DE3516406A1 - Vorrichtung zur messung der oberflaechenspannung von fluessigkeiten in kapillaren - Google Patents

Vorrichtung zur messung der oberflaechenspannung von fluessigkeiten in kapillaren

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DE3516406A1 DE19853516406 DE3516406A DE3516406A1 DE 3516406 A1 DE3516406 A1 DE 3516406A1 DE 19853516406 DE19853516406 DE 19853516406 DE 3516406 A DE3516406 A DE 3516406A DE 3516406 A1 DE3516406 A1 DE 3516406A1
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/02Investigating surface tension of liquids

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Description

  • Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssig-
  • keiten in Kapillaren Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in Kapillaren Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in Kapillaren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es sind verschiedene, nämlich statische, semi-dynamische und dynamische Meßverfahren zur Messung der Oberflächenspannung bekannt. Dabei sind statische Meßverfahren insofern vorteilhaft, weil die Grenzfläche in ihren geometrischen Abmessungen während des Meßvorganges weitgehend konstant bleibt. Bei dem sogenannten Kapillarverfahren wird eine Kapillare in die Flüssigkeit eingetaucht, deren Oberflächenspannung zu messen ist. Nach dem Eintauchen der Kapillare steigt die Flüssigkeit in der Kapillare, wobei die Höhe der Flüssigkeitssäule ein Maß für die Oberflächenspannung ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in Kapillaren anzugeben, mit der das Kapillare bzw.
  • Steighöhenverfahren einfach, präzise und kostengünstig durchzuführen ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in Kapillaren der eingangs genannten Art gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
  • Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Bestimmung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten nach dem Kapillar- bzw. Steighöhenverfahren in einer einfachen, präzisen und kostengünstigen Weise auch von einem verhältnismäßig ungeübten Personal durchgeführt werden kan: Vorteilhafterweise sind die bei der vorliegenden Vorrichtung zu verwendenden Präzisions-Einmalkapillaren schnell einsetzbar und genau justierbar, so daß aufeinanderfolgende Messungen in einer schnellen Reihenfolge vorgenommen werden können.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sich die Oberflächenspannung aus der jeweils ermittelten, bzw. abgelesenen Steighöhe schnell und sehr genau nach der einfachen Formel bestimmt werden kann, wobei die Faktoren r und g bei der Verwendung gleicher Präzisionskapillaren und bei der Vornahme der Messungen an gleichen Flüssigkeiten konstant sind und in der zuvor angegebenen Gleichung eine Konstante bilden, so daß in diese Gleichung lediglich die Steighöhe eingesetzt werden muß. Es ist denkbar, im voraus die Oberflächenspannung in Abhängigkeit von der Steighöhe in der Form von Tabellen oder Funktionskurven zu erstellen, so daß aus der jeweils abgelesenen Steighöhe die entsprechende Oberflächenspannung sofort anhand der Tabelle oder der Funktionskurve bestimmt werden kann. Die neben der Kapillare bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Skala, die die Steighöhe anzeigt, kann vorteilhafterweise farbig so gestaltet werden, daß in Abhängigkeit von den vorgegebenen Messungen farblich unterschiedlich gestaltete Bereiche sofort erkennen lassen, ob das sich ergebende Meßergebnis in einen "unkritischen" oder "kritischen" Bereich fällt oder in einem Ubergangsbereich liegt.
  • Vorzugsweise können in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf dem Markt befindliche, preisgünstige Präzisions-Einmalkapillaren verwendet werden, so daß nach vorgenommenen Messungen keine Reinigungsschritte erforderlich sind.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die vorliegende Vorrichtung sehr kompakt und stabil aufgebaut ist, was insbesondere für die Parallelrollenführung gilt, so daß sich besonders präzise und reproduzierbare Meßergebnisse erzielen lassen.
  • Insbesondere läßt sich die vorliegende Vorrichtung auf dem Gebiete der Medizin zur Fruchtwasseruntersuchung heranziehen, wobei die ermittelte Oberflächenspannung des Fruchtwassers ein Maß für die Vorhersage eines Atemnotsyndroms (ANS) darstellt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch sehr vorteilhaft bei Messungen in peripherem Blut eingesetzt werden, wobei die Oberflächenspannung als ein ebenso empfindlicher Parameter bei Entzündungsvorgängen wie die Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit (BSG) gewertet werden kann. Allgemein kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Zusammenhang mit der Vornahme von Messungen von tensid-aktiven Lösungen, wie beispielsweise Detergenzien, Öle und Farben, eingesetzt werden.
  • Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung von Flüssigkeiten in Kapillaren; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Parallelrollenführung, die zum Absenken bzw. Anheben der Kapillare und des Skalenträgers dient; und Fig. 3 und 4 in schematischer Darstellung Binrichtungen zur automatischen Steuerung des Absenk- und Anhebvorganges der Kapillare und der Skaleneinrichtung.
  • In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Fundament bzw. eine Aufnahmeeinrichtung, in bzw. an der ein Probengefäß 2 anordenbar ist, das die zu untersuchende Flüssigkeit (z.B. Fruchtwasser) enthält. In dem Fundament 1, das beispielsweise die Form eines Aluminiumblocks o.dergl. aufweist, befindet sich vorzugsweise eine Vertiefung 11 zur Aufnahme des Probengefässes 2. An dem Fundament 1 ist eine Verstelleinrichtung 3 befestigt, bei der es sich vorzugsweise um eine Parallelrollenführung handelt, die nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 2 noch näher erläutert werden wird. Durch die Verstelleinrichtung 3 kann eine daran befestigte Skalenträgereinrichtung 6 in Bezug auf das Fundament 1 in die Richtungen des Pfeiles 5, d.h. also nach oben oder nach unten, verschoben werden. Am oberen Ende der Skalenträgereinrichtung 6 befindet sich ein Anschlagelement 8, das das obere Ende einer Präzisionskapillare 7 vorzugsweise klemmend aufnehmen kann.
  • Am unteren Ende der Skalenträgereinrichtung 6 befindet sich ein Klemmanschlag 4, in dem die Kapillare 7 derart vertikal festklemmbar ist, daß sie in ihrer Längsrichtung in einer definierten Lage festgelegt wird, wenn ihr oberes Ende in dem Anschlagelement 8 sitzt.
  • Im Bereich neben der in dem Anschlagelement 8 und dem Klemmanschlag 4 befestigten bzw. eingesetzten Kapillare 7 befindet sich eine mit 13 bezeichnete Skala, an der entweder die Steighöhe oder bei geeigneter Skaleneichung direkt die Oberflächenspannung abgelesen werden kann, wenn die Messungen stets mit den selben Präzisionskapillaren und an gleichen Flüssigkeiten vorgenommen werden.
  • Die Parallelrollenführung 3 besteht im wesentlichen aus einem Innenrohr 31, einem konzentrisch dazu angeordneten Außenrohr 32 und aus zwischen dem Innenrohr 31 und dem Außenrohr 32 angeordneten Kugeln 33 (Fig. 2). Die Kugeln 33 greifen wenigstens an einer Seite, d.h. also am Innenrohr 31 und/oder am Außenrohr 32, in der Einfachheit halber nicht dargestellte Nuten ein, die in der Längsrichtung der Rohre 31 und 32 verlaufen. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß das Außenrohr 32 und die daran befestigte Skalenträgereinrichtung 6 in Bezug auf das Innenrohr 31, das fest mit dem Fundament 1 verbunden ist, in der Längsrichtung der Rohre 31, 32 (Pfeilrichtungen 5) bewegt werden können. Aus der Fig.1 ist ersichtlich, daß sich die Parallelrollenführung soweit nach oben erstreckt, daß sie etwa zwei Drittel der Skalenträgereinrichtung 6 überdeckt. In der Fig. 2 sind der Einfachheit halber lediglich vier Rollen 33 von vier Rollensäulen dargestellt.
  • Das untere Ende jeder Rollensäule bzw.Jeder Nut ist, wenn sich das Eintauchende der Kapillare 7 in der Flüssigkeit befindet, durch einen Abstand vom unteren Ende des Innenrohres 31 entfernt, der etwas größer ist als die beabsichtigte Hublänge.
  • Aus der Fig. 3 geht eine Steuereinrichtung hervor, mit deren Hilfe ein automatisches Ab senken einer an der Skalenträgereinrichtung 6 befestigten Kapillare 7 in die in dem Probengefäß 2 befindliche Flüssigkeit und ein Anheben der Kapillare 7 aus dieser Flüssigkeit erfolgen können. Im wesentlichen besteht die Steuereinrichtung aus einem Sensorelement 9, einer Steuerung 12 und einer Antriebseinrichtung 14. Beispielsweise besteht das Sensorelement 9 aus einer unten an der Skalenträgereinrichtung befestigten Verlängerung 91, an deren, dem Fundament 1 zugewandten Ende dicht aneinanderliegende Meßspitzen 92, 93 befestigt sind. Die Länge der Verlängerung 91 ist so bemessen, daß die Meßspitzen 92, 93 etwas hinter der unteren Endkante einer in die Skalenträgereinrichtung 6 eingesetzten Kapillare enden . Jede Meßspitze 92, 93 ist über eine elektrische Verbindungsleitung mit der Steuerung 12 verbunden. In dieser wird die Widerstandsänderung zwischen den Meßspitzen 92,93 erfaßt, die sich ergibt, wenn die etwas über die Kapillare 7 nach unten überstehenden Meßspitzen 92, 93 beim Absenken der Skalenträgereinrichtung 6 die Oberfläche der in dem Probengefäß 2 befindlichen Flüssigkeit berühren. In diesem Fall erzeugt die Steuerung 12 ein die Abwärtsbewegung der Skalenträgereinrich- 6 beendendes Signal, das an eine Antriebseinrichtung 14, die das Außenrohr 32 in axialer Richtung hewegen kann, angelegt wird. Bei dieser Einrichtung 14 handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor, der über ein Schneckengetriebe mit dem Außenrohr 32 verbunden ist.
  • Als Einrichtung 14 kann beispielsweise auch ein Linearmotor o.dgl. vorgesehen werden. Wen-n die Abwärtsbewegung der Skalenträgereinrichtung 6 durch die Antriebseinrichtung 14 beendet wird, taucht das untere- Ende der Kapillare 7 eine vorbestimmte Strecke in die Flüssigkeit ein. Diese stcigt dann in der Kapillare 7 nach oben. Nach dem Ablesen der Steighöhe kann durch Betätigen einer Taste 12' an der Steuerung 12 die Aufwärtsbewegung der Skalenträgereinrichtung 6 bewirkt werden.
  • Dabei bewegt die Antriebseinrichtung 14 das Außenrohr 32 nach oben. Zum Einleiten des nächsten Meßvorganges wird nach dem Einbringen eines neuen Probengef.ißes 2 in das Fundament 1 eine Taste 12" der Steuerung 12 betätigt. Dadurch wird der Absenkvorgang für die Skalenträgereinrichtung 6 und die daran befestigte Kapillare 7 eingeleitet. Dieser Vorgang wird in der beschriebenen Weise unterbrochen, wenn das Sondenelement 9 uim Eintauchen der Meßspitzen 92, 93 ein Meßsignal abgibt.
  • Bei einer besonders bevorzugten einfachen Ausführungsform des Sensorelementes 9 ist nur eine Meßspitze 94 bzw. ein Kontaktelement vorgesehen, das zusammen mit der Kapillare 7 in die Flüssigkeit eintaucht und dabei einen Stromkreis schließt, der über die elektrisch leitende, zu untersuchende Flüssigkeit führt. In diesem Fall wird durch die Steuerung 12 die Widerstandsänderung zwischen der Flüssigkeit und der Meßspitze 94 ausgewertet. Vorzugsweise kann dabei das Probengefäß 2 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoffmaterial, dem Graphit zugemischt ist, bestehen, wobei der Stromkreis dann über das elektrisch leitende Fundament 1, das beispielsweise aus Aluminium besteht, das Probengefäß 2, die Flüssigkeit und die Meßspitze verläuft, die nach unten etwas über die Kapillare 7 übersteht.
  • In der Fig. 4 ist diese Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Vorrichtung auch so ausgestaltet werden kann, daß die Kapillare direkt manuell mit zum Beispiel einem progressiven Hebel zwischen zwei mechanischen Anschlägen bewegbar ist. An der Stelle der Parallelrollenführung können auch andere geeignete Lagerungen bzw. Halterungen vorgesehen werden.
  • Im folgenden wird die Durchführung eines Meßvorganges im Zusammenhang mit einer Fruchtwasseruntersuchung zur Bestimmung des Atemnotsyndroms stichpunktartig erläutert: 1. Befestigen der Präzisionskapillare 7 an der Skalenträger-.
  • einrichtung 6.
  • 2. Zentrifugieren von Fruchtwasser (bei etwa 3000 g) während einer Zeitspanne von etwa 10 Minuten.
  • 3. Einfüllen des zentrifugierten Fruchtwassers in ein Probengefäß 2, das sich entweder bereits im Fundament 1 befindet oder zusammen mit dem Fruchtwasser in dieses eingesetzt wird.
  • 4. Absenken der Skalenträgereinxichtung 6 zusammen mit der Kapillare 7 auf ein bestimmtes Niveau in der zuvor beschriebenen Weise entweder mit der Hilfe einer elektrischen Steuereinrichtung 9, 11, 12 bis zu einer vorneqebenen Position oder manuell bis zu einem vorgebenen Anschlag.
  • 5. Ablesen des Meßwertes an der Skala 13 nach etwa 10 bis 20 Minuten.
  • 6. Ermitteln der Oberflächenspannung entweder an der geeichten Skala 13 oder aus einer zuvor erstellten Tabelle oder Funktionskurve.
  • Die Meßspitzen 92 und 93 oder 94 können auch die Form eines von der Skalenträgereinrichtung 6 nach unten ragenden elektrisch leitenden Drahtes oder Stiftes aufweisen. Das Probengefäß 2 kann beispielsweise auch aus einem geeigneten Metall bestehen, wenn es elektrisch leiten soll.
  • - Leerseite -

Claims (16)

  1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Messung der Oberflächenspannung on Flüssigkeiten in Kapillaren, wobei die Kapillare (7) in eine Flüssigkeit eingetaucht und die sich in der Kapillare (7) ergebende Steighöhe erfaßt wird, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß die Kapillare (7) an einer Skalenträgereinrichtung (6) in einer definierten Lage befestigbar ist, daß die Skalenträgereinrichtung (6) durch eine Verstelleinrichtung (3) aus einer ersten Position, in der sich das untere Ende der Kapillare (7) oberhalb einer in einem Probengefäß (2) enthaltenen Flüssigkeit befindet, in eine zweite Position absenkbar ist, in der das untere Ende der Kapillare (7) in die Flüssigkeit eintaucht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß an der Skalenträgereinrichtung (6) voneinander beabstandet ein oberes Anschlagelement (8) und ein Klemmanschluß (4) vorgesehen sind und daß das obere Ende der vertikal eingesetzten Kapillare (7) an dem oberen Anschlagelement (8) anliegt und von dem Klemmanschluß (4) festgehalten wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Anschlagelement (8) klemmend ausgebildet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Skalenträgereinrichtung (6) parallel zur eingesetzten Kapillare (7) eine Skala (13) angeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verstelleinrichtung (3) eine vertikal angeordnete Parallelrollenführung ist, an derem Außenrohr (32) die Skalenträgereinrichtung (6) befestigt ist, und daß das Innenrohr (31) der Parallelrollenführung an einem Fundament (1) befestigt ist, an dem ein Probengefäß (2) derart anordenbar ist, daß das untere Ende der Kapillare (7) in der zweiten Position in eine in dem Probengefäß (2) enthaltene Flüssigkeit eintaucht.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Probengefäß (2) in eine Vertiefung (11) des Fundamentes (1) einsetzbar ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Kapillare (7) eine Präzisions-Einmalkapillare verwendbar ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Skalenträgereinrichtung (6) manuell zwischen der durch zwei Anschläge markierten ersten und zweiten Position bewegbar ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Skalenträgereinrichtung (6) durch eine die Verstelleinrichtung (3) betätigende Antriebseinrichtung (14) zwischen der ersten und zweiten Position bewegbar ist und daß die Antriebseinrichtung (14) durch ein Signal einer Steuerung (12) betätigbar ist, der von einer Sonde (9) ein das Eintauchen des unteren Endes der Kapillare (7) in die in dem Probengefäß (2) enthaltene Flüssigkeit anzeigendes Ausgangssignal zuführbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sonde (9) eine in dem Skalenträger (6) nach unten ragende Meßspitze (94) aufweist, die über das untere Ende der Kapillare (6) etwas hinausragt und mit der Steuerung (12) verbunden ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Probengefäß (2) aus einem elektrisch leitenden Material besteht und daß durch die Steuerung (7) als Ausgangssignal ein Strom erfaßt wird, der über das Probengefäß (2), die darin enthaltene Flüssigkeit und die Meßspitze (94) fließt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Probengefäß aus einem Graphit enthaltenden Kunststoffmaterial besteht.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der gemessene Strom über das Fundament (1) und das Probengefäß (2) fließt.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß als Sonde (9) zwei Meßspitzen (92, 93) vorgesehen sind, die von der Skalenträgereinrichtung (6) derart nach unten ragen, daß sie etwas über das untere Ende der Kapillare (7) überstehen, und daß durch die Steuerung (12) eine Widerstandsänderung zwischen den Meßspitzen (92, 93) erfaßt wird.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verstelleinrichtung durch einen mit einem Getriebe versehenen Elektromotor oder einen Linearmotor betrieben wird.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspitze(n) (94 oder 92 und 93) durch einen von der Skalenträgereinrichtung (6) nach unten ragenden Draht, Stift oder dergl. gebildet ist.
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