DE2548728A1

DE2548728A1 - Vorrichtung und verfahren zur analytischen bestimmung von substanzen in loesung

Info

Publication number: DE2548728A1
Application number: DE19752548728
Authority: DE
Inventors: Detlef Eugen Dr Bodart
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1977-05-05
Also published as: DE2548728C2; BE847793A; NL7612020A; US4073623A; IT1066731B; NL186113C; JPS5933218B2; FR2329996B3; CH608102A5; GB1529408A; NL186113B; JPS5256995A; FR2329996A1

Description

Merck Patent Gesellschaft 29. Oktober 1975

mit beschränkter Haftung

Darmstadt

Vorrichtung und Verfahren zur analytischen Bestimmung von Substanzen, in Lösung

HaITdquantitative analytische Meßverfahren der optiaohen Kolorimetrie basieren auf der visuellen Messung von Färbungen, die in Lösungen durch Zugabe bestimmter Reagen- . zien entstehen. Die Lösungen können je nach Farbreaktion und Meßbereich von sehr unterschiedlicher Farbintensität sein. Die Messung erfolgt im Normalfall durch Farbvergleich gegen Standardlösungen.

Die optisch-visuelle Kolorimetrie von schwach gefärbten Lösungen wird in der Regel in Standzylindern- durchgeführt. Solche schwach gefärbten Lösungen kommen in vielen Bereichen der chemischen Analytik, z.B. in der Wasseranalytik, vor. Die einfachste Form des Standzylinders in der Kolorimetrie ist der Neßler-Zylinder, bei dem die Standhöhen der zwei zu vergleichenden Lösungen durch Ausgießen so variiert werden, daß von oben gesehen ein in Bezug auf Farbton bzw. Färbintensität gleicher Farbeindruck entsteht. Beim Henner-Zylinder läßt sich dies einfacher und exakter durch jeweils einen kleinen Hahn zum Ablassen der Lösungen am underen Ende der Zylinder durchführen.

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Obwohl das Prinzip des Bi-andzylinders "bei der optischen Bewertung von schwach gefärbten Lösungen ein sehr einfaches und empfindliches analytisches Meßverfahren darstellt, wird es in der Praxis wegen der umständlichen Handhabung heute immer weniger angewandt. Dies ist auf folgende Gründe zurückzuführen: Die Niveauregelung der Standzylinder erfordert Zeit und Geschick; die Standardlösung für den Parbvergleich muß täglich bzw. sehr oft neu angesetzt werden, selbst wenn nur eine Probe zu messen ist, was z.B. bei Kontrollanalysen oft der Pail ist; eine Eigenfärbung oder -trübung der Probelösung, wie sie in vielen Bereichen der Analytik vorliegt, kann nicht kompensiert v/erden, da die Standhöhen meist unterschiedlich sind; die Standzylinder können leicht umgestoßen werden und benötigen eine ebene Standfläche, die an vielen potentiellen Einsatzorten nicht gegeben ist.

Bei der optischen Kolorimetrie stark gefärbter Lösungen ist die Brillanz des Parbeffektes der niedrigen Plüssigkeitssäulen im Standzylinder aufgrund starker Schatten nicht ausreichend. Deshalb wurden bisher bei Lösungen mit höherer Parbdichte vorzugsweise Durchlichtkomparatoren verwendet, bei denen die Parblösungen mit gefärbten Kunststoffen oder Gläsern als Parbstandards verglichen werden. Wenn geeignete, möglichst neutralweiße Hintergrunde für die Betrachtung im Durchlicht nicht zur Verfügung stehen, können solche Komparatoren mit weißen Karten hinterlegt werden. Aufgrund der aufwendigeren Herstellung sind solche Durchlichtkomparatoren in Reagenzienbestecken, bei denen ein Maximum an Leistung im Hinblick auf den Preis angestrebt wird, zu kostspielig.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Torrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die geschilderten Nachteile vermieden werden.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung durch Färbkompensation von Probe- und Vergleichslösung in Reagenzrohren, die gekennzeichnet ist durch einen Block (1) mit mindestens zwei zur Aufnahme der Reagenzrohre (2) nebeneinander angeordneten, durchgehenden zylinderförmigen Aussparungen (3) und einem durchgehenden Spalt (4) zur Einführung der unter den Reagenzrohren (2) verschiebbaren Farbtafeln (5).

Ferner umfaßt der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung durch Farbkompensation von Probe- und Vergleichslösung in Reagenzrohren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Farbkompensation zwischen beiden Lösungen durch das Unterlegen von Farbtafeln unter die Reagenzrohre erfolgt.

In den Abbildungen 1 und 2 sind bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt. Mit (1) ist der Block, mit (2) die Reagenzrohre, mit (3) die zylinder-, förmigen Aussparungen, mit (4) der Spalt, mit (5) die Farbtafel und mit (6) die Stege zur Führung der Farbtafel bezeichnet. In einer Verlängerung des Blocks (1) sind Aussparungen zur Aufnahme von Reagenzienflaschen (7) angebracht. Mit (8) ist ein Meßlöffel zur Entnahme der benötigten Reagenzienmenge aus den Flaschen (7) bezeichnet. Der Block (1) steht auf der als Verpackung dienenden Schachtel (9), die als ebene Fläche genutzt werden kann.

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Der Block (1) ist massiv und besteht vorzugsweise aus einem Hartschaumstoff, z.B. Polystyrol, der vorzugsweise dunkel gefärbt ist. In diesem Block (1) sind mindestens zwei durchgehende, nebeneinander angeordnete, parallelverlaufende, senkrechte zylinderförmige Aussparungen (3) vorgesehen, in die zwei Reagenzrohre (2) eingeführt werden können. Bei den Reagenzrohren (2) handelt es sich vorzugsweise um preiswerte Reagenzgläser mit einem Durchmesser von etwa 2 cm, mit flachem oder gerundetem Boden und Stopfen- oder Schraubverschluß. Die Gläser liegen vorzugsweise fest an dem Blockmaterial an; sie können jedoch auch durch Manschetten an den Gläsern, durch Rippen innerhalb der zylinderförmigen Aussparungen oder durch eine Haltevorrichtung am unteren Ende der zylinderförmigen Aussparungen gehalten werden. Das vollständige Durchrutschen der Gläser kann auch durch Stopfen oder Schraubkappen mit Außenüberhang verhindert werden.

Ein Teil des Blocks (1) oder auch ein getrennter, zum System gehörender Block kann mit Aussparungen versehen sein, in denen z.B. die Flaschen (7) rait den benötigten Reagenzien Platz finden.

Der durchgehende Spalt (4) zur Einführung der Farbtafeln (5) ist vorzugsweise als Hohlraum zwischen zwei parallel verlaufenden Stegen (6) an der Unterseite des Blocks (1) ausgebildet. Reagenzrohre (2) mit flachem Boden, die vorzugsweise zur Messung schwach gefärbter Lösungen dienen, werden so in den Block (1) eingeführt, daß der flache Boden unmittelbar über dem Spalt (4) liegt, d.h. in einer Ebene mit der Unterseite des Blocks (1). Die zur Messung vorzugsweise stark gefärbter Lösungen dienenden Reagenzrohre (2) mit gerundetem Boden werden dagegen in einem solchen Abstand über dem Spalt (4) angeordnet, daß die Brennweite des bei gefülltem Rohr (2) als Konvex-

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linse dienenden GlastοC-ns möglichst nicht überschritten wird.

Aufgrund der Konstruktion des Spaltes (4) können Farbtafeln oder Farbscheiben (5) von unterschiedlichster Geometrie und Auslegung unter bzw. neben den Boden der Gläser geschoben werden. In diesen Positionen lassen sich die Färb scheibe η (5) leicht verschieben, drehen sov/ie herein- und herausnehmen. Diese opaken,nicht transparenten Farbscheiben (5) reflektieren ausschließlich das Licht.

Durch die Anordnung und Einteilung der Farbabstufungen auf der Farbscheibe (5) ist es möglich, die Farbe unter bzw. neben dem Boden des Glases mit der Vergleichslösung stufenweise oder kontinuierlich zu variieren, während die Farbe unter dem Glas mit der Probelösung konstant bleibt. Bei den Farbtafeln bzw. Farbscheiben handelt es sich vorzugsweise um rechteckige Streifen aus Karton, von der Breite des von den Stegen (6) begrenzten Spalts (4). Die Länge der Farbtafeln ist nicht kritisch, sie beträgt etwa das 2 - 5-fache des Blocks (1). Auf die Farbtafeln sind entweder runde Farbpunkte mit fortschreitender Farbvertiefung und hellere, vorzugsweise weiße Farbpunkte oder auch*ein kontinuierliches Farbband aufgedruckt. Der Durchmesser der Farbpunkte bzw. die Breite des kontinuierlichen Farbbandes beträgt etwa 0,5 - 5 cm, vorzugsweise etwa 2 cm. Die Farbtafeln sind für einzelne Bestimmungen geeicht und mit einer Skala versehen, so daß der Analysenwert auf der den zylinderförmigen Aussparungen (3) gegenüberliegenden Seite des Blocks (1) direkt abgelesen werden kann.

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-Sr-

Nach Füllung der Gläser (2) "bis zu einer lie stimmten, vormarkierten Höhe erscheinen die Farben der Farbscheibe (5) durch die Flüssigkeitssäule gesehen besonders brillant. Das Maß der Brillanz ist vom Oberlicht, von der Höhe der Flüssigkeitssäule sowie vom Abstand der Gläserböden von der Farbscheibe (5) abhängig. Bei schwach gefärbten Lösungen wird eine visuell optimal hohe Farbsättigung durch den direkten Kontakt der Gläserböden mit der Farbscheibe (5) erzielt. Bei intensiv gefärbten Lösungen empfiehlt es sich, die Gläserböden von der Farbscheibe (5) gleichmäßig etwas abzuheben, so daß die Farbscheibe (5) durch Fehlen der Schatten beim seitlichen Einfall von Licht durch die Flüssigkeitssäule gesehen heller erscheint.

Die Brillanz ist aufgrund der internen Reflektion an den Innenwänden der Gläser (2) von seitlichen Lichteinflüssen weithend unabhängig. Zur Erzielung einer optimalen Brillanz muß der Flüssigkeitsstand in den Gläsern (2) gleich oder höher sein als der unmittelbar umschließende Teil der Oberfläche des Blocks (1). Vorzugsweise sollte der Flüssigkeitsstand etwa 1 mm über die Oberfläche des Blocks (1) hinausragen.

Zur Durchführung der Analyse werden beide Reagenzrohre (2) in der Vorrichtung mit Wasser bzw. der Probelösung bis zu einer an beiden Gläsern (2) gleich hohen Markierung gefüllt, die mindestens 1 mm über der Oberfläche des Blocks

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(1) liegen sollte. Zu einem dieser Gläser (2) v/erden die Reagenzien zugefügt. Nach gegebener Zeit entwickelt sich in diesem Glas (2) eine Färbung, deren Ton oder Intensität ein Konzentrationsmaß der zu messenden Einheit ist. Sollte das Wasser bzw. die Probelösung eine Eigenfärbung oder -trübung aufweisen, wird dies durch die herbeigeführte Färbung in der Regel additiv überlagert.

Fun wird die Farbscheibe (5) unter bzw. neben den Gläserboden geschoben und zwar so, daß unter bzw. neben dem Glas (2) mit der gefärbten Lösung ein hellerer, vorzugsweise weißer Farbscheibenanteil erscheint. Unter bzw. neben dem Glasboden des Glases (2) mit dem unbehandelten Wasser bzw. der Probelösung liegt jener Farbscheibenteil, der durch Verschieben ein stufenweises oder kontinuierliches Farbspektrum mit den unterschiedlichsten Farbtönen durchlaufen kann. Durch Verschiebung der Farbscheibe (5) ist es nun möglich, eine Position bzw. Orientierung zu erreichen, bei der sich die Farbtöne der zwei Flüssigkeitssäulen von oben her gesehen vollständig oder weitgehend gleichen. Diese Position oder Orientierung erlaubt es nunmehr, das Konzentrationsmaß der zu messenden Einheit direkt auf der Farbscheibe (5) abzulesen.

Der Effekt des Durchlichtkomparators mit hinterlegter neutralweißer Scheibe läßt sich .durch die erfindungsgemäße, mit geringen Kosten herzustellende Vorrichtung erreichen. Hierzu werden die Reagenzrohre (2) in einem Abstand über einer reflektierenden Fläche angeordnet. Der Abstand zwischen Reagenzglasboden und reflektierender Fläche ist so bemessen, daß der Farbeindruck durch die Reagenzrohre (2) von oben aus gesehen nicht durch Schatten der Reagenz-

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rohre (2) oder der Vorrichtung beeinflußt v/ird. Unter dem Reagenzrohr (2) mit der gefärbten Lösung "befindet sich eine weiße oder farblich getönte Reflektionsflache. Unterhalb des Reagenzrohrs (2) mit Vergleichslösung können hingegen Tafeln (5) mit verschiedenen Farbtönen gebracht werden. Diese Farbtöne sind so zu variieren, daß von oben aus gesehen ein gleicher Farbeindruck in beiden Reagenzrohren (2) erzielt werden kann. Die verschiedenen Farbstufen bzw. ein kontinuierlicher Farbstreifen werden auf einer Farbskala aus Karton wiedergegeben, die ira Gegensatz zu den relativ teuren transparenten Farbscheiben von Durchlichtkomparatoren durch einfache Druckverfahren hergestellt werden können.

Durch den Abstand zwischen Reagenzglasboden und Farbtafel (5) findet im Normalfall durch das Reagenzglas (2) von oben aus gesehen eine Verkleinerung der Flächen statt, die als Punkte mit einem Durchmesser von etwa 0,5-5 cm, vorzugsweise etwa 2 cm, wiedergegeben sind. Dies könnte eine relativ große Farbskala (5) erfordern. Die G-röße der Farbskala (5) läßt sich jedoch entscheidend verringern, wenn man Reagenzgläser (2) mit runden statt flachen Böden verwendet. In diesem Falle wirkt der Boden des gefüllten Glases (2) als vergrößernde Konvexlinse. Wenn der Abstand des Glasbodens die Brennweite dieser Konvexlinse nicht überschreitet, wird von oben aus gesehen eine Vergrößerung der Farbskala (5) erzielt. Dies erlaubt es z.B., eine größere Anzahl von Farbpunkten auf eine Farbskala von beschränkter Größe aufzubringen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist auch die Messung über ein subtraktives Farbsystem möglich, durch das graue oder mischfarbene Töne erzeugt werden. Eine weitere Alternative läßt Messungen auf turbidometrischer·

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Basis zu. In diesem Falle liegt unter oder neben dem Reagenzrohr (2) ein konstant schwarzer oder dunkler Untergrund, der durch eine Suspension oder Trübung gesehen heller erscheint, wobei die Aufhellung ein Maß der durch Reagenzienzugabe erzeugten Trübung darstellt. Unter oder neben die Vergleichssäule können graue oder gefärbte Tafeln oder Scheiben geschoben werden, so daß der sichtbare Grau- oder Farbeindruck in beiden Küvetten abgeglichen werden kann.

Die erfiüdungsgemäße Vorrichtung ist leicht und transportabel. Sie eignet sich für halbquantitative Analysen an jedetn beliebigen Ort. Auf Grund der hohen Brillanz der Parbsysteine ist auch eine Verwendung selbst bei geringer Lichtraenge möglich.

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung durch Farbkompensation von Probe- und Vergleichslösung in Reagenzrohren, gekennzeichnet durch einen Block (1) mit mindestens zwei zur Aufnahme der Reagenzrohre (2) nebeneinander angeordneten, durchgehenden zylinderförmigen Aussparungen (3) und einem durchgehenden Spalt (4) zur Einführung der unter den Reagenzrohren (2) verschiebbaren Färbtafeln (5)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchgehende Spalt (4) als Hohlraum zwischen awei parallel verlaufenden Stegen (6) an der Unterseite des Blocks (1) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Boden der Reagenz— rohre (2) unmittelbar über dem Spalt (4) angeordnet ist,

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als Konvexlinse wirkende gerundete Boden der Reagenzrohre (2) in einem solchen Abstand über der Farbtafel (5) angeordnet ist, daß die Brennweite der Konvexlinse nicht überschritten wird.

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5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1.-4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reagenzrohre (2) unmittelbar umschließende Teil der Oberfläche des Blocks (1) gleichhoch oder niedriger ist als der Flüssigkeitsstand in den Reagenzrohren (2).

6. Verfahren zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung durch Farbkompensation von Probe- und Yergleichslösung in Reagenzrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbkompensation zwischen beiden Lösungen durch das Unterlegen von Farbtafeln unter die Reagenzrohre erfolgt.

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