DE2548728C2

DE2548728C2 - Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung

Info

Publication number: DE2548728C2
Application number: DE2548728A
Authority: DE
Inventors: Detlef Eugen Dr. 6100 Darmstadt Bodart
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1975-10-31
Publication date: 1986-07-31
Also published as: NL186113C; CH608102A5; NL7612020A; DE2548728A1; GB1529408A; BE847793A; NL186113B; IT1066731B; FR2329996A1; JPS5256995A; JPS5933218B2; FR2329996B3; US4073623A

Description

— das Gehäuse einstückig als Block (ί) ausgebildet ist,

— die Aufnahmemöglichkeit für die Reagenzgläser (2) als nebeneinander angeordnete durchgehende zylindrische Bohrungen (3) in dem Block (1) ausgebildet ist,

— der Raum für die Aufnahme der Farbtafeln (5) als durchgehender Hohlraum (4) durch zwei an der Unterseite des Blocks (1) parallel verlaufende Stege (6) gebildet wird, und

— die Farbtafeln (5) in dem durchgehenden Hohlraum (4) in Längsrichtung des Blockes (1) verschiebbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Boden der Reagenzgläser (2) unmittelbar über dem Hohlraum (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Konvexlinse wirkende gerundete Boden der Reagenzgläser (2) in einem solchen Abstand über der Farbtafel (4) angeordnet ist, daß die Brennweite der Konvexlinse nicht überschritten wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Reagenzgläser (2) unmittelbar umschließende Teil der Oberfläche des Blocks (1) gleichhoch oder niedriger ist als der Flüssigkeitsstand in den Reagenzgläsern (2).

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Halbquantitative analytische Meßverfahren der optischen Kolorimetrie basieren auf der visuellen Messung von Färbungen, die in Lösungen durch Zugabe bestimmter Reagenzien 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. Farbintensität gleicher Farbeindruck entsteht. Beim Hehner-Zylinder läßt sich dies einfacher und exakter durch jeweils einen kleinen Hahn zum Ablassen der Lösungen am unteren Ende der Zylinder durchführen.

Obwohl das Prinzip des Standzylinders 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 Farbvergleich muß täglich bzw. sehr oft neu angesetzt werden,

ίο selbst wenn nur eine Probe zu messen ist, was z. B. bei Kontrollanalysen oft der Fall ist; eine Eigenfärbung oder -trübung der Probelösung, wie sie in vielen Bereichen der Analytik vorliegt, kann nicht kompensiert werden, 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 Farbeffektes der niedrigen Flüssigkeitssäulen im Standzylinder aufgrund starker Schatten nicht ausreichend. Deshalb wurden bisher bei Lösungen mit höherer Farbdichte vorzugsweise Durchlichtkomparatoren verwendet, bei denen die Farblösungen mit gefärbten Kunststoffen oder Gläsern als Farb-Standards 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 solehe Durchlichtkomparatoren in Reagenzienbestecken, bei denen ein Maximum an Leistung im Hinblick auf den Preis angestrebt wird, zu kostspielig.

Aus der US-PS 35 20 626 ist ein Farbkomparator bekannt, bei dem eine aus transparentem Kunststoff hergestellte runde Farbscheibe zwischen dem Auge des Betrachters und den Reagenzrohren bewegt wird. Dadurch wird jedoch die Intensität der zu untersuchenden Farblösung durch die Eigenabsorption der Farbscheibe geschwächt; außerdem ist die Empfindlichkeit dieses Verfahrens, bei dem die Schichtdicke dem Durchmesser der Reagenzrohre entspricht, um ein Vielfaches geringer als bei einem Verfahren, bei dem die Schichtdicke der gesamten Höhe der Flüssigkeitssäule in den Reagenzrohren entspricht.

In der US-PS 12 75 723 ist ein versiegeltes Glasrohr beschrieben, das verschieden gefärbte Papiere, Granulate oder Flüssigkeiten enthält. Dieses Rohr und die zu beurteilende Probe werden zum Vergleich nebeneinander gehalten. Die sehr beschränkte Anwendungsmöglichkeit des aufwendig herzustellenden Rohres und die geringe Empfindlichkeit dieses Verfahrens, das lediglich eine grobe Abschätzung erlaubt, machen das Rohr für heutige Ansprüche an die Analytik ungeeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen zur Verfügung zu stellen, die es auch ungeschultem Personal erlaubt, in kurzer Zeit halbquantitative bis quantitative Analysen an jedem beliebigen Ort durchzuführen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In den A b b. 1 und 2 sind Ausführungsformen der Vorrichtung dargestellt. Mit (1) ist der Block, mit (2) die Reagenzgläser, mit (3) die zylinderförmigen Bohrungen bzw. Aussparungen, mit (4) der Hohlraum bzw. Spalt,

mit (5) die Farbtafel und mit (6) die Stege zur Führung der Farbtafel bezeichnet In einer Verlängerung des Blocks (1) sind Aussparungen zu·- 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.

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

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

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

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

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

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

Zur Durchführung der Analyse werden beide Reagenzgläser (2) in der Vorrichtung mit Wasser bzw. der Probelösung bis zu einer an beiden Reagenzgläsern (2) gleich hohen Markierung gefüllt, die mindestens 1 mm über der Oberfläche des Blocks (1) liegen sollte. Zu einem dieser Reaganzgläser (2) werden die Reagenzien zugefügt. Nach gegebener Zeit entwickelt sich in diesem Reagenzglas (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.

Nun wird die Farbtafel (5) unter bzw. neben den Reagenzglasboden geschoben und zwar so, daß unter bzw. neben dem Reagenzglas (2) mit der gefärbten Lösung ein hellerer, weißer Farbscheibenanteil erscheint. Unter bzw. neben dem Glasboden des Reagenzglases (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 Farbtafel (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 diiekt auf der Farbtafel (5) abzulesen.

Der Effekt des Durchlichtkomparators mit hinterlegter neutralweißer Scheibe läßt sich durch die mit geringen Kosten herzustellende Vorrichtung erreichen. Hierzu werden die Reagenzgläser (2) in einem Abstand über einer reflektierenden Fläche angeordnet. Der Abstand zwischen Reagenzglasboden und reflektierender Fläche ist so bemessen, daß der Farbeindruck durch die Reagenzgläser (2) von oben aus gesehen, nicht durch Schatten der Reagenzgläser (2) oder der Vorrichtung beeinflußt wird. Unter dem Reagenzglas (2) mit der gefärbten Lösung befindet sich eine weiße oder farblich getönte Reflexionsfläche. Unterhalb des Reagenzglases (2) mit Vergleichslösung können hingegen Farbtafeln (5) mit verschiedenen Farbtönen gebracht werden. Diese Färb-

töne sind so zu variieren, daß von oben aus gesehen ein gleicher Farbendruck in beiden Reagenzgläsern (2) erzielt werden kann. Die verschiedenen Farbstufen bzw. ein kontinuierlicher Farbstreifen werden auf einer Farbskala aus Karton wiedergegeben, die im Gegensatz zu den relativ teuren transparenten Farbscheiben von Durchlichtl-omparatoren 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 wiedergegeben sind. Dies könnte eine relativ große Farbtafel (5) erfordern. Die Größe der Farbtafel (5) läßt sich jedoch entscheidend verringern, wenn man Reagenzgläser (2) mit runden statt flachen Böden verwendet In diesem Falle wirkt der Boden des gefüllten Reagenzglases (2) als vergrößernde Konvexlinse. Wenn der Abstand des Reagenzglasbodens die Brennweite dieser Konvexlinse nicht überschreitet, wird von oben aus gesehen eine Vergrößerung der Farbtafel (5) erzielt. Dies erlaubt es z. B, eine größere Anzahl von Farbpunkten auf eine Farbtafel von beschränkter Größe aufzubringen.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung ist auch die Messung über ein subtraktives Farbsystem möglich, durch das graue oder mischfarbene Töne erzeugt werden. Eine weitere Alternative läßt Messungen auf turbidimetrischer Basis zu. In diesem Falle liegt unter oder neben dem Reagenzglas (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 beschriebene Vorrichtung ist leicht und transportabel. Sie eignet sich für halbquantitative Analysen an jedem beliebigen Ort. Auf Grund der hohen Brillanz der Farbsysteme ist auch eine Verwendung selbst bei geringer Lichtmenge möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur analytischen Bestimmung von Substanzen in Lösung durch Farbkompensation von Probe- und Vergleichslösung in Reagenzgläsern, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Aufnahmemöglichkeit für die Reagenzgläser und einem Raum im Gehäuse zur Aufnahme von bewegbaren Farbtafeln, dadurchgekennzeichnet, daß