DE2951709C3 - Gerät zur Gefrierpunkts- Osmometrie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Gefrierpunkts- Osmometrie, mit einer Kühleinrichtung, mit einem Meß­ gefäß zur Aufnahme einer Probelösung und mit einem Aus­ lösedraht zur Einleitung der Kristallisation. Ein derartiges Gerät dient zur Bestimmung der Gesamtzahl der osmotisch aktiven Teilchen der in einem Lösungsmittel gelösten Substanzen.

Bei bekannten Geräten für die Gefrierpunkts-Osmometrie wird der Auslösedraht, der in der Probelösung hängt, beim Erreichen der Unterkühlungstemperatur der Probelösung elektromechanisch in horizontaler oder vertikaler Richtung in vibrationsartige Bewegungen versetzt, wodurch die Kristallisation eingeleitet wird. Ein derartiges Gerät arbeitet besonders bei höheren Konzentrationen und Vis­ kositäten der Probelösungen nicht immer zuverlässig und eignet sich nur für Probevolumen von mehr als 0,05 ml.

Bei einem weiteren bekannten Gerät zur Gefrierpunkts- Osmometrie wird der Auslösedraht in der Kühleinrichtung für die Probelösung auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der Probelösung abgekühlt. Kurz vor Erreichen der Unterkühlungstemperatur wird an diesem Gerät der Auslösedraht manuell aus dem Kühlbereich hochge­ zogen und anschließend in die Probelösung eingetaucht. Mit diesem Gerät sind zwar exakte Messungen möglich, die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse hängt jedoch von der individuellen und manuellen Bedienung der mechanischen Aus­ lösevorrichtung, d. h. des Auslösedrahtes ab. Außerdem ist eine Automatisierung dieses bekannten Gerätes nur mit größerem mechanischen Aufwand möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Gefrierpunkts-Osmometrie der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit geringem Aufwand automatisch arbeitet, um so die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse zu gewähr­ leisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß ober­ halb der Einfüllöffnung des sich in der Kühleinrichtung für die Probelösung befindenden Meßgefäßes eine zweite Kühleinrichtung für die Spitze des Auslösedrahtes ange­ ordnet ist und daß eine Hubeinrichtung zur Bewegung des Auslösedrahtes mit seiner in der zweiten Kühleinrichtung unterhalb des Gefrierpunktes der Probelösung abgekühlten Spitze in die im Meßgefäß in der ersten Kühleinrichtung unterkühlte Probelösung vorgesehen ist. Nach Erreichen der normierten Unterkühlungstemperatur der Probelösung wird die mit Eiskristallen behaftete Spitze des Auslösedrahtes mittels der Hubeinrichtung in die Probelösung getaucht, wobei spontan die Kristallisation der Probelösung zuver­ lässig einsetzt.

Zur Bestimmung der Gesamtzahl der osmotisch aktiven Teilchen der in einem Lösungsmittel gelösten Substanzen wird die zu messende Probelösung in dem Meßgefäß mit Hilfe der ersten Kühleinrichtung unter den Gefrierpunkt abgekühlt, ohne daß die Kristallisation einsetzt. Der Temperaturverlauf wird dabei mit einem Thermistor- Temperaturfühler kontinuierlich gemessen, der in der zu messenden Flüssigkeit angeordnet ist.

Nach Erreichen einer vorher normierten Temperatur unter­ halb des Gefrierpunktes der Probelösung wird die Kristalli­ sation eingeleitet. Dies geschieht mit dem Auslösedraht, dessen untere Spitze mit der zweiten Kühleinrichtung zuvor soweit abgekühlt wurde, daß kleine Eiskristalle in Folge von kondensiertem Wasser an dieser haften. Beim Erreichen der normierten Unterkühlungstemperatur wird die mit den stark unterkühlten Eiskristallen behaftete Spitze des Auslösedrahtes in die unterkühlte Flüssigkeit getaucht, wobei spontan die Kristallisation des Lösungsmittel der Flüssigkeit einsetzt. Während des Kristallisations­ prozesses - bei gleichzeitiger Wärmeabfuhr durch die erste Kühleinrichtung - stellt sich eine definierte lösungsmittel­ spezifische Kristallisationstemperatur ein, die im Falle von reinem Lösungsmittel für eine kurze Zeit nahezu konstant ist. Bei der kontinuierlichen Temperaturmessung in der Probelösung ergibt sich nach Einleiten der Kristallisation ein Temperaturanstieg bis zum Gefrierpunkt des Lösungs­ mittels und anschließend ein sogenanntes Gefrierplateau. Danach sinkt die Temperatur entsprechend der weiteren Wärmeabfuhr weiter ab.

Im Falle von Lösungen ergibt sich eine um einen bestimmten Wert niedrige Kristallisationstemperatur als die des reinen Lösungsmittels. Diese Gefrierpunktserniedrigung ist durch das Raoult'sche Gesetz definiert und ist abhängig von der lösungsmittelspezifischen molalen Gefrierpunktserniedrigung und der osmolalen Konzentration der gelösten Substanzen.

Während des Kristallisationsprozesses reichert sich die gelöste Substanz in der flüssigen Phase entsprechend der fortlaufenden Kristallisation der gesamten Probe an. Bei der kontinuierlichen Temperaturmessung in der Probelösung ergibt sich nach Einleiten der Kristallisation ein Tempe­ raturanstieg bis zu einem Temperaturwendepunkt.

Die Temperaturdifferenz zwischen dem Gefrierpunkt des reinen Lösungsmittels und der Wendepunktstemperatur der Lösung ist ein relativer Meßwert. Dieser ist einerseits von der osmolalen Konzentration der Lösung und der lösungsmittel­ spezifischen molalen Gefrierpunktserniedrigung und anderer­ seits von dem zum Meßzeitpunkt nach der Auslösung der Kristallisation bereits konzentrierter gewordenen Rest­ lösung abhängig.

Die Bestimmung der osmolalen Konzentration durch Messen der Gefrierpunktserniedrigung unter Anwendung der Unter­ kühlung vor der Auslösung der Kristallisation kann nur unter normierten Verhältnissen mit vorangehender Eichung mit Lösungen bekannter osmolaler Konzentration erfolgen. Die stark von der exakten Einhaltung der Unterkühlungs­ temperatur, an der die Kristallisation eingeleitet wird, abhängige Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse wird durch vorliegende Neuerung absolut gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Gerät hat den weiteren Vorteil, daß auf einfache Weise mit einem Schwellwertschalter, der mit der elektronischen Temperaturmeßanordnung verbunden ist, durch elektromechanische Abwärtsbewegung exakt die Kristallisation eingeleitet werden kann. Die vertikale Bewegung des insbesondere als stabförmiger Metallkörper ausgebildeten Auslösedrahtes kann mit einem Hubmagneten oder einem exzentrischen Motorantrieb erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel mit einer Hubeinrichtung mittels Hubmagneten und

Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel mit einer Hubeinrichtung mit einem exzentrischen Motorantrieb.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät zur Gefrierpunkts- Osmometrie wird die sich im Meßgefäß 4 befindende Probe­ lösung 2 mit einer ersten Kühleinrichtung 1 unter den Gefrierpunkt abgekühlt. Ein Meßgefäßhalter 5 ist organisch an einer zweiten Kühleinrichtung 6 angebracht und trägt sowohl das auf den Meßgefäßhalter 5 aufgesteckte Meßgefäß 4 als auch einen Thermistor-Temperaturfühler 3, dessen aktive Spitze sich in der zu messenden Probelösung 2 befindet. Der als stabförmiger Metallkörper 7 ausgebildete Auslöse­ draht wird durch einen Hubmagneten 8 in einer oberen Posi­ tion gehalten, so daß die untere Spitze des Metallkörpers 7 an der zweiten Kühleinrichtung 6 auf eine Temperatur unter­ halb des Gefrierpunktes der Probelösung abgekühlt wird. Durch Änderung der elektrischen Spannung am Hubmagneten 8 wird bei Erreichen der normierten Unterkühlungstemperatur durch eine vertikale Verschiebung mittels des Hubmagneten 8 die abgekühlte Spitze des stabförmigen Metallkörpers 7 in die Probelösung 2 eingetaucht, wodurch spontan die Kristalli­ sation einsetzt.

Zum Auswechseln des mit der Probelösung gefüllten Meßge­ fäßes 4 ist die zweite Kühleinrichtung 6 mit einer Führungs­ vorrichtung 10 verbunden, die es gestattet, die zweite Kühl­ einrichtung 6 mitsamt dem an dieser angebauten Meßgefäß­ halter 5 und dem Hubmagneten 8 mit stabförmigen Metallkörper 7 aus der unteren in eine obere Position zu bringen.

Das in der Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ist bis auf den Hubmagneten 8 mit dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel identisch. Zur vertikalen Ver­ schiebung des stabförmigen Metallkörpers 7 ist dieser ex­ zentrisch an einem Elektromotor 9 angebracht. Der stab­ förmige Metallkörper 7 besteht hier aus einem elastischen Edelstahldraht, der die exzentrische Bewegung im oberen Teil aufnimmt und seinerseits im unteren Teil durch ent­ sprechende Führungen geführt wird.

Claims (5)

1. Gerät zur Gefrierpunkts-Osmometrie, mit einer Kühleinrichtung, mit einem Meßgefäß zur Aufnahme einer Probelösung und mit einem Auslösedraht zur Einleitung der Kristallisation, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Einfüllöffnung des sich in der Kühleinrichtung (1) befindenden Meßgefäßes (4) eine zweite Kühleinrichtung (6) zur Kühlung der unteren Spitze des Auslösedrahtes (7) angeordnet ist und daß eine Hubeinrichtung (8, 9) zur Bewegung des Auslösedrahtes (7) mit seiner der zweiten Kühleinrichtung (1) abgekühlten Spitze in die im Meßgefäß (4) in der ersten Kühleinrichtung (1) unterkühlte Probelösung vorgesehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung als Hubmagnet (8) ausgebildet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung als elektromotorisch angetriebener Exzenter (9) ausgebildet ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auslösedraht als stabförmiger Metall­ körper (7) ausgebildet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Kühlsystem (6), ein angebauter Meßgefäßhalter (5) und der stabförmige Metallkörper (7) zusammen mit seiner Hubeinrichtung (8, 9) an einer Führungs­ vorrichtung (10) angeordnet und zum Zwecke des Auswechselns des mit der Probelösung gefüllten Meßgefäßes (4) von einer unteren Position in eine obere Position bewegbar sind.