DE573072C

DE573072C - Procedure for the investigation of mixtures of substances

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Publication number: DE573072C
Application number: DE1930E0021430
Authority: DE
Original assignee: ERNST WALDSCHMIDT DR; LUDWIG EBERT DR
Current assignee: ERNST WALDSCHMIDT DR; LUDWIG EBERT DR
Priority date: 1930-11-29
Filing date: 1930-11-29
Publication date: 1933-03-27
Also published as: NL34647C; GB405598A; BE384562A; FR727584A

Description

Verfahren zur Untersuchung von Stoffgemischen Um in einem Stoffgemisch den Gehalt an einem bestimmten Bestandteilx zu bestimmen, hat man nach bekannten Verfahren die Dielektrizitätskonstante .dieses Gemisches gemessnen und mit der. Dielektrizitätskonstante eines Gemisches verglichen, von dem der Gehalt an dem fraglichen Stoff x bekannt war.Procedure for the investigation of mixtures of substances Um in a mixture of substances It is known to determine the content of a certain constituentx Method the dielectric constant of this mixture measured and with the. Dielectric constant of a mixture compared, of which the content of the one in question Substance x was known.

So ist beispielsweise der Feuchtigkeitsgehalt von Getreide oder Kohle und ähnlichen festen Produkten in der Weise gemessen worden, daß man einmal die Dielektrizitätskonstante der feuchten, gegebenenfalls gepreßten Produkte und dann die Dielektrizitätskonstante des trockenen Stoffes bestimmte. Die Differenz der Dielektrizitätskonstanten wurde als Maß für den Feuchtigkeitsgehalt benutzt.For example, the moisture content of grain or coal and similar solid products have been measured in such a way that once the Dielectric constant of the moist, optionally pressed products and then determined the dielectric constant of the dry substance. The difference in Dielectric constant was used as a measure of moisture content.

Dieses Verfahren liefert aber bei den meisten technischen Produkten ungenaue Werte, weil nicht nur der Gehalt an dem Bestandteil x die Dielektrizitätskonstante beeinflußt, sondern auch der Anteil aller anderen am Gemisch beteiligten Stoffe. Da deren Gehalt in gewissen Grenzen schwankt, muß sich von Fall zu Fall die Eichkurve verschieben, zumal auch die Temperatur und die Struktur des Stoffes - wie besonders die durch Pressung bedingte Dichte - von ginfluß auf die Dielektrizitätskonstante sind. Besonders bei großoberflächigen Stoffen ist .infolge der unkontrollierbaren verschiedenartigen Ausbildung makroskopischer und mikroskopischer Zwischenräume, die außerdem noch mit Fremdstoffen unbekannter Dielektrizitätskonstante gefüllt sein können, jede genauere Messung unmöglich.However, this method delivers for most technical products inaccurate values because not only the content of the component x is the dielectric constant influences, but also the proportion of all other substances involved in the mixture. Since their content fluctuates within certain limits, the calibration curve must vary from case to case shift, especially as the temperature and the structure of the fabric - how special the density caused by pressing - from ginfluence on the dielectric constant are. Especially with large-surface fabrics, the uncontrollable different formation of macroscopic and microscopic interspaces, which is also filled with foreign matter of unknown dielectric constant may be, any more accurate measurement is impossible.

Ähnlich verhält es sich bei der Bestimmung des Staub-, Feuchtigkeitsgehalts o. dgl. von Gasen durch dielekfrische Messung. Hier treten als weitere Fehlerquelle zu der variablen Zusammensetzung des Gasgemisches noch die Druckschwankungen hinzu, die das Analysenergebnis fälschen können.The same applies to the determination of the dust and moisture content or the like of gases by dielectric measurement. This occurs as another source of error the pressure fluctuations are added to the variable composition of the gas mixture, which can falsify the analysis result.

Die hier geschilderten Verhältnisse liegen bei allen Systemen vor, die aus mehr als zwei Komponenten bestehen.The relationships described here apply to all systems, which consist of more than two components.

Nach vorliegender Erfindung werden die erwähnten Fehlerquellen nun dadurch vermieden, daß der zu bestimmende Bestandteil mittels eines Lösungs- oder Extraktionsmittels von möglichst abweichender Dielektrizitätskonstante aus dem Gemisch herausgelöst und die Dielektrizitätskonstante dieser Lösung gegenüber der des reinen Lösungsmittels bestimmt wird.According to the present invention, the sources of error mentioned are now thereby avoided that the constituent to be determined by means of a solution or Extracting agent with a dielectric constant that differs as possible from the mixture and the dielectric constant of this solution compared to that of the pure Solvent is determined.

Ähnliche Verfahren sind bei der Untersuchung von Stoffen auf Grund von Messungen der elektrischen Leitfähigkeit bereits bekannt. So ist es zur Bestimmung des Ammoniakgehalts in Gasgemischen oder Flüssigkeiten' vorgeschlagen worden, das ammoniakhaltige Medium mit einer Flüssigkeit, wie z. B. verdünnter Schwefelsäure, zu mischen und die elektrische Leitfähigkeit des Schwefelsäurestromes an zwei Stellen, vor und nach der Zumischung bzw. Lösung des Ammoniaks, zu messen.Similar procedures are due to the investigation of substances already known from measurements of electrical conductivity. So it is for determination the ammonia content in gas mixtures or liquids' has been proposed that ammonia-containing medium with a liquid, such as. B. dilute sulfuric acid, to mix and the electrical conductivity of the sulfuric acid stream to be measured at two points, before and after the admixture or solution of the ammonia.

Nach dem neuen Verfahren ist also für jeden Stoff x ein spezifisches Lösungsmittel erforderlich. Es muß die Eigenschaften besitzen, i. den Stoff x zu lösen, 2. von ihm hinsichtlich der Dielektrizitätskonstante möglichst verschieden zu sein.According to the new method, x is a specific one for each substance Solvent required. It must have the properties i. the fabric x to solve, 2. as different as possible from it with regard to the dielectric constant to be.

Die technisch wichtige Anwendung des neuen Verfahrens bei der Feuchtigkeitsbestimmung verschiedener Produkte, wie z. B. .von Kohle, Sand, Mörtel, Textilrohstoffen und -waren, Müllereiprodukten, Backwaren, Tabak, Sprengstoffen, Salzen usw., setzt ein Extraktionsmittel für Wasser voraus, welches auch das durch erhebliche Absorptions- oder andere Kräfte gebundene Wasser dem Gemisch entzieht. Für diese Zwecke wurden die niederen Alkohole und besonders Dioxan als brauchbare Lösungsmittel erkannt. Dioxan hat die besonders günstige Eigenschaft, gegenüber Wasser eine etwa 35mal kleinere Dielektrizitätskonstante zu besitzen. Daher sind noch sehr kleineWassermengen in diesem Lösungsmittel zu erfassen.The technically important application of the new method for determining moisture various products, such as B. of coal, sand, mortar, textile raw materials and goods, milling products, baked goods, tobacco, explosives, salts, etc., are used Extraction agent for water, which is also due to the considerable absorption or other forces bound water withdraws from the mixture. For these purposes were recognized the lower alcohols and especially dioxane as useful solvents. Dioxane has the particularly favorable property of about 35 times that of water to have a smaller dielectric constant. Therefore there are still very small amounts of water to capture in this solvent.

Bei der Wasserbestimmung fetthaltiger Stoffe ist das Fett mittels Benzols zu extrahieren. Die vom Benzol getrennte Substanz, die noch alles Wasser enthält, behandelt man mit Dioxan, in welchem Wasser löslich ist. Kleine Benzolmenen stören nicht, da Dioxan die gleiche Dielektrizitätskonstante wie Benzol hat.When determining the water content of fatty substances, the fat is by means of Extract benzene. The substance separated from the benzene, which is still all water contains, it is treated with dioxane, in which water is soluble. Small benzene menes do not interfere, as dioxane has the same dielectric constant as benzene.

Das Meßverfahren geht also in der Art vor sich, daß eine bestimmte Stoffmenge mit einer bestimmten Menge des Extraktionsmittels in Berührung gebracht wird. Nach entsprechender Einwirkung wird das Lösungsmittel, dessen ursprüngliche @ Dielektrizitätskonstante bekannt ist, auf seine veränderte Dielektrizitätskonstante untersucht. Die Änderung der Dielektrizitätskonstante ist ein eindeutiges Maß für den Gehalt an dem Stoff x. Die Beziehung auf die Einwaage liefert den Prozentgehalt an x.The measuring process is done in such a way that a certain Amount of substance brought into contact with a certain amount of the extractant will. After appropriate exposure, the solvent becomes its original @ Dielectric constant is known to its changed dielectric constant examined. The change in the dielectric constant is a clear measure of the content of the substance x. The relationship to the initial weight provides the percentage at x.

Nach dem geschilderten Verfahren sind nach entsprechender Wahl des Extraktionsmittels auch andere Bestandteile eines Stoffgemisches bestimmbar, wie Fette, öle, Eiweißstoffe, Harze usw.According to the procedure outlined, after the appropriate choice of the Extracting agent, other components of a mixture of substances can also be determined, such as Fats, oils, proteins, resins, etc.

Außer festen und flüssigen Stoffen, die aus mehreren Komponenten zusammengesetzt sind, können auch gasförmige Systeme nach der neuen Methode analysiert werden, indem der zu messende Bestandteil in einem vorzugsweise flüssigen Lösungsmittel aufgenommen und diese Lösung der dielektrischen Messung unterworfen wird. Die Aufnahme der gasförmigen Bestandteile kann in einem besonderen Gefäß oder auch im Meßkondensator stattfinden. Auf diese Weise sind feuergefährliche und giftige Gasbestandteile oder technische Gase analysierbar.Except solid and liquid substances, which are composed of several components are, gaseous systems can also be analyzed using the new method the component to be measured is taken up in a preferably liquid solvent and this solution is subjected to dielectric measurement. The inclusion of the gaseous Components can take place in a special vessel or in the measuring capacitor. In this way are flammable and toxic gas components or technical Gases can be analyzed.

Bei vielen Prozessen ist eine kontinuierliche Überwachung der Konzentrationsänderung erforderlich. Diese ist ebenfalls bei festen und flüssigen Stoffgemischen sowie auch bei Gasen möglich, indem der zu messende Stoff in einem Lösungsmittel aufgenommen und diese Lösung kontinuierlich durch die Meßeinrichtung geführt wird. Das Lösungsmittel wird vorübergehend mit dem zu messenden Stoff beladen und nach der Messung in einem Reinigungsaggregat wieder davon befreit.In many processes, continuous monitoring of the change in concentration is essential necessary. This is also the case with solid and liquid mixtures of substances as well also possible with gases by absorbing the substance to be measured in a solvent and this solution is continuously passed through the measuring device. The solvent is temporarily loaded with the substance to be measured and after the measurement in one Cleaning unit freed from it again.

Die Messung der Differenz der Dielektrizitätskonstanten kann zwar nach irgendeinem der bekannten Verfahren erfolgen, doch ist für den vorliegenden Zweck die in der Zeichnung Abb. i, z a und i -b dargestellte Ausführungsform besonders geeignet.The measurement of the difference in the dielectric constant can done by any of the known methods, but is for the present Purpose the embodiment shown in the drawing Fig. I, z a and i -b particularly suitable.

Das Gerät besteht aus zwei selbständigen Schwingungskreisen I und II, die zwei gleich große Flüssigkeitskondensatoren Cl und C2 enthalten. Während der Meßkondensator C2 mit reinem Lösungsmittel gefüllt ist, enthält der Kondensator C, des anderen Schwingungskreises die zu messendeLösung. Der hierdurch veränderte Schwingungszustand wird durch die Kompensationskondensatoren Ca und C4 auf die ursprünglichen Verhältnisse zurückgeführt. Sie können zu den Meßkondensatoren Cl und C2 parallel - wie in Abb. i a -oder in Reihe - wie in Abb. i b - liegen. Ihre relative Kapazität bestimmt die Empfindlichkeit der Apparatur. Es ist von Vorteil, je einen Kompensationskondensator parallel und in Reihe zum Meßkondensator zu legen, wie es in Abb. i angedeutet ist.The device consists of two independent oscillation circuits I and II, which contain two liquid capacitors Cl and C2 of the same size. While the measuring capacitor C2 is filled with pure solvent, the capacitor C of the other oscillating circuit contains the solution to be measured. The resulting changed oscillation state is returned to the original conditions by the compensation capacitors Ca and C4. They can be parallel to the measuring capacitors C1 and C2 - as in Fig. Ia - or in series - as in Fig. Ib. Their relative capacity determines the sensitivity of the apparatus. It is advantageous to place a compensation capacitor in parallel and in series with the measuring capacitor, as indicated in Fig. I.

Der bei gleicher Füllung von Cl und C2 bestehende Schwingungszustand wird als Nullstellung angesehen. Er wird durch einen Empfänger III beliebiger Bauart -angezeigt. Dieser Empfänger braucht keine selbständige Anlage zu sein, sondern kann mit einem der beiden Oszillatoren ein unter dem Namen Superheterodyneschaltung bekanntes zusammengehöriges Stück bilden. Ist der Empfänger III als Telephonempfänger ausgebildet, so ist die Nullstellung durch Tonlosigkeit ausgezeichnet. Aber selbstverständlich kann die Nullstellung auch durch irgendein anderes Instrument objektiv angezeigt oder registriert werden, wie durch Thermoelemente, Vibrationsgalvanometer, Frequenzmesser, Detektor mit Galvanometer oder Wechselstromvoltmeter. Diese Instrumente können in gewöhnliche Resonanzkreise eingeschaltet sein oder auch in Kreise, die den vorher verstärkten Überlagerungseffekt anzuzeigen gestatten. Die im Empfänger aufgenommenen bzw. induzierten Ströme können nach entsprechender Verstärkung zu beliebiger Relaiswirkung herangezogen werden, sei es, daß Registriereinrichtungen, akustische oder optische Signalgeräte oder auch irgendwelche automatischen Reguliervorrichtungen zu betätigen sind.The oscillation state that exists with the same filling of Cl and C2 is regarded as a zero position. It is controlled by a receiver III of any type -displayed. This recipient does not need to be an independent system, but rather can be called a superheterodyne circuit with one of the two oscillators form a well-known piece that belongs together. Is the receiver III as a telephone receiver formed, the zero position is characterized by soundlessness. But of course the zero position can also be objectively indicated by any other instrument or registered, such as by thermocouples, vibration galvanometers, frequency meters, Detector with galvanometer or alternating current voltmeter. These instruments can be used in Ordinary resonance circuits can be switched on or in circles that have previously Allow to display enhanced overlay effect. The ones recorded in the receiver respectively. induced currents can increase after appropriate amplification any relay effect can be used, be it that registration devices, acoustic or optical signaling devices or any automatic regulating devices are to be operated.

Für genaue Messungen kann es nötig sein, bei konstanter Temperatur zu messen. Die beiden Kondensatoren C,. und C2 stehen dann in einem gemeinsamen Temperaturbad, dessen Füllung aus einem elektrisch gut isolierenden Stoff von niedriger Dielektrizitätskonstante besteht, damit die Frequenzselbständigkeit der beiden Schwingungskreise gewahrt bleibt. Um die ganze Anlage gegen Störungen der Umgebung abzuschirmen, werden die äußeren Belegungen der beiden Meßkondensatoren C1 und C2 über Hochfrequenzwiderstände mit der Erde verbunden und alle übrigen Teile in einem geerdeten Metallkasten untergebracht.For precise measurements it may be necessary at a constant temperature to eat. The two capacitors C ,. and C2 are then in a common Temperature bath, the filling of which is made of a material of low electrical insulation Dielectric constant exists so that the frequency independence of the two oscillation circuits is preserved. In order to shield the whole system against disturbances in the environment, the external assignments of the two measuring capacitors C1 and C2 via high-frequency resistors connected to earth and all other parts housed in an earthed metal box.

Man kann auch den Schwingungskreis II, der als Standardkreis wirkt, vollständig in den geerdeten Metallkasten einbauen, wenn man den Kondensator C2 ganz aus dem Schwingungskreis herausnimmt oder als Luftkondensator ausbildet. Die Differenzmessung der Dielektrizitätskonstante wird dann so ausgeführt, daß man den Meßkondensator Cl. zuerst mit reinem Lösungsmittel füllt, dann beide Schwingungskreise mittels der Kondensatoren C3 oder C4 auf gleiche Frequenz bringt, hierauf die Füllung im Meßkondensator C,. gegen die Lösung austauscht und die Differenz der Dielektrizitätskonstanten der beiden Flüssigkeiten ermittelt. Man arbeitet also zeitlich nacheinander.One can also use the oscillation circuit II, which acts as a standard circuit, Fully install it in the earthed metal box when using the capacitor C2 takes it completely out of the oscillation circuit or forms it as an air condenser. the Difference measurement of the dielectric constant is then carried out in such a way that the Measuring capacitor Cl. first fill with pure solvent, then both oscillation circles brings the filling to the same frequency by means of the capacitors C3 or C4 in the measuring capacitor C ,. exchanged for the solution and the difference in the dielectric constant of the two liquids determined. So you work one after the other.

Erreicht die Leitfähigkeit eines Stoffgemisches einen bestimmten Wert, so kann der Einfluß derselben die Kapazitätsmessung beeinträchtigen. Es ist daher unter Umständen erforderlich, dieselbe Lösung einer Leitfähigkeitsmessung zu unterwerfen. Die beiden Belegungen -der Kondensatoren C1 und C2 kann man als Elektroden eines Leitfähigkeitsgefäßes ansehen und mittels dieser Elektrolytzellen die Leitfähigkeitsmessung in der gleichen Apparatur vornehmen, indem man die beiden Schwingungskreise I und II (Abb.2) zur Wechselstromerzeugung, den Empfänger als Wechselstromanzeiger und die beiden aus den Schwingungskreisen abgeschalteten Kondensatoren C,, und C2 als zwei Zweigwiderstände einer Meßbrücke schaltet. Als wesentlicher Bestandteil fehlt nur der Meßdraht M. Dieser wird durch einfache Schalter angeschlossen. Auf diese Weise kann dieselbe Apparatur sowohl zu Leitfähigkeits- als zu Kapazitätsmessungen benutzt werden.If the conductivity of a mixture of substances reaches a certain value, so the influence of the same can impair the capacitance measurement. It is therefore it may be necessary to subject the same solution to a conductivity measurement. The two assignments of the capacitors C1 and C2 can be used as electrodes View the conductivity vessel and use these electrolyte cells to measure the conductivity in the same apparatus by connecting the two oscillation circles I and II (Fig.2) for alternating current generation, the receiver as an alternating current indicator and the two capacitors C ,, and C2 disconnected from the oscillating circuits as two branch resistors of a measuring bridge switches. Missing as an essential part only the measuring wire M. This is connected by simple switches. To this Thus the same apparatus can be used for both conductivity and capacitance measurements to be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for the investigation of mixtures of substances by measuring the dielectric constant, characterized in that the to be determined Component by means of a solvent or extractant of as different as possible Dielectric constant extracted from the mixture and the dielectric constant this solution is determined against that of the pure solvent.

2. Application of the method according to claim i for determining the water content of substances, thereby , characterized in that dioxane is used as the solvent.

3. Application of the procedure according to claim i for gas analysis, characterized in that. the one to be determined Component is dissolved in an absorbent while the same is already in place is located in the measuring capacitor. q ..

Application of the method according to claim i for continuous Investigation of mixtures of substances, characterized in that the extractant describes a circuit in such a way that it is before entering the measuring capacitor is charged with the substance to be determined, which is removed again after the measurement whereupon it then again comes into contact with the substance mixture to be examined is brought.

5. Embodiment of the method according to claim i to q., Characterized characterized that the solution to be examined and the pure solvent in each a liquid condenser of two oscillation circuits are filled and thereby caused change in the superposition frequency is measured.

6. The use of the apparatus used to carry out the method according to claims i to 5 Measurement of the conductivity of the mixture of substances by setting the two oscillation circles for AC generation, the receiver as an AC indicator and of the two Liquid capacitors, one as an electrolytic cell, the other as a comparison resistor to be used.