verarbeiten oder sogar eine besondere analytische Methode anzuwenden. Der bewegte Teil der Vorrichtung ist meist im Aufbau kompliziert und von großen Abmessungen. Außerdem ist die Probe der Atmosphäre ausgesetzt.

Ein drittes bekanntes Verfahren sieht vor, eine Probe mittels ihrer Schwerkraft durch einfaches Tropfen zu fördern. Dieses Verfahren kennzeichnet sich durch das Halten der Probe in einem Behälter während ihrer chemischen Behandlung und durch die Abhängigkeit vom natürlichen Ausfluß mittels Schwerkraft nach unten zwecks Förderung der Probe und dergleichen. Bei dieser Anordnung müssen die Förderleitungen so vertikal wie möglich gehalten werden, und daher sind die verwendbaren Vorrichtungsteile begrenzt. Auch kann eine Anzahl von Proben nicht weich hantiert werden. Jeder Rand jedes Reaktionsbehälters od. dgl. erfordert ein Ventil. Den Widerstand der Leitungen und Ventile zu verringern, ist zur Erleichterung der Förderung

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der Probe nützlich, bringt jedoch den Nachteil erhöhten Totraumes, was seinerseits ein unerwünschtes Vermischen verschiedener Proben verursacht, wenn sie nacheinander zu analysieren sind.

Vom Standpunkt der Förderung der Proben aus lassen sich die vorhandenen automatischen Analysiereinrichtungen nach ihren unterschiedlichen, vorstehend beschriebenen Merkmalen in diese drei Typen unterteilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Überwindung der erläuterten Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen eine Vorrichtung und eine Anlage für chemische Behandlungen mit großer Kapazität zu schaffen, bei der von einem neuen Verfahren zum Fördern von Fluiden Gebrauch gemacht wird und die sich zum chemischen Analysieren vieler verschiedener Proben eignet. Mit der Erfindung wird gleichzeitig angestrebt, alle chemischen analytischen Vorgänge, die sich bisher per Hand durchführen ließen, zu automatisieren. Außerdem sollen sieb die Vorrichtung und die Anlage gemäß der Erfindung in ihrer Kapazität vergrößern und leicht für Modifizierungen bei analytischen Vorgängen anpassen lassen. Schließlich sollen mit der Vorrichtung bzw. Anlage gemäß der Erfindung sowohl feste als auch flüssige (oder Fluide) Proben bei hermetisch abgedichtetem System verarbeitet werden können.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist zunächst eine Vorrichtung für chemische.Behandlungen, die durch einen geschlossenen Behälter, Leitungen zum Fördern von Proben und wahlweise zu öffnende Ventile, die über und unter dem Behälter zwecks Anschluß

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an diesen installiert sind, und Gasquellen auf atmosphärischem Druck, erhöhtem Druck und Unterdruck in Verbindung mit je einem der Ventile gekennzeichnet ist, die der wahlweisen Betätigung zur Steuerung des Drucks der Atmosphäre im Behälter zwecks Förderns einer Probe von draußen in den Behälter oder umgekehrt dienen.

Eine solche Vorrichtung ist eine Grundeinheit des gesamten chemischen Behandlungssystems.

Gegenstand der Erfindung ist daher außerdem eine Anlage für chemische Behandlungen, die durch eine Mehrzahl solcher zu einem System verbundener Vorrichtungen und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Druck der Atmosphäre in jedem vorangehenden Behälter auf einen höheren Wert als der Druck in dem benachbarten, unmittelbar folgenden Behälter steuerbar und so die Probe nacheinander zu den aufeinanderfolgenden Behältern förderbar ist.

Der Behälter der einzelnen Vorrichtung kann mit Mitteln zum Rühren der Probe, mit einem Düsenorgan zur Entnahme einer bestimmten Menge der Probe, mit Mitteln zum Erfassen des Niveaus der darin enthaltenen Flüssigkeit, mit Mitteln zum Waschen oder sonstigen Reinigen seiner Innenwand, mit Mitteln zum Filtrieren der Probe, mit Mitteln zum Extrahieren der Probe, mit Mitteln zum thermostatischen Behandeln der Probe, mit Mitteln zum Belüften der Probe, mit Mitteln zum Erhitzen oder Konzentrieren der Probe, mit Mitteln zum Destillieren der Probe bzw. mit einer pH-Einstelleinrichtung versehen sein.

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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung s bei spie Ie näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Förderns einer Probe nach einem bekannten Verfahren,

Fig. 3 und 4 schematische Schnittdarstellungen einer automatischen Analysiereinrichtung eines bekannten Typs,

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer automatischen Analysiereinrichtung eines anderen bekannten Typs,

Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips der Fluidförderung bei der chemischen Vorrichtung bzw. Anlage gemäß der Erfindung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Verbindungen unter mehreren Behältern der Vorrichtung bzw. Anlage gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Einheitsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 9-21 schematische Darstellungen anderer Einheitsvorrichtungen gemäß der Erfindung,

Fig. 22 eine schematische Darstellung einer Gesamtanlage für chemische Behandlungen gemäß der Erfindung,

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Fig. 23 und 24 a schematische Schnittdarstellungen anderer Formen von Einhe its vorrichtungen gemäß der Erfindung, und

Fig. 24 b eine Schnittansicht nach der Linie XXIVb-XXIVb in Fig. 24a.

Vor Erläuterung der Erfindung anhand ihrer Ausführungsbeispiele in den entsprechenden Figuren sollen die drei bei herkömmlichen automatischen Analysiereinrichtungen angewandten Verfahren im einzelnen anhand der Fig. 1-5 erläutert werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch das Prinzip des ersten bekannten Verfahrens, das mit einer ständigen Strömung arbeitet, die durch Luftblasen in Teile geringer Menge unterteilt ist. Eine Reagenzleitung 7 mündet in einer Hauptprobenleitung 6 an einer Verbindungsstelle 9, während eine Luftleitung 8 mit der Hauptprobenleitung 6 an einer Verbindungsstelle 10 verbunden ist. Eine Mehrzahl von Rollen 11, 11' ist mit Ketten 12 verbunden, um eine allgemein mit 13 bezeichnete Quetschpumpe zu bilden, die in der durch einen Pfeil in Fig. 2 angedeuteten Richtung angetrieben wird, so daß die Hauptprobenleitung 6 und die zugehörigen Leitungen zwecks Förderns des Leitungsinhalts gequetscht werden können.

Da die Pumpe 13 die Leitungen mit einem gleichbleibenden Rhythmus quetscht, hängen die Mengen der Probe und andere Fluide, die durch sie strömen, in erster Linie von den Innenquerschnittsflächen der entsprechenden Leitungen ab. Nun sei angenommen, daß eine

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Probe 1 in der Hauptprobenleitung 6, ein Reagenz 2 in der Reagenzleitung 7 und reine Luft 4 in der Luftleitung 8 strömen. Das Reagenz 2 vermischt sich zunächst mit der Probe 1 an der Verbindungsstelle 9 unter Bildung einer Proben-Reagenzmischung 3, und dann treten in die Mischung an der Verbindungsstelle 10 Luftblasen 5 ein. Das Mischungsverhältnis der Probe 1 zum Reagenz 2 wird durch das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Hauptprobenleitung 6 zu der der Reagenzleitung 7 bestimmt. Die Luftblasen 5 erreichen den Strom der Proben-Reagenzmischung 3 unter gleichen Abständen in den Intervallen, die durch das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Luftleitung 8 zu der Summe der inneren Querschnittsflächen der Hauptprobenleitung 6 und der Reagenzleitung 7 bestimmt werden, wodurch die Proben-Reagenzmischung 3 in gleiche Teile unterteilt wird. Jede der Luftblasen 5 dient als Sperrwand zum Vermeiden einer Vermischung der benachbarten Proben-Reagenz-Mischungsteile. Von da an bilden die Proben-Reagenzmischung 3 und die Luftblasen 5 abwechselnd eine Strömung und bewegen sich zusammen durch die Hauptprobenleitung 6.

In der beschriebenen Weise läßt sich ein Reagenz in einem geeignet gesteuerten Ausmaß einem ständigen Probenstrom zusetzen, und es läßt sich auch eine erwünschte Zeitdauer für eine chemische Reaktion durch eine sorgfältige Auswahl der Leitungslänge erzielen. Diese Anordnung bietet sich grundsätzlich für die Automatisierung chemischer Behandlungsvorgänge an. Da dieses System chemische Behandlungen einer Probe im Lauf eines Transports durch eine Probenleitung gestattet, macht es das Verfahren möglich, den apparativen Aufbau äußerst zu vereinfachen und die Abmessungen der Anlage für Vorbehandlungen der

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Probe zu verringern. Das Reagenz und die Probe, die durch die flüssigkeitsdicht abgedichteten Leitungen fließen, können nicht durch irgendwelche äußeren Quellen verunreinigt werden. Andererseits hat dieses Verfahren jedoch gewisse Beschränkungen. Falls irgendeine zwei Proben-Reagenzmischungsteile verschiedener Zusammensetzungen voneinander trennende Luftblase zerplatzt, vermischen sich die beiden Flüssigkeitsanteile, so daß das Prüfverfahren zu unterbrechen ist. Aus diesem Grunde muß die zu verwendende Probenleitung einen genügend geringen Innendurchmesser aufweisen, um das Verschwinden von Luftblasen darin zu vermeiden. Praktisch ist die Obergrenze des Durchmessers etwa 5 mm, und dies führt zu einer wesentlichen Begrenzung der Kapazität der Probenleitung oder der Strömungsgeschwindigkeit der verarbeitbaren Proben. Außerdem eignet sich diese Anordnung nicht für solche chemischen Behandlungen wie Extraktion und Auflösung von Festteilchen. Die Innendurchmesser der Leitungen, die man wählen kann, sind praktisch begrenzt und nur einige Abmessungen verfügbar. Folglich ist das Mischungsverhältnis von Reagenz und Probe innerhalb eines bestimmten Bereichs beschränkt. Die zu verwendenden Leitungen müssen elastisch genug sein, um das Quetschen auszuhalten, und müssen außerdem chemisch gegenüber der Probe und dem Reagenz, die die Leitungen durchströmen, chemisch inert sein. Wegen dieser Erfordernisse muß man jeweils eine spezielle Methode entwickeln und anwenden. So hat dieses Verfahren im Vergleich mit anderen merkliche Beschränkungen hinsichtlich der möglichen chemischen Analysen und der Genauigkeit oder Verläßlichkeit der Ergebnisse.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen schematisch das System des

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zweiten bekannten Verfahrens, das darin besteht, die Probe in einem Behälter aufzunehmen, sie hierin chemisch zu behandeln und sie dann an einen anderen Platz, wo sie einer weiteren chemischen Behandlung unterworfen wird, zu überführen, indem man entweder das Gefäß als solches bewegt oder die Probe durch Absaugen entnimmt und in ein anderes Gefäß wieder abgibt. Nach der Darstellung sind die Reaktionsbehälter 26a, 26b, 26c mit Ketten 27 in dieser Reihenfolge verbunden und werden schrittweise durch (nicht dargestellte) Antriebe in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung bewegt. Eine Pipette 28 dient zur Entnahme des Inhalts eines Reaktionsbehälters durch Saugen bzw. Abgabe des Inhalts in einen leeren Behälter durch eine Düse 29, die zu ihrer vertikalen bzw. horizontalen Bewegung mit (nicht dargestellten) Antriebsmitteln ausgerüstet ist. Ein Verteiler 24 ist funktionsmäßig an zwei Ventile 25 angeschlossen, so daß ein Reagenz 22 aus einer Reagenzflasche 33 einem Reaktionsbehälter durch Leitungen 31, 32 und durch eine mit (nicht dargestellten) Antriebsmitteln für ihre Vertikalbewegung ausgerüstete Düse 30 zugeführt werden kann. Die Düse 30 kann von der Düse 29 unabhängig oder mit dieser durch ein gestrichelt angedeutetes Überbrückungsrohr 34 verbunden sein.

Bei einer automatischen Analysiereinrichtung der beschriebenen Art kann die Probe von einem Platz zu einem anderen, wo eine weitere chemische Behandlung vorzunehmen ist, in einer von zwei Arten gefördert werden. Ein Weg sieht vor, die Pipette 28 den Inhalt eines Reaktionsbehälters (z. B. des Behälters 26b) mittels der Düse 29 absaugen zu lassen, die Düse 29 dann zu einem Punkt über einem anderen Reaktionsbehälter (z.B. 26c) zu bewegen und in diesen die Flüssigkeit aus-

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laufen zu lassen. Der andere Weg sieht vor, die Düsen 29, 30 der Pipette 28 bzw. des Verteilers 24 vom Reaktionsbehälter abzuheben und die Gruppe der Reaktionsbehälter schrittweise durch Antriebe in der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung (d.h. von den in Fig. 3 gezeigten Stellungen in die in Fig. 4 gezeigten) zu bewegen. In jedem Fall kann das Reagenz 22 der Probe 21 mittels des Verteilers 24 zugesetzt werden, und die chemische Reaktionszeit läßt sich durch Einstellen der Zeitintervalle der Bewegung der Pipettendüse 29 oder der Bewegung sämtlicher Reaktionsbehälter steuern. Diese Möglichkeiten schaffen Grundlagen für die Automatisierung von Vorgängen chemischer Analysen.

Nach diesem Verfahren wird eine chemische Behandlung bei Vorliegen der Probe in einem Reaktionsbehälter durchgeführt, und die Weiterbeförderung der Probe erfolgt durch Bewegen des die Probe enthaltenden Behälters. Dies bringt den Vorteil der Einfachheit beim Analyseverfahren und damit des grundsätzlichen Aufbaus der Vorrichtung und liefert den weiteren Vorteil, daß verschiedene Proben in unabhängigen Behältern untergebracht sind, wodurch eine Vermischung der Proben vermieden wird. Andererseits ist es bei dieser Anordnung unmöglich, solche chemischen Vorgänge wie extraktive Filtration und Destillation durchzuführen. Außerdem ist das Volumen, das die Pipette aufnehmen kann, begrenzt. Die Tatsache, daß die Reaktionsbehälter im ganzen bewegt werden müssen, macht es erforderlich, nur eine kleine Probenmenge zu verarbeiten oder auch eine bestimmte Analysenmethode anzuwenden. Die bewegten Teile der Vorrichtung neigen zu kompliziertem Aufbau und vergrößerten Abmessungen. Unter weiteren Nachteilen ist

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noch der zu nennen, daß die Probe der Atmosphäre ausgesetzt ist.

Fig. 5 zeigt schematisch das System des dritten bekannten Verfahrens, nach dem eine Probe mittels Schwerkraft durch natürliches Tropfen gefördert wird. Reaktionsbehälter 48, 49 sind miteinander durch im zugehörigen Behälter mündende Rohre 50, 51 verbunden, wobei ein Sperrventil 53 zwischen diesen Rohren installiert ist. Die Behälter 48, 49 weisen öffnungen 57 bzw. 58 auf, die zur Atmosphäre offen sind. Ein Probenspeicherbehälter 56 ist mit dem oberen Teil des Reaktionsbehälters 48 durch Rohre 52, 55 verbunden, die in diesen Behältern münden und durch ein auf halbem Wege installiertes Ventil 54 getrennt sind. Ein Verteiler 43 ist funktionsmäßig an zwei Ventile 44 angeschlossen, um ein Strömen des Reagenzmittels 41 aus einer Reagenzflasche 47 durch Rohre 45, 46 in den Reaktionsbehälter 48 zu ermöglichen.

Ein öffnen des Ventils 54 löst ein Herabfließen der Probe 40 mit überwachter Geschwindigkeit mittels Schwerkraft durch die Rohre 52, 55 in den Reaktionsbehälter 48 aus. Indessen wird der Probe im Reaktionsbehälter 48 mittels des Verteilers 43 eine bestimmte Menge des Reagenz¹ 41 zugesetzt, worauf eine gewisse Wartezeit folgt. Diese Vorgänge bilden einige Erfordernisse für chemische Analysen. Falls erforderlich, wird nachher die Proben-Reagenzmischung 42 mittels Schwerkraft durch das Rohr 50, das Ventil 53 und das Rohr 51 in den unteren Reaktionsbehälter 49 gefördert.

Dieses dritte Verfahren ist also durch Aufenthalt der Probe in

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einem Behälter während ihrer chemischen Behandlung und durch die Abhängigkeit vom natürlichen Herabfließen mittels Schwerkraft für das Fördern der Probe u. dgl. gekennzeichnet, wodurch besondere Förderantriebsmittel überflüssig sind. Dies bedeutet jedoch, daß die Förderleitungen so vertikal wie möglich gehalten werden müssen und daß die verwendbaren Bestandteile begrenzt sind. Eine Anzahl von Proben kann nicht weich hantiert werden. Jeder Rand jedes Reaktionsbehälters od. dgl. erfordert ein Ventil. Die Widerstände der Rohre und Ventile zu verringern, ist zur Erleichterung der Förderung der Probe nützlich, bringt jedoch einen Nachteil vergrößerten Totraums, was seinerseits ein unerwünschtes Vermischen verschiedener Proben verursacht, wenn sie nacheinander zu analysieren sind.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 6 soll nun das Prinzip der Erfindung erläutert werden. Das Verfahren zum Fördern einer Probe in der Vorrichtung bzw. Anlage für chemische Behandlungen gemäß der Erfindung besteht darin, die Probe durch Steuerung der diese beaufschlagenden Atmosphäre, d.h. durch Änderung ihres Drucks auf atmosphärischen, positiven oder negativen Druck zu fördern. In Fig. 6 erkennt man Reaktionsbehälter 61, 73, in denen Probenmischungen enthalten sind und chemischen Behandlungen unterwor fen werden. Sie sind mit Hilfsgeräten ausgerüstet, so daß sie prak tisch analoge Funktionen ausüben können. In den oberen Teilen der Reaktionsbehälter 61, 73 münden Probenleitungen 62 bzw. 74, deren andere Enden an Probenleitungsventile 63 bzw. 75 zum Öffnen und Sperren der Leitungen angeschlossen sind. Probenauslaßrohre 64 bzw. 76 münden in den unteren Teilen der Reaktionsbehälter 61, 73,

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und an den anderen Enden dieser Rohre sind Probenleitungsventile 65 bzw. 77 und Abfallflüssigkeitsleitungsventile 72 bzw. 84 installiert. Die Probenleitungsventile 65, 75 sind durch eine Probenleitung 741 verbunden. Die einen Enden von Leitungsverzweigern 66, 78 münden in den oberen Teilen der Reaktionsbehälter 61 bzw. 73. Drei Öffnungen in den anderen Enden der Leitungsverzweiger sind mit Atmosphärendruckleitungsventilen 67 bzw. 79, Über druckleitung s ventilen 68 bzw. 80 und Unterdruckleitungsventilen 69, 81 versehen. Reagenzeinlaßrohre 70, 82 münden in den oberen Teilen der Reaktionsbehälter 61 bzw. 73, und Reagenzeinlaßventile 71, 83 sind an den anderen Enden der Rohre 70 bzw. 82 installiert.

Die mit den vorstehend beschriebenen Gruppen von Rohren und Ventilen ausgerüsteten Reaktionsbehälter 61, 73 bilden geschlossene Reaktionsbehältereinheiten 501 bzw. 502, die als Bausteine einer aus zahlreichen solchen und modifizierten Einheitsvorrichtungen zusammengesetzten Anlage gemäß der Erfindung dienen können.

Zu ihrem Betrieb sind diese Reaktionsbehältereinheiten an erforderliche Rohrgruppen und erforderliche äußere Zuführungsquellen angeschlossen. Ein Probenrohr 85 ist mit dem Probenleitungsventil verbunden und steht in Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Probenspeicherbehälter auf atmosphärischem Druck oder erhöhtem Druck. Atmosphärendruckrohre 86a, 86b an den Ventilen 67 bzw. 79 sind vorzugsweise zur Atmosphäre durch Filter geöffnet oder mit einem (nicht dargestellten) Inertgasspeicher auf Atmosphärendruck verbunden, da die Reaktionsbehältereinheiten geschlossene Systeme bilden.

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Überdruckrohre 87a, 87b an den Ventilen 68 bzw. 80 sind ähnlich über Filter mit einer (nicht dargestellten) Reinluft- oder Inertgasquelle unter Druck (positivem Druck) von 0,01 - 1 kg/cm G verbunden. Unterdruckrohre 88a, 88b an den Ventilen 69 bzw. 81 sind mit einer (nicht dargestellten) Unterdruckquelle (negativer Druck)

zweckmäßig von einem Druck zwischen -0,01 und -0,5 kg/cm G verbunden. Abfallflüssigkeitsrohre 89a, 89b an den Ventilen 72 bzw. stehen in Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Absaugquelle mit

2 einem Druck zwischen -0,01 und 0,5 kg/cm G, die ständig durch Absaugen die Flüssigkeit oder das Gas abzieht, die bzw. das durch die Rohre strömt.

Das Verfahren zum Fördern von Proben zu diesen Reaktionsbehältereinheiten soll nun erläutert werden. Falls nicht anders angegeben, sollen alle Ventile in den Ventilgruppen geschlossen sein. Um eine Probe in den Reaktionsbehälter 61 einzuführen, ist es nur nötig, das Probenleitungsventil 63 und das Atmosphärendruckleitungsventil 67 zu öffnen, wenn der Probenvorratsbehälter unter Druck gehalten ist, oder das Probenleitungsventil 63 und das Unterdruckleitungsventil 69 zu öffnen, wenn der Druck im Probenvorratsbehälter atmosphärischer Druck ist, so daß der Druck im Reaktionsbehälter 61 reduziert und so die Probe in den Behälter hineingezogen wird. In jedem Fall werden alle Ventile nach Einführen einer bestimmten Probenmenge in den Reaktionsbehälter 61 geschlossen, und unmittelbar danach öffnet man das Atmosphärendruckleitungsventil 67 zeitweilig, um im Behälter Atmosphärendruck zu erhalten. Das Fördern der Probe vom Reaktionsbehälter 61 in den Behälter 73 kann auf zwei verschiedene

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Arten erfolgen. Nach der einen Art läßt man den Reaktionsbehälter eine passive Funktion haben (wonach der Vorgang im folgenden "passives Fördern" genannt wird). Bei diesem Verfahren werden das Überdruckleitungsventil 68, die Probenleitungsventile 65, 75 und das Atmosphärendruckleitungsventil 79 geöffnet. Da jetzt die Probenleitungsventile zwischen den beiden Reaktionsbehältern geöffnet sind, ist auch die Probenleitung 741 offen, und die Probe im Reaktionsbehälter 61 wird in den Reaktionsbehälter 73 durch den Überdruck (positiven Druck) getrieben, der von oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 61 einwirkt. Die in den Reaktionsbehälter 73 eingeführte Probe wird natürlich auf Atmosphärendruck gehalten. Wenn man annimmt, daß der Strömungsdurchgang zwischen den beiden Reaktionsbehältern einem Rohr mit 2,4 mm Innendurchmesser und 20 cm Länge entspricht, werden 100 ml Wasser vom ersteren zum letzteren in etwa 20 Sekunden durch einfaches Einwirken positiven Drucks von et-

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wa 0,1 kg/cm am Überdruckrohr 87a gefördert.

Das andere Verfahren besteht darin, den Reaktionsbehälter 73 eine aktive Funktion (im folgenden "aktives Fördern" genannt) ausüben zu lassen. Hierzu werden das Atmosphärendruckleitungsventil 67, die Probenleitungsventile 65, 75 und das Unterdruckleitungsventil 81 geöffnet. So wird wiederum eine Verbindung zwischen den beiden Reaktionsbehältern hergestellt, und die Probe wird, da der Druck im Behälter 73 verringert (negativ) ist, während die Probe im Behälter 61 unter Atmosphärendruck steht, vom Behälter 61 in den Behälter 73 gefördert. Wenn Strömungsquerschnitt und -länge und die Bedingungen zum Fördern der Probe die gleichen wie beim erläuterten

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passiven Fördern sind, ist ein Unterdruck von etwa 0,1 kg/cm am Unterdruckrohr 88b ausreichend, um das Fördern zu bewirken. Es sei noch darauf hingewiesen, daß das passive Fördern zum Reaktionsbehälter 73 ein aktives Fördern vom Behälter 61 bedeutet und umgekehrt. Daher entspricht das weiter oben beschriebene Verfahren der Einspeisung der Probe in den Reaktionsbehälter 61 bei geöffnetem Unterdruckleitungsventil 69 dem aktiven Fördern in den Behälter 61. Welches Verfahren auch immer angewandt wird, hält man den Druck im Behälter nach Einführung der Probe für eine gewisse Überschußzeitdauer positiv bzw. negativ, so daß irgendeine Probenteilmenge, die noch an der umgebenden Leitungswand haften könnte, durch den Strom von Luft oder Inertgas klar abgeblasen wird. Infolgedessen gibt es keine Möglichkeit einer unerwünschten Vermischung verschiedener Proben längs einer verhältnismäßig langen Leitung. Dies ist ein anderer Hauptvorteil des Förderns nach diesem Verfahren. Wenn die Probe im Reaktionsbehälter 73 noch an einen anderen Ort zu fördern ist, müssen nur das Überdruckleitungsventil 80 und das Probenleitungsventil 77 geöffnet werden, damit der Reaktionsbehälter 73 im Sinne des aktiven Förderns funktioniert. Falls irgendein Abfallmaterial zwecks Verwerfens aus dem Reaktionsbehälter 61 oder 73 zu entfernen ist, braucht man nur das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 72 bzw. 84 und das Atmosphärendruckleitungsventil 67 oder 79 zu öffnen und dann das Abfallmaterial in die Abfallflüssigkeitsleitung 89a bzw. 89b abzulassen, die zum Absaugen des Materials eingerichtet ist. Als Alternative zu diesem passiven Fördern aus einem Behälter kann auch das aktive Fördern angewandt werden, indem man außer dem jeweiligen Abfallflüssigkeitsleitungsventil das Überdruckleitungsventil 68 bzw. 80 des jeweiligen Behälters öffnet.

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Die Reaktionsbehältereinheiten 501, 502 sind außerdem mit (nicht dargestellten) Reagenzleitungen versehen, durch die aus Reagenzilaschen ein oder mehrere Reagenzien über die Reagenzeinlaßventile 71, 83 eingespeist werden können. Auch das oder die Reagenzien lassen sich den Proben in den Behältern durch das passive oder aktive Fördern unter Betätigung der Reagenzeinlaßventile 71 bzw. 83 zusetzen. Dies ergibt bei Kombination mit der Steuerbarkeit der Zeitdauer, während der die Probe in einem der beiden Reaktionsbehälter oder beiden verweilt, die Basis zur Automatisierung von Behandlungsvorgängen für chemische Analysen.

Es sei darauf hingewiesen, daß sich, wenn man die Probenleitung 741 auf halber Länge durchgeschnitten denkt, zwei identische Reaktionsbehältereinheiten 501, 502 ergeben. Jede dieser Einheiten umfaßt einen Reaktionsbehälter, ein Probenrohr (zur Probeneinspeisung) und ein an der Oberseite des Behälters installiertes Ventil, ein Probenrohr (zum Auslassen der Probe) und ein Ventil am unteren Teil des Behälters sowie eine Gruppe von Ventilen und Leitungen, die oberhalb des Behälters vorgesehen sind, um den Druck in diesem zwecks Probenförderung positiv, atmosphärisch oder negativ einstellen zu können. Wenn man diese Reaktionsbehältereinheiten als Einheitsvorrichtungen ansieht, wobei jede aktive und passive Funktionen kombiniert, ergibt sich, daß diese Einheiten sowohl in Reihe als auch parallel anschließbar und untereinander verbindbar sind. Jede Einheitsvorrichtung kann von irgendeiner komplexen Anlagen-Kombination von Einheitsvorrichtungen abgeschaltet oder an diese angeschaltet werden, ohne daß die Funktion der ursprünglichen Kombination und

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die der automatischen Steuerungen mit den Ventilen beeinträchtigt werden.

Neben den in der vorstehenden Beschreibung als Beispiele für Einheitsvorrichtungen genommenen Reaktionsbehältereinheiten können auch solche anderen chemischen Vorrichtungen wie Filter, Belüfter, Wärmedestillationsgeräte, Wärmekonzentrationseinrichtungen, Rührer, pH-Einstellvorrichtungen, Extraktionseiririchtungen, Separatoren und Auflösungsbehälter unter die Gattung von bausteinartigen Einheiten fallen, auf die die Erfindung in gleicher Weise anwendbar ist. Wenn der Probenbehälter irgendeiner dieser vorstehend aufgezählten Einheiten mit Gruppen von Rohren und Ventilen zum Durchleiten der Probe und Gruppen von Ventilen und Rohren zur Einstellung des positiven, atmosphärischen oder negativen Drucks im Behälter zwecks Förderns der Probe in gleicher Weise wie bei der beschriebenen Reaktionsbehältereinheit kombiniert wird, läßt sich eine solche chemische Vorrichtung mit irgendeiner Reaktionsbehältereinheit austauschen .

Kurz gesagt, ergibt eine Kombination der automatischen Steuerung solcher Einheitsvorrichtungen mit der der Probenförderung eine automatische Steuerung jedes Verfahrensschritts zur chemischen Behandlung .

Eine Reihenschaltung von Reaktionsbehältereinheiten wurde bereits im Zusammenhang mit dem Grundprinzip der Erfindung beschrieben. Es sollen nun eine Parallelschaltung der Reaktionsbehälterein-

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heiten und das zugehörige Verfahren der Probenförderung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 7 beschrieben wer den. Aus Einfachheitsgründen sind die Reagenzeinlaßrohre und -ventile hier bei allen dargestellten Reaktionsbehältereinheiten ausgelassen. Eine erste Reaktionsbehältereinheit 503 entsprechend den bereits beschriebenen Behältereinheiten umfaßt einen Reaktionsbehälter 91, ein Probenrohr 92, ein Probenleitungsventil 93, ein Probenauslaßrohr 94, ein Atmosphärendruckleitungsventil 95, ein Überdruckleitungsventil 96, ein Unterdruckleitungsventil 97 und ein Abfallflüssigkeitsleitungsventil 98. Sie unterscheidet sich von den Reaktionsbehältereinheiten 501, 502 (Fig. 6) dadurch, daß das Probenauslaßrohr 94 nicht an einem Probenleitungsventil endet, sondern an ein T-Rohrstück 116 angeschlossen ist. Eine zweite und eine dritte Reaktionsbehältereinheit 504 bzw. 505 mit Reaktionsbehältern 99a bzw. 99b, Probeneinlaßrohren 100a bzw. 100b, Probenauslaßrohren 102a bzw. 102b und Auslaßrohrventilen 107a bzw. 107b sind den in Fig. 6 dargestellten Reaktionsbehältereinheiten 501, 502 recht ähnlich. Probenleitungsventile 103a, 103b dieser Reaktionsbehältereinheiten sind mit einem T-Rohrstück 117 verbunden, so daß die Behältereinheiten 504, 505 der ersten Einheit 503 gleichberechtigt nachgeschaltet sind. Eine vierte Reaktionsbehältereinheit 506 umfaßt einen Reaktionsbehälter 108, ein Probenrohr 109, ein Probenauslaßrohr 110, ein Probenleitungsventil 111, ein Atmosphärendruckleitungsventil 112, ein Überdruckleitungsventil 113, ein Unterdruckleitungsventil 114 und ein Abfallflüssigkeitsleitungßventil 115. Das Probenrohr 109 ist statt mit einem Probenleitungsventil mit dem T-Rohrstück verbunden. Das T-Rohrstück 117 ist außerdem mit den Probenleitungs-

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ventilen 103a, 103b verbunden. Mit anderen Worten sind die zweite Reaktionsbehältereinheit 5Θ4 und die dritte Einheit 505 zwischen und parallel zu der ersten und der vierten Einheit 503 bzw. 506 geschaltet. Eine Beschreibung der Rohrgruppen und äußeren Einspeisungsquellen soll im folgenden ausgelassen werden, da diese, falls nicht anders angegeben, im wesentlichen die gleichen wie die schon im Zusammenhang mit dem Grundprinzip der Erfindung beschriebenen sind.

Es wird nun angenommen, daß bei Arbeitsgängen, die eine chemische Dreischrittbehandlung umfassen, die für den ersten oder dritten Schritt erforderliche Behandlungszeit halb so groß wie die für den zweiten Schritt ist. Für diesen Fall sind die Reaktionsbehältereinheiten zweckmäßig so geschaltet und verbunden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Falls nicht anders angegeben ist, sind alle Ventile so aufgebaut, daß sie normalerweise geschlossen sind. Zunächst wird die Probe in die Reaktionsbehältereinheit 503 durch das aktive Fördern, d.h. durch öffnen des Probenleitungsventils 93 und des Unterdruckleitungsventils 97 und dadurch Verringern des Drucks im Behälter 91 eingeführt. Nach der Einführung der Probe wird einmal das Atmosphärendruckleitungsventil 95 geöffnet, um den Druck der Probe auf Atmosphärendruck anzuheben, und dann wird der erste Schritt der chemischen Behandlung durchgeführt. Darauf wird die Probe in die zweite Reaktionsbehältereinheit 504 gefördert. Wie schon erwähnt, kann dieses Fördern auf zwei Arten erfolgen. Eine Art besteht in diesem Fall in dem passiven Fördern zur Reaktionsbehältereinheit 504, wobei das Überdruckleitungsventil 96, das Probenleitungsventil 101a und das Atmosphärendruckleitungsventil 104a geöffnet werden, um die Probe im Reaktionsbehälter 91 unter er-

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höhten Druck zu setzen. Der andere Weg sieht zwecks aktiven Förderns zu dieser Einheit 504 vor, daß das Atmosphärendruckleitungsventil 95, das Probenleitungsventil 101a und das Unterdruckleitungsventil 106a geöffnet werden. Für die nachfolgenden Überdruck- oder Unterdruckvorgänge mit den im folgenden beschriebenen anderen Reaktions- oder Probenbehältern ist darauf hinzuweisen, daß, falls nicht anders angegeben, jeweils das Atmosphärendruckleitungsventil einmal geöffnet wird, um den Druck in den Behältern auf dem Atmosphärendruck zu halten. In der Einheit 504 wird der zweite Schritt der chemischen Behandlung vorgenommen. Da die für die Behandlung im zweiten Schritt erforderliche Zeit die doppelte derjenigen für den ersten Schritt ist, läßt man die erste Reaktionsbehältereinheit 503 den ersten Schritt der chemischen Behandlung mit einer anderen Probe wiederholen, während gleichzeitig der zweite Schritt der Behandlung in der Einheit 504 weitergeht. Die andere Probe wird danach zur dritten Reaktionsbehältereinheit 505 in der gleichen Weise gefördert, wie die erste Probe von der ersten Einheit 503 in die zweite Einheit 504 gefördert wurde, mit der Ausnahme, daß dieses Mal das Probenleitungsventil 101b geöffnet wird. (Die den Ventilen 104a, 105a und 106a der Reaktionsbehältereinheit 504 entsprechenden Ventile der Reaktionsbehältereinheit 505 sind mit 104b bzw. 105b bzw. 106b bezeichnet.) Dann wird wieder die Zweitschrittbehandlung durchgeführt. Wie im folgenden noch erläutert wird, ist das Verfahren der Probenförderung unter Umständen in Abhängigkeit vom Typ der für eine besondere chemische Behandlung zu verwendenden Einheitsvorrichtung oder vom Proben- oder Reagenztyp auf eines, das passive oder aktive Verfahren beschränkt. Die erste Probe wird dann von der zweiten Reaktionsbehältereinheit 504 zur vierten

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Einheit 506 gefördert. Wieder kann dies nach einer von zwei Alterna tiven erfolgen. Eine ist das passive Fördern zur Einheit 506, wobei das Überdruckleitungsventil 105a, das Probenleitungsventil 103a und das Atmosphärendruckleitungsventil 112 zum Fördern der Probe geöffnet werden. Die andere ist das aktive Fördern zur Einheit 506, bei dem das Atmosphärendruckleitungsventil 104a, das Probenleitungsventil 103a und das Unterdruckleitungsventil 114 zum Fördern geöffnet werden. In dieser Einheit 506 wird dann der dritte Schritt der chemischen Behandlung durchgeführt. Nachher werden das Überdruckleitungsventil 113 und das Probenleitungsventil 111 geöffnet, und durch dieses aktive Fördern aus der Einheit 506 wird die Probe anderswohin geleitet. Um die andere Probe nachher aus dem Reaktionsbehälter 99b in den Behälter 108 zu fördern, ist es nur erforderlich, das Probenleitungsventil 103b zu öffnen und das passive oder aktive Fördern zur Reaktionsbehältereinheit 506 in der beschriebenen Weise anzuwenden. Wenn irgendein unerwünschter Rückstand (wie z.B. die später beschriebenen Waschlösungen) in einer Reaktionsbehältereinheit vorliegt, kann er durch Öffnen des Abfallflüssigkeitsleitungsventils nach dem passiven oder aktiven Fördern aus der jeweiligen Behältereinheit in die Abfallflüssigkeitsleitung abgelassen werden.

Obwohl bei diesem Beispiel nur ein Paar von Reaktionsbehältereinheiten in paralleler Schaltung verwendet wird, ergibt sich aus der Beschreibung des Prinzips der Erfindung als selbstverständlich, daß auch mehr Reaktionsbehältereinheiten parallel geschaltet oder, als weitere Alternative, Gruppen von in Reihe geschalteten Einheiten zusammen parallel geschaltet werden können.

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In der vorstehenden Beschreibung wurden die Reaktionsbehältereinheiten als Einheitsvorrichtungsbestandteüe betrachtet. Es sollen nun Vorrichtungen mit unterschiedlichen Funktionen chemischer Behandlungen näher erläutert werden.

Eine solche Einheitsvorrichtung mit spezieller Funktion ist eine Einheit zur Zugabe eines Reagenzmittels, wie sie schematisch in Fig. 8 veranschaulicht ist. Ein Probenrohr 132 mündet im ob eren Teil eines Reaktionsbehälters 131 und ist am anderen Ende an ein Probenleitungsventil 133 angeschlossen. Ein Probenauslaßrohr 134, das im unteren Teil des Reaktionsbehälters 131 mündet, ist mit einem Probenleitungsventil 135 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 141 verbunden. Ein Leitungsverzweiger 136, der im oberen Teil des Behälters 131 mündet, steht in Verbindung mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 137, einem Überdruckleitungsventil 138 und einem Unterdruckleitungsventil 139. Eine Reagenzleitung, die sich von einer (nicht dargestellten) Reagenzflasche durch zwei Ventile 142 erstreckt, die funktionsmäßig mit einem Verteiler 143 verbunden sind, endet in Form eines Reaktionsrohrs 140, das seinerseits im oberen Teil des Reaktionsbehälters 131 mündet. Wenn die Möglichkeit des Rührens erforderlich ist, kann ein z. B. aus einem Rührflügel 144 im Behälter und einer außen angebrachten magnetischen Rühreinrichtung 145 bestehender Rührer vorgesehen sein. So ist eine Reagenzzusatzeinheit 507 aufgebaut.

Der Betrieb, die Funktion und das Verhalten dieser Einheit 507 soll nun erläutert werden. Auch hier werden die Beschreibung der für

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den Betrieb erforderlichen Leitungen und äußeren Zufvhrquellen ausgelassen, weil sie im wesentlichen die gleichen wie die bereits beschriebenen sind. Auch soll nochmals erwähnt werden, daß, wenn nicht anders angegeben, alle Ventile normalerweise geschlossen sind und der Reaktionsbehälter oder andere, noch zu beschreibende Gefäße hermetisch abgedichtet sind. Dies gilt in gleicher Weise für alle besonderen Einheitsvorrichtungen, die noch beschrieben werden, und daher werden diese Zubehörteile zwecks Vermeidung von Längen in der folgenden Beschreibung ausgelassen.

Zunächst werden das Probenleitungsventil 133 und das Atmosphärendruckleitungsventil 137 oder das Unterdruckleitungsventil 139 geöffnet, um die Probe durch passives bzw. aktives Fördern zur Reaktionsbehältereinheit 507 in den Reaktionsbehälter 131 einzulassen. Nach dem Einbringen der Probe wird das Atmosphärendruckleitungsventil 137 für einige Zeit geöffnet, um die Probe auf den vorhandenen Atmosphärendruck zu bringen. Danach werden, während das Ventil offengehalten wird, die beiden funktionsmäßig mit dem Verteiler 143 verbundenen Ventile 142 betätigt, so daß eine bestimmte Reagenzmenge der Probe durch das Reagenzrohr 140 zugesetzt werden kann. Dies läßt sich, falls erforderlich, durchführen, während die magnetische Rühreinrichtung 145 angetrieben und die Proben-Reagenzmischung durch den Rührflügel 144 gerührt wird.

Für den Zusatz des Reagenzmittels kann ein Ventil wie das in Fig. 6 mit 71 bezeichnete verwendet werden, vorausgesetzt, daß

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die bestimmte Reagenzmenge durch geeignete Mittel in den Behälter dosiert werden kann. Es ist wesentlich, daß das zu verwendende Ventil zum hermetischen Abschluß der Reagenzzusatzeinheit auch auf zeitweiliger Basis geeignet ist. Auch sollte klar sein, daß, obwohl hier in der beschriebenen Einheit nur eine zuzusetzende Reagenzart erwähnt ist, statt dessen auch viele verschiedene Reagenzien in ähnlicher Weise zugesetzt werden können.

Nachdem das Reagenz und die Probe durch und durch miteinander reagiert haben (üblicherweise bei geschlossenem Atmosphärendruckleitungsventil 137, obwohl dieses Ventil für gewisse Reaktionssysteme offen gehalten werden muß), wird das Atmosphärendruckleitungsventil geschlossen und das Rühren unterbrochen. Um das Reaktionsprodukt an einen anderen Platz zu fördern, wird entweder das passive oder das aktive Fördern von der Reagenzzusatzeinheit 507 durch öffnen des Probenleitungsventils 135 und des Atmosphärendruckleitungsventils 137 oder des Überdruckleitungsventils 138 durchgeführt. Wenn eine unbrauchbare Probe zu verwerfen ist, wird anstelle des Probenleitungsventils 135 das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 141 benutzt.

Ein weiteres Beispiel einer für eine besondere Funktion dienenden Einheitsvorrichtung ist eine Festmengendosiereinheit 508, die schematisch in Fig. 9 dargestellt ist. Ein Probenleitungsventil 153 ist in Verbindung mit einem Probenrohr 152 installiert, das seinerseits im oberen Teil eines Behälters 151 mündet. Ein Probenauslaßrohr 154, das mit einem Ende im unteren Teil des Behälters 151 mündet, ist am anderen Ende mit einem Probenleitungsventil 155 und einem

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Abfallflüssigkeitsleitungsventil 159 verbunden. In Verbindung mit einem Leitungsverzweiger 156, der im oberen Teil des Behälters 151 mündet, sind ein Atmosphärendruckleitungsventil 157 und ein Überdruckleitungsventil 158 installiert. Eine Düse 160 endet in einer geeigneten Höhenlage innerhalb des Behälters und ist in diesen durch eine (nicht dargestellte) gasdichte Dichtung so eingeführt, daß sie im oberen Teil des Behälters heb- und senkbar ist. Das andere Ende der Düse ist über ein Ventil 161 mit einer Leitung 162 verbunden. Dies ist der Aufbau einer Festmengendosiereinheit 508. Die Leitung 162, deren Inneres mit geeigneten Mitteln auf einem reduzierten Druck gehalten wird, zieht Fluide, d. h. Flüssigkeit oder Gas ab.

Es soll nun der Betrieb dieser Festmengendosiereinheit 508 erklärt werden. Zunächst werden das Probenleitungsventil 153 und das Ventil 161 geöffnet. Daraus ergibt sich ein Unterdruck innerhalb des Behälters 151, und die Probe beginnt, durch das Rohr 152 in den Behälter gefördert zu werden. Sobald das Probenniveau die öffnung der Düse 160 erreicht hat, wird jeder etwaige Überschuß der Probe 163 mittels Absaugens durch die Düse 160 und das Ventil 161 in die Leitung 162 abgezogen, so daß das Flüssigkeitsniveau der Probe 163 konstant gehalten wird. Auch wenn das Probenniveau zeitweilig die öffnung der Düse 160 überstiegen hat, wird der Probenüberschuß an schließend durch die Düse 160 abgezogen, sobald das Probenleitungsventil 153 geschlossen ist, während gleichzeitig das Atmosphärendruckleitungsventil 157 geöffnet ist. Im Ergebnis wird also das Flüssigkeitsniveau der Probe 163 auf einen konstanten Wert gebracht. Die Lage der Öffnung der Düse 160 kann voreingestellt werden, so daß

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eine bestimmte Menge der Probe 163 innerhalb des Behälters einstellbar ist. Wenn man dieses Dosierverfahren unter Ersatz des Ventils 161 durch ein Unterdruckleitungsventil betrachtet, stellt man fest, daß das Verfahren gleichbedeutend mit dem aktiven Fördern zur Dosiereinheit 508 ist. Die abgemessene Menge der Probe 163 wird mittels des aktiven Förderns aus der Einheit durch öffnen des Überdruckleitungsventils 158 und des Probenleitungsventils 155 bzw. des Abfallflüssigkeitsleitungsventils 159 entweder an einen anderen Ort gefördert oder abgelassen.

Diese Festmengendosiereinheit 508 kann verwendet werden, um das überstehende Fluid von einer Sedimente enthaltenden Lösung zu erfassen, in welchem Fall die Offnungslage der Düse 160 nur so zu wählen ist, daß der Teil der Flüssigkeit, der zum verhältnismäßig leichten Klären neigt, erfaßt werden kann.

Das dritte Beispiel einer Einheitsvorrichtung ist eine Verdünnungseinheit eines fotoelektrischen Typs oder eines Elektroleitfähigkeitstyps, wie sie die Fig. 10 bzw. 11 schematisch zeigen. Zunächst soll die in Fig. 10 dargestellte Einheit beschrieben werden. Im oberen Teil eines Reaktionsbehälters 171 mündet ein Probenrohr 172, das mit einem Probenleitungsventil 173 ausgerüstet ist. Im unteren Teil des Behälters 171 mündet ein Probenauslaßrohr 174, das seinerseits mit einem Probenleitungsventil 175 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 182 verbunden ist. Ein mit einem Ende im oberen Teil des Behälters 171 mündender Leitungsverzweiger 176 ist außerdem mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 177, einem Überdrucklei-

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tungsventil 178 und einem Unterdruckleitungsventil 179 verbunden. Vom Boden einer Reagenzflasche 186 erstreckt sich ein Reagenzrohr 180 durch ein Ventil 181 nach unten und mündet im Reaktionsbehälter 171. Weiter sind zu beiden Seiten des Behälters eine Lichtquelle 183 bzw. ein Lichtstrahldetektor 184 an einander gegenüberliegenden Stellen derart angeordnet, daß sie sich relativ zum Behälter 171 durch (nicht dargestellte) geeignete Mittel nach oben und unten verschieben lassen. Signale vom Lichtstrahldetektor 184 werden einem Steuergerät 185 zugeführt, so daß das Probenleitungsventil 181 in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit der Erfassungssignale geöffnet oder geschlossen werden kann. Dies ist der Aufbau einer Verdünnung seinheit 509.

Die Verdünnungseinheit wird in der folgenden Weise betrieben: Man nimmt an, daß der Reaktionsbehälter 171 nach dem bereits im Zusammenhang mit der Reagenzzusatzeinheit beschriebenen Verfahren mit einer gegebenen Probenmenge gefüllt ist und die Probe z. B. mit Wasser verdünnt werden soll. Die Lichtquelle 183 und der Lichtstrahldetektor 184 sind auf ein dem der Flüssigkeit nach der Verdünnung gewünschten gleiches Niveau eingestellt. Das optische Instrument dieser Art erfaßt die Ablenkung des Pfades eines Lichtstrahls von der Lichtquelle 183 aufgrund des Unterschiedes zwischen Luft und der (flüssigen) Probe als AN-AUS-Signale am Detektor 184. Das Steuergerät 185 wird so eingestellt, daß, wenn sich eine bestimmte Menge der Probe im Reaktionsbehälter 171 befindet, das Ventil 181 geöffnet wird und das Reagenz (in diesem Fall einfach Wasser) aus der Flasche 186 in den Reaktionsbehälter 171 tropfen kann, bis das Flüssigkeitsniveau

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der Probe im Behälter bis zum Lichtstrahl pfad ansteigt. In dieser Weise wird das Reagenz (oder Wasser) nur zugesetzt, wenn höchstens eine bestimmte Menge der Probe im Reaktionsbehälter ist, oder mit anderen Worten wird die Verdünnung nur bis zu einem bestimmten Niveau durchgeführt. Bei praktischen Versuchen lagen die Verdünnungsfehler im Bereich von 1 0,2 % je 100 ml der verdünnten Lösung.

Die in Fig. 11 dargestellte Anordnung, die auf Basis der elektrischen Leitfähigkeit arbeitet, unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 10 in der Methode der Erfassung des Flüssigkeitsniveaus bei Ende der genannten Verdünnung. Die den Teilen 171 - 182 der Verdünnungseinheit 509 in Fig. 10 entsprechenden Teile der Verdünnungseinheit 510 in Fig. 11 sind mit 191 - 202 bezeichnet. Die An ordnung nach Fig. 10 erfaßt das Niveau optisch, während die nach Fig. 11 das Niveau mittels einer Elektrode erfaßt, die einen Teil eines elektrischen Kreises bildet. Die Elektrode 203 besteht aus einem Glasrohr od. dgl. und zwei Drähten aus Platin od. dgl., die isoliert und im Glas eingeschlossen sind. Sie ist vertikal im oberen Teil des Reaktionsbehälters 191 beweglich und in diesen hermetisch abgedichtet eingeführt. Ein Steuergerät 204 enthält den elektrischen Kreis, zu dem die Elektrode 203 als ein Bestandteil gehört, und funktioniert derart, daß es, wenn die zu verdünnende Probe im Reaktionsbehälter 191 ist, mittels des elektrischen Kreises die öffnung eines Reagenz- einlaßventils 201 bewirkt und so den Eintritt des Reagenz¹ (z. B. Was ser) in den Reaktionsbehälter ermöglicht und, wenn das Flüssigkeitsniveau der verdünnten Probe die Elektrode 203 erreicht hat, das Reagenzeinlaßventil 201 schließt. Der elektrische Kreis wird dabei

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zur Erfassung des Unterschiedes zwischen den elektrischen Leitfähigkeiten der Luft und der Probe zwischen den einzelnen Drähten der Elektrode 203 ausgenutzt. Mit anderen Worten spricht der Kreis auf die elektrische Leitfähigkeit an. Die vorstehend beschriebenen Bestandteile bilden zusammen eine Verdünnungseinheit 510.

Das elektrische Leitfähigkeitssystem der Verdünnungseinheit 510 funktioniert in folgender Weise: Es wird angenommen, daß der Reaktionsbehälter 191 zunächst mit einer gegebenen Menge der Probe gefüllt wird und die Probe bis zu einem bestimmten Volumen mit dem Zusatz von z.B. Wasser zu verdünnen ist. Die Elektrode 203 wird auf die dem Flüssigkeitsniveau nach der Verdünnung entsprechende Höhe eingestellt. Das Steuergerät 204 öffnet das Reagenzeinlaßventil 201 im Ansprechen auf ein Signal von außen, so daß das Reagenz (in diesem Falle Wasser) in den Reaktionsbehälter 131 eingelassen wird. Falls erforderlich, kann die Probe mit einem (nicht dargestellten) Rührer gerührt werden. Anfänglich ist die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elektrodendrähten Null (da Luft ein Isolator ist), jedoch schließt das Steuergerät 204, wenn die Flüssigkeitsoberfläche der Probe mit einer gewissen spezifischen Leitfähigkeit in Kontakt mit den Elektrodendrähten kommt, das Reagenzeinlaßventil 201, wodurch die Verdünnung abgeschlossen wird. Bei praktischen Versuchen war die Genauigkeit der Verdünnung mit dieser Einheit 510 ebenso wie mit ein^r Verdünnungseinheit eines Hochfrequenzdurchlässigkeitstyps mit einem Fehlerbereich von weniger als * 0,2 % für das Probenvolumen von 100 ml behaftet, wobei ein Reagenzeinlaßrohr 200 mit einem Innendurchmesser von 2,4 mm verwendet wurde.

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Eine tropfenweise Einführung des Reagenz' aus der Reagenzflasche 205 in den Reaktionsbehälter 191 kann auf zwei Arten durchgeführt werden: entweder durch Öffnen nur des Atmosphärendruckleitungsventils 197 und Ermöglichen des Herabfließens des Reagenz¹ mittels Schwerkraft oder durch Öffnen nur des Unterdruckleitungsventils 199 und damit Verringern des Drucks im Reaktionsbehälter 191.

Das vierte Beispiel einer Einheitsvorrichtung ist eine Wascheinheit, wie sie schematisch in Fig. 12 dargestellt ist. Es ist praktischer, diese Wascheinheit als Waschgerät für einen Reaktionsbehälter einer anderen Einheitsvorrichtung zu verwenden, als sie als eine Einheitsvorrichtung zu betrachten. Jedoch ist sie aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung hier als unabhängige Einheitsvorrichtung genommen. Man sieht aus der bisherigen Beschreibung der drei verschiedenen Einheitsvorrichtungen, daß diese Einheiten viele Teile gemeinsam haben. Die Darstellung und Beschreibung der gemeinsamen Teile erscheinen für die Erläuterung der Funktionsgrundsätze der Einheitsvorrichtungen nicht wesentlich und sollen daher im folgenden ausgelassen werden.

Man erkennt in Fig. 12 einen Reaktionsbehälter 211, und ein Abfallflüssigkeitsleitungsventil 213 ist mit einem Probenauslaßrohr 212 verbunden, das seinerseits im unteren Teil des Reaktionsbehälters mündet. Ein Leitungsverzweiger 214, der im oberen Teil des Reaktionsbehälters 211 mündet, ist außerdem mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 215 und einem Überdruckleitungsventil 216 verbunden. Nahe dem oberen Ende der Kammer innerhalb des Behälters 211 ist

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eine Waschdüse 217 installiert, die an ihrem unteren Ende eine Brause 218 trägt und an ihrem anderen Ende mit einem Umschaltventil 219 verbunden ist. Dieses Ventil ist so ausgelegt, daß, wenn es so wie andere Ventile geschlossen bleibt, der Reaktionsbehälter 211 hermetisch abgeschlossen ist. Alternativ kann auch ein (nicht dargestelltes) anderes Ventil auf halber Länge der Waschdüse 217 anstelle der Verwendung des Umschaltventils 219 des beschriebenen Aufbaus installiert sein. Bei der dargestellten Anordnung kann das Umschaltventil 219 die Verbindung zwischen der Waschdüse 217 und entweder einer Leitung 220 für eine Waschlösung A oder einer Leitung 221 für eine Waschlösung B herstellen. Diese Leitungen 220, 221 sind mit (nicht dargestellten) zugehörigen Waschlösungsspeicherbehältern verbunden, wobei ein zusätzlicher Druck auf die darin befindlichen Flüssigkeiten ausgeübt werden kann oder nicht. Diese Bestandteile bilden eine Wascheinheit 511.

Der Betrieb dieser Wascheinheit 511 und das durchzuführende Waschverfahren sollen im folgenden erläutert werden: Für diese Erklärung wird angenommen, daß die Innenwand des Reaktionsbehälters 211 verunreinigt ist. Hinsichtlich der Einführung der Waschlösung läßt sich der Waschvorgang in verschiedener Weise durchführen. Nach einer Art werden das Abfallflüssigkeitsleitung sventil 213 und das Atmosphärendruckleitungsventil 215 geöffnet, um das Auslassen der Verunreinigung aus dem Reaktionsbehälter 211 in die (nicht dargestellte) Abfallflüssigkeitsleitung zu ermöglichen, in der das partielle Vakuum herrscht, um eine Saugwirkung zum Reaktionsbehälter aufrecht zu erhalten. Dann wird das Umschaltventil 219 (zu der Stellung

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in der Fig. 12) betätigt, so daß es die Waschdüse 217 mit der Leitung 220 der Waschlösung A unter erhöhtem Druck oder dem vorhandenen Atmosphärendruck verbindet. Die durch die Waschdüse 217 eingeführte Waschlösung A wird dann durch die Brause 218 verteilt, um die Innenwandoberfläche des Reaktionsbehälters zu waschen und in die Abfallflüssigkeitsleitung abzufließen (wobei, falls erforderlich, das Atmosphärendruckleitungsventil 215 geschlossen sein kann). Anstelle dieses Waschens mit strömender Flüssigkeit ist es auch möglich, die Waschlösung vorübergehend im Behälter angesammelt zu verwenden. Hierzu wird das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 213 geschlossen, und das Atmosphärendruckleitungsventil 215 wird geöffnet, so daß die Waschlösung A unter Druck oder auf atmosphärischem Druck durch das Umschaltventil 219 und die Waschdüse 217 eingeführt und im Reaktionsbehälter 211 angesammelt werden kann. Nach dieser Art des Waschens mit, falls erforderlich, eventuellem Rühren läßt man die Waschwässer in einer von zwei Arten aus dem Behälter auslaufen. Entweder werden das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 213 und das Atmosphärendruckleitungsventil 215 geöffnet, und man läßt die Waschwässer in die Abfallflüssigkeitsleitung auslaufen, in der stets eine Saugwirkung herrscht, oder das Atmosphärendruckleitungsventil 215 wird geschlossen, und das Überdruckleitungsventil 216 und das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 213 werden geöffnet, um die Waschwässer herausfließen zu lassen. Wenn die Waschlösung A die erforderliche Waschwirkung allein nicht erzielen läßt, wird das Umschaltventil 219 betätigt, um auch noch die Waschlösung B zu verwenden. Natürlich kann man auch drei oder mehr verschiedene Waschlösungen in dieser Weise einsetzen. Zum Beispiel kann im Fall der

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Hydroxide in Flußwasser, die auf der alkalischen Seite des pH-Werts 10 in einem Reaktionsbehälter ausfallen, der zur Behandlung von 100 ml der Probe geeignet ist, destilliertes Wasser allein die Niederschläge nicht vollständig abwaschen. Es ist in diesen Fällen üblich, die Niederschläge mit einer verdünnten Säure aufzulösen und diese saure Lösung dann mit destilliertem Wasser auszuwaschen. Auf diese Weise wird eine vollständige Waschung erreicht.

Noch ein weiteres Beispiel, und zwar das fünfte der Einheitsvorrichtungen, ist eine Wasserstoffionenkonzentration (pH) -Einstelleinheit. Fig. 13 veranschaulicht diese Einheit schematisch. Zur pH-Einstellung wird üblicherweise ein im Handel erhältliches pH-Meter verwendet, das mit einer automatischen Titriereinrichtung kombiniert ist. Um den Aufbau des Reaktionsbehälters zu vereinfachen, wird vorteilhaft eine zusammengesetzte Glaselektrode verwendet. Allgemein soll eine solche Glaselektrode nicht in einer Atmosphäre mit Überdruck oder Unterdruck verwendet werden, da der nichtatmosphärische Druck eine unerwünschte Durchmischung oder gegenseitige Verunreinigung der Probe und der wäßrigen Lösung eines Salzes verursachen kann, das ein Bestandteil der Glaselektrode ist. Aus diesem Grunde erfordert die pH-Einstelleinheit prinzipiell zusätzlich zum Reaktionsbehälter, in den die Glaselektrode zur pH-Messung eingeführt wird, zwei weitere Reaktionsbehälter, und zwar einen vorgeschalteten und einen nachgeschalteten. Um die Probe in den mittleren, den eigentlichen pH-Meßbehälter zu fördern, müssen die beiden zusätzlichen Behälter im Sinne der Erfindung aktive Funktionen haben, während der mit der Glaselektrode ausgerüstete mittlere Behälter passiv arbeiten muß.

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In Fig. 13 erkennt man einen Reaktionsbehälter 241. Ein Probenrohr 242 mündet im Anschluß an ein Probenleitungsventil 243 im oberen Teil des Reaktionsbehälters. Im unteren Teil des Behälters 241 mündet ein Probenauslaßrohr 244, das seinerseits mit einem Probenleitungsventil 245 verbunden ist. Weiter mündet ein Leitungsverzweiger 246 im oberen Teil des Reaktionsbehälters 241 und ist außerdem mit einem Überdruckleitungsventil 247 verbunden. Die so aufgebaute Einheit ist eine Probendruckbeaufschlagungseinheit 512a zum Fördern einer Probe in eine pH-Einstellteileinheit 512b, die nun beschrieben wird. Diese letztere Einheit umfaßt einen Reaktionsbehälter 248 mit einem Probenrohr 249, das im oberen Teil des Behälters mündet und am anderen Ende mit dem Probenleitungsventil 245 der Einheit 512a verbunden ist. Ein Probenauslaßrohr 250, das im unteren Teil des Reaktionsbehälters 248 mündet, ist mit einem Probenleitungsventil 251 verbunden. Ein Leitungsverzweiger 252, der im oberen Teil des Behälters 248 mündet, ist mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 253 verbunden. Zusätzlich ist eine handelsübliche zusammengesetzte Glaselektrode 256 in den Reaktionsbehälter 248 durch eine (nicht dargestellte) vertikal verschiebbare Abdichtung eingeführt, die eine gasdichte Dichtung im oberen Teil des Behälters 248 ermöglicht. Diese zusammengesetzte Elektrode ist mit dem Vorderende einer automatischen Titriereinrichtung eines (nicht dargestellten) pH-Meters verbunden, wovon die Elektrode einen Teil bildet. Über ein Reagenzeinlaßventil 255 mündet ein Reagenzrohr 254 im oberen Teil des Reaktionsbehälters 248. Diese Bestandteile bilden die pH-Einstellteileinheit 512b. Im Behälter 248 der Einheit 512b ist ein Rührflügel 257 angeordnet , der durch äußere Mittel, wie z.B. eine (nicht dargestellte)

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magnetische Rühreinrichtung angetrieben wird, um die Probe zu rühren. Ein weiterer Reaktionsbehälter 258 weist ein Probenrohr 259 auf, das im oberen Teil des Behälters mündet und am anderen Ende mit dem Probenleitungsventil 251 verbunden ist. Ein Probenleitungsventil 261 ist in Verbindung mit einem Probenauslaßrohr 260 installiert, das seinerseits im unteren Teil des Reaktionsbehälters 258 mündet. Ein Leitungsverzweiger 262, der im oberen Teil des Behälters mündet, ist mit einem Unterdruckleitungsventil 263 verbunden. Die so aufgebaute Einheit ist eine Probendruckreduziereinheit 512c zum Absaugen der Probe aus dem pH-Einstellbehälter 248. Die Einheit 512a zur Druckbeaufschlagung der Probe, die pH-Einstellteileinheit 512b und die Probendruckreduziereinheit 512c sind zur Bildung der gesamten pH-Einstelleinheit verbunden. In vielen Fällen werden die Probendruckbeaufschlagungseinheit und die Probendruckreduziereinheit zusammen mit einer anderen Einheitsvorrichtung verwendet.

Der Betrieb dieser pH-Einstelleinheit soll nun erläutert werden: Beispielsweise wird angenommen, daß die Einheit 512a zur Druckbeaufschlagung der Probe mit dieser Probe gefüllt ist, deren pH-Wert justiert werden soll. Zunächst werden das Überdruckleitungsventil 247, das Probenleitungsventil 245 und das Atmosphärendruckleitungsventil 253 geöffnet, so daß der Druck auf die Flüssigkeitsoberfläche der Probe im Reaktionsbehälter 241 erhöht und die Probe aus diesem durch das Probenauslaßrohr 244, das Probenleitungsventil 245 und das Probenrohr 249 gedrückt wird. Durch dieses aktive Fördern aus dem Reaktionsbehälter 241 wird die Probe zum Reaktionsbehälter 248 gefördert. Dieser Behälter, in den die pH-Einstellglaselektrode 256

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eingeführt ist, läßt keine Druckerhöhung oder -verringerung (auf Über- oder Unterdruck) zu, wie bereits erläutert wurde. Da das Atmosphärendruckleitungsventil 253 offen ist, herrscht im Reaktionsbehälter 248 normaler Atmosphärendruck. Nachdem die Probe völlig vom Reaktionsbehälter 241 in den Reaktionsbehälter 248 gefördert ist, wird das Probenrohr 249 mit einem Luftstrom (oder, falls erforderlich, mit einem Inertgasstrom) gereinigt. Zu dieser Zeit sind alle Ventile geschlossen und, falls erforderlich, wird das Atmosphärendruckleitungsventil 253 geöffnet, um den Druck im Reaktionsbehälter 248 auf Atmosphärendruck zu halten. Darauf folgend wird das pH-Meter durch ein Signal betätigt, das z.B. anzeigt, daß das Überdruckleitungsventil 247 geschlossen wurde. Wenn der pH-Wert der Probe noch ein bestimmtes Niveau erreichen soll, arbeitet die Titriereinrichtung automatisch und steuert das Reagenzeinlaßventil 255, wodurch das Eintropfen eines pH-Einstellreagenzmittels aus dem Reagenzeinlaßrohr 254 ermöglicht wird. Während dieser Zeit wird das Atmosphärendruckleitungsventil 253 offen gehalten. Falls erforderlich, kann der Rührflügel 257 durch einen außerhalb angebrachten Antrieb zwecks Rührens der Probe betätigt werden. Wenn der pH-Wert der Probe den vorbestimmten Wert erreicht, hält die Titriereinrichtung automatisch an, und das Reagenzeinlaßventil 255 wird geschlossen, so daß die pH-Einstellung beendet ist. Um die Probe, deren pH-Wert justiert wurde, aus dem Reaktionsbehälter 248 zum Reaktionsbehälter 258 zu fördern, wird das aktive Fördern zum letztgenannten Behälter angewandt, indem man das Atmosphärendruckleitungsventil 253, das Probenleitungsventil 251 und das Unterdruckleitungsventil 263 öffnet. Anschließend wird das Probenrohr 259 durch

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einen Luftstrom gereinigt. Wie oben beschrieben, sind die Einheit 512a zur Druckbeaufschlagung der Probe und die Probendruckreduziereinheit 512c mit aktiven Funktionen zum Fördern der Probe der pH-Einstellteileinheit 512b vor- bzw. nachgeschaltet, wodurch der Druck innerhalb der Teileinheit 512b auf Atmosphärendruck gehalten werden kann.

Eine Filtriereinheit ist die sechste der Einheitsvorrichtungen, die die Erfindung verkörpern können. In Fig. 14 ist schematisch eine Einheit des Filterpapiertyps und in Fig. 15 eine Einheit des Filterplattentyps dargestellt. Zunächst soll der erste Typ beschrieben werden. Im Prinzip ist der Filterpapiertyp so aufgebaut, daß ein Blatt von im Handel erhältlichem Filterpapier, das zu geeigneten Abmessungen geschnitten ist, in enger Berührung mit einer Auflage- oder Sitzfläche geeigneter Gestalt gehalten und, nachdem das Filtrieren einer Probe durchgeführt ist, weggeworfen wird. Man erkennt einen Behälter 271 für die zu filtrierende Probe. Der Behälter ist oben offen und nimmt das untere Ende eines Probenrohres 272 auf, das seinerseits mit einem Probenleitung sventil 273 ausgerüstet ist. Ein im unteren Teil des Behälters 271 mündendes Auslaßrohr 274 ist mit einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 275 versehen. Ein Trichter 281 mit einer Zylinderwand 278 weist an seinem unteren Ende eine Filtersitzfläche 276 geeigneter Gestaltung, z. B. in Form eines Kegels, auf. Ein Ende eines Probenrohres 277 mündet in dieser Sitzfläche 276. Das obere Ende des Trichters 281 weist einen Ringraum auf, in dem eine Waschsprühdüse 279 mit einer Vielzahl von kleinen Löchern längs des Umfangs vorgesehen ist. In diesem Ringraum mündet eine Waschleitung 280. Die Filtersitzfläche 276 und

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die Waschsprühdüse 279 sind mit dem Trichterzylinder in der Weise verbunden, daß sie so eng wie möglich übereinander angeordnet werden können. Der Trichter läßt sich in den Behälter 271 hinein und aus diesem heraus durch nicht dargestellte Antriebsmittel bewegen, die sich vertikal und horizontal verschieben lassen. Die vorstehend beschriebenen Bestandteile bilden eine Filtrierbehältereinheit 513a. Ein weiterer Behälter 282 ist daneben erkennbar. Ein Ende des Probenrohres 277 mündet im oberen Teil dieses Behälters, während ein Probenauslaßrohr 283 im Boden dieses Behälters 282 mündet und mit einem Probenleitungsventil 284 verbunden ist. Zusätzlich mündet ein Leitungsverzweiger 285 im oberen Teil des Behälters 282 und steht mit einem Überdruckleitungsventil 287 und einem Unterdruckleitungsventil 286 in Verbindung. In dieser Weise ist eine Filtratsammeleinheit 513b aufgebaut. Die Filtriereinheit des Filterpapiertyps besteht also aus der Filtrierbehältereinheit 513a und der Filtratsammeleinheit 513b. Die Filtratsammeleinheit kann auch für eine andere Einheitsvorrichtung dienen.

Es soll nun der Betrieb dieser Filtriereinheit beschrieben werden. Eine bestimmte Menge der Probe wird in den Behälter 271 entweder unter Druck durch das geöffnete Probenleitungsventil 273 oder mittels Schwerkraft durch das Probenrohr 272 eingeführt. Ein Blatt von im Handel erhältlichem Filterpapier mit geeigneten Abmessungen wird lose an der Unterseite der Filtersitzfläche 276 des Trichters 281 angebracht, der vor dem Filtrieren aus dem Behälter 271 herausgenommen wurde. Die enge Anlage wird z.B. durch öffnen des Unterdruckleitung sventils 286 der aufnehmenden Einheit 513b und Beibehalten

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eines reduzierten (negativen) Druckes im Behälter 282 sowie im Probenrohr 277 in Verbindung damit erhalten. Der mit dem Filterpapier beschickte Trichter wird dann langsam in den Behälter 271 eingeführt und in einer Lage gehalten, in der sich die erforderliche Menge der Probe ausfiltrieren läßt. Die durch das Filterpapier filtriert e Probe wird in den benachbarten Behälter 282 abgezogen, in dem ein verringerter Druck aufrechterhalten wird. Das Fördern dieser Probe wird durch das aktive Fördern von der Filtratsammeleinheit 513b vorgenommen. Das benutzte Filterpapier wird durch Herausnahme des Trichters 281 aus dem Behälter und Öffnen des Überdruckleitungsventils 287 beseitigt, wodurch das Filterpapier von der Sitzfläche 276 weggeblasen wird. Die auf der äußeren Zylinderwand 278 des Trichters 281 und auf der Innenwand des Behälters 271 abgeschiedenen Rückstände werden weggewaschen, indem man den Trichter im Behälter 271 anordnet und eine Waschlösung unter Druck durch die Waschleitung 280 und die Sprühdüse 279 spritzt. Wo zwei oder mehr Waschlösungen verwendet werden, läßt sich das oben beschriebene Verfahren des Waschens mit der Wascheinheit 511 anwende!. In diesem Fall kann das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 275 geöffnet werden, um die Abfallflüssigkeit und Waschwässer in die (nicht dargestellte) Abfallflüssigkeitsleitung abzulassen, die ständig zum Absaugen eingerichtet ist.

Es soll nun eine Filtriereinheit des Filterplattentyps anhand der Fig. 15 erläutert werden. Das Prinzip dieses Typs ist, daß das Filtrieren unter Verwendung einer stationären Filterplatte, z. B. aus Glas, durchgeführt wird und daß nach jedem Filtrierzyklus die Filter-

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platte durch eine zum Auflösen der Filtrierrückstände geeigneten Waschlösung ausgewaschen vird, wobei es sich hauptsächlich um feste Teilchen handelt, während z.B. das Filtrat im Gegenstrom über die Platte läuft. Im oberen Teil eines Behälters 291 mündet ein Probenrohr 292 über ein Probenleitungsventil 293. Ein Auslaßrohr 294, das im unteren Teil des Behälters mündet, ist außerdem mit einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 295 verbunden. Ein Leitungsverzweiger 296, der im oberen Teil des Behälters 291 mündet, ist mit einem 1 ^finosphärendruckleitungsventil 297, einem Überdruckleitungsventil 298 und einem Unterdruckleitungsventil 299 verbunden. Außerdem ragt eine Düse von der Oberseite des Behälters 291 nach unten in diesen hinein und hat ihre öffnung an einem geeigneten Punkt etwas über dem Boden des Behälters. Die Düse 300 ist mit einer Probenleitung 301, einem Filter 303 und einem T-Rohrstück 304 verbunden, das zu einem Umschaltventil 305 und auch zu einem Probenleitungsventil 308 führt. Diese Bestandteile bilden kombiniert eine Filtrierbehältereinheit 514a. Das Filter 303 enthält in der Mitte eine Filterplatte 302, z. B. aus Glas. Das Umschaltventil 305 ist ähnlich dem im Zusammenhang mit der Wascheinheit beschriebenen zur alternativen Verbindung zwischen dem T-Rohrstück 304 und entweder einer Leitung 306 für eine Waschlösung A oder einer Leitung 307 für eine Waschlösung B oder einer anderen Leitung bestimmt. Im oberen Teil eines anderen Behälters 310 mündet ein Probenrohr 309, das außerdem mit dem Probenleitungsventil 308 verbunden ist. Ein Probenauslaßrohr 311, das im unteren Teil des Behälters mündet, ist außerdem mit einem Probenleitungsventil 312 verbunden. Ein Leitungsverzweiger 313, der im oberen Teil des Behälters 310 mündet, steht mit einem Überdruckleitungsventil 314

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und einem Unterdruckleitungsventil 315 in Verbindung. Dies ist der Aufbau einer Filtratsammeleinheit 514b. Die Filtriereinheit des Filterplattentyps umfaßt so die Filtrierbehältereinheit 514a und die Filtratsammeleinheit 514b.

Diese Filtriereinheit arbeitet in folgender Weise: Eine bestimmte Menge der Probe wird durch das Probenleitungsventil 293 und das Probenrohr 292 entweder unter Druck oder mittels Schwerkraft in den Behälter 291 eingelassen. Dann werden das Atmosphärendruckleitungsventil 297, das Probenleitungsventil 308 und das Unterdruckleitungsventil 315 geöffnet. Dies ergibt eine Verbindung zwischen den Behältern 291 und 310 durch die Probenleitung und die zugehörigen Anschlüsse, wodurch sich ein reduzierter (negativer) Druck im Behälter 310 einstellt. Infolgedessen wird die Probe vom Behälter 291 mittels Saugens durch die Düse 300 und die Probenleitung 301 in das Filter 303 gezogen, wo die festen Bestandteile daraus entfernt werden, so daß nur das Filtrat durch das T-Rohrstück 304, das Probenleitungsventil 308 und das Probenrohr 309 in den Behälter 310 gelangt. Nachdem eine erforderliche Probenmenge filtriert ist, schließt man alle Ventile. Wenn das Filtrat im Behälter 310 zu einem anderen Ort zu fördern ist, werden das Überdruckleitungsventil 314 und das Probenleitungsventil 312 geöffnet, um diesen Fördervorgang zu bewirken. Feststoffe und andere an den Wänden des Filters 303 und der Filterplatte 302 abgelagerte Rückstände werden mit der Waschlösung A unter Druck, die diese Rückstände aufzulösen vermag, durch Verbinden der Leitung für die Waschlösung A mit dem T-Rohrstück 304 abgewaschen. Hierbei ist es beider Filtrierbehältereinheit 5l4a nur nötig, das Atmo-

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sphärendruckleitungsventil 297 zu öffnen, oder alternativ wird das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 295 geöffnet, um die Waschwässer in die Abfallflüssigkeitsleitung abzulassen, in der ständig Saugwirkung aufrechterhalten wird. Wenn die Waschlösung eines Typs allein für diese Waschzwecke nicht ausreicht, kann man das Umschaltventil 305 zwecks Verbindung mit der Leitung 307 zum Zuführen der Waschlösung B unter Druck betätigen. Zweckmäßig wird, nachdem die erforderlichen Mengen dieser Waschlösungen durchgeflossen sind, das Umschaltventil 305 umgestellt, um einen Strom von Luft (oder eines anderen Inertgases) unter Druck durch das T-Rohrstück 304, das Filter 303, die Probenleitung 301 und die Düse 300 einzuführen und so die Innenwand dieser Leitungen zu reinigen. Um die Behälter 291, zu waschen, ist es allgemein vorteilhaft, das Waschverfahren mit der bereits beschriebenen Wascheinheit anzuwenden.

Für Fachleute ist ohne weiteres ersichtlich, daß das bei dieser Filtriereinheit verwendete Filter, falls erforderlich, durch ein Filter mit einer Dialysiermembran ersetzt werden kann, um als Ultrafilter zu dienen.

Das siebente Beispiel ist eine schematisch in den Fig. 16 und 17 dargestellte Extraktionseinheit. Das technische Prinzip der Extraktion beruht im Vermischen einer Probe und eines Extraktionslösungsmittels unter Rühren in einem Rührbehälter, im dadurch erzielten Extrahieren der zu extrahierenden Bestandteile aus der Probe, im Fördern der Extrakte in einen Absetzbehälter (stationären Separationsbehälter) und im Stationärhalten dieser Extrakte für eine gewisse Zeitdauer zwecks

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Schwerkrafttrennung in leichte und schwere Schichten und schließlich in der Entnahme der leichten oder der schweren Schicht unter erhöhtem oder reduziertem Druck. Fig. 16 zeigt eine schernatische Anordnung zur Entnahme iner leichten Schicht und Fig. 17 eine solche Anordnung zur Entnahme einer schweren Schicht. Zunächst soll die erstere Anordnung im einzelnen erläutert werden. Im oberen Teil eines Behälters 321 mündet ein Probenrohr 322, das durch ein Probenleitungsventil 323 läuft. Ein Probenauslaßrohr 324, das im Boden des Behälters mündet, ist außerdem mit einem Probenleitungsventil 325 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 330 verbunden. Ein im oberen Teil des Behälters mündender Leitungsverzweiger 326 ist am anderen Ende mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 327, einem Überdruckleitungsventil 328 und einem Unterdruckleitungsventil 329 ausgerüstet. Ein Reagenzeinlaßrohr 331 mündet im oberen Teil des Behälters und ist am anderen Ende mit einem Umschaltventil 332 verbunden, das das Rohr 331 alternativ mit einer Leitung 333 für eine Waschlösung A oder einer Leitung 334 für eine Waschlösung B zur wahlweisen Einspeisung einer der Waschlösungen unter Druck verbinden kann. Innerhalb des Behälters 321 ist ein Rührflügel 335 zum Rühren der Probe angeordnet, und außerhalb des Behälters befindet sich ein Antrieb, z.B. eine magnetische Rühreinrichtung 336 zum Antreiben des Rührflügels 335. Diese Teile bilden eine Rühreinheit 515. Die Anordnung kann, obwohl nicht dargestellt, auch so sein, daß das Umschaltventil 332 in einer Stellung angehalten werden kann, in der es keine Verbindung zwischen dem Rohr 331 und einer der Waschlösungsleitungen herstellt oder in der das Ventil geschlossen ist. Ein weiterer Behälter 337 1st so gestaltet, daß er einen oberen Teil als Leichtschichtkarnmer E, die eine geeignete Kon-

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tür und Kapazität hat, einen unteren Teil als Schwerschichtkammer G, die ebenfalls eine geeignete Kontur und Kapazität hat, und eine Zwischenkammer F aufweist, die den gleichen Durchmesser wie die der anderen Kammern oder einen geringeren Durchmesser hat. Der Ausdruck "geeignete Kontur" bedeutet hierbei eine Kontur, die sich zum Fördern der Probe oder dergleichen entsprechend der folgenden Beschreibung und auch zum Waschen des Behälters eignet, wie noch erläutert wird. Im oberen Teil des Behälters 337 tritt ein Ende eines Probenrohres ein, das an seinem anderen Ende mit dem schon erwähnten Probenleitungsventil 325 verbunden ist. Ein Probenauslaßrohr 339, das im unteren Teil des Behälters 337 mündet, ist an seinem anderen Ende mit einem Probenleitungsventil 340 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 352 verbunden. Ein oben im Behälter 337 mündender Leitungsverzweiger 341 ist mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 342, einem Uberdruckleitungsventil 343 und einem Unterdruckleitungsventil 344 in Verbindung. Ein Leichtschichtförderventil 346 ist in einer Leitung 347 an einer Düse 345 installiert, die ihrerseits in den oberen Teil des Behälters 337 hineinreicht. Im oberen Teil des Behälters mündet außerdem ein Rohr 348, das mit einem Umschaltventil 349 für seine selektive Verbindung mit Waschlösung sieitungen 350, 351 in gleicher Weise wie bei der Rühreinheit 515 ausgerüstet ist. Damit ergibt sich eine Absetzeinheit 516. Das untere Ende des Probenrohres 338 trägt hier seine öffnung vorzugsweise in der Mitte der Zwischenkammer F des Behälters 337, während sich die Endöffnung der Düse 345 vorzugsweise im unteren Teil der Leichtschichtkammer E befindet. So sind die Rühreinheit 515 und die Absetzeinheit 516 unter Bildung einer Extraktionseinheit zur Entnahme der leichten Schicht kombiniert.

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Der Betrieb dieser Extraktionseinheit soll nun erläutert werden: Es wird angenommen, daß die zu verarbeitende Probe 100 ml beträgt und daß die darin enthaltenen zu extrahierenden Bestandteile mittels 10 ml eines Extraktionslösungsmittels zu extrahieren sind, das von geringerem spezifischem Gewicht als dem der Probe ist. Dabei ist eine "geeignete Kapazität" für die Schwer Schichtkammer G derart, daß die Summe der Kapazität der Kammer G und einer Hälfte der Kapazität der Zwischenkammer F 100 ml beträgt. Mit anderen Worten führen 100 ml der die schwere Schicht darstellenden Probe, wenn sie sich im Behälter 337 befinden, zu einem Flüssigkeitsniveau in der Nähe der Endöffnung des Probenrohres 338. Eine "geeignete Kapazität" für die Leichtschichtkammer E ist derart, daß, wenn sich eine leichte Schicht über der schweren Schicht befindet, der Flüssigkeitsspiegel der leichten Schicht angenähert die halbe Höhe der Leichtschichtkammer E erreicht (wobei das Volumen in diesem Ausführungsbeispiel etwa 20 cm ist).

Zunächst werden das Probenleitungsventil 323 und das Unterdruckleitung sventil 329 geöffnet, um die Probe durch das Probenrohr 322 in den Behälter 321 zu fördern. Das Extraktionslösungsmittel kann mit der Probe vorgemischt sein oder durch nicht dargestellte, jedoch im Zusammenhang mit der Reagenzzusatzeinheit bereits erläuterte Mittel getrennt in den Behälter eingeführt werden. Nachdem die Probe und das Extraktions lösung s mittel in den Behälter 321 eingebracht sind, können alle Ventile geschlossen werden, oder, falls erforderlich, wird das Atmosphärendruckventil 327 geöffnet, und die Charge wird unter Rühren mittels des Rührflügels 335 vermischt, der z.B. durch die ma-

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gnetische Rühreinrichtung 336 angetrieben wird. Der Behälter 321 und der Rührflügel 335 sind selbstverständlich so gestaltet, daß sie sich für den Extraktions Vorgang eignen. Nach dem Rühren während einer zum Extrahieren ausreichenden Zeitdauer wird das Rühren unterbrochen, das Atmosphärendruckleitungsventil 327 wird geschlossen, und das Überdruckleitungsventil 328, das Probenleitungsventil 325 und das Atmosphärendruckleitungsventil 342 werden geöffnet. Durch diesen Vorgang des aktiven Förderns von der Rühreinheit 515 aus wird die Proben-Lösungsmittel-Mischung in den Behälter 337 gefördert. Da ein Extraktionslösungsmittel oft relativ flüchtig ist, ist hierbei das passive Fördern von der Rühreinheit 515 aus nicht ratsam . Nach der Überführung der Proben-Lösungsmittel-Mischung in die Absetzeinheit 516 werden alle Ventile wieder geschlossen, und man läßt die Mischung für eine zur Auftrennung der Flüssigkeit in eine schwere und eine leichte Schicht ausreichende Zeitdauer ruhig stehen. Die so entmischte und abgetrennte leichte Schicht wird durch öffnen des Leichtschichtförderventils 346 und des Überdruckleitungsventils 343 und Austreiben der Schicht durch die im unteren Teil der Leichtschichtkammer E endende Düse 345 zur Leitung 347 ausgetrieben. Hierbei muß dafür gesorgt werden, eine Druckquelle (mit positivem Druck) zu verwenden, die die Grenze zwischen der leichten und der schweren Schicht nicht stört. Wenn die zurückbleibende schwere Schicht der Proben-Lösungsmittel-Mischung durch eine folgende chemische Analyse zu untersuchen ist, werden dann nur das Uberdruckleitungsventil 343 und das Probenleitungsventil 340 geöffnet, um die schwere Schicht aus dem Behälter 337 herauszufordern. Der Teil der restlichen Proben-Lösungsmittel-Mischung, der sich nahe

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der Grenzfläche zwischen der leichten und der schweren Schicht befindet, muß intakt gelassen werden, um ihn nachher durch das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 352 zu entfernen. Das Waschen des Inneren des Behälters 231 wird in gleicher Weise, wie im Zusammenhang mit der Wascheinheit 511 beschrieben, durchgeführt. Es kann durch Rühren mittels des Rührflügels 335 unterstützt werden. Das Innere des Behälters 337 kann ebenfalls nach dem gleichen Verfahren wie mit der Wascheinheit 511 gewaschen werden.

Was die Extraktionseinheit zur selektiven Entnahme einer schweren Schicht betrifft, ist festzustellen, daß die zu verwendende Rühreinheit 515 die gleiche wie die zur Entnahme der leichten Schicht ist, weshalb hier für das Entnehmen der schweren Schicht nur die Absetzeinheit im einzelnen anhand der Fig. 17 beschrieben werden soll. Man erkennt hier zunächst den Behälter 361. Eine Düse 362 ist in den unteren Teil des Behälters dicht eingeführt, und die Düsenmündung befindet sich hierin an einem Punkt, der im folgenden noch beschrieben wird. An ihrem unteren Ende außerhalb des Behälters ist die Düse mit einem Probenleitungsventil 363 und einer nicht dargestellten (der Probenleitung 338 in Fig. 16, wenn diese Absetzeinheit mit der Rühreinheit 515 zu verbinden ist, entsprechenden) Probenleitung verbunden. Ein Probenauslaßrohr 364 mündet im unteren Teil des Behälters 361 und führt am anderen Ende zu einem Probenleitungsventil 365 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 370. In Verbindung mit einem im oberen Teil des Behälters mündenden Leitungsverzweiger 366 sind ein Atmosphärendruckleitungsventil 367, ein Überdruckleitungsventil 368 und ein Unterdruckleitungsventil 369 installiert. Außerdem sind eine

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Leitung 373 für eine Waschlösung C, eine Leitung 374 für eine 'Waschlösung D und ein Umschaltventil 372 für diese beiden Leitungen vorgesehen, und ein über das Umschaltventil mit diesen Leitungen verbundenes Reagenzeinlaßrohr 371 mündet im oberen Teil des Behälters 361. Diese Bestandteile sind unter Bildung einer Absetzeinheit 517 zur Ent nahme einer schweren Schicht zusammengebaut. Die Gestalt des Behälters 361 eignet sich auch zum Waschen. Es ist zweckmäßig, daß, wenn das Volumen der zu behandelnden Probe 100 ml und das des Ex traktionslösungsmittels 20 ml betragen, die Kapazität der Schwerschichtkammer J im unteren Teil des Behälters 361 etwas geringer

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als 20 cm , also etwa 18 cm ist, während die Kapazität der oberen

Leichtschichtkammer H des Behälters 361 etwa 120 cm' ist. Die End öffnung der Düse 362 wird vorzugsweise nahe der Grenze zwischen der schweren und der leichten Schicht oder in diesem Ausführungsbeispiel an einem Punkt gehalten, der dem Spiegel der Flüssigkeit entspricht, ν gefüllt sind.

3 entspricht, wenn 20 cm in den unteren Teil des Behälters 361 ein-

Die Absetzeinheit 517 wird zur selektiven Entfernung einer schwe ren Schicht daraus in folgender Weise verwendet:

Die mittels der Rühreinheit 515 (Fig. 16) gerührte Proben-Lösungsmittel-Mischung wird durch die Düse 362 mittels aktiven Förderns von der Einheit 515 aus in den Behälter 361 gefördert. Die vor diesem Fördervorgang in eine schwere und eine leichte Schicht getrennte Probenmischung wird vom unteren Teil des Behälters 321 der Rühreinheit abgezogen, und so wird zunächst die schwere Schicht ge-

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fördert, während das Fördern der leichten Schicht unmittelbar nach dem Erreichen des offenen Endes der Düse 362 durch das Flüssigkeitsniveau der schweren Schicht beginnt. Folglich ergibt sich praktisch keine Möglichkeit einer Störung der Schichten durch das Strömen der Probenmischung in die Absetzeinheit. Man läßt die Flüssigkeit für eine zum sorgfältigen Auftrennen in die schwere und die leichte Schicht ausreichende Zeitdauer stehen. Dann werden, wenn die schwere Schicht allein zu entnehmen ist, das Probenleitungsventil 365 und das Überdruckleitungsventil 368 geöffnet. Man muß darauf achten, diesen Fördervorgang so abzubrechen, daß noch ein Teil der schweren Schicht zurückbleibt. Wenn unmittelbar danach die leichte Schicht zwecks chemischer Analyse abgezogen werden soll, ist es möglich, das Abfallflüssigkeitsleitungsventil 370 und das Überdruckleitungsventil 368 zu öffnen, um zunächst den Rest der schweren Schicht und einen unteren Teil der leichten Schicht abzulassen, und danach das Probenleitungsventil 365 und das Überdruckleitungsventil 368 zu öffnen, um den Rest der leichten Schicht zu entnehmen. Das Auswaschen des Inneren des Behälters 361 läßt sich allgemein entsprechend dem im Zusammenhang mit der Wascheinheit 511 beschriebenen Verfahren durchführen.

Das achte Beispiel der Einheitsvorrichtungen ist eine Inkubationseinheit, die schematisch in Fig. 18 dargestellt ist. Da die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion allgemein von der Temperatur abhängt, ist es häufig erforderlich, eine konstante Umgebungstemperatur für den Reaktionsbehälter aufrechtzuerhalten. Das bei diesem Ausführungsbeispiel angewandte Verfahren besteht z. B. darin, ein Wärme

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Übertragungsmedium wie Wasser mit konstanter Temperatur um den Reaktionsbehälter zirkulieren zu lassen. Man erkennt hier zunächst einen Behälter 381. Ein mit einem Probenleitungsventil 383 versehenes Probenrohr 382 mündet im oberen Teil des Behälters. Ein Probenauslaßrohr 384, das im unteren Teil des Behälters mündet, ist mit einem Probenleitungsventil 385 und einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 390 bestückt. Ein ebenfalls mit dem oberen Teil des Behälters verbundener Leitungsverzweiger 386 steht mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 387, einem Überdruckleitungsventil 388 und einem Unterdruckleitungsventil 389 in Verbindung. Ganz um den Behälter herum mit Ausnahme dessen Oberwand ist ein Mantel 391 in Form eines geschlossenen Gehäuses vorgesehen, das nur an einem Konstanttemperaturwassereinlaß K und einem Konstanttemperaturwasserauslaß L geöffnet ist, wobei das Probenauslaßrohr 384 vom Behälter 381 dicht durch die untere Wand des Mantels 291 geführt ist. Diese Teile bilden eine Inkubationseinheit 518.

Es soll nun der Betrieb dieser Inkubationseinheit erläutert werden. Zunächst führt man ein Wärmeübertragungsmedium, wie z. B. Wasser mit einer bestimmten Temperatur durch den Konstanttemperaturwassereinlaß K in den Mantel 391 ein und läßt es durch den Auslaß L überfließen, so daß die Temperatur des Behälters 381 auf einem bestimmten Niveau konstant gehalten werden kann. Eine Probe wird nach dem aktiven Förderverfahren in den Behälter 381 der Inkubationseinheit unter öffnung des Probenleitungsventils 383 und des Unterdruckleitungsventils 389 eingeführt. Nach diesem Einbringen der Probe wird das Atmosphärendruckleitungsventil 387 geöffnet, um die

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Probe auf Atmosphärendruck zu halten. Falls erforderlich, wird die Probe gerührt, während man das Atmosphärendruckleitungsventil geöffnet hält, und dieses Rühren erfolgt dann mit einem Rührer ζ . B. mittels einer magnetischen Rühreinrichtung. In dieser Weise erreicht die Probe die bestimmte Temperatur. Sie wird dann im Behälter für eine zur gewünschten chemischen Reaktion ausreichende Zeit gehalten. Danach werden das Probenleitungsventil 385 und das Überdruckleitungsventil 388 geöffnet, und die Probe wird durch aktives Fördern aus der Inkubationseinheit 518 an einen anderen Ort gefördert. Obwohl nach dem Ausführungsbeispiel als Wärmeübertragungsmedium zum Konstanthalten der Temperatur Wasser verwendet wird, ist es natürlich auch möglich, dieses durch eine elektrische Heizung zu ersetzen.

Das neunte Beispiel für eine Einheitsvorrichtung ist eine in Fig. 19 schematisch dargestellte Belüftungseinheit. Man erkennt hier einen Behälter 401, in dessen oberem Teil ein mit einem Probenleitungsventil 403 ausgerüstetes Probenrohr 402 mündet. Ein Probenauslaßrohr 404 mündet im Boden des Behälters 401 und weist ein Probenleitungsventil 405 auf. Ein Leitungsverzweiger 406 mündet im oberen Teil des Behälters und ist mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 407 und einem Überdruckleitungsventil 408 verbunden. Außerdem mündet im oberen Teil des Behälters ein Gassammeirohr 409, das seinerseits mit einer Falle 410 uiid einem Gassammeiventil 411 verbunden ist. Von oberhalb des Behälters 401 ist in diesen ein Belüftungsrohr 413 eingeführt, das in einer Düse 414 am unteren Ende ausläuft. Das andere Ende des Belüftungsrohres 413 ist mit einem Be-

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lüftungsventil 412 versehen. Aus diesen Teilen ergibt sich eine Belüftungseinheit 519.

Es soll nun der Betrieb dieser Belüftungseinheit 519 im einzelnen erläutert werden. Da die zu verarbeitende Probe häufig flüchtige Be standteile enthält, ist es zweckmäßig, die Probe unter Druck zu hal ten und sie bei passiver Funktion der Belüftungseinheit 519 unter Öffnung des Probenleitungsventils 403 und des Atmosphärendruckleitungsventils 407 in den Behälter 401 zu fördern. Dann wird das mit einem (nicht dargestellten) Gassammelbehälter verbundene Gassam- melventil 411 geöffnet, während außerdem das Belüftungsventil geöffnet wird, um ein Belüftungsgas unter Druck in die Probe einzu führen. Die Düse 414 hat eine für die Belüftungszwecke geeignete Form; z. B. kann sie die Form einer perforierten Scheibe, Kugel oder Röhre oder eines fein perforierten, gegen die Innenwand des Behälters 401 gerichteten Rohres aufweisen. Da das Gas nach der Belüftung oder Begasung (wobei es die flüchtigen Bestandteile aus der Probe erfaßt hat) auch feine Teilchen der Flüssigkeit enthält, ist im Verlauf des Gassammeirohres 409, vorzugsweise nahe dem Behälter 401, die Falle 410 vorgesehen. Die belüftete Probe wird anderswohin durch aktives Fördern von der Belüftungseinheit 519 abgeführt, wobei das Probenleitungsventil 405 und das Überdruckleitungsventil 408 geöffnet sind.

Das zehnte Beispiel von Einheitsvorrichtungen ist eine Wärmekonzentrationseinheit , die schematisch in Fig. 20 dargestellt ist und nun im einzelnen erläutert werden soll. Im oberen Teil des Reaktions-

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behälters 421 mündet ein Probenrohr 422. das seinerseits mit einem Probenleitungsventil 423 verbunden ist. Im unteren Teil des Behälters mündet ein Probenauslaßrohr 424, das einerseits mit einem Probenleitungsventil 425 und andererseits mit einem Abfallflüssigkeitsleitungsventil 430 verbunden ist. Ein ebenfalls im oberen Teil des Behälters mündender Leitungsverzweiger 126 ist mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 427. einem Überdruckleitungsventil 428 und einem Unterdruckleitungsventil 429 verbunden. Ein in Verbindung mit der oberen Mitte des Reaktionsbehälters 421 stehendes Dampf rohr ist teilweise von einem Kühlmantel 4 32 umgeben, der seinerseits einen Kühlwassereinlaß 433 und weiter oben einen Kühlwasserauslaß 434 aufweist. Nahe über dem oberen Ende des Mantels ist ein Dampfventil 435 installiert. Ein Kapillarrohr 436 erstreckt sich von oberhalb des Reaktionsbehälters 421 in diesen hinein und weist eine Endöffnung im unteren Teil des Behälters auf, während das obere Ende des Rohres 436 über ein Ventil 437 mit einer Leitung 438 verbunden ist. Ein weiter unten näher beschriebenes Ölbad 444 umgibt den Reaktionsbehälter 421 mit Ausnahme dessen oberen Teils, wobei das Probenauslaßrohr 424 durch die untere Behälterwand dicht durchgeführt ist. Aus diesen Teilen ergibt sich eine Wärmekonzentrationsein heit 520. Ein das Ölbad enthaltender Mantel 439 ist im oberen Teil mit einem Rückflußrohr 441 versehen, das einstückig mit einem Luftkondensator 442 und einer ins Freie führenden Öffnung 443 ausgebildet ist. Eine elektrische Heizung 440 ist flüssigkeitsdicht im unteren Teil des Ölbades abgedichtet. Der Mantel 439 wird mit einem (nicht dargestellten) Öltyp mit hohem Siedepunkt und niedrigem Dampfdruck gefüllt.

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Die Betriebsfunktion dieser Einheit ist folgende: Das Öl im Mantel 439 wird durch die elektrische Heizung 440 erhitzt und teilweise verdampft. Der Öldampf wird durch den Luftkondensator 442 (der, falls erforderlich, durch einen Wasserkondensator ersetzt sein kann) gekühlt und durch das Rückflußrohr 441 in das Ölbad zurückgeführt. Die ins Freie führende öffnung 443 ermöglicht, daß im Mantel 439 der jeweilige Atmosphärendruck beibehalten wird. Die Öltemperatur läßt sich durch Steuern der Stromzufuhr zur elektrischen Heizung 440 auf einem bestimmten Wert halten.

Es wird nun angenommen, daß das Probenleitungsventil 423 geöffnet, die Probe in den Reaktionsbehälter 421 eingeführt und das Dampfventil 435 geöffnet ist. Das auf eine geeignete Temperatur vorgewärmte Ölbad 444 wird durch die elektrische Heizung 440 auf eine bestimmte Temperatur weiter aufgeheizt. Falls die Probe bis zu ihrem Siedepunkt zu erhitzen ist, ist es zweckmäßige Praxis, reine Luft oder Inertgas unter geringem Druck in die Leitung 438 einzuleiten und das Ventil 437 zu öffnen, so daß die Luft bzw. das Inertgas nach und nach aus dem Kapillarrohr 436 mit einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit, um ein Stoßen zu vermeiden, ausgeblasen wird. Der am mittleren Teil des Dampfrohres 431 vorgesehene Kühlmantel 432 dient zum Kondensieren hoch siedaider Bestandteile der Probe und zur Rückführung des Kondensats in den Behälter. Hierfür wird Kühlwasser durch den Einlaß 433 in den Kühlmantel 432 eingeführt und fließt durch den Auslaß 434 ab. Wenn niedrig siedende Bestandteile zu erfassen sind, kann ein (nicht dargestellter) Sammelbehälter am anderen, d.h. oberen Ende des Dampfventils 435 angeordnet werden.

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Falls die Einheit lediglich zur Erhitzung bestimmt ist, kann ein Kühlmantel mit einer geeignet gewählten Länge zwecks Rückflusses jedes Tropfens des Kondensats verwendet werden. Nach der Wärmekonzentration bis zu einem bestimmten Wert wird die Erhitzung unterbrochen. Man schließt das Ventil 437 und das Dampfventil 435, während das Probenleitungsventil 425 und das Atmosphärendruckleitungsventil 427 oder das Überdruckleitungsventil 428 betätigt, d. h. geöffnet werden, um entweder das passive oder das aktive Fördern der konzentrierten Probe aus der Wärmekonzentrationseinheit 520 an eine andere Stelle zu bewirken.

Das elfte Beispiel der Einheitsvorrichtungen ist eine Destillationseinheit. Fig. 21 ist eine schematische Darstellung dieser Anordnung. Diese Einheit besteht aus drei Hauptbestandteilen, und zwar einem Heizbehälterteil, einem Kühlerteil und einem Destillatbehälterteil. Der Heizbehälterteil ist der vorstehend beschriebenen Wärmekonzentrationseinheit analog. Der Behälter 451 ist an seinem oberen Teil mit einem Probenrohr 452 zwecks Zuführens der Probe durch ein Probenleitung sventil 453 verbunden. Im unteren Teil des Behälters mündet ein Probenauslaßrohr 454, das seinerseits mit einem Abfallflüssigkeitsventil 459 verbunden ist. Außerdem mündet ein Leitungsverzweiger 455 im oberen Teil des Erhitzungsbehälters und ist andererseits mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 456, einem Überdruckleitungsventil 457 und einem Unterdruckleitungsventil 458 versehen. Der Erhitzungsbehälter 451 ist außerdem durch seine Oberwand hindurch mit einem Dampfrohr 466 verbunden. Ein noch zu beschreibendes Ölbad 465 umgibt den Erhitzungsbehälter 451 mit Ausnahme des-

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sen oberen Teils, wobei das Probenauslaßrohr 454 nach unten durch die untere Wand des Ölbadmantels dicht durchgeführt ist. Diese Bestandteile bilden eine Erhitzungsbehälterteileinheit 467. Das Ölbad 465 umfaßt: einen Mantel 460, der den Erhitzungsbehälter 451 mit Ausnahme dessen oberen Teils umgibt und die genannte Durchführung des Probenauslaßrohres 454 aufweist; ein Rückflußrohr 461, das im oberen Teil des Mantels mündet, mit einem Luftkondensator 462 ausgebildet ist und an seinem oberen Ende mit einer ins Freie führenden Öffnung 463 ausläuft; eine im Bad am Boden des Mantels 460 abgedichtet angebrachte elektrische Heizung 464; und ein chemisch stabiles Öl oder Heizmedium mit hohem Siedepunkt und niedrigem Dampfdruck im Mantel 460. Der zweite wesentliche Bestandteil der Destillationseinheit, nämlich der Kühlerteil 471, umfaßt einen Kühlmantel 468 mit einem Kühlwassereinlaß 469 und einem höhergelegenen Kühlwasserauslaß 470, wobei der Kühlmantel an einem Ende mit dem Dampfrohr 466 und am anderen Ende mit einem Sperrventil 472 verbunden ist, das einen Schwimmer 473 enthält. Als dritter Hauptbestandteil der Destillationseinheit umfaßt der Destillatbehälterteil 483: einen Aufnahmebehälter 474, in dem sich eine mit dem Sperrventil 472 verbundene Düse 482 nach unten erstreckt; ein Probenauslaßrohr 477, das im unteren Teil des Aufnahmebehälters 474 mündet und mit einem Probenleitungsventil 478 verbunden ist; einen Leitungsverzweiger 479, der im oberen Teil des Behälters mündet und mit einem Atmosphärendruckleitungsventil 480 und einem Überdruckleitungsventil 481 versehen ist; und ein Reagenzeinlaßrohr 475, das im oberen Teil des Behälters 474 mündet und mit einem Reagenzeinlaßventil 476 verbunden ist. Der Erhitzungsbehälterteil 467, der Kühlerteil 471 und

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der Destillatbehälterteil 483 sind zur Bildung der gesamten Destiliationseinheit kombiniert.

Es soll nun der Betrieb der Destillationseinheit erläutert werden: Das Öl im Mantel 460 wird durch die elektrische Heizung 464 erhitzt und teilweise verdampft. Der Öldampf wird durch den Luftkondensator 462 (oder, falls erforderlich, durch einen Wasserkondensator) gekühlt und durch das Rückflußrohr 461 indem Mantel zurückgeleitet. Die ins Freie fahrende Öffnung 463 ermöglicht die Aufrechterhaltung von Atmosphärendruck im Mantel 460, und eine Steuerung der Stromzufuhr zur elektrischen Heizung 464 macht es möglich, die öltemperatur auf einer bestimmten Höhe zu halten. Das Sperrventil 472 funktioniert in der "Weise, daß es. wenn keine Flüssigkeit darin vorliegt, nicht als Ventil wirkt, daß jedoch, wenn Flüssigkeit darin enthalten ist, der Schwimmer 473 unter Sperrung des Durchlasses für eine Aufwärtsströmung, jedoch ohne Behinderung einer Abwärtsströmung ansteigt. Daraus ergibt sich, daß, wenn das Sperrventil 472 nicht mit einer Flüssigkeit gefüllt ist (oder wenn alle anderen Ventile der Destillationseinheit geschlossen sind), der Erhitzungsbehälter 451 und der Aufnahmebehälter 474 miteinander über den Kühler 471 in Verbindung stehen und so ein von der Umgebung unabhängiges geschlossenes System bilden. Die zu destillierende Probe kann in den Erhitzungsbehälter 451 auf vier verschiedene Arten eingeführt werden. Eine Art (A) ist ein passives Fördern in die Destillationseinheit bei offenem Probenleitungsventil 453 und offenem Atmosphärendruckleitungsventil 456. Die zweite Art (B) ist ein passives Fördern in die Destiilationseinheit bei geöffnetem Probenleitungsventil 453 und ge-

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öffnetem Atmosphärendruckleitungsventil 480. Die dritte Möglichkeit (C) sieht das öffnen des Probenleitungsventils 453 und des Unterdruckleitungsventils 458 zwecks Vornahme eines aktiven Förderns in die Destillationseinheit vor. Die vierte Möglichkeit (D) besteht im öffnen des Probenleitungsventils 453 und eines (nicht dargestellten) Unterdruckleitungsventils, das mit dem Leitungsverzweiger 479 verbunden ist, und damit im aktiven Fördern in die Destillationseinheit. Eine dieser vier Arten kann unter Berücksichtigung der Kombination dieser Einheit mit einer oder mehreren anderen Einheiten gewählt werden.

Bei Stromzufuhr zur elektrischen Heizung 464 wird das auf eine geeignete Temperatur vorgeheizte ölbad auf eine gewünschte Temperatur weitererhitzt, und die Destillation beginnt. Zu didser Zeit muß das Atmosphärendruckleitungsventil 480 offen gehalten werden. Wenn ein Stoßen der Probe zu verhindern ist, sollte gleichzeitig auch das bei der Wärmekonzentrationseinheit 520 verwendete Verfahren angewandt werden. Der Dampf der Probe wird durch den Kühler 471 kondensiert , tropft durch die Düse 482 und wird im Aufnahmebehälter gesammelt. Wenn man die destillierte Probe durch deren Absorption in einem Absorptionsmittel zu stabilisieren wünscht, wird das Absorptionsmittel vorab durch das Reagenzeinlaßventil 476 in den Behälter 474 eingeführt. Eine sorgfältige Wahl der Stellung der Endöffnung der Düse 482 relativ zum Reagenzniveau ist wesentlich. Dies kann eine Modifizierung der Bodenkontur des Aufnahmebehälters erforderlich machen. Wenn die Düse an ihrem offenen Ende während der Destillation in die destillierte Probe eintaucht, bildet der Erhitzungs-

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behälter ein geschlossenes System. Dabei kann eine Druckänderung zu einem Rückstrom der destillierten Probe durch die Düse 482 nach oben zum Kühler 471 führen. Wenn dies geschieht, steigt der Schwimmer 473 und ergibt die Sperrung des Sperrventils 472, die die destillierte Probe am Rückfließen zum Kühler 471 in der schon erläuterten Weise hindert. Nach einer Destillation während einer bestimmten Zeitdauer oder nachdem eine bestimmte Menge Destillat erhalten ist (die nach dem Flüssigkeitsspiegelerfassung sverfahren wie bei der schon beschriebenen Verdünnungseinheit bestimmt werden kann, obwohl solche Mittel hier nicht dargestellt sind), wird die elektrische Heizung 464 ausgeschaltet und das Atmosphärendruckleitungsventil 456 (oder, falls erforderlich, das Überdruckleitungsventil 457) geöffnet , und nachdem der Druck innerhalb des Systems auf Atmosphärendruck zurückgeführt ist, werden alle Ventile geschlossen. Das Atmosphärendruckleitungsventil 456 muß eventuell in Abhängigkeit vom Zustand des Ölbades 465 offen gehalten werden. Rückstände läßt man aus dem Erhitzungsbehälter 451 durch öffnen des Abfallflüssigkeitsleitungsventils 459 ab, und die Probe im Destillatbehälterteil 483 wird unter öffnen des Probenleitungsventils 478 anderswohin gefördert. Das Auswaschen des Erhitzungsbehälters 451 und des Aufnahmebehälters 474 kann in der bereits im Zusammenhang mit der Wascheinheit beschriebenen Weise durchgeführt werden. Wenn der Kühler 471 zu reinigen ist, kann er entweder mit der in der vorstehend beschriebenen Weise destillierten Waschlösung gewaschen oder mit einem Strom von Luft oder Inertgas gereinigt werden.

Bisher wurde eine Gesamtzahl von elf typischen Einheitsvorrich-

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tungen mit verschiedenen Funktionen für chemische Vorgänge im einzelnen beschrieben. Wie in den weiter zurückliegenden, vom Grundprinzip der Erfindung handelnden Abschnitten festgestellt wurde, lassen sich diese Einheitsvorrichtungen frei kombinieren, um die besonderen Anforderungen für verschiedene chemische Analysen zu erfüllen, und in dieser Weise können vollautomatische Analyseoperationen ermöglicht werden.

Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun eine automatische Analysieranlage, die im Einklang mit der Erfindung zur Durchführung des Prüfverfahrens B (Indophenoltest) zwecks Analyse von Ammoniumionen gemäß JIS (jap. Industriestandards) K-102 aufgebaut ist, beschrieben werden.

Zunächst soll der Indophenoltest kurz erklärt werden. 100 ml Prüfwasser (üblicherweise durch den Zusatz von Salzsäure für Konservierzwecke auf einen pH-Wert von etwa 2 eingestellt) werden durch Zutropfen einer Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von etwa 7 neutralisiert. Unter Zusatz von 1 ml Zinksulfatlösung wird die gemischte Lösung unter Rühren sorgfältig durchmischt. Der pH-Wert wird dann durch Zusetzen einer Mischlösung von Natriumhydroxid und Natriumkarbonat (üblicherweise in einer Menge von 0,3 - 0,5 ml) auf etwa 10,5 eingestellt. Die Mischung wird unter Rühren erneut sorgfältig durchmischt und dann für einige Zeit stehen gelassen, worauf man die überstehende Flüssigkeit abtrennt oder abfiltriert, um eine klare Lösung zu erhalten. Eine geeignete Menge dieses Prüf wassers wird mit Salzsäure auf einen pH-Wert von etwa 7 neutralisiert, und man setzt

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Wasser zum Erhalten einer Gesamtmenge von etwa 10 ml zu. 1 ml einer EDTA (Dinatriumäthylendiamintetraazetat)-Lösung und 4 ml einer Natriumphenolatlösung werden zugesetzt, und die Mischung wird gut geschüttelt. Schließlich setzt man 3 ml Natriumhypochloritlösung und Wasser bis zum Erhalten einer Gesamtmenge von 25 ml zu und durchmischt diese durch Schütteln. Man läßt die Mischung dann etwa 20 Minuten bei 20-25 C stehen. Nach diesem Stehen wird sie in eine 10-mm-Absorptionszelle eines Spektrophotometers überführt, und man bestimmt die Extinktion in der Nähe der Wellenlänge von 635 mm, worauf die Menge der Ammoniumionen aus einer vorher vorbereiteten Kalibrierungskurve festgestellt wird.

Fig. 22 ist eine schematische Darstellung dieser automatischen Ammoniumionenanalysieranlage gemäß .der Erfindung. Es sollen nun die einzelnen Vorrichtungen erläutert werden, die zu dieser Gesamtanlage kombiniert sind. Man erkennt zunächst eine Festmengendosiereinheit 601, deren Aufbau und Funktion bereits gesondert erläutert wurden. Diese Einheit ist mit einer Dosierdüse 602 und je einem herausführenden und hereinführenden Probenleitungsventil 603 bzw. 671 versehen. Eine Reagenzzusatzeinheit 611 ist mit einer pH-Einstelleinheit verbunden. Auch der Aufbau und die Betriebsfunktionen dieser Einheiten wurden bereits im einzelnen beschrieben. Eine Probenleitung 612 führt vom Probenleitungsventil 603 zum oberen Teil des Behälters der Reagenzzusatzeinheit 611. Eine pH-Elektrode 613 ist funktionsmäßig mit einer (nicht dargestellten) außerhalb angeordneten automatischen Titriereinrichtung verbunden, so daß das Reagenz aus einer Natriumhydroxidlösungsleitung zwecks pH-Einstellung der Probe in den Behälter

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tropfen kann. Die Reagenzzusatzeinheit 611 ist außerdem mit einer magnetischen Rühreinrichtung tl4 und einer weiterführenden Probenleitung 615 versehen. Absetzbehältereinheiten 621, 621' sind so aufgebaut und ausgelegt, daß sie derart funktionieren, wie in früheren Abschnitten im Zusammenhang mit der Festmengendosiereinheit (508, Fig. 9) erläutert wurde. In den oberen Teilen dieser Absetzbehälter münden Probenleitungen 623 bzw. 623', die ihrerseits mit der Probenleitung 615 über Probenleitungsventile 622 bzw. 622' verbunden sind. Düsen 624, 624', die durch die oberen Wände der Absetzbehälter eingeführt sind und ihre Endöffnungen nahe den Böden dieser Behälter haben, sind mit Probenleitungsventilen 625 bzw. 625' oberhalb der Behälter versehen. Die Absetzbehälter 621, 621' sind zwischen der Reagenzzusatzeinheit 611 und einer nun zu beschreibenden Filtriereinheit 631 parallel geschaltet. Die Filtriereinheit, deren Aufbau und Funktion an sich bereits ausführlich beschrieben wurden, weist eine Probenleitung 632 auf, die im Behälter mündet und außerdem mit den schon erwähnten Probenleitungsventilen 625 bzw. 625' verbunden ist. Die Einheit ist außerdem mit einem vertikal und horizontal beweglichen Trichter 633 und einer mit diesem Trichter verbundenen Probenleitung 634 ausgerüstet. Eine Festmengenaufnahmeeinheit 641, die praktisch als Filtratsammeleinheit für die Filtriereinheit 631 dient, hat den Aufbau und die Funktion der bereits als Einheitsvorrichtung beschriebenen Festmengendosiereinheit (508, Fig. 9). Die Probenleitung 634 ist mit einem Probenleitungsventil 635 versehen und mündet im oberen Teil des Behälters dieser Einheit. Außerdem sind eine Düse 643 und ein Probenleitungsventil 642 hier installiert. Eine Reagenzzusatzeinheit 651 ist mit einer pH-Einstelleinheit ver-

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bunden. In dieser Einheit 651 mündet eine Probenleitung 652 in Verbindung mit dem Probenleitungsventil 642- Die Einheit ist außerdem mit einer pH-Elektrode 653, einer magnetischen Rühreinrichtung 654 usw. ausgerüstet. Eine Inkubationseinheit 661 ist aufgebaut und funktioniert in der bereits als Einheitsvorrichtung beschriebenen Weise. Sie ist mit der Reagenzzusatzeinheit 651 durch eine Probenleitung 663 verbunden, die im Boden dieser Einheit 651 mündet und durch ein Probenleitungsventil 662 zu der Einheit 661 führt. Andererseits ist die Inkubationseinheit 661 durch ein Probenleitungsventil 664 mit einer Probenleitung 672 verbunden. Obwohl nur zwei solche Inkubationseinheiten dargestellt sind, wobei die zweite Inkubationseinheit 661' die den Teilen 662 - 664 der Einheit 661 entsprechende Teile 662' - 664' aufweist, sind praktisch fünf solche Einheiten mit der Reagenzzusatzeinheit 651 und der Probenleitung 672 parallelgeschaltet. Eine Atmosphärendruckleitung 681, eine Überdruckleitung 682, eine Unterdruckleitung 683 und eine Abfallflüssigkeitsleitung 686, in der stets Saugwirkung herrscht, sind sämtlich mit den vorerwähnten Einheiten durch Ventile entsprechend der Darstellung der Fig. 22, auf die ausdrücklich verwiesen wird, verbunden. Die Funktionen dieser Ventile wurden bereits im Zusammenhang mit den einzelnen Einheitsvorrichtungen erläutert. Die Atmosphärendruck- und Überdruckleitungen sind in Verbindung mit Vorratsbehältern von reiner Luft oder von Verunreinigung freiem Inertgas wie CO -Gas. Außerdem sind eine Natriumhydroxidlösungsleitung 691, eine Zinksulfatlösungsleitung 692, eine Mischalkalilösungsleitung 693, eine Salzsäureleitung 694, eine EDTA-Lösungsleitung 695, eine Natriumphenolatlösungsleitung 696 und eine Natriumhypochloritlösungsleitung 697 vorgesehen,

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durch die dem System bestimmte Mengen der jeweiligen Lösungen zugeführt werden können. Die zwangsläufige Einführung dieser Lösungen in das System kann z. B. durch eine Kombination eines Injektors und einer Ventilbewegung, die automatisch steuerbar ist, oder durch eine handelsübliche Reagenzpipetiereinrichtung erreicht werden.

Der Betrieb dieser Ammoniumionenanalysiereinrichtung soll nun in der Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte beschrieben werden. Selbstverständlich bestehen alle Oberflächen, die in Kontakt mit der Probe und anderen zu verarbeitenden Flüssigkeiten kommen, aus chemisch beständigem Material, z. B. Glas, Fluorkohlenstoffharz, Polyvinylchlorid od. dgl., und, falls nicht anders angegeben, sind alle Ventile normalerweise geschlossen. Die (nicht dargestellte) Probenleitung in Verbindung mit dem Probenleitungsventil 671 wird in zu prüfendes Wasser eingetaucht, und das Probenleitung sventil 671 und ein mit der Düse 602 verbundenes Saugventil werden geöffnet, so daß das Testwasser durch aktives Fördern in die Festm engendosier einheit 601 eindosiert wird. Dabei sollte die Lage des offenen Ebdes der Düse 602 gleich dem Flüssigkeitsspiegel von 100 ml der Probe im Behälter sein. Nach dem Dosieren wird die in das zu prüfende Wasser eingetauchte Probenleitung herausgenommen, und die an der Innenwand der Probenleitung und der zugehörigen Teile haftende Probenmenge wird mit einem Luftstrahl sauber weggeblasen. Der von der Düse 602 abgezogene Probenteil wird in die Abfallflüssigkeitsleitung 686 abgelassen, in der stets eine Saugwirkung herrscht

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Das Atm osphärendruckleitungs ventil wird geöffnet, und der Druck im Behälter wird auf Atmosphärendruck gebracht. Dann werden das Überdruckleitungsventil und das Probenleitungsventil 603 der Festmengendos ier einheit 601 und das Atm osphärendruckleitungs ventil der Reagenzzusatzeinheit 611 geöffnet, um die Probe durch aktives Fördern von der Festmengendosiereinheit 601 in die Reagenzzusatzeinheit 611 zu fördern. Nach diesem Fördern wird das Innere der Probenleitung 612 mittels eines Luftstromes gereinigt. Wie bereits im Zusammenhang mit der pH-Einstelleinheit erwähnt, muß eine mit einer pH-Elektrode ausgestattete Reaktionseinheit stets auf Atmosphärendruck gehalten werden. Die 100-ml-Dosis des in die Reagenzzusatzeinheit geförderten Testwassers wird durch den Zusatz einer von der Leitung 691 mittels einer mit der pH-Elektrode 613 zusammenwirkenden automatischen Titriereinrichtung zugeführten Natriumhydroxidlösung auf einen pH-Wert von 7 eingestellt, während die Probe z.B. durch die magnetische Rühreinrichtung 614 gerührt wird. Dann werden 1 ml Zinksulfatlösung und 0,5 ml Natriumhydroxid-Natriumkarbonatlösung aus der Zinksulfatlösungsleitung 692 bzw. der Alkalimischlösungsleitung 693 zugesetzt. Zweckmäßig wird die Probe während dieser Zusetzvorgänge ständig gerührt. Dann ergibt sich ein weißer Niederschlag. Die Betätigung zum öffnen und Schließen der Magnetspulenventile für den vorstehenden Arbeitsgang wird durch ein Programmiergerät vorgenommen, das ein Arbeitsprogramm des Steuerablaufs mit Hilfe von elektrischen Impulsgeneratoren erzeugt, die 3-, 8- und 16-Sekundenimpulse in Intervallen von 30 Sekunden oder ähnlichen Intervallen liefern. Alle bisherigen Schritte der chemischen Behandlung und des noch zu be-

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schreibenden Waschens werden in einer Periode von fünf Minuten durchgeführt. Die Probe, die den weißen Niederschlag ergeben hat, wird durch aktives Fördern in die Absetzbehälter einheit 621 gefördert, wobei das Probenleitungsventil 622 und das Unterdruckleitungsventil der Einheit 621 geöffnet sind. In etwa 7 Minuten sammelt sich der Niederschlag unter Bildung genügend grober Teilchen zum Absetzen am Boden des Behälters an, und der flüssige Anteil wird in dem Teil der Absetzbehältereinheit, wo das untere Ende der Düse 624 geöffnet ist, fast klar. Inder Zwischenzeit werden die Festmengendosiilreinheit 601 und die Reagenzzusatzeinheit 611 nach dem im Zusammenhang mit der Wascheinheit 511 bereits beschriebenen Waschverfahren und mittels einer (nicht dargestellten) Waschdüse od. dgl. unter Verwendung einer verdünnten Säure und reinen Wassers sorgfältig gewaschen. Nach dem Waschen wird wieder unbehandeltes Testwasser eindosiert und in der beschriebenen Weise behandelt. Dann werden jedoch das Probenleitung sventil 622' und das Unterdruckleitungsventil der Einheit 621' geöffnet, und die behandelte Probe wird in die Absetzbehältereinheit 621' gefördert. Nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer werden das Überdruckleitungsventil und das Probenleitungsventil 625 der Einheit 621 geöffnet, und nur die überstehende Flüssigkeit der Probe in der Absetzbehältereinheit 621 wird von da durch aktives Fördern durch die Düse 624 in die benachbarte Filtriereinheit 631 gefördert. Die den weißen Niederschlag enthaltenden Probenrückstände werden durch die hierzu geöffneten Abfallflüssigkeitsleitungs- und Atmosphärendruckleitungsventile in die Abfallflüssigkeitsleitung 686 geleitet und verworfen. Der geleerte Behälter wird mit einer Waschlösung aus

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einer (nicht dargestellten) Waschdüse gewaschen. Da dieser Verfahrensschritt (Sammlung des Niederschlags und Waschen) etwa 10 Minuten erfordert, sind zwei Absetzbehältereinheiten 621, 621' parallelgeschaltet. Die in die Filtriereinheit 631 geförderte Probe enthält noch feine Teilchen des Niederschlages. Ein Blatt von auf geeignete Abmessungen und Form geschnittenem Filterpapier wird in einem vorher aus dem Behälter herausgenommenen Filtertrichter 633 angebracht, und das mit der Düse 643 der Festmengensammeleinheit 641 verbundene Ventil und das Probenleitungsventil 635 werden geöffnet, so daß sich das Filterpapier vom Trichter ansaugen läßt, und dann wird der Trichter abgesenkt und in die Probe eingetaucht, um die Probe durch den Trichter und die Probenleitung 634 in die Festmengensammeleinheit 641 zu fördern. Das offene Ende der Düse 643 wird auf die Höhenlage voreingestellt, die dem Flüssigkeitsspiegel bei 10 ml der Probe entspricht. Dann werden das Probenleitungsventil 642 und das Überdruckleitungsventil der Festmengensammeleinheit geöffnet, um die Probe in den benachbarten Behälter der Reagenzzusatzeinheit 651 zu treiben. Das benutzte Filterpapier der Filtriereinheit 631 wird verworfen, und die Einheit wird zusammen mit der Festmengensammeleinheit 641 mittels (nicht dargestellter) Waschdüsen gewaschen. Die gesamte für diese beiden Schritte erforderliche Zeitdauer ist etwa 5 Minuten. In der Reagenzzusatzeinheit 651 wird die Probe durch den Zusatz einer wäßrigen Lösung von Salzsäure aus der Leitung 694 und unter Einsatz der pH-Elektrode 653 auf einen pH-Wert von 7 eingestellt, während sie durch die magnetische Rühreinrichtung 654 in der im Zusammenhang mit der Reagenzzusatzeinheit 611 beschriebenen Weise gerührt wird. Dann werden 1 ml einer Dinatrium-

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äthylendiamintetraazetatlösung, 4 ml einer Natriumphenolatlösung und 3 ml einer Natriumhypochloritlösung aus den Leitungen 695 bzw. 696 bzw. 697 züge setzt. Die Mischung wird sorgfältig gerührt und mit reinem Wasser auf ein Gesamtvolumen von 25 ml in einer Verdünnungseinheit des elektrischen Leitfähigkeitstyps verdünnt, die hier nicht dargesteEt ist, jedoch schon als Einheitsvorrichtung beschrieben wurde. Die Probe wird aktiv unter Öffnung des ProbenleitungsveiÄils 662 und des Unterdruckleitungsventils in die Inkubationseinheit 661 gefördert. Anschließend wird die Reagenzzusatzeinheit 651 gewaschen. Der obige Schritt erfordert etwa 5 Minuten. Die Probe in der Inkubationseinheit 661 wird auf 25 C durch Wasser dieser Temperatur gehalten, das man durch den Mantel der Einheit zirkulieren läßt. Da die für diesen Schritt der Farbentwicklung und Stabilisierung erforderliehe Zeit etwa 20 Minuten beträgt und auch die folgenden Proben an dieser Einheit in Abständen von 5 Minuten eintreffen, sind praktisch 5 solche Inkubationseinheiten parallelgeschaltet, und die Proben werden nacheinander in diesen Einheiten zeitweilig gespeichert. Dies bedeutet, daß, wenn die fünfte Inkubationseinheit mit einer Probe beschickt wird, die Probe in der ersten Einheit 661 bereits etwa 20 Minuten bei 25 C gehalten wurde und die dabei entwickelte Farbe stabilisiert ist. Daher werden dann das Überdruckleitungsventil und das Probenleitungsventil 664 geöffnet, und die Probe wird durch die Probenleitung 672 zur Strömungszelle im sichtbaren Berei ch eines (nicht dargestellten) Spektrophotometers gefördert, um die Extinktion zu messen. Nachdem jede Probe in dieser Weise gefördert und behandelt wurde, werden die Probenleitung 672 und die Strömungsaslle mit einem · Luftstrom gereinigt. Die für den vorstehend erläuterten Sehritt erfor-r

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derliche Zeit ist 5 Minuten. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Analysenergebnisse der ersten Vasserprobe bei dieser automatischen Analysiereinrichtung etwa 45 Minuten nach ihrer Einführung in die Anlage erhalten werden und daß von da ab die Ergebnisse der folgenden Proben in Abständen von 5 Minuten feststehen. Die Ergebnisse werden einer Datenverarbeitung durch eine elektronische Apparatur auf Basis von Kalibrierkurven unterworfen, die vorher aus Kontrolltests erhalten worden sind, in Gewichtsanteile von Ammoniakgehalten od. dgl. umgewandelt und dann zusammen mit den Probennummern und sonstiger Information gespeichert. Bei einem typischen Versuch mit dieser Analysieranlage wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Die Kalibrierkurve erreichte Linearität mit 0-3 ppm, die Reproduzierbarkeit war 3 % in Form des Cv-Wertes, die Empfindlichkeit war 1 % der vollen Skala, und der Grad der Verunreinigung war 3 %. Diese Werte deuten an, daß die Anlage als vollautomatische Analysiereinrichtung von großem Wert ist.

Während das Programmiergerät für die Reihenfolge des öffnens und Schließens der Magnetspulenventile in diesem Ausführungsbeispiel vom elektronischen Typ ist, lassen sich auch eigentliche Fluidelemente statt dessen verwenden. Im letzteren Fall werden vorteilhaft pneumatisch angetriebene Ventile anstelle der Magnetspulenventile eingesetzt.

Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sollen noch einige weitere Einheitsvorrichtungen erläutert werden. Eine davon dient dem Rühren bei einem Extraktionsvorgang. Das Rühren wird hier nicht unter Verwendung einer äußeren Kraftquelle

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wie der magnetischen Rühreinrichtung nach Fig. 16 erreicht, sondern basiert auf mechanischen Mitteln, wie in Fig. 23 veranschaulicht ist. In Fig. 23 erkennt man einen Glasbehälter 701 mit einem oberen Halsansatz 702, eine Welle 703 aus Glas, fluorhaltigem Kunstharz oder einem anderen chemisch stabilen Material, die in den Halsansatz unter Bildung einer Labyrinthdichtung eingepaßt ist, einen mit Flügeln versehenen Rotor 704 aus Glas oder ein anderes chemisch stabiles Organ, der bzw. das am unteren Ende der Welle 703 angebracht ist und sich in einem passenden Teil des Behälters befindet, und einen Motor 705 zum Antrieb der Welle und des Rotors mit geeigneter Drehzahl. Obwohl nicht dargestellt, sind selbstverständlich Ventile zum Fördern von Proben am Behälter angeordnet. Unter diesen kann ein Überdruckleitungsventil 706 teilweise geöffnet sein, um stets einen gewissen Gasüberdruck im Behälter 701 aufrecht zu erhalten und so ein Festfressen der Labyrinthdichtung zu vermeiden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das Erhitzen von Proben, und eine entsprechende Vorrichtung zum Erhitzen gemäß der Erfindung ist in den Fig. 24a und 24b veranschaulicht, die einen Vertikalschnitt bzw. einen Querschnitt nach den Pfeilen XXIVb der Fig. 24a zeigen. Abweichend von den Heizmitteln in dem bereits früher beschriebenen Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Ölbades ist diese Anordnung so ausgelegt, daß nur ein elektrisches Heizgerät im Behälter vorgesehen ist. Ein mit (nicht dargestellten) Probenleitungen und Ventilen ausgestatteter Behälter 711 weist einen hohlen Ring 713 von kreisförmigem Querschnitt auf, der nahe dem Boden des Behälters durch einen Verbindungsteil 714 unter einstücki-

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ger Verbindung mit der Außenwand des Behälters gehalten ist. Ein elektrischer Heizdraht 712 ist in den Ring 713 durch Löcher 715 eingeführt, die den Kreisringraum mit dem Äußeren verbinden.

Hinsichtlich der Ventile sei darauf hingewiesen, daß die zum Kontakt mit Flüssigkeiten bestimmten (den schon beschriebenen Probenleitungsventilen entsprechenden) Ventile Klemmventile, kleine Umschaltventile und Wechselventile sind. Zusätzlich können Rückströmungsventile für andere Ausführungsbeispiele verwendet werden. Bei einem Probenfördersystem unter Verwendung von Rückströmungsventilen ist es nicht stets möglich, sowohl das aktive als auch das passive Förderverfahren wie bei den bisher beschriebenen Einheiten anzuwenden. Jedoch wird die Beschränkung, daß nur eines der beiden sonst möglichen Verfahren anwendbar ist, durch den Vorteil des vereinfachten Aufbaus dieser Ventile kompensiert.

Unter den möglichen Kombinationen von Einheitsvorrichtungen gemäß der Erfindung gibt es zusätzlich zu den bereits beschriebenen Ammoniakanalysieranlagen Metallanalysiereinrichtungen, die mit Extraktoren, Zyanidüberwachungseinrichtungen mit Heizungs- und Destillationsgeräten ausgerüstet sind, sowie auch verschiedene andere automatische Analysiereinrichtungen, die durch automatische analytische Vorgänge vervollkommnet sind, die bisher per Hand vorzunehmen waren.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, bietet die Erfindung folgende Vorteile:

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(1) Wo mehrere Proben chemisch in der bisher üblichen Weise zu analysieren sind, ist das verarbeitbare Volumen jeder Probe auf maximal 10 oder etwa 10 ml begrenzt. Erfindungsgemäß lassen sich dagegen viele Proben in weit größeren Einheitsvolumina, und zwar etwa zwischen 25 und 200 ml verarbeiten.

(2) Einzelvorrichtungen für verschiedene im Lauf von chemischen Analysen erforderliche Vorgänge, z. B. Filtration, Belüftung, Wärmedestillation, Wärmekonzentration, Reagenzzusatz, Rühren, pH-Einstellung , Extraktion, Zentrifugaltrennung und Auflösung, lassen sich selektiv an irgendeiner Stelle einer Anlage von analytischen Geräten einer automatischen Analysiereinrichtung einfügen. Außerdem lassen sich das Dosieren, die Vorbehandlung von Proben, die Analyse und das Speichern mit Instrumenten automatisch steuern.

(3) Von den chemischen Vorgängen lassen sich solche, die üblicherweise lange Zeitdauern erfordern, z. B. thermische Destillation und thermostatische Überwachung, wirkungsvoll mit erhöhten Kapazitäten vornehmen, da man eine Mehrzahl von entsprechenden Behandlung seinheiten hierbei mit den übrigen Einheitsvorrichtungen parallel schalten kann.

(4) Da eine gegenseitige Störung analytischer Schritte beseitigt ist und die Einheiten für die chemische Analyse jeweils für unabhängige Einzelschritte ausgelegt sind, läßt sich das gesamte analytische Verfahren ohne weiteres einfach modifizieren.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung für chemische Behandlungen, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Behälter (z. B. 61), Leitungen (z.B. 62, 64) zum Fördern von Proben und wahlweise zu öffnende Ventile (z. B. 67, 68, 69), die über und unter dem Behälter zwecks Anschluß an diesen installiert sind, und Gasquellen auf atmosphärischem Druck, erhöhtem Druck und Unterdruck in Verbindung mit je einem der Ventile (z. B. 67, 68, 69), die der wahlweisen Betätigung zur Steuerung des Drucks der Atmosphäre im Behälter zwecks Förderns einer Probe von draußen in den Behälter oder umgekehrt dienen (Fig. 6)

2. Anlage für chemische Behandlungen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Vorrichtungen nach Anspruch 1 und dadurch, daß der Druck der Atmosphäre in jedem vorangehenden Behälter (z. B. 621) auf einen höheren Wert als der Druck in dem benachbarten, unmittelbar folgenden Behälter (z. B. 631) steuerbar und so die Probe nacheinander zu den aufeinanderfolgenden Behältern (z. B. 631, 641) förderbar ist (Fig. 22).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 131) mit Mitteln (z. B. Flügel 144, magnetische Rühreinrichtung 145) zum Rühren der Probe versehen ist (Fig. 8).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Behälter (ζ. B. 151) zur Aufnahme einer bestimmten Menge der Probe mit einer Düse (z. B. 160) versehen ist (Fig. 9).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 171; 191) mit Mitteln (183, 184, 185; 203, 204) zum Erfassen des Niveaus der darin enthaltenen Flüssigkeit ausgerüstet ist (Fig. 10} 11).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 211) mit Mitteln (217 - 221) zum Waschen oder sonstigen Reinigen seiner Innenwand versehen ist (Fig. 12).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 271) mit Mitteln (z. B. 281) zum Filtrieren der Probe darin ausgerüstet ist (Fig. 14).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 321) mit Mitteln (z. B. 516; 517) zum Extrahieren der Probe darin versehen ist (Fig. 16; 17).

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 381) mit Mitteln (z. B. 391) zum thermostatischen Behandelnder Probe darin ausgerüstet ist (Fig. 18).

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Behälter (ζ. B. 401) mit Mitteln (z. B. 413, 414) zum Belüften der Probe versehen ist (Fig. 19).

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 421) mit Mitteln (z. B. 444) zum Erhitzen und Konzentrieren der Probe ausgerüstet ist (Fig. 20).

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (z. B. 451) mit Mitteln (z. B. 471, 483) zum Destillieren der Probe versehen ist (Fig. 21).

13. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich einen mit einer pH-Einstelleinheit (z. B. pH-Elektrode 613) versehenen Behälter (z. B. 611) aufweist, in dem atmosphärischer Druck beibehaltbar ist (Fig. 22, Fig. 13).

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