DE3818148C2

DE3818148C2 -

Info

Publication number: DE3818148C2
Application number: DE3818148A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. Dr. Steinberg At Marsoner; Helmut Dipl.-Ing. Graz At List
Original assignee: Avl AG
Current assignee: Avl AG
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1992-07-23
Also published as: ATA164887A; US5074157A; AT392361B; DE3818148A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Analysegerät zur Unter suchung von Flüssigkeiten, insbesondere Körperflüssigkeiten, mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Ionen-Aktivität, wie z. B. des pH-Wertes, unter Verwendung einer in einer Zelle ange ordneten Referenzelektrode und mindestens einer Meßzelle, die in einem eine Zutrittsöffnung für die zu untersuchende Flüssigkeit mit einer Austrittsöffnung für dieses verbindenden Kanal ange ordnet ist.

Ein Analysegerät der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US-PS 46 27 893 bekannt geworden. Bei diesem Analyse gerät ist die Meßstrecke, welche mehrere Meßzellen verbindet, modulartig aufgebaut. Die Zelle, in welche die Referenzelek troden eintauchen, befindet sich in einem Kanal, welcher den Einlaß für die zu prüfenden Proben mit einer mit einem Abfall sammler verbundenen Auslaßöffnung verbindet. Im gleichen Kanal sind auch alle anderen Meßzellen angeordnet.

Ein weiteres Elektrodensystem zur elektrochemischen Analyse ist aus der DE-OS 24 59 466 bekannt. Im speziellen ist eine Bezugselektrode bekannt, die aus einer zum Probenkanal durch ein Diaphragma abgegrenzten Kammer besteht, in der sich ein geeigneter Elektrolyt befindet und in welche eine Calomel- Elektrode eintaucht. Die Bezugselektrode und eine Meßelek trode sind an einer Meßschaltung angeschlossen, die einer Anzeige des elektrischen Potentials oder der Spannung zwischen den Elektroden dient. Die Bezugselektrode ist im Probendurch fluß angeordnet.

Bei beiden oben genannten Analysegeräten ergibt sich der Nachteil, daß eine Verschmutzung der die Referenzelektrode enthaltenden Zelle durch die zu prüfenden Proben nicht ver mieden werden kann, wodurch sich ein entsprechend hoher Reinigungsaufwand ergibt, bzw. bei Verschmutzung der Referenzelektrode mit Verfälschungen des Meßergebnisses ge rechnet werden muß.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben und ein Analysegerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei welchem Verschmutzungen der Rerefenzelektrode weitgehend ver mieden werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die die Referenzelektrode aufnehmende Zelle in einem von dem die Meßzelle aufweisenden Kanal abzweigenden, die zu untersuchende Flüssigkeit aufweisenden Stichkanal angeordnet ist. Vorteil hafterweise befindet sich somit jene Zelle, in der sich die Referenzelektrode befindet, nicht direkt im Probenstrom. Auf diese Weise wird dies Zelle von dem zu prüfenden Medium nicht beeinträchtigt, wodurch sich auch der Reinigungsaufwand gegen über der bekannten Lösung wesentlich vermindert und die Gefahr von Fehlmessungen weitgehend vermieden ist.

Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Stichkanal vertikal nach oben von dem die Meßzelle aufweisenden Kanal abzweigt. Eine Auslagerung der Referenz elektrode nach oben ist dabei besonders zweckmäßig, da der Kanal und der Stichkanal in der Regel einen nur sehr kleinen Querschnitt aufweisen und durch die Kapillarwirkung ein Ab stieg des Elektrolyten kaum eintritt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Meßstrecke oder zumindest Teile von dieser als Modul ausgebildet.

Es ist auch möglich, das Analysegerät durch entsprechende An kopplung weiterer Module, die weitere Meßstrecken aufweisen, entsprechend zu erweitern, wodurch der Einsatzbereich des Gerätes vergrößert werden kann.

Um die nötige Dichtheit der Verbindungsstellen der einzelnen Module zu gewährleisten, weisen die Kupplungsteile der Module Quadringe auf.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Analysegerätes, kann weiters vorgesehen sein, daß ausgangsseitig des Stichkanals ein Schlauch-Anschlußnippel vorgesehen ist, der eine ringförmig umlaufende, einen auf steckbaren Schlauch umgebende Wand aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist.

Durch diese Maßnahmen wird die Ausbildung von elektrischen Kriechströmen, aufgrund von sich zwischen der Außenfläche des Nippels und der Innenfläche des aufgeschobenen Schlauches er gebenden Flüssigkeitsbrücken vermieden, die von Proben und Probenresten herrühren und mit der Zeit eine Kriechstrecke zu einem den Modul aufnehmenden Halterungsblock ausbilden, der meist mittels einer Heizung in seiner Temperatur regelbar und aus Gründen einer besseren Wärmeübertragung auf den Modul aus einem elektrisch leitenden Material, wie z. B. Aluminium oder einem anderen Metall hergestellt ist. Gerade solche elektri schen Kriechstrecken beeinflussen aber die Messung, insbeson dere wenn elektrochemische Sonden verwendet werden. Die Aus bildung solcher Kriechstrecken wird durch die um den Nippel umlaufende Wand wesentlich erschwert.

Um die Reinigung des Analysegerätes besonders einfach durch führen zu können, kann weiters vorgesehen sein, daß der die Meßstrecke aufweisende Modul ein den die Meßkammern ver bindenden Kanal einlaufseitig steuerndes Ventil aufweist, vor dessen Einlaufseite ein Bypass-Kanal abzweigt.

Dies ermöglicht eine gesonderte Reinigung der der Meßstrecke vorgeschalteten Beschickungseinrichtung, die vor der Reinigung der eigentlichen Meßstrecke durchgeführt werden kann, wodurch ein Einschwemmen von allenfalls vorhandenen Koagulaten aus der Beschickungseinrichtung in den meist nur einen sehr kleinen Querschnitt aufweisenden, die Meßkammern verbindenden Kanal vermieden wird. Außerdem ist es durch den Bypass auch möglich Analyseproben direkt und unter Umgehung der Be schickungseinrichtung in die Meßstrecke einzubringen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß von dem die Meßkammern verbindenden Kanal zu Kupplungsteilen des Moduls führende Abzweigkanäle abzweigen, an welchen Kupp lungsteilen ein weiterer, Meßkammern und einen diese verbin denden Kanal aufweisender Modul ankuppelbar ist, der vorzugs weise ein eingangsseitig gelegenes Ventil aufweist.

Diese Maßnahmen ermöglichen auf eine sehr einfache Weise eine Vergrößerung der Meßstrecke, durch die es möglich wird, die Probe nach mehr Parametern zu untersuchen oder die Meßstrecke doppelt auszuführen, wodurch bei ein und derselben Probe Ab weichungen in den Meßergebnissen festgestellt werden können und auf diese Weise die Genauigkeit der Analyse verbessert werden kann.

In konstruktiver Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn der das Ventil und die Bypassleitung aufweisende Steuerblock als separater Modul ausgebildet ist.

Dadurch läßt sich der in herstellungstechnischer Hinsicht auf wendigere Steuerblock mit verschiedenen eine Meßstrecke auf weisenden Modulen verbinden.

Weiters kann vorgesehen sein, daß der die Meßstrecke aufwei sende Modul mit als Modul ausgebildeten Sensoren, insbesondere auf Ionen sensitive Elektroden kuppelbar ist.

Dies ermöglicht es das Analysegerät auf sehr einfache Weise für den jeweiligen Bedarf zu adaptieren.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Analysegerät mit einer Meßstrecke, die neben anderen Messungen, wie z. B. Gasge haltsbestimmungen, die Bestimmung des pH-Wertes unter Verwen dung einer Referenzelektrode ermöglicht, in der Weise auszu bilden, daß eine Veränderung der zu untersuchenden Probe durch aus der Referenzelektrode austretendem Elektrolyten möglichst vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die die Refe renzelektrode aufnehmende Meßkammer über einen von dem die Meßkammern verbindenden Kanal, vorzugsweise vertikal nach oben abzweigenden Stichkanal verbunden ist.

Diese Auslagerung der Referenzelektrode stellt sicher, daß die sich im die Meßkammern verbindenden Kanal befindliche Probe durch den aus der Referenzelektrode austretenden Elektrolyten nicht kontaminiert wird. Dabei ist eine Auslagerung der Refe renzelektrode nach oben besonders zweckmäßig, da der Kanal und der Stichkanal in der Regel einen nur sehr kleinen Querschnitt aufweisen und durch die Kapillarwirkung ein Abstieg des Elek trolyten kaum eintritt.

Bei einem Analysegerät, insbesondere zur Untersuchung von Kör perflüssigkeiten, mit einer Beschickungseinrichtung, einer durch über einen Kanal miteinander verbundener Meßkammern ge bildeten Meßstrecke und einer Entsorgungseinrichtung zur Ab fuhr der analysierten Proben ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß zwischen der Beschickungsein richtung und der ersten, dieser nachgeordneten Meßkammer eine Bypassleitung in den die Meßkammern verbindenden Kanal mündet und zwischen dieser Einmündung und der ersten Meßkammer ein Ventil angeordnet ist, mit dem der die Meßkammern verbindende Kanal sperrbar ist, wobei vorzugsweise das Ventil mit dem die Meßkammern verbindenden Kanal, und der Bypassleitung in einem Modul integriert sind, wobei die Bypassleitung in einem An schlußstück endet, an das ein Schlauch oder ein weiterer Mo dul direkt anschließbar ist.

Durch die Anordnung der Bypassleitung ergeben sich sowohl bei der Reinigung des Analysegeräts wie auch bei der Eingabe Vor teile, so kann z. B. über die Bypassleitung eine Probe unter Umgebung der Beschickungseinrichtung in den die Meßkammern verbindenden Kanal eingebracht, insbesondere eingespritzt wer den.

Um die Einhaltung vorgegebener Probentemperaturen si cherstellen zu können, kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Module in einen thermosta tisierbaren Aufnahmeblock, der vorzugsweise aus Aluminium her gestellt ist, einsetzbar sind, dadurch kann durch entspre chende Regelung der Heizung des Aufnahmeblocks eine beliebige Temperatur eingestellt werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen von er findungsgemäß aufgebauten Meßstrecken eines Analysegerätes.

Fig. 1 zeigt eine Meßstreckenanordnung, die aus mehreren Modu len 1 bis 3 aufgebaut ist.

Der Modul 1 besteht im wesentlichen aus dem Meßkammer element 4, in dem verschiedene Meßkammern 5, 5′ eingearbeitet sind, die über einen Kanal 6 und eine von diesem abzweigenden Stichkanal 7 miteinander verbunden sind. Der Kanal 6 weist einen nur sehr kleinen Querschnitt auf und ist mittels des Ventiles 8 steuerbar. Dabei ist das Ventil 5 eingangsseitig der dem Probeneinlauf nächstgelegenen Meßkammer 5 angeordnet.

In dem eingangsseitig des Ventiles 8 gelegenen Abschnitt des Kanales 6 zweigt von diesem eine Bypassleitung 9 ab, die in einem Anschlußstück 10 endet, an das ein Schlauch, der z. B. zu einem Abfall- oder Überlaufbehälter, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Ventiles, führen kann, oder ein solcher, in dessen Einlauf vorzugsweise ein Ventil angeordnet ist, direkt angeschlossen werden kann. Durch dieses zwischen geschaltete Ventil ist es möglich, Proben direkt in den die Meßkammern verbindenden Kanal einzuspritzen, ohne da bei einen unerwünschten Druckanstieg in den Meßkam mern 5, 5′ befürchten zu müssen, da die überschüssige Probenmenge in den Überlaufbehälter über das geöff nete Ventil abfließen kann.

Der Stichkanal 7, der eine die Referenzelektrode zur Messung des pH-Wertes aufnehmende Kammer 5′ mit dem übrigen Kanal 6 verbindet, führt zu einem Nippel 11, an dem gegebenenfalls ein weiterer Modul anschließbar ist, oder der mittels einer ent sprechenden Kappe verschließbar ist.

Der Kanal 6 mündet tangential in die einzelnen Meßkammern 5, 5′ ein, wobei der jeweils zuführende Abschnitt des Kanals im unteren Bereich der Meßkammer in diese einmündet und der ab führende Abschnitt des Kanals vom oberen Bereich einer jeden Meßkammer wegführt. Diese Führung des Kanals 6 bringt den Vor teil mit sich, daß allfällige in der Probe enthaltene Luft blasen beim Einströmen bzw. Einsaugen der Probe in bzw. zu den Meßkammern von der Probe selbst abtransportiert werden, oder sich zumindest nicht im unmittelbaren Bereich der sensi tiven Spitze der in die jeweilige Meßkammer eingesetzten Sonde halten kann, so daß eine Verfälschung des Meßwertes weitestge hend vermieden wird.

An seinen vom Kanal 6 durchsetzten Endbereichen weist dieser, durch das Meßkammerelement 4 gebildete Modul 1 Anschlußkupp lungen 12, 13 auf, mit denen eine Verbindung zu der nicht dar gestellten Beschickungseinrichtung bzw. mit einer ebenfalls als Modul 2 ausgebildeten Elektrodeneinheit verbindbar ist. An diese kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich, eine weitere als Mo dul 3 ausgebildete Elektrodeneinheit angeschlossen sein.

Diese Module sind zweckmäßigerweise in einem nicht dargestell ten thermostatisierbaren Aufnahmeblock gehalten, der vorteil hafterweise aus Aluminium hergestellt und mit einer regelbaren Heizung versehen ist.

Die Nippel 11 weisen eine umlaufende ringförmige Wand 14 auf, die dazu dient die Ausbildung von Kriechstrecken zwischen der Probe und dem meist elektrisch leitenden Aufnahmeblock zu ver meiden, die sich über zwischen der Außenfläche des Nippels 11 und der Innenfläche des allenfalls aufgeschobenen Schlauches verbleibenden Probenresten ausbilden können, welche Proben reste die Umgebung des Nippels 11 verunreinigen und leitende Brücken zum nicht dargestellten, die einzelnen Module auf nehmenden Aufnahmeblock ausbilden können.

Um die Verbindung der einzelnen Module entsprechend abzudich ten sind Quadringe 15 vorgesehen, die aus einem elastisch ver formbaren Material hergestellt sind und lediglich den Quer schnitt des Kanales 6 bzw. des Stichkanales 7 freilassen.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Analysegerät sind in die Meßkammern 5 des Moduls 1 Sonden zur Ermittlung des O₂- und CO₂-Gehaltes sowie zur Ermittlung des pH-Wertes eingesetzt. Die an diesen Modul 1 angeschlossenen Module 2 und 3 sind da gegen zur Messung der Konzentration bestimmter Ionen vorge sehen.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist das Meß kammerelement 4′ lediglich einen durchgehenden, die Meßkam mern 5, 5′ verbindenden Kanal 6 auf, der in einem Nippel 11 endet. Dieser, im wesentlichen durch das Meßkammerelement 4′ gebildete Modul 1′, ist über ein Kupplungsstück 12, das einen Quadring 15 aufweist, mit einem Modul 16 verbunden der zwischen die nicht dargestellte Beschickungseinrichtung und dem Meßkammerelement 4′ geschaltet ist, und der das Ventil 8 und die Bypassleitung 9 enthält.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 3 ist der Modul 1 mit einem weiteren Modul 17 gekuppelt, der weitere Meßkammern 5 und einen diese miteinander verbindenden Kanal 6′ aufweist, der in einem Nippel 11 mit umlaufender Wand 14 endet. Mit dieser Ausführungsform werden zwei Meßstrecken in Tandemaus führungen erhalten, wobei der Modul 1 zwei gegengleiche Kupp lungsstücke 12, 13 aufweist.

Fig. 4 stellt einen Modul 18 dar, der zwei parallele Meßstrecken aufweist, wobei das Ventil 8 beide Kanäle 6, 6′ steuert und das Ventil 8′ allein den Kanal 6′. Der Kanal 6′ zweigt da bei zwischen dem Ventil 8 und der eingangsseitig gelegenen Meßkammer des Kanales 6 von diesem ab und vereinigt sich mit diesem unmittelbar vor der Meßkammer 5′, in der die Referenz elektrode für die pH-Wertmessung angeordnet ist. Der Aufbau des Moduls 18 gleicht somit jenem des Moduls 1′ gemäß der Fig. 2, weist aber zusätzlich noch die parallel angeordnete Meßstrecke auf.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von jenem gemäß der Fig. 4, dadurch, daß die parallele Meßstrecke, samt dem den Kanal 6′ steuernden Ventil 8′, in einem separaten Modul 20 angeordnet ist.

Der im wesentlichen dem Modul 1′ entsprechende Modul 19, der sich von dem ersteren nur durch die vom Kanal 6 abzweigenden Kanalabschnitte 6′ unterscheidet, ist mit dem Modul 20 über Quadringe 15 gekuppelt.

Der in Fig. 6 dargestellte Modul 21 entspricht im wesentlichen dem Modul 1′ gemäß der Fig. 2, nur daß in ersterem auch das Ventil 8 und die Bypassleitung 9 integriert sind.

Claims

1. Analysegerät zur Untersuchung von Flüssigkeiten, mit einer Meßeinrichtung zur Messung der Ionen-Aktivität, wie z. B. des pH-Wertes, unter Verwendung einer in einer Zelle (5′) angeordneten Referenzelektrode und mindestens einer Meßzelle (5), die in einem eine Zutrittsöffnung für die zu untersuchende Flüssigkeit mit einer Austritts öffnung für dieses verbinden den Kanal (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Referenzelektrode aufnehmende Zelle (5′) in einem von dem die Meßzelle (5) aufweisenden Kanal abzweigenden, die zu untersuchende Flüssigkeit aufweisenden Stichkanal (7) angeordnet ist.

2. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analysegerät zur Unter suchung von Körperflüssigkeiten verwendet wird.

3. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stichkanal (7) vertikal nach oben von dem die Meßzelle (5) aufweisenden Kanal (6) abzweigt.

4. Analysegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausgangsseitig des Stich kanals (7) ein Schlauch-Anschlußnippel (11) vorgesehen ist, der eine ringförmig umlaufende, einen aufsteckbaren Schlauch umgebende Wand (14) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweist.

5. Analysegerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke (5, 5′, 6, 7) oder zumindest Teile von dieser als Modul (1) ausgebildet ist.