EP0624395A1

EP0624395A1 - Mischkammer

Info

Publication number: EP0624395A1
Application number: EP94106951A
Authority: EP
Inventors: Günter Dr. Rinke; Willi Fink; Reinhold Hartmann; Dieter Wicht
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1993-05-08
Filing date: 1994-05-04
Publication date: 1994-11-17
Also published as: DE4315363C1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mischkammer vorzuschlagen, mit der eine sehr homogene Mischung insbesondere von an sich schwer mischbaren Stoffen erzielt werden kann. Die Mischkammer soll sich in ein einheitliches Analysesystem mit möglichst kurzen Meßzeiten und mit geringen Reagenzmengen integrieren lassen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mischkammer mit den folgenden Merkmalen gelöst: a) die Mischkammer enthält einen freien Raum mit Seitenwänden und einem Boden; b) der freie Raum ist auf seiner dem Boden gegenüberliegenden Seite mit einem parallel zu den Seitenwänden verschiebbaren, im freien Raum bewegbaren Kolben abgeschlossen, c) dessen wirksamer Querschnitt senkrecht zu den Seitenwänden so gewählt wird, daß der freie Raum flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist; d) der freie Raum enthält weiterhin einen Mischstempel, der zwischen dem Boden und dem Kolben angeordnet ist, e) parallel zu den Seitenwänden bewegbar ist, f) aus einem ferromagnetischen oder paramagnetischen Material besteht und g) durch konstruktive Mittel in einem annähernd konstanten Abstand zu den Seitenwänden gehalten wird; h) der freie Raum ist von mindestens einer elektromagnetischen Spule umgeben, i) über die der Mischstempel bewegbar ist; k) in den freien Raum münden mindestens zwei absperrbare Flüssigkeitsleitungen. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Mischkammer entsprechend dem ersten oder dem zweiten Patentanspruch.
Eine solche Mischkammer kann in einem Meßsystem zur Bestimmung der Nitrat-, Ammonium- oder Phosphatkonzentration in Abwässern eingesetzt werden. Bei bekannten Meßsystemen zur Bestimmung dieser Parameter wird nach dem Verfahren der Fließinjektion oder im Batchbetrieb mit offenen Gefäßen und mit größeren Reaktionsmengen gearbeitet.
Ein Verfahren, das solchen Meßsystemen zugrunde liegen kann, ist beispielsweise aus der DE 39 08 040 C2 bekannt; ihm liegt die kontinuierliche Mischung aus mehreren Förderströmen von Probe und Reagenzien in geschlossenen Mischkammern zugrunde.
Die angesprochenen Meßsysteme haben im allgemeinen den Nachteil, daß zum einen größere Reagenzmengen benötigt werden; zum anderen erfolgt bei diesen Geräten nicht vor jeder Messung eine Referenzmessung. Das erwähnte Verfahren ist aufwendig, wenn auf eine exakte Reproduzierbarkeit Wert gelegt wird.
Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn z. B. für die Analyse der oben genannten Stoffe an sich schwer mischbare Stoffe, etwa solche mit stark unterschiedlicher Dichte, sehr homogen gemischt werden sollen. Bei nicht vollständiger Homogenität werden falsche Analysenergebnisse erhalten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischkammer vorzuschlagen, mit der eine sehr homogene Mischung insbesondere von an sich schwer mischbaren Stoffen erzielt werden kann. Die Mischkammer soll sich in ein einheitliches Analysesystem für die reproduzierbare Messung aller relevanten Meßgrößen insbesondere von Nitrat, Ammonium oder Phosphat mit möglichst kurzen Meßzeiten und mit geringen Reagenzmengen integrieren lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im ersten oder zweiten Patentanspruch beschriebene Mischkammer gelöst. Die weiteren Merkmale geben bevorzugte Weiterbildungen der Mischkammer und Möglichkeiten zur Integration der erfindungsgemäßen Mischkammer in ein Meßsystem der oben erwähnten Art wieder.
Die erfindungsgemäße Mischkammer enthält einen freien Raum mit Seitenwänden und einen Boden. Der freie Raum weist bevorzugt die Form eines Zylinders auf; in diesem Fall ist der Boden kreisförmig und die Seitenwände werden durch den Mantel des Zylinders gebildet. Prinzipiell kann der freie Raum jedoch auch eine quaderförmige Gestalt annehmen. In diesem Fall bilden sowohl die Seitenflächen als auch der Boden ein Rechteck oder ein Quadrat.
Der freie Raum ist an einer Seite offen; diese Seite liegt dem Boden gegenüber und bildet daher bei einem zylinderförmigen freien Raum einen Kreis und bei einem quaderförmigen freien Raum ein Quadrat oder ein Rechteck. Die offene Seite wird durch einen im freien Raum bewegbaren Kolben flüssigkeitsdicht verschlossen. Der wirksame Querschnitt des Kolbens senkrecht zu den Seitenwänden, das heißt, der Querschnitt des Kolbens an der Stelle, die dem freien Raum zugewandt ist, entspricht daher der Form der offenen Seite mit geringfügig verkleinerten Abmessungen. Der Kolben kann, soweit erforderlich, zusätzlich in bekannter Weise mit Dichtungselementen, z. B. Dichtlippen, versehen sein.
In dem freien Raum ist weiterhin ein Mischstempel vorhanden. Dieser Mischstempel ist zwischen dem Boden und dem verschiebbaren Kolben angeordnet; er läßt sich parallel zu den Seitenwänden, somit in denselben Richtungen wie der Kolben bewegen und weist vorzugsweise dieselbe Querschnittsform wie der Kolben auf; er kann daher in Form eines Zylinders oder eines Quaders gestaltet sein, deren Querschnitte geringfügig kleiner sind als der Querschnitt des freien Raumes senkrecht zu den Seitenwänden. Der Mischstempel besteht aus einem ferromagnetischen oder paramagnetischen Material, z. B. aus einem Dauermagneten, oder bevorzugt aus Weicheisen, das zum Schutz gegen aggressive Flüssigkeiten mit einer Goldschicht ummantelt sein kann.
Der Mischstempel wird durch konstruktive Mittel in einem konstanten, möglichst geringen Abstand zu den Seitenwänden gehalten. Ein solches konstruktives Mittel ist beispielsweise ein Kranz von Noppen, die den Mischkörper umgeben. Vorzugsweise wird für das konstruktive Mittel ein solches Verhältnis von Länge und Querschnitt gewählt, daß sich der Mischstempel bei der Bewegung im freien Raum nicht verklemmen oder verkanten kann. Der Abstand zwischen Mischstempel und Seitenwänden ist vorzugsweise kleiner als 1 mm. Der Bereich zwischen dem Mischstempel und den Seitenwänden wirkt als Strömungskanal; im Innern des Mischstempels oder an dessen Mantelfläche können zusätzliche Strömungskanäle mit kleinem Querschnitt, etwa weniger als 1 mm angebracht werden. Diese Strömungskanäle reichen in diesem Fall von der Seite, die dem Boden gegenüberliegt, bis zu der Seite, die dem Kolben gegenüberliegt.
Der freie Raum ist in der ersten Ausführungsform von mindestens einer elektromagnetischen Spule umgeben. Wird eine einzige elektromagnetische Spule gewählt, so ist diese so anzuordnen, daß der ferromagnetische oder paramagnetische Mischstempel bei Stromfluß durch die Spule vom Boden angehoben wird. Die Bewegung des Mischstempels erfolgt in diesem Fall in senkrechter Richtung; die entgegengesetzte Bewegung ergibt sich ohne Stromfluß durch die Spule durch die schwere Masse des Mischstempels.
Vorzugsweise werden jedoch zwei elektromagnetische Spulen eingesetzt, von denen eine Spule bei Stromdurchfluß für die Bewegung des Mischstempels in eine Richtung und die andere für die Bewegung des Mischstempels in die entgegengesetzte Richtung sorgt. In diesem Fall braucht die Bewegungsrichtung nicht senkrecht zu erfolgen.
In der zweiten Ausführungsform ist anstelle der Spule ein Permanentmagnet angebracht, über den der Mischstempel bewegbar ist. Mindestens ein Permanentmagnet ist außerhalb des freien Raumes an mindestens einer Seitenfläche angeordnet und läßt sich entlang der Seitenflächen in denselben Richtungen wie der Kolben verschieben. Durch die Verschiebung des Permanentmagneten wird der Mischstempel mitbewegt. Beispielsweise können einander gegenüberliegend zwei Permanentmagnete vorgesehen werden, die miteinander verbunden sind und sich daher gleichsinnig bewegen. Der Antrieb der Permanentmagnete kann pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Mit der zweiten Ausführungsform wird ein Antrieb des Mischstempels verwirklicht, der dem Antrieb in der ersten Ausführungsform äquivalent ist.
In den freien Raum münden in beiden Ausführungsformen mindestens zwei absperrbare Flüssigkeitsleitungen, z. B. ein Zulauf und ein Ablauf. Der Zulauf führt das zu homogenisierende Flüssigkeitsgemisch; durch den Ablauf wird das homogenisierte Gemisch aus der Mischkammer abgelassen. Die Flüssigkeitsleitungen werden so angebracht, daß ihre Mündungsstellen nicht vom Kolben abgedeckt sind, wenn sich dieser in Kontakt mit dem Mischstempel befindet. Die Mündungsstelle soll daher in einem solchen Abstand vom Boden des freien Raumes liegen, der maximal der Höhe des Mischstempels entspricht. Liegt die Mündungsstelle in einem Abstand, der kleiner ist als die Höhe des Mischstempels, dann muß der Mischstempel auf jeden Fall z. B. den erwähnten Kranz von Noppen aufweisen, damit die Mündungsstelle nicht vom Mischstempel verschlossen werden. Weiterhin kann in diesem Fall der Mischstempel die erwähnten zusätzlichen Strömungskanäle im Innern oder an seiner Mantelfläche aufweisen.
Die Homogenisierung eines Flüssigkeitsgemisches kann mit der erfindungsgemäßen Mischkammer gemäß der ersten Ausführungsform in folgender Weise erreicht werden:
Bei abgesperrtem Ablauf wird der freie Raum entweder durch Ansaugen mit dem Kolben oder durch eine externe Pumpe mit dem zu homogenisierenden Gemisch befüllt. Wird eine externe Pumpe eingesetzt, erfolgt die Bewegung des Kolbens nach außen und damit die Vergrößerung des freien Raumes durch den Druck des Gemisches. Ist der freie Raum vollständig mit dem Gemisch gefüllt, wird auch der Zulauf abgesperrt. Durch kurzzeitigen Stromfluß durch eine Spule oder durch wechselseitigen Stromfluß in zwei Spulen wird der Mischstempel mehrfach in den beiden möglichen Richtungen bewegt. Die Homogenisierung wird dadurch erreicht, daß das Gemisch bei der Bewegung des Mischstempels gezwungen ist, den engen Spalt zwischen dem Mischstempel und den Seitenwänden des freien Raumes zu durchströmen.
Die Strecke, entlang der sich der Mischstempel bewegt, und damit die erzielbare Wirkung bei einer einzigen Bewegung sind durch die Anordnung der Spule vorgegeben. Man wird daher die Spule so anordnen, daß sich der Mischstempel in einem möglichst großen Volumen des freien Raumes bewegt. Sind zwei Spulen angebracht, ist die zweite Spule so angeordnet, daß sie den Mischstempel in Kontakt mit dem Boden bringt.
Das homogenisierte Gemisch wird aus der Mischkammer dadurch entfernt, daß es durch den Kolben bei geöffnetem Ablauf einem Druck ausgesetzt wird. Die Bewegung des Kolbens in den freien Raum hinein erfolgt vorzugsweise pneumatisch.
Vorzugsweise wird nicht das zu homogenisierende Gemisch durch einen einzigen Zulauf in den freien Raum geleitet, sondern es ist für jede Komponente des Gemisches eine eigene absperrbare Flüssigkeitsleitung vorgesehen. Hierdurch wird eine Vormischkammer oder eine Leitungsverzweigung für das Flüssigkeitsgemisch eingespart, in denen durch Absetzvorgänge und Wandeffekte eine Veränderung in der Zusammensetzung des Gemisches auftreten kann.
Wird die Mischkammer in einem Meßsystem der oben erwähnten Art eingesetzt, sind alle Flüssigkeitsleitungen vorzugsweise durch ein einziges Mehrwegeventil abgesperrbar. Dieses Mehrwegeventil kann gegebenenfalls automatisch gesteuert werden.
An das Mehrwegeventil sind vorzugsweise eine Probenzuleitung, mindestens eine Kolbenbürette, mindestens eine Reagentienleitung und mindestens eine Kalbrier(Eich)flüssigkeitsleitung angeschlossen. Hierdurch wird die wesentliche Komponente eines oben erwähnten Meßsystems geschaffen, mit dem insbesondere die Nitrat-, Ammonium- oder Phosphatkonzentrationen in Abwässern gemessen werden können.
In diesem Fall mündet der Ablauf aus der Mischkammer in eine Photometereinheit, die mit einem weiteren Ventil oder vorzugsweise mit dem erwähnten Mehrwegeventil abgeschlossen ist. In der Photometereinheit werden vorzugsweise Meßwerte bei einer ersten und einer zweiten Wellenlänge registriert und aus den mit der ersten und den mit der zweiten Wellenlänge erzielten Meßwerten die Quotienten gebildet.
Die Homogenisierung eines Flüssigkeitsgemisches mit der erfindungsgemäßen Mischkammer gemäß der zweiten Ausführungsform erfolgt in analoger Weise durch externe Verschiebung des oder der Permanentmagneten, der die Spule der ersten Ausführungsform ersetzt.
Im folgenden werden eine Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischkammer und ein Meßsystem, das diese Mischkammer enthält, anhand von Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mischkammer;
Fig. 2 zeigt ein Meßsystem, in das die Mischkammer gemäß Fig. 1 integriert ist.

In Fig. 1 ist eine Mischkammer 5 dargestellt, bei der ein Kolben 21 den freien Raum 23 an einer Seite abschließt. Der freie Raum 23 ist zylinderförmig; dementsprechend stellt der wirksame Querschnitt des Kolbens 21 einen Kreis dar. Der freie Raum kann vollständig mit dem zu homogenisierenden Gemisch 27 gefüllt werden. Die Befüllung des freien Raumes erfolgt durch die Leitungen 3', 8', 9', 18'; die Leitung 16' stellt den Abfluß dar. Die Leitungen sind so angebracht, daß sie in einen Bereich des freien Raumes münden, den der Mischstempel 22 und der Kolben 21 nicht abdecken. Die Ausgestaltung enthält zwei elektromagnetische Spulen 25 und 26, die den Mischstempel bewegen. Der Mischstempel besteht aus einem Weicheisenkern, der mit Gold ummantelt ist. Zwischen dem Mischstempel und den Seitenwänden wird ein Spalt 24 gebildet, der einen Strömungskanal darstellt.
Fig. 2 zeigt ein Meßsystem zur Bestimmung der Nitrat-, Ammonium- oder Phosphatkonzentration in Abwässern, das die Mischkammer 5 gemäß Fig. 1 enthält. Das Abwasser wird über eine Pumpe 15 durch ein Ultrafilter 14
gedrückt; das Permeat gelangt in einen Sammelbehälter 1. Die im Sammelbehälter 1 vorhandene Abwasserprobe wird in die Mischkammer 5 dosiert und in dieser Kammer mit entsprechenden Reagenzien 6, 7 vorbestimmter Mengen homogen durchmischt. Die homogene Mischung wird zur Bestimmung der Konzentration einem hierfür geeigneten Photometer 12 zugeführt.
Eine definierte Menge der Abwasserprobe im Filtratsammelbehälter 1 wird über ein Mehrwegeventil 4 durch eine Kolbenbürette in die Mischkammer 5 gefördert. Hierzu wird in dem Mehrwegeventil 4 eine Verbindung zwischen der Leitung 3 und der Kolbenbürette hergestellt, die Kolbenbürette aus Leitung 3 gefüllt, die Leitung 3 verschlossen und die Leitung 3' geöffnet, so daß der Inhalt der Kolbenbürette in die Mischkammer 5 gepreßt werden kann. Durch weitere Stellungen des Mehrwegeventils 4 werden über weitere Kolbenbüretten 10, 11 definierte Mengen der jeweils zugeordneten Reagenzien oder Lösungen 6, 7 auf analoge Weise über die Leitungen 8, 8', 9, 9' in die Mischkammereinheit befördert. Außerdem kann der Mischkammer 5 über die Leitungen 18, 18' durch die Kolbenbürette 17 Kalibrier(Eich)lösung zugeführt werden, die anschließend in das Photometer 12 gelangt. Die Betätigung der Kolbenbüretten und des Mehrwegeventils erfolgt zweckmäßigerweise pneumatisch. Die Mengenzumessung der Kolbenbüretten 2, 10, 11, 17 geschieht vorzugsweise durch veränderbare, einstellbare mechanische Anschläge.
Die Mischkammer 5 enthält den Mischstempel 22, der von außen über ein magnetisch erzeugtes Feld seine Lage verändern kann. Die Mischung aus Probe und Reagenzien wird durch ein außen an der Mischkammereinheit befindliches Paar elektromagnetischer Spulen mit entsprechend verändertem Stromdurchfluß durch Feldänderung auf den in der Mischkammer befindlichen Mischstempel oder von einem bewegten Magnet erreicht. Durch die von außen steuerbare magnetische Kopplung wird der Mischstempel 22 bewegt und zwangsweise z. B. nach oben oder unten gedrückt. Durch entsprechende Dimensionierung des freien Raumes 23 der Mischkammer, des Strömungskanals, der eingesetzten Energie und der Hubzahl wird auch bei schwer mischbaren Flüssigkeiten in kurzer Zeit eine absolut homogene Mischung erzeugt. Dies gilt insbesondere für die Mischung von Flüssigkeiten stark unterschiedlicher Dichte wie z. B. Wasser und Schwefelsäure.
Die Mischkammereinheit weist weiterhin den Kolben 21 auf, der bei Dosierung von Permeat (der Probe) und Reagenzien um diese Dosiermenge hydraulisch verdrängt wird, so daß kein Lufteintrag entsteht. Das Gemisch wird von diesem Kolben über das Mehrwegeventil und eine Leitung dem Photometer 12 zugeführt. Ein Rechnersystem automatisiert, d. h. überwacht, steuert und regelt den gesamten Ablauf einschließlich entsprechender Kalibrierungen.
Vorzugsweise ist die Mischkammer 5 in einer für die Reagenzien und den Langzeitmeßbetrieb geeigneten Weise thermostatisiert; bevorzugt ist sie lichtdicht. Sie ist mit entsprechenden Kontroll- und Überwachungseinrichtungen sowie mit selektiv speicher- und abrufbaren Meldungen mit Sammelalarmausgang versehen.
Prinzipiell wäre auch nur eine Spule für die Bewegung des Mischstempels ausreichend, wenn z. B. die Abwärtsbewegung von der Schwerkraft übernommen wird, was aber besonders bei viskosen Flüssigkeiten problematisch ist. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, als Mischstempel einen Dauermagneten einzusetzen. In diesem Fall bräuchte die Polarität der einen Spule nur periodisch umgepolt zu werden.
Die Begrenzungen dieser Hubbewegung sind der Boden der Mischkammer und der in die Mischkammer eintauchende Kolben 21. Die über dem Mischstempel 22 stehende Flüssigkeit 27 wird bei Betätigung des Mischstempels 22 über die Strömungskanäle 24 nach unten gepreßt, so daß derselbe Flüssigkeitsraum unten entsteht. Eine mehrfache Betätigung garantiert auch bei sehr schwer mischbaren Flüssigkeiten mit großen Dichteunterschieden eine homogene Mischung unter Luftabschluß.
Nach erfolgtem Mischvorgang wird durch Betätigung des Kolbens 21 das Gemisch 27 aus der Kammer 23 ausgepreßt und über die Flüssigkeitsleitung 16 der Photometereinheit 12 zugeführt. Während dieser Phase ist der Ausgang der Photometereinheit nicht durch das Mehrwegeventil verschlossen. Vor jeder neuen Messung wird die Mischkammereinheit 5 samt den Flüssigkeitsleitungen 3, 3', 16 und der Photometereinheit 12 mit Permeat gespült.
Die Kalibrierung erfolgt zu programmierbaren Zeiten ebenfalls über eine Kolbenbürette 17, die Flüssigkeitszuleitung 18, 18', das Mehrwegeventil 4 und die Photometereinheit 12.
Die Kolbenbüretten 2, 10, 11, 17 sowie der Antrieb 20 des Mehrwegeventils 4 und der Antrieb 19 des Kolbens 21 der Mischkammereinheit 5 werden pneumatisch betätigt. Die Mengeneinstellung der Kolbenbüretten 2, 10, 11, 17 erfolgt unter Einsatz zugeordneter Kaliber durch mechanische, einstellbare Festanschläge. Das Mehrwegeventil 4 arbeitet als Flachschiebersystem verschleppungsfrei ohne Toträume und gewährleistet durch seine Multikanalausführung eine hohe Betriebssicherheit.
Die gesamte Einrichtung steht unter dem Einfluß eines Steuerteiles 13, das mit einem programmierbaren Mikroprozesscontroller und mit einem Datenlogger versehen ist. Das Steuerteil 13 überwacht durch entsprechende Sensoren und Eingänge den Permeatzulauf 1, den Füllstand der Reagenzien 6,7 und der Eichlösung, die Betätigung des Mehrwegeventils 4 und steuert den gesamten Verfahrensablauf. Das Steuersystem 13 läßt sich über eine Schnittstelle in einen Datenverbund integrieren. Zur Datenarchivierung können die im Logger gespeicherten Datensätze ausgelesen werden. Neben dem analogen Meßsignal 4 - 20 mA steht ein einstellbarer MINMAX Signalgeber 0-100% mit Sammelalarmausgang zur Verfügung.
Als Photometer eignet sich insbesondere ein Zweiwellenlängen-System, wie es beispielsweise im deutschen Gebrauchsmuster G9010621.0 beschrieben wird. Dabei werden zwei Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge eingesetzt, die alternierend ein- und ausgeschaltet werden. Somit stehen immer zwei Meßwerte bei zwei Wellenlängen zur Verfügung, deren Quotient gebildet wird.
Bei der Dosierung mit Reagenzien kann z. B. der Fall auftreten, daß die Mischung der Abwasserprobe 1 mit den Reagenzien 6, 7 einen anderen Brechungsindex als die reine Abwasserprobe 1 oder die Eichlösung hat. Bei Photometern, die nur bei einer Wellenlänge messen, entstehen dadurch Fehler, weil die Reflexion an der Grenzschicht Küvettenfenster/Flüssigkeit gemäß den Fresnelschen Gleichungen der Physik vom Brechungsindex abhängt und somit selbst bei konstanter Konzentration der zu bestimmenden chemischen Komponente eine Variation der Signalintensität der Fotodiode bei Variation des Brechungsindex resultiert. Weiterhin wird das Licht in Abhängigkeit vom Brechungsindex unterschiedlich stark abgelenkt, so daß ebenfalls etwas variierende Photometersignale die Folge sind.
Bei dem hier eingesetzten Zweistrahlphotometer wird im Gegensatz dazu der Quotient der beiden Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlänge zur weiteren Auswertung herangezogen. Eine Schwankung des Brechungsindex wirkt sich in diesem Fall wesentlich geringer aus, da die an der Fotodiode ankommenden Lichtsignale für beide Wellenlängen nahezu im selben Maße variieren. Die restlichen Einflüsse gehen nur noch auf die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenlänge und der Temperatur zurück. Die Wellenlängenabhängigkeit ist zum einen um so schwächer ausgeprägt, je näher die beiden Wellenlängen zusammenliegen. Zum anderen handelt es sich um einen konstanten Faktor, der berücksichtigt werden kann. Die verbleibende Temperaturabhängigkeit kann durch Thermostatisierung eliminiert werden.
Ein anderer Vorteil dieses Zweiwellenlängenverfahrens besteht in der Kompensation einer möglichen Eigenfärbung der Abwasserprobe, Trübungen und Fensterverschmutzungen. Diese Effekte wirken sich spektral breitbandig aus, so daß die Meßwerte des Photometers für beide Wellenlängen sich wieder nahezu im selben Maße ändern.
Das Auswerteverfahren dazu sei hier kurz dargestellt. I(Meß,Peak) sei das Ausgangssignal der Photodiode bei der Wellenlänge, bei der die nachzuweisende chemische Komponente, bzw. der zugehörige Farbkomplex nach Reagenzienzugabe, absorbiert und zwar vorzugsweise im Maximum (Peak) von dessen Absorptionskurve, für den Fall, daß eine Messung der chemischen Komponente vorgenommen wird. I(Meß,Plateau) gilt entsprechend, aber für die andere Wellenlänge, bei der die Absorptionskurve vorzugsweise ihre Basislinie (Plateau) erreicht hat. I(Basis, Peak) entspricht I(Meß,Peak), nur ist in diesem Fall in der Fotometerküvette die Abwasserprobe ohne Reagenzienzugabe enthalten. I(Basis, Plateau) entspricht I(Meß,Plateau), aber auch ohne Reagenzienzugabe. Aus den beiden letztgenannten Werten kann ein Basiswert berechnet werden.
Aus diesen vier Meßwerten wird zunächt eine effektive Transmission T in folgender Weise berechnet:

Die Konzentration c des Farbkomplexes wird mittels des Lambert-Beerschen Gesetzes mittels einer Logarithmenbildung (dekadisch) bestimmt, wobei E die Extinktion bedeutet, die proportional zur Konzentration c ist:

$E = - lg T = f x c$

und damit

$c = - lg T / f$

Bei f handelt es sich um eine Konstante, die u. a. die Absorptionslänge der Fotometerküvette und den Absorptionskoeffizienten enthält und durch eine Kalibrierung ermittelt wird. Dabei wird gleichzeitig auch die Beziehung zwischen der Konzentration des Farbkomplexes mit der gewünschten Konzentration der zu bestimmenden Abwasserkomponente hergestellt.
Bei dieser Kalibrierung wird eine Lösung mit bekannter Konzentration c(Stoff) des zu bestimmenden Stoffes statt der Abwasserprobe dem Meßgerät zugeführt und die oben beschriebenen vier Meßwerte experimentell ermittelt. Daraus läßt sich f in üblicher Weise mathematisch bestimmen, so daß bei folgenden Messungen die Konzentration c(Probe) des zu bestimmenden Stoffes in der Abwasserprobe mit dem jetzt bekannten Faktor f und der aus neuen vier Meßwerten berechneten effektiven Transmission T bestimmt werden kann:

$c(Probe) = - lg T / f$

Diese Art der Auswertung kann bei bestimmten Anwendungen weiter verbessert werden. So ist die Extinktion nicht immer proportional zur Konzentration der Probe. Diese Abweichungen vom Lambert-Beerschen Gesetz können jedoch durch eine nichtlineare Kalibrierkurve berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit dazu wäre z. B. folgendes Polynom:

$c(Probe) = A1 + A2 x E + A3 x E² + A4 x E³ + ....$
Darin wird E aus den vier Meßwerten $(E=-lgT)$
und die Koeffizienten A1, A2, A3, A4... aus einer Kalibrierung mit Lösungen unterschiedlicher Konzentrationen des zu bestimmenden Stoffes berechnet.

Claims

Mischkammer mit den folgenden Merkmalen:
a) die Mischkammer enthält einen freien Raum (23) mit Seitenwänden und einem Boden;

b) der freie Raum ist auf seiner dem Boden gegenüberliegenden Seite mit einem parallel zu den Seitenwänden verschiebbaren, im freien Raum (23) bewegbaren Kolben (21) abgeschlossen,

c) dessen wirksamer Querschnitt senkrecht zu den Seitenwänden so gewählt wird, daß der freie Raum flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist;

d) der freie Raum (23) enthält weiterhin einen Mischstempel (22), der zwischen dem Boden und dem Kolben (21) angeordnet ist,

e) parallel zu den Seitenwänden bewegbar ist,

f) aus einem ferromagnetischen oder paramagnetischen Material besteht und

g) durch konstruktive Mittel in einem annähernd konstanten Abstand zu den Seitenwänden gehalten wird;

h) der freie Raum (23) ist von mindestens einer elektromagnetischen Spule (25, 26) umgeben,

i) über die der Mischstempel (22) bewegbar ist;

k) in den freien Raum (23) münden mindestens zwei absperrbare Flüssigkeitsleitungen (3', 8', 9', 16', 18').
Mischkammer mit den folgenden Merkmalen:
a) die Mischkammer enthält einen freien Raum (23) mit Seitenwänden und einem Boden;

b) der freie Raum ist auf seiner dem Boden gegenüberliegenden Seite mit einem parallel zu den Seitenwänden verschiebbaren, im freien Raum (23) bewegbaren Kolben (21) abgeschlossen,

c) dessen wirksamer Querschnitt senkrecht zu den Seitenwänden so gewählt wird, daß der freie Raum flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist;

d) der freie Raum (23) enthält weiterhin einen Mischstempel (22), der zwischen dem Boden und dem Kolben (21) angeordnet ist,

e) parallel zu den Seitenwänden bewegbar ist,

f) aus einem ferromagnetischen oder paramagnetischen Material besteht und

g) durch konstruktive Mittel in einem annähernd konstanten Abstand zu den Seitenwänden gehalten wird;

h) an mindestens einer der Seitenwände außerhalb des freien Raums (23) ist mindestens ein Permanentmagnet angebracht, der entlang der Seitenwand parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens (21) verschiebbar ist und,

i) über den der Mischstempel (22) bewegbar ist;

k) in den freien Raum (23) münden mindestens zwei absperrbare Flüssigkeitsleitungen (3', 8', 9', 16', 18').
Mischkammer nach Anspruch 2, bei der der Permanentmagnet durch pneumatische oder hydraulische Mittel verschiebbar ist.
Mischkammer nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Kolben (21) pneumatisch in den freien Raum (23) einpreßbar ist.
Mischkammer nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Mischstempel aus Weicheisen.
Mischkammer nach Anspruch 1 mit zwei den freien Raum (23) umgebenden Spulen (25, 26), über die der Mischstempel (22) in zwei Richtungen bewegbar ist.
Mischkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Flüssigkeitsleitungen (3', 8', 9', 16', 18') einen Ablauf (16') und mindestens einen Zulauf (3', 8', 9', 18') darstellen.
Mischkammer nach Anspruch 7, bei der der Zulauf (3', 8', 9', 18') mit einem Mehrwegeventil (4) verbunden ist.
Mischkammer nach Anspruch 8, bei der an das Mehrwegeventil (4) eine Probenzuleitung (3), mindestens eine Kolbenbürette (2, 10, 11, 17), mindestens eine Reagentienleitung (8, 9) und mindestens eine Kalibrierflüssigkeitsleitung (18) angeschlossen sind.
Mischkammer nach Anspruch 7, deren Ablauf (16') in eine Photometereinheit mündet, die mit einem Ventil (4) abgeschlossen ist.