DE3913632A1 - Titriergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Titriergerät gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Durchführung von Titrationen, insbesondere bei der routinemäßigen Durchführung, wie sie bei Qualitätskontrol­ len, z. B. in der Nahrungsmittelindustrie, in der klinischen Chemie oder im Umweltschutz zur Anwendung kommt, ist es häufig notwendig, wechselnde Titriermittel und/oder wechseln­ de Dosierungen von Titriermitteln einzusetzen. Dabei wächst der apparative Aufwand in der Regel stark an, wenn für jedes Titriermittel eine eigene Dosiereinrichtung benötigt wird. Um den apparativen Aufwand zu verringern, wird beispielsweise in der CH-PS 5 90 689 eine Wechselbürette vorgeschlagen, bei der zu einer einzigen Antriebseinheit eine Mehrzahl von Palet­ ten vorgesehen ist, von denen jede eine Vorratsflasche und einen dieser zugeordneten Bürettenzylinder trägt. Die Palet­ ten werden wahlweise auf die Antriebseinheit geschoben und diese mit dem Förderkolben im Bürettenzylinder gekoppelt. Dabei mußte bei jedem Bürettenwechsel nicht nur der Büretten­ zylinder sondern auch die Vorratsflasche samt Palette ausge­ tauscht werden. Dies war mit einem erheblichen Zeit- und Ar­ beitsaufwand verbunden und erforderte, bedingt durch die Kon­ struktion der Palette, eine Beschränkung des Volumens der Vorratsflasche. Zur Behebung dieser Nachteile wurde gemäß der DE-OS 29 29 307 eine Wechselbürette mit einer Antriebs­ einheit und einer Mehrzahl von wahlweise mit ihr koppelbaren Zylindern entwickelt, bei der jedem Zylinder ein eigener Vor­ ratsbehälter mit einer Aussparung für die Aufnahme des Zylin­ ders zugeordnet ist.

Diese bekannten Wechselbüretten sind aber nur in begrenztem Umfang für die routinemäßige Durchführung von Titrationen geeignet und können nicht für die simultane Durchführung von mehreren unterschiedlichen Titrationen eingesetzt werden.

Es sind auch sogenannte Titrierautomaten bekannt, die eine rasche und routinemäßige Ausführung einer Vielzahl gleich­ artiger Titrationen erlauben und bei denen die Notwendigkeit manueller Eingriffe auf ein Minimum beschränkt ist. Diese Automaten zeigen das Titrierergebnis digital und/oder analag an oder sind mit einem Drucker zur Aufzeichnung der Ergeb­ nisse ausgestattet. Außerdem können sie so ausgelegt sein, daß der Verlauf der Titration auf einem Monitor verfolgt werden kann. Häufig sind diese Automaten auch mit Mikropro­ zessoren zur Speicherung von methodenspezifischen Parametern, Kalibrierwerten und Probeninformationen ausgerüstet.

Es ist außerdem bekannt, zwei oder mehrere derartige Titrier­ automaten in einem Gerät zusammenzubauen, um die Durchführung mehrerer verschiedenen Titrationen nebeneinander zu ermög­ lichen. Dabei stellt jede Komponente des Gerätes für sich eine komplette, für eine bestimmte spezifische Titrations­ methode ausgelegte Titriereinrichtung mit einer festen Anzahl von Antrieben, Dosiereinheiten, Detektoren und Probenstatio­ nen dar. Daraus folgt, daß eine Kombination derartiger Kompo­ nenten auf die ursprünglich getroffene Wahl festgelegt ist und nur für die Durchführung derjenigen Titrationsmethoden, für die die gewählten Komponenten ausgelegt sind, eingesetzt werden kann. Eine Anpassung an geänderte Bedürfnisse ist nur schwer möglich und kann praktisch nur vom Hersteller des Ge­ rätes vorgenommen werden, nicht aber vom Benützer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Titriergerät zu schaf­ fen, das die gleichzeitige Durchführung mehrerer Titrationen gestattet und das ohne Schwierigkeiten vom Benützer an die jeweils gestellten Anforderungen angepaßt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Titrier­ gerät gelöst.

Durch den modularen Aufbau, d. h. die Ausbildung der Dosier­ einheit, der Antriebseinheit und der Detektoreinheit als Module, wird erreicht, daß diese ohne Schwierigkeiten aus­ getauscht und ersetzt werden können. Da die Steuerung eben­ falls modular ausgebildet ist und hierfür ein Steuermodul vorgesehen ist, das seinerseits austauschbar und in jeder beliebigen Zuordnung mit den Modulen kombinierbar ist, läßt sich eine Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse problemlos und ohne die Notwendigkeit, besondere Werkzeuge einzusetzen, von jedem Benützer des Titriergerätes vornehmen. Es bedarf lediglich weniger, einfacher Handgriffe, um das Titriermit­ tel, seine Dosierung und/oder die Titrationsmethode zu variieren.

Die Dosiereinheit ist in der Regel ein, gegebenenfalls kali­ brierter, Glas- oder Kunststoffzylinder, in dem ein Kolben verschieblich angeordnet ist. Der Zylinder kann auf einfache Weise über Schlauchleitungen einerseits mit einem Vorrats­ gefäß für das Titriermittel und andererseits mit der Proben­ station verbunden werden. Zur Verschiebung des Kolbens im Bürettenzylinder ist beispielsweise eine mit dem Kolben ver­ bundene Kolbenstange vorgesehen, die ihrerseits mit der An­ triebseinheit, z. B. einem impulsgesteuerten Schrittmotor, ver­ bindbar ist. Die Verbindung der Dosiereinheit mit der An­ triebseinheit kann durch einfaches Aufsetzen des Büretten­ zylinders auf die Antriebseinheit und Einrastenlassen der Kolbenstange bewerkstelligt werden.

Besondere Ausbildungen des Titriergerätes der eingangs erwähn­ ten Art sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 umschrieben.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 2 erlaubt die gleichzei­ tige Durchführung von drei verschiedenen Titrationen, ohne die Notwendigkeit, zeitraubende Manipulationen vorzunehmen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht einen beson­ ders einfachen Wechsel der Titrationsmethode oder die Anwen­ dung unterschiedlicher Titriermittel oder von Titriermitteln unterschiedlicher Konzentrationen. Um die Titrationsmethode oder das Titriermittel auszutauschen bedarf es lediglich eines einfachen Umschaltens.

Der gemeinsame Netzanschluß für alle (internen) Module und Steuermodule entsprechend der Ausbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht einerseits eine besonders einfache Überwachung der Spannungsversorgung und andererseits Behinderungen durch eine Vielzahl von Kabeln zu vermeiden.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht die gleich­ zeitige oder unmittelbar aufeinanderfolgende Durchführung mehrerer Titrationen in einem Arbeitsgang, ohne die Notwendig­ keit, für jede Titration ein passendes Steuermodul in das Gerät einzusetzen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es einem Be­ nützer, das Gerät auch nachträglich seinen jeweiligen Bedürf­ nissen anzupassen, indem er das Steuermodul für eine andere oder eine zusätzliche Titrationsmethode programmieren kann.

Die zentrale Steuereinheit, wie sie die Ausbildung nach Pa­ tentanspruch 7 vorsieht, erbringt den Vorteil, daß die Funk­ tion und die Verträglichkeit der einzelnen Module und Steuer­ module vom Gerät selbständig überwacht werden. Auf diese Weise lassen sich Fehlerquellen von vornherein ausschließen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht einem Benüt­ zer die einfache und problemlose Überwachung aller Funktio­ nen des Gerätes, der Funktionstüchtigkeit der einzelnen Module und ihres Zusammenwirkens sowie des Ablaufs der einzel­ nen Titrationen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 9 bietet die Möglichkeit einer vielseitigen Erweiterung des Programms. So kann im Be­ darfsfall beispielsweise gleichzeitig eine Karl-Fischer-Titra­ tion durchgeführt werden. Ferner ist die Möglichkeit zur Aus­ führung gravimetrischer Bestimmungen gegeben. Die Verbindung mit Meßdatenaufzeichnungsgeräten ermöglicht es dem Benützer, die erhaltenen Resultate aufzuzeichnen, z. B. für Dokumenta­ tionszwecke, oder graphisch darzustellen. Die Verbindung mit externen Datenverarbeitungsanlagen läßt beispielsweise die Kommunikation zwischen verschiedenen Forschungseinrichtungen oder betrieblichen Untersuchungs- oder Überwachungseinrichtun­ gen oder mit Prozeßsteuerungsanlagen zu.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Titriergerätes werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschema des Titriergerätes;

Fig. 2 eine Antriebseinheit in perspektivischer Darstellung;

Fig. 3 eine Teilansicht einer Dosiereinheit in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 ein Steuermodul mit zugehörigem IC-Sockel in perspektivischer Darstellung;

Fig. 5 ein Titriergerät in perspektivischer Dar­ stellung;

Fig. 6 eine Teilansicht des Titriergerätes nach Fig. 5 in perspektivischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt ein Blockschema eines Titriergerätes 2 mit einer Dosiereinheit 4, die über ein Kupplungsglied 6 mit einer Antriebseinheit 8 verbunden ist. Die Dosiereinheit 4 steht einerseits mit einem Vorratsgefäß 10 über eine 1. Schlauchleitung 12 und über eine 2. Schlauchleitung 14 mit einer Probenstation 16, die mit einer Detektoreinheit 18 ge­ koppelt ist, in Verbindung. Die Detektoreinheit kann bei­ spielsweise eine pH- oder Redox-Elektrode, eine ionensensi­ tive Elektrode oder ein optischer Sensor sein. Die Antriebs­ einheit 8 und die Detektoreinheit 18 sind mit einem Steuer­ modul 20 über Leitungen 22 und 24 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Antriebseinheit 26, die über ein Flach­ kabel 28 mittels einer Kupplung 30 und einem Stecker 32 mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbindbar ist. Der Stecker 32 ist dabei in einer Bodenplatte 34 befestigt. Ferner weist die Bodenplatte 34 elektronische Leistungs­ umschalter 36 zum wahlweisen Ansteuern eines 1. Antriebs­ motors 40 und eines 2. Antriebsmotors 42 sowie Anschlag­ sensoren 38 auf. Den oberen Abschluß der Antriebseinheit 26 bildet ein oberes Gehäuseteil 44, das mit einem gegenüber­ liegenden unteren Gehäuseteil 46 über Abstandhalter 48 ver­ bunden ist. Die Antriebseinheit 26 weist außerdem eine Trägerkonsole 50, die einen Verbindungsschaft 52 trägt, auf. Im oberen Gehäuseteil 44 ist eine Aussparung 54 zum Herstel­ len einer Schraubverbindung und eine Schubstange 56 zur Ver­ bindung der Antriebseinheit 26 mit einer Dosiereinheit, z. B. der in Fig. 3 dargestellten, vorgesehen.

Außerdem weist die Antriebseinheit 26 einen Mitnehmer 58 auf, über den der Antriebsmotor 42 mit einem Bürettenhahn innerhalb einer Dosiereinheit, z. B. der in Fig. 3 dargestell­ ten, verbindbar ist. Zur Befestigung ist eine Arretier­ schraube 60 an der Stirnseite der Antriebseinrichtung 26 ange­ ordnet.

Fig. 3 zeigt eine Dosiereinheit 62, von der aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die wichtigsten Bestandteile darge­ stellt sind. Die Dosiereinheit 62 umfaßt einen Zylinder 64 und einen darin verschieblich angeordneten Kolben 66. Dieser ist mittels der Schubstange 56, gemäß Fig. 2, mit dem 1. Antriebsmotor 40 der Antriebseinheit 26 verbindbar und kann im Betriebszustand durch diesen über ein in der Figur nicht dargestelltes Getriebe programmgemäß angetrieben werden. Der Zylinder 64 und der Kolben 66 sind von einem Lichtschutzrohr 68 mit Sichtfenster 70 umgeben. Die Anbringung eines Licht­ schutzrohres empfiehlt sich insbesondere in den Fällen, in denen ein lichtempfindliches Titriermittel verwendet wird. Der Zylinder 64 und das Lichtschutzrohr 68 sind mit ihrem unteren Endteil auf einem Bürettenträger 72 befestigt. Den oberen Abschluß bildet eine Bürettenhaube 74, in der ein in der Figur nicht dargestellter Bürettenhahn mit zugehörigem Antrieb untergebracht ist und die mit einem Knickschutzrohr 76 für eine erste Schlauchleitung und einem Knickschutzrohr 78 für eine zweite Schlauchleitung ausgestattet ist. Der Bü­ rettenhahn ist über den Mitnehmer 58 der Antriebseinheit 26, gemäß Fig. 2, und ein in der Figur nicht dargestelltes Ge­ triebe mit dem 2. Antriebsmotor 42 der Antriebseinheit 26 verbindbar und wird im Betriebszustand durch diesen ange­ trieben. Außerdem ist am unteren Teil der Bürettenhaube 74 ein Gewindering 80, der ein Auseinandernehmen des in der Bü­ rettenhaube 74 untergebrachten Hahnes für Reinigungszwecke gestattet, vorgesehen. Außerdem weist die Bürettenhaube eine Etikette 82 zur Kennzeichnung auf.

Fig. 4 zeigt ein Steuermodul 84 mit zugehörigem IC-Sockel 86. Zum Befestigen des Steuermoduls 84 auf dem IC-Sockel 86 wird er in Richtung von Pfeil 88 auf den Sockel 86 geschoben. Der Sockel 86 weist eine 1. Lasche 90 und eine 2. Lasche 92 auf. Beide Laschen werden durch Niederdrücken zum Einrasten gebracht. Außerdem weist das Steuermodul 84 eine Kerbe 94 auf, welche die Richtung anzeigt, in der das Einsetzen der einzelnen Steuermodule im Falle von mehreren zu erfolgen hat. Der IC-Sockel weist an seinem dem Steuermodul 84 abgewandten Endbereich Anschlußelemente 96 auf.

Fig. 5 zeigt ein Titriergerät 98 mit einem Gehäuse 100. Bei dem im vorliegenden Beispiel gezeigten Gerät sind insgesamt fünf Plätze 102 für die Aufnahme von aus Antriebseinheit und Dosiereinheit gebildeten Titriereinheiten vorgesehen. Zum Schutz freier Plätze 102 sind Abdeckungen 104 vorgesehen, die zweckmäßigerweise durch Aufschrauben zu befestigen sind. Im vorliegenden Fall ist ein Platz 102 mit einer Dosiereinheit 106 bestückt, die auf eine in der Figur nicht dargestellte Antriebseinheit aufgesetzt und mittels einer Arretierschraube 108 befestigt ist. Die Dosiereinheit 106 steht mit einem Vor­ ratsgefäß 110 für ein Titriermittel über eine Ansaugleitung 112 in Verbindung. Die Ansaugleitung 112 ist durch ein Knick­ schutzrohr 114 durch ein Kopfteil 116 des Vorratsgefäßes 110 geführt. Das Kopfteil 116 weist ein weiteres Knickschutzrohr 118 auf, durch das eine zweite Ansaugleitung im Bedarfsfall eingeführt werden kann. Am Gehäuse 100 ist ein Titrierarm 120 mittels Rändelschrauben 122 befestigt. Der Titrierarm 120 trägt ein Titriergefäß 124, welches mittels eines Gewinde­ ringes 126 befestigt ist. In den Titrierarm 120 ist eine Ab­ deckung 128 für das Titriergefäß 124 eingelassen. Durch die Abdeckung 128 ist ein Rührstab 130 eingeführt, an dessen unterem Ende innerhalb des Titiergefäßes 124 ein Propeller­ rührer 132 befestigt ist. Die Abdeckung 128 ist mit Öffnun­ gen 134 versehen. Durch eine der Öffnungen 134 wird durch ein Knickschutzrohr 136 eine Schlauchleitung 138, die mit der Dosiereinheit 106 verbunden ist, in das Titriergefäß 124 eingeführt. Die der Öffnung mit dem Knickschutzrohr 136 dia­ gonal gegenüberliegende Öffnung ist zur Aufnahme eines als Detektor dienenden Meßfühlers vorgesehen, wie durch einen Pfeil 140 angedeutet ist. Das Gehäuse 100 weist außerdem eine Anzeige 142 auf, von der für die Überwachung des Titra­ tionsverlaufs notwendige Informationen abgelesen werden kön­ nen. Außerdem sind Bedienungstasten 144 zum Betrieb des Ge­ rätes sowie eine Tastatur 146, mittels der die einzelnen Mo­ dule und Steuermodule angesteuert werden können, vorgesehen.

Fig. 6 zeigt einen Teil 148 des Titriererätes nach Fig. 5 in schematischer Darstellung. Der Geräteteil 148 weist ein Gehäuse 150 mit freien Plätzen 152 zur Aufnahme von Antriebs­ einheiten bzw. aus Antriebs- und Dosiereinheit gebildeten Ti­ triereinheiten auf. Auf einen Platz des Gehäuses ist eine Antriebseinheit 154 montiert, wobei der Aufbau der Antriebs­ einheit 154 demjenigen der in Fig. 2 dargestellten Antriebs­ einheit 26 entspricht. Zur Verbindung mit dem Bürettenhahn einer in der Figur nicht dargestellten Dosiereinheit ist ein Mitnehmer 156 vorgesehen. Außerdem weist das Gehäuse 150 Aussparungen 158 mit Innengewinde zum Befestigen von Abdeckun­ gen, entsprechend den Abdeckungen 104 in Fig. 5, auf. Ferner sind Rändelschrauben 160 zum Befestigen eines Titrierarmes vorgesehen. Im Bedarfsfall können auch zwei Titrierarme am Gehäuse 150 befestigt werden.

Die Steuereinheit entspricht in ihrer Konfiguration mit Vor­ teil der in der mit der vorliegenden Anmeldung im Zusammen­ hang stehenden Patentanmeldung Nr. . . . beschriebenen.

Bezugszeichenliste

2 Titriergerät
4 Dosiereinheit
6 Kupplungsglied
8 Antriebseinheit
10 Vorratsgefäß
12 1. Schlauchleitung
14 2. Schlauchleitung
16 Probenstation
18 Detektoreinheit
20 Steuermodul
22 Leitung
24 Leitungen
26 Antriebseinheit
28 Flachkabel
30 Kupplung
32 Stecker
34 Bodenplatte
36 Leistungsumschalter
38 Anschlagsensor
40 1. Antriebsmotor
42 2. Antriebsmotor
44 oberes Gehäuseteil
46 unteres Gehäuseteil
48 Abstandhalter
50 Trägerkonsole
52 Verbindungsschaft
54 Aussparung
56 Schubstange
58 Mitnehmer
60 Arretierschraube
62 Dosiereinheit
64 Bürettenzylinder
66 Kolben
68 Lichtschutzrohr
70 Sichtfenster
72 Bürettenträger
74 Bürettenhaube
76 1. Knickschutzrohr
78 2. Knickschutzrohr
80 Gewindering
82 Etikette
84 Steuermodul
86 IC-Sockel
88 Pfeil
90 1. Lasche
92 2. Lasche
94 Kerbe
96 Anschlußelement
98 Titriergerät
100 Gehäuse
102 freie Plätze
104 Abdeckungen
106 Dosiereinheit
108 Arretierschraube
110 Vorratsgefäß
112 Ansaugleitung
114 Knickschutzrohr
116 Kopfteil
118 Knickschutzrohr
120 Titrierarm
122 Rändelschraube
124 Titriergefäß
126 Gewindering
128 Abdeckung
130 Rührstab
132 Propellerrührer
134 Öffnungen
136 Knickschutzrohr
138 Schlauchleitung
140 Pfeil
142 Anzeige
144 Bedienungstasten
146 Tastatur
148 Geräteteil
150 Gehäuse
152 freie Plätze
154 Antriebseinheit
156 Mitnehmer
158 Aussparung
160 Rändelschraube

Claims (9)

1. Titriergerät mit mindestens einer Probenstation, minde­ stens einer Dosiereinheit, mindestens einer Antriebsein­ heit für die Dosiereinheit und mindestens einer Detektor­ einheit für eine im Betriebszustand zu verfolgende Meß­ größe, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, der­ art, daß die Dosiereinheit (4), die Antriebseinheit (8) und die Detektoreinheit (18), jede für sich, als aus­ tauschbare und mit anderen Einheiten frei kombinierbare Module ausgebildet sind, wobei alle drei Einheiten (4, 8, 18) zusammen eine Titriereinheit bilden, daß jeder Ti­ triereinheit ein, für mindestens eine vorgegebene Titra­ tionsmethode programmiertes Steuermodul (20) zugeordnet ist, und daß die einzelnen Module und die einzelnen Steuermodule unabhängig voneinander austauschbar sind und ihre gegenseitige Zuordnung frei wählbar ist.

2. Titriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Aufnahme von mindestens zwei Titrierein­ heiten ausgelegt ist.

3. Titriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß es für die Aufnahme von mindestens einer zusätz­ lichen Dosiereinheit (4) ausgelegt ist.

4. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen gemeinsamen Netzanschluß für alle Module und Steuermodule aufweist.

5. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuermodul (20) mindestens einen programmierbaren Baustein enthält, welcher eine Vielzahl von Steuerabläufen für unterschiedliche Titra­ tionsmethoden gespeichert enthält.

6. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens ein Steuermodul auf­ weist, welches Schreibe-Lese-Speicherbausteine enthält, in die über ein Modul mit Schnittstellen nachträglich spezifische Titrationsmethoden eingeschrieben werden kön­ nen.

7. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine zentrale Steuereinheit zur selbsttätigen Erkennung und Überwachung der einzelnen Module, einschließlich der Steuermodule, aufweist.

8. Titriergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit mit einer Anzeigeein­ richtung zur Aussendung optischer oder akustischer Sig­ nale ausgestattet ist, mittels der für einen Benützer die Funktionstüchtigkeit der Module erkennbar ist.

9. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Modul mit mindestens einer Schnittstelle zur Verbindung mit mindestens einem exter­ nen Modul enthält, derart, daß es beispielsweise mit weiteren Titriergeräten, Waagen, Meßdatenspeichern, Meß­ datenaufzeichnungsgeräten, wie Printer oder Plotter sowie externen Datenverarbeitungseinrichtungen kommuni­ zieren kann.