DE841811C

DE841811C - Method and device for the quantitative determination of part of a multicomponent system

Info

Publication number: DE841811C
Application number: DEW5088A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl-Chem Dr R Walter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-02-04
Filing date: 1951-02-04
Publication date: 1952-06-19

Description

Verfahren und Einrichtung zur quantitativen Bestimmung eines Teils eines Mehrstoffsystems Zur Kontrolle z. B. des Wassergehaltes von festen, flüssigen oder gasförmigen Mehrstoffsystemen benutzt man bisher vor allem chemischanalytische Verfahren, die zeitraubend sind und teilweise empirisch entwickelt werden müssen, oder physikalische Verfahren, wie die Ultrarotspektroskopie oder Dielektrizitätskonstantenmessungen, die teuer und in der Praxis oft in der Durchführung mechanisch empfindlich sind und durch anwesende Fremdsubstanzen gestört werden.Method and device for the quantitative determination of a part of a multi-substance system To control z. B. the water content of solid, liquid or gaseous multicomponent systems have so far mainly been used for chemical analysis Procedures that are time-consuming and in some cases have to be developed empirically, or physical methods such as ultrared spectroscopy or dielectric constant measurements, which are expensive and, in practice, often mechanically sensitive to carry out and are disturbed by the presence of foreign substances.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Ziel zugrunde, in beqeuemer und einfacher Art einen Teil eines Mehrstoffsystems quantitativ zu bestimmen. The present invention is based on the object in beqeuemer and a simple way of quantifying part of a multi-component system.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der zu bestimmende Teil eines Mehrstoffsystems ganz oder teilweise aus diesem herausgeholt und in ein anderes, beschränkt mischbares, flüssiges Mehr stoffsystem bekannter Zusammensetzung, das im folgenden als Meßlösung bezeichnet wird, eingebracht wird, wodurch die Lösungstemperatur, in der Fachliteratur häufig kritische Lösungstemperatur genannt, des letzteren verändert wird. Die Größe dieser Änderung ist ein Maß für die Menge des eingebrachten Stoffes oder der eingebrachten Stoffe. Sie kann in nachstehend beschriebener Weise gemessen werden: Die reine Meßlösung oder ein Teil derselben wird zur Extraktion des zu untersuchenden Mehrstoffsystems benutzt und fließt dann nach Aufnahme eines Teils des zu untersuchenden Mehrstoffsystems durch eine Meßröhre aus durchsichtigem Material, z. B. durch eine Glasküvette.According to the invention this is achieved in that the to be determined Part of a multi-substance system wholly or partially taken out of this and into a other, limited miscibility, liquid multicomponent system of known composition, which is referred to in the following as the measuring solution, is introduced, whereby the solution temperature, Often referred to in the technical literature as the critical solution temperature, the latter has been changed will. The size of this change is a measure of the amount of substance introduced or the substances introduced. It can be measured in the manner described below be: The pure test solution or a part of it is used to extract the test solution Multi-substance system uses and then flows after taking up part of the to be examined Multi-substance system through a measuring tube made of transparent material, e.g. B. by a Glass cuvette.

Die Meßröhre befindet sich in einem heiz- und kühlbaren Gefäß mit einem Temperaturregler, der auf folgende Art gesteuert wird: Die Meßlösung zeigt bei der Lösungstemperatur eine Trübung, die auf einer Emulsion in der Meßlösung beruht. Diese Trübung kann durch Messung der Lichtdurchlässigkeit, z. B. qualitativ-nephelometrisch, erfaßt werden. Der Lichtempfänger, z. B. eine Photozelle, steuert den Temperaturregler und damit die Temperatur des heiz- und kühlbaren Gefäßes so, daß stets die Trübung in der Meßröhre und damit die Lösungstemperatur der Meßlösung erhalten bleiben. Diese Lösungstemperatur und die Temperatur des Reglers bzw. die Temperatur des heiz- und kühlbaren Gefäßes sind also identisch, abgesehen von einer geringen zeitlichen Verschiebung, die auf Trägheit der Gesamteinrichtung beruht und die sehr gering gehalten werden kann; überdies kann eine zeitliche Verschiebung bei der Endregistrierung berücksiEhtigt werden. Die Endregistrierung kann in der Weise erfolgen, daß der Energieverbrauch des Reglers oder dessen Temperatur aufgenommen wird, oder, da diese Temperatur unter Berücksichtigung einer eventuellen zeitlichen Verschiebung bei bekannter Lösungstemperatur der reinen Meßlösung ein charakteristisches Maß für die Menge des aus dem zu untersuchenden Mehrstoffsystem in die Meßlösung eingebrachten Stoffes oder der eingebrachten Stoffe ist, die Registrierung kann auch unmittelbar in analytischen Einheiten des erfaßten Teils des untersuchten Mehrstoffsystems erfolgen. Da Lösungstemperatur der Meßlösung und Temperatur des heiz- und kühlbaren Gefäßes, in dem sich die Meßröhre befindet, ebenfalls einander gleich sind (wiederum unter eventueller Berücksichtigung einer zeitlichen Verschiebung), kann auch die letztere Temperatur zur Endregistrierung dienen. Es gibt Meßlösungen, bei denen die Trübung bei der Lösungstemperatur sehr kurzlebig oder ungleichmäßig ist; man kann sie durch Schüttelvorrichtungen oder Ultraschalleinwirkung zeitlich verlängern und aufrechterhalten bzw. in der Meßröhre gleichmäßig auftreten lassen.The measuring tube is in a heatable and coolable vessel with a temperature controller, which is controlled in the following way: The measurement solution shows at the solution temperature a turbidity, which is based on an emulsion in the measurement solution. This cloudiness can be measured by measuring the light transmission, e.g. B. qualitative nephelometric, can be detected. The light receiver, e.g. B. a photocell controls the temperature controller and thus the temperature of the heatable and coolable vessel so that the cloudiness is always maintained remain in the measuring tube and thus the solution temperature of the measuring solution. This solution temperature and the temperature of the controller or the temperature of the heating and the coolable vessel are therefore identical, apart from a slight temporal one Displacement which is due to the inertia of the overall facility and which is very small can be held; In addition, there may be a time delay in the final registration be taken into account. The final registration can be done in such a way that the Energy consumption of the controller or its temperature is recorded, or because this Temperature taking into account a possible time shift at known solution temperature of the pure measurement solution is a characteristic measure for the amount of that introduced into the test solution from the multicomponent system to be examined Substance or the substances introduced, the registration can also be carried out immediately take place in analytical units of the recorded part of the multicomponent system under investigation. Since the solution temperature of the measuring solution and the temperature of the heatable and coolable vessel, in which the measuring tube is located, are also equal to each other (again under possible consideration of a time shift), the latter can also be used Temperature to be used for final registration. There are measurement solutions in which the turbidity is very short lived or uneven at the solution temperature; you can get through it Extend and maintain shaking devices or ultrasound exposure over time or allow it to occur evenly in the measuring tube.

Es sei vermerkt, daß das Verfahren nicht dadurch gestört wird, daß die Meßlösung oder eine Komponente derselben mehrere chemische Substanzen nebeneinander aufnimmt, die die Lösungstemperatur der reinen Meßlösung jede für sich spezifisch beeinflussen. Eine chemische Analyse der in die Meßlösung eingebrachten Stoffe und eine Ermittlung der einzeln und insgesamt resultierenden Anderungen der Lösungstemperatur der reinen Meßlösung ermöglichen auch dann die Anwendung des Verfahrens. Der Ausdruck Teil eines Mehrstoffsystems bedeutet in diesem Zusammenhang also nicht, daß es sich um eine einheitliche chemische Substanz handeln muß. Das Verfahren ist auch dann anwendbar, wenn die Extraktion des zu untersuchenden Mehrstoffsystems auf den zu bestimmenden Teil desselben nicht vollständig ist, sofern man den Grad der Extraktion unter den gegebenen Bedingungen durch eine Analyse feststellt. Wenn man den Gehalt eines Teils eines Mehrstoffsystems nicht quantitativ kennen muß, sondern lediglich kontrollieren will, ob sich der Gehalt in einer gewünschten Grenze hält, tritt in die geschilderten Verfahren und Einrichtung an Stelle des heiz- und kühlbaren Gefäßes mit dem Temperaturregler ein Gefäß mit so eingestellter Temperatur, daß die Lösungstemperatur der Meßlösung, die einem gewünschten Gehalt eines Teils des zu untersuchenden Mehrstoffsystems entspricht, nicht erreicht wird. Wird sie trotzdem erreicht, so bedeutet das, daß der Gehalt des zu kontrollierenden Teils die gewünschte Grenze nicht einhält: der mit der Trübung bei erreichter Lösungstemperatur absinkende Photostrom aus der Messung der Lichtdurchlässigkeit steuert dann eine Vorrichtung so, daß der geforderte Gehalt wieder einreguliert wird.It should be noted that the process is not disrupted by the fact that the measurement solution or a component of the same has several chemical substances next to one another takes up the solution temperature of the pure measurement solution each specific for itself influence. A chemical analysis of the substances and a determination of the individually and overall resulting changes in the solution temperature the pure measurement solution then also enable the method to be used. The expression Part of a multicomponent system in this context does not mean that it is must be a uniform chemical substance. The procedure is also then applicable if the extraction of the multicomponent system to be examined is aimed at the determining part of it is incomplete unless one considers the degree of extraction determined by an analysis under the given conditions. When you get the salary of a part of a multicomponent system does not have to know quantitatively, but only wants to check whether the salary is within a desired limit, enters the procedures and equipment described in place of the heatable and coolable vessel with the temperature regulator a vessel with a temperature set so that the solution temperature the measurement solution, which has a desired content of a part of the multi-component system to be examined is not achieved. If it is achieved anyway, it means that the content of the part to be checked does not comply with the desired limit: the the photocurrent from the measurement decreases with the turbidity at the reached solution temperature the light transmission then controls a device so that the required content is regulated again.

An Hand der Abbildung I soll die Erfindung schematisch, hier beispielsweise für die Wasseranalyse eines Mehrstoffsystems unter der vereinfachenden Annahme, daß nur Wasser in die Meßlösung aufgenommen wird, erläutert werden. Als Meßlösungen kommen hier flüssige, beschränkt mischbare Systeme aus Methylalkohol und Kohlenwasserstoffen in Frage; derartige sind etwa: x) 55 Volumprozent Methylalkohol, 45 Volumprozent einer Kohlenwasserstofffraktion, die zwischen 30,0 und 48,50C destilliert und eine Dichte von D= = 0,6329 aufweist; y) 27 Volumprozent Methylalkohol, 73 Volum..-prozent der unter x) erwähnten Kohlenwasserstofffraktion; z) 25 Volumprozent Methylalkohol, 74 Volumprozent n-Hexan. On the basis of Figure I, the invention is intended to be schematic, here for example for the water analysis of a multi-component system under the simplifying assumption, that only water is taken up in the measurement solution will be explained. As measurement solutions This is where liquid, restricted-miscibility systems come from methyl alcohol and hydrocarbons in question; such are approximately: x) 55 percent by volume methyl alcohol, 45 percent by volume a hydrocarbon fraction that distills between 30.0 and 48.50C and a Has a density of D = = 0.6329; y) 27 percent by volume methyl alcohol, 73 percent by volume the hydrocarbon fraction mentioned under x); z) 25 percent by volume methyl alcohol, 74 percent by volume n-hexane.

Die Meßlösung x) hat eine Lösungstemperatur von + 9,0C, y) von + 22,40C und z) von + 36,40 C. Eine dieser Meßlösungen kann benutzt werden. Zur Extraktion genügt häufig in solchem Fall der Methanolanteil der Meßlösung, der dann vor Einfluß in die Meßröhre durch Zugabe des Kohlenwasserstoffanteils zur Meßlösung ergänzt wird. Das zu untersuchende Mehrstoffsystem kommt in der Zeichnung entsprechend der Richtung des Pfeiles a durch ein Leitungsrohr, beispielsweise im Fall eines festen Salzgemisches durch Schneckenförderung. Eine Nebenschnecke b entnimmt diesem Material laufend eine geringe Analysenmenge, die in c kontinuierlich oder auch intermittierend mit aus Rohr d zufließendem Methylalkohol extrahiert wird; c stellt also einen Extraktionsapparat dar, der automatisch arbeitet und mit einem Auswurf für das extrahierte Gut versehen sein kann. Der flüssige Extrakt wird bei e durch Zufluß von Kohlenwasserstoff aus Rohr f zur Meßlösung im richtigen Verhältnis ergänzt und fließt in das heiz- und kühlbare Gefäß g, das eine Meßröhre h enthält. Als Meßröhre dient hier die Küvette h, die im Strahlengang der I,ampe i liegt. Die Lichtdurchlässigkeit der NIeßlösung in der Küvette wird durch die Photozelle k gemessen; sie ist bei der Lösungstemperatur der Meßlösung infolge der Trübung gering. Falls die Trübung verschwindet, also die Lichtdurchlässigkeit ansteigt, wird durch den vergrößerten Photostrom der Photozelle k der Temperaturregler 1 so gesteuert, daß der. alte Wert der Lichtdurchlässigkeit, der einer Trübung in der Küvette entspricht, und damit die zugehörige Lö- sungsteml) eratur der Meßlösung wieder erreicht wird. Der Temperaturreglerl ist mit der Registriereinrichtung m gekoppelt; die kontinuierlich bzw. intermittierend die Temperatur des Reglers oder den Wassergehalt des untersuchten Mehrstoffsystems registriert. Die Meßlösung fließt wieder bei n aus der Küvette aus, tritt in ein Rektifiziersystem o ein, von wo, in diesem Fall Methylalkohol aus Rohr-p und Kohlenwasserstoff aus Rohr q austretend, die Teile der Meßlösung wieder in die Röhren d und ; gehen können. The measurement solution x) has a solution temperature of + 9.0C, y) of + 22.40C and z) of + 36.40 C. One of these measuring solutions can be used. For extraction In such a case, the methanol content of the measurement solution is often sufficient, which is then before influence supplemented in the measuring tube by adding the hydrocarbon content to the measuring solution will. The multi-substance system to be examined is shown in the drawing according to Direction of arrow a through a conduit, for example in the case of a solid Salt mixture by screw conveyor. A secondary screw b removes material from this continuously a small amount of analysis, which in c is continuous or intermittent is extracted with methyl alcohol flowing in from tube d; c therefore represents an extraction apparatus which works automatically and is provided with an ejection for the extracted material can be. The liquid extract is made at e by the influx of hydrocarbons Tube f is added to the measuring solution in the correct ratio and flows into the heating and coolable vessel g containing a measuring tube h. The cuvette serves as the measuring tube h, which lies in the beam path of the I ampe i. The light transmission of the measuring solution the photocell k is measured in the cuvette; it is at the solution temperature the measurement solution is low due to the turbidity. If the cloudiness disappears, so the Increased light transmission is due to the increased photocurrent of the photocell k the temperature controller 1 controlled so that the. old value of light transmission, which corresponds to a turbidity in the cuvette, and thus the associated sungsteml) temperature of the measurement solution is reached again. The temperature controller is with the registration device m coupled; the continuous or intermittent temperature of the controller or the water content of the examined multi-component system is registered. The measurement solution flows out of the cuvette again at n, enters a rectification system o, from where, in this case methyl alcohol exiting from tube p and hydrocarbon from tube q, the parts of the measurement solution back into the tubes d and; can go.

In der industriellen Praxis ist es oft gar nicht nötig, den Wassergehalt eines Produktes genau zu kennen; vielmehr ist es nötig, daß der Wassergehalt unterhalb einer bestimmten Grenze bleibt. In einem solchen Fall vereinfachen sich die Verfahren und die Einrichtung wie folgt: Es sei angenommen, daß der Wassergehalt des zu untersuchenden Mehrstoffsystems nicht höher sein darf als so, daß bei der NI ethanolextrakt ion dieses Mehrstoffsystems 1 \ olumteil Wasser auf 99 Volumteile Methanol kommt. In diesem Fall würde, wenn man z. B. die erwähnte Meßlösung y) benutzt, die Lösungstemperatur der reinen Meßlösung von 22,40C um i9,90C auf 42,30C erhöht werden. Wenn man jetzt die Meßröhre h in einen Thermostat g' von 42,3°C bringt, so zeigt die Photozelle k so lange eine konstante Lichtdurchlässigkeit, die diesmal der klaren Meßlösung entspricht (es ist dabei gleichgültig, ob im allgemeinen Fall das zur Messung benutzte Mehrstoffsystem, die Meßlösung, an dieser Stelle des Verfahrens völlige gegenseitige Löslichkeit oder Schichtenbildung zeigt), durch einen hohen Photostrom an, wie der Wassergehalt in der gewünschten Grenze bleibt. Steigt er jedoch über den gewünschten Wert, so tritt durch Erhöhung der Lösungstemperatur der Meßlösung auf 42,30 C oder höher eine Trübung in der Meßröhre ein und die Lichtdurchlässigkeit, sinkt ab. Der jetzt geringere Photostrom der Photozelle k schaltet jetzt über ein Relais r, das in der Zeichnung wie alle anderen Vorrichtungen, die für diesen vereinfachten Fall gelten, gestrichelt gezeichnet ist, eine Heizung oder Trocknung s ein, die so eingestellt ist, daß der gewünschte Wassergehalt durch eine automatische I-Ieizperiode sicher wieder unterschritten wird. Alle anderen Vorrichtungen, wie Temperaturregler, Registriergerät m, fallen in diesem Fall fort. In industrial practice it is often not necessary to check the water content to know exactly about a product; rather it is necessary that the water content is below a certain limit remains. In such a case, the procedures are simplified and the device as follows: Assume that the water content of the Multicomponent system must not be higher than so that in the case of NI ethanol extraction this multicomponent system contains 1 part water to 99 parts by volume of methanol. In in this case, if one z. B. the mentioned measurement solution y) used, the solution temperature of the pure measurement solution can be increased by 19.90C from 22.40C to 42.30C. If you can now If the measuring tube h is placed in a thermostat g 'of 42.3 ° C., the photocell shows k so long a constant light transmission, this time the clear measurement solution corresponds (it does not matter whether in the general case the one used for the measurement Multi-substance system, the measurement solution, at this point in the process, they are completely mutual Solubility or stratification), by a high photocurrent, like the Water content remains in the desired limit. However, if it rises above the desired level Value, it occurs by increasing the solution temperature of the measuring solution to 42.30 C or higher a turbidity in the measuring tube and the light transmission decreases. Of the now lower photocurrent of the photocell k now switches via a relay r, the in the drawing like all other devices for this simplified case apply, shown in dashed lines, a heating or drying system that is set in this way is that the desired water content is guaranteed by an automatic heating period is fallen below again. All other devices, such as temperature controllers, recorders m, fall away in this case.

Claims

PATENT CLAIMS: Procedure for the quantitative determination of a part a multi-substance system, characterized in that the part to be determined is a Multi-substance system wholly or partially taken out of this and in a different, limited miscibility, liquid multicomponent system of varying composition is introduced, whereby the solution temperature of the latter, called the measuring solution, is changed and this change as a measure of the amount of the part to be determined of the substance system to be examined is used.

2. The method according to Anisprüch I, characterized in that the change the solution temperature of the measuring solution with the appearance of turbidity at the light permeability the measurement solution is measured and registered.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that; that dfe change the solution temperature of the measurement solution to control the composition a multi-substance system is used.

4. Device according to claims I to 3, characterized in that the material to be extracted with a pure measuring solution or part of the same in extracted by an extraction apparatus with automatic ejection of the extracted material and the extract enters a heatable and coolable vessel, where it is placed in a translucent container Measuring tube is used for analysis.

5. Device according to claims I to 4, characterized in that the measuring tube lies in the beam path of a lamp, so that the light transmission the measuring solution in the measuring tube can be measured with a photocell.

6. Process according to Claims I to 5, characterized in that the turbidity of the measuring solution in the measuring tube as a characteristic of the solution temperature the measurement solution is maintained by using the size of the photocurrent as Measure of the light transmittance of the measuring solution in the cuvette a temperature controller is controlled so that the solution temperature of the measurement solution in the measuring tube within of the heatable and coolable vessel is retained or continuously restored.

7. The method according to claim 6, characterized in that the turbidity a limited miscible, liquid multicomponent system, which at its solution temperature occurs, prolonged in time by shaking devices or the action of ultrasound or sustained or sustained.

8. Process according to Claims 1 to 6, characterized in that the temperature controller is coupled to a registration device that records the consumed Energy of the controller or its temperature as a measure of that introduced into the measurement solution Amount of the part to be determined in a multicomponent system or directly analytical Units of this part registered continuously or intermittently.

9. Process according to Claims I to 6, characterized in that the temperature of the heatable and coolable vessel in which the measuring tube is located, as a measure of the amount of the part to be determined which is introduced into the measurement solution Multi-component system or direct analytical units of this part continuously or registered intermittently.

IO. Method according to Claims 1, 3, 4, 5, 7, characterized in that that a changed Photocurrent at constant temperature of the measuring solution, which temperature is applicable for a desired composition of the measurement solution Solution temperature corresponds to an automatic device in motion that the controlled part of an examined multi-fuel system when the permissible values are exceeded Limit reduced or supplemented.

II. The method according to claims 1, 3, 4, 5, 7, IO, characterized in that that for the special case of checking the maximum level of one or more Solvent in a multi-component system, the relay switches on a drying process.

I2. Process according to Claims I to 5, characterized in that the used measuring solution is cleaned in a rectification system and as a pure measuring solution or as parts thereof for making a continuous process again is used.