SE452663B - Anordning for spedning eller utblandning av vetskeprover - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 35 452 663 2 blir ofta inte meningsfull. I detta fall tillgriper man oftast den välkända metoden med standardtillsats, som innebär att provet delas upp i två eller flera delar, var- vid en del analyseras som den är, medan man till den eller de övriga sätter kända mängder av standardlösningen innan de analyseras. En förutsättning är givetvis* att de interfererande ämnena påverkar provet lika mycket före som efter standardtillsatsen, och att sambandet absorbans/koncentration är linjärt. Ur de erhållna absorbansvärdena och standardlösningens koncentration kan man sedan enkelt bestämma provets koncentration av det aktuella elementet. Förutom större förbrukning av provlösning och betydligt längre analystid per prov ligger en avsevärd nackdel hos metoden i att provförberedelserna kräver längre tid, och att, om provväxlare används, varje prov kommer att uppta flera positioner.

Uppfinningens syfte Föreliggande uppfinning syftar till att minska de ovannämnda spädnings- och utblandningsproblemen vid atomabsorptionsspektroskopi och liknande meto- der, där spädning eller utblandning av ett prov eventuellt krävs före analys. Ett speciellt syfte med uppfinningen är således att åstadkomma en anordning, som direkt i analysapparatens provtillförselledning till detektorn vid behov kan späda provet i lämplig utsträckning.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning, som direkt i analysapparatens provtillförselledning till detektorn kan blanda provlös- ningen med lämplig mängd av en standardlösning.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som innefattar dels en anordning för utspädning av provlösningen och dels en anordning för tillsats av standardlösning till provlösningen.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning som automatiskt utför lämplig tillsats av späd- och/eller standardlösning till provlösningen i beroende av avkänt analysvärde för det element som skall bestämmas.

Dessa och andra syften med uppfinningen kommer att framgå av den följande beskrivningen.

Sammanfattning av uppfinningen Späd- och/eller utblandningsanordningen enligt uppfinningen känne- tecknas främst av de särdrag som anges i de bifogade patentkraven.

Uppfinningen är baserad på. att spädning och/eller blandning av provlösningen vid behov utförs genom att man alternerande tillför små volymer provlösning resp. spädvätska och/eller standardlösning till en gemensam tillförselledning till den aktuella analysapparatens detektor, motsvarande den ledning som provlös- ningen tillförs i vid en konventionell analysapparat, såsom en atomabsorptions- spektrofotometer. Enligt uppfinningen utförs detta med hjälp av s.k. mikroven- 10 15 20 25 30 35 452 663 3 Dessa är ventiler i mikroutförande, som kan arbeta med relativt höga omkopplingshastigheter. De är vanligtvis magnetventiler, men kan även vara tiler. baserade på någon annan princip, t.ex. piezoelektriska ventiler. Mikroventilerna har liten dödvolym, och åtminstone magnetventilerna har visatsig ha relativt lång livslängd.

Ledningen för provlösning och ledningen för spädvätska/blandningsvätska kan anslutas till den gemensamma tillförselledningen via en trevägsventil eller alternativt via varsin tvåvägsventil.

Enligt uppfinningen uppnås varje godtyckligt önskat spädningsförhållande (varierande från 096, eller ren spädlösning, till 100%, eller enbart prov) eller varje godtycklig tillsatswav blandningsvätska, såsom standardtillsats, genom att man med hjälp av lämplig styrelektronik driver eller pulsar ventilen (eller 'v_entilerna) med en fast frekvens, så att provlösning tillförs under en viss varierbar del av varje pulscykel och spädvätska eller blandningsvätska (standard- lösning) under den resulterande delen av varje pulscykel. Med lämpligt vald pulsfrekvens bestämd av styrelektroniken erhålls tillräckligt fin uppdelning, och därmed blandning, av de båda vätskorna för att de vid exempelvis en atomabsorptionsspektrofotometer skall blandas i instrumentets dimkammare eller "atomizer", så att nâgra märkbara fluktuationer i mätarutslaget inte erhålls.

Enligt uppfinningen skall omkopplingsfrekvensen för mikroventilen eller -venti- lerna vara åtminstone ca l omkoppling per sekund.

Anordningen enligt uppfinningen för spädning eller utblandning av vätskeprover innefattar således, förutom nämnda mikroventilorgan kopplade till en provtillförselledning hos mätinstrumentet ifråga, med mikroventilorganen förbundna första och andra ledningar avsedda att anslutas till en behållare med provlösning resp. en behållare med späd- eller utblandningsvätska (såsom standardlösning), samt en regleranordning innefattande lämplig styrelektronik för att styra mikroventilorganen vid en förutbestämd pulsfrekvens T-l, så att provlösning tillförs till mätinstrumentets provtillförselledning under tiden t av varje pulscykel T, varvid spädningsfaktorn är t:T och blandningsförhållandet kan- regleras genom variation av pulslängden t.

Vid exempelvis en atomabsorptionsspektrofotometer anordnar man före- trädesvis två separata spädanordningar enligt uppfinningen, den ena avsedd för spädning med spädvätska och den andra för tillsats av standardlösning. De båda enheterna kan därvid styras av separata styrenheter eller alternativt av en gemensam styrenhet, som är steglöst inställbara till lämpliga späd- eller blandningsförhållanden. l en vidareutveckling av spädanordningen enligt uppfinningen styrs den eller de ovannämnda styrenheterna i sin tur av e" dëffleflhef» f-GX- en i 10 15 20 25 30 35 40 452 ess mätinstrumentet ifråga redan ingåend: mikrodator eller en separat datorenhet, såsom en laboratoriedator, som med ledning av det från instrumentet erhållna mätresultatet avgör lämplig spädning för varje prov. Företrädesvis sker den önskade överföringen av mätresultatet direkt till datorenheten, t.ex. genom koppling till mätinstrumentets mikrodator, om sådan ingår i instrumentet. Vid utförande av metoden med standardtillsats kan datorenheten då samtidigt användas för a-tt automatiskt beräkna den sökta koncentrationen av elementet ifråga i provlösningen ur de erhållna mätresultaten. Även om apparaten enligt uppfinningen i första hand är tänkt att användas vid atomabsorptionsspektrofotometrar, antingen som tillsats till ett befintligt instrument eller integreras i ett instrument vid dess tillverkning, så kan den givetvis även användas vid annan liknande analysapparatur, där provet i vätskeform förs in i en låga eller ett plasma.

I det följande beskrivs nâgra speciella, ej begränsande utföringsformer av uppfinningen närmare med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Kort ritningsbeskrivning Figur IA illustrerar schematiskt en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen för spädning/standardtillsats vid en atomabsorptionsspektrofoto- meter; Figur IB visar pulsformen för styrpulserna från styrenheten vid den i Figur 1A visade anordningen; Figur 2 är ett funktionsschema för en automatstyrd anordning enligt Figur l; och Figur 3 illustrerar schematiskt en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen innefattande separata enheter för spädning och standardtillsats.

I den Figur 1A visade anordningen är en spädanordning enligt uppfin- ningen, allmänt betecknad med hänvisningssiffran i, kopplad till en atomabsorp- tionsspektrofotometer, som i figuren representeras av en dimkammare eller "atomizer" 2 ansluten till en brännare 3 med en flamma 4. Atomabsorptions- spektrofotometern kan t.ex. vara något godtyckligt av de kommersiellt tillgäng- liga instrumenten. En ledning 5 förbinder dimkammaren 2 med en port 6a hos en trevägsmikroventil 7, vars båda övriga portar Gb, 6c är anslutna till en ledning 8 nedförd i en behållare 9 med spädvätska 10 resp. en ledning ll nedförd i ett provrör 12 med provlösning 13.. Mikroventilen 7 är kopplad till en elektronisk styrenhet representerad av blocket 11+.

Mikroventilen 7 kan t.ex. vara någon godtycklig lämplig magnet- eller piezoelektrisk ventil, t.ex. en magnetventil av den typ som saluförs av Lee Corporation, USA. Denna är invändigt belagd med Teilon (en tetrafluoreten- polymer) och har vid en pulsfrekvens på 20 omkopplingar per sekund en livslängd på ca 2.000 timmar.

Vid användning av deni figuren visade anordningen utsätts ledningen 5 på 10 15 20 25 30 35 452 663 5 konventionellt sätt för en sugverkan genom s.k. Venturi-effekt från brännaren 3.

Genom pulsning av ventilen 7 via styrenheten .lll sugs provlösning 13 respektive spädvätska 10 alternerande upp i tillförselledningen 5 till dimkammaren 3.

Formen på styrpulserna från styrelektroniken lll visas schematiskt i Figur lB. Under varje pulscykel T sugs provlösning 13 upp från provröret 12 under tiden t l, medan spädvätska sugs upp under den resterande tiden t2. Spädningsfak- torn blir således pulskvoten t l:T. En pulsfrekvens på ca 1-2 hertz, t.ex. 1,5 hertz, har visat sig tillräcklig för att de båda vätskorna skall blandas fullständigt i dimkammaren 2. Vid lägre frekvens sker vanligtvis inte tillräcklig utjämning av koncentrationsfluktuationerna i dimkammaren. Genom variation av pulskvoten tl kan således godtyckliga utspädningar eller blandningsförhållanden erhållas, allt från' ren provlösn ing till ren spädvätska.

Vid användning av en i och för sig konventionell atomabsorptionsspektro- fotometer försedd med en spädanordning 1 enligt Figur 1A uppmäter man först en kalibreringskurva på vanligt sätt med lämpligt antal olika standardlösningar.

Om instrumentet är försett med en mikrodator, lagras kalibreringskurvan i denna. Därefter kalibreras spädanordningens styrenhet ll: genom att man varierar pulskvoten t1:T, tills instrumentet visar samma utsignal (i mV) som för de olika standardlösningarna. Provlösningarna körs sedan på konventionellt sätt, t.ex. anordnade i en provväxlare, varvid man vid behov späder i lärnplig omfattning genom inställning av ändamålsenlig pulskvot på styrenheten 14.

Provets koncentration av aktuellt element bestäms sedan genom jämförelse med den eventuellt i instrumentet lagrade kalibreringskurvan.

På grund av att alla magnetventiler har en viss tröghet, blir den erhållna kalibreringskurvan inte linjär utan något S-formad. För att erhålla önskad ilinjäritet måste S-formen på kurvan elimineras genom att man korrigerar pulskvoten med en faktor som blir större ju större spädning som önskas. Korrek- tionsfaktorn kan enkelt bestämmas "manuellt", och med en laboratoriedator kan den utföras helt automatiskt. Korrektionen görs då före varje längre analysserie, varvid de verkliga puiskvoterna lagras i datorns minne.

I Figur 1A är en datorenhet, t.ex. en laboratoriedator, antydd med det streckade blocket 15, som är kopplad till styrenheten 11+ och till vilken mätutsignalen från instrumentet också tillförs (ej visat). I detta fall lagras de vid kalibreringen av styrenheten ll; erhållna värdena i datorenheten 15, som t.ex. kan vara programmerad såsom visas i Figur 2. Som framgår av detta schema jämför datorn varje provresultat med de inmatade standardvärdena (ST l, STZ, STB, STfll och aktiverar vid behov styrenheten lll- för spädning i lämplig omfattning, dvs. inställning av lämplig pulskvot t lzT.

Användning av anordningen i Fig. lB för standardtillsats sker på mot- 10 15 20 25 30 452 663 6 svarande sätt som ovan genom att styrenheten 14 bringas att pulsa mikroventilen 7 för blandning av provlösningen 13 med standardlösning istället för spädvätskan 10. Eftersom provkoncentrationen Cpmv sjunker, när standardtillsatskoncentra- tionen C fi mat s ökar, kan Cprov beräknas ur följande uttryck: A ~ . tot = (Cprov X tprov + ctlllsats x ttillsats) / T Aprov Cpmv med eventuella korrigeringsfaktorer för pulskvoten på grund av ventilens tröghet.

Om man använder en datorenhet, såsom beskrivits ovan, kan denna även utföra den ovannämnda beräkningen automatiskt.

När standardlösningen sätts till provet, späds de störande elementen samtidigt som det analyserade ämnets halt ökar. Relationen element/matrix förändras således med ökande tillsats, vilket kan leda till att kalibreringskurvan inte blir linjär. Det kan därför vara nödvändigt att använda en koncentrerad standardlösning, så att endast små tillsatser behöver göras. _ I den i Fig. 3 visade anordningen är dels en spädanordning l enligt Fig. 1A och dels en motsvarande standardtillsatsanordning, allmänt betecknad med hänvisningssiffran 16, kopplade i serie till tillförselledningen 5 till atom- absorptionsspektrofotometern. Standardtillsatsanordningen 16 innefattar en andra trevägsmikroventil l7, likadan som mikroventilen 7, som med en port är ansluten till mikroventilen 7 via en ledning 18. Den ena av mikroventilens 17 båda övriga ventilportar är ansluten till en behållare 19 med standardlösning 20 via en ledning 23, medan den andra porten är ansluten till förbindelseledningen 5 till instrumentets dimkammare 2. Mikroventilen 17 är anordnad att .styras av en andra styrenhet 21 motsvarande den första styrenheten 11+. De båda styren- heterna 14, 21 är kopplade till en datorenhet 22, t.ex. av laboratoriedatortyp.

Liksom vid utföringsformen i Figur lA är datorenheten 22 kopplad till instrumentets mätsignalutgång (ej visat). Med denna kombinerade anordning kan spädning och/eller standardtillsats automatiskt utföras vid körning av ett flertal prov, t.e_x. i ett system med automatisk provväxlare.

' Genom att ändra formen på de med heldragna linjer visade fyrkant- pulserna i Figur IB till den_med streckade linjer visade formen, kan man minska ventilens fördröjningstider vid öppning och stängning. Den mekaniska âtergången i en magnetventil kan förbättras genom användning av en kraftigare fjäder än vad som normalt används. Vidare kan eventuellt motståndet i spolen vid återgângen i en sådan ventil minskas genom kortslutning av den motelektro- 3 5 motoriska kraften med en diod.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de ovan beskrivna och speciellt visade utföringsformerna, utan många variationer och modifieringar ryms inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 40 452 663 7 PATENTKRAV

1. Anordning för spädning eller utblandning av vätskeprover vid sådana analysapparater, där koncentrationen av ett eller flera ämnen bestäms genom att en delmängd av provlösningen via en tillförselledning (5) förs till en detektor- anordning (3, ll), som t.ex. vid en atomabsorptionsspektrofotometer, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar mikroventilorgan (7) anordnade att medge en omkopplingsfrekvens av minst en omkoppling per sekund, vilka ventilorgan förbinder nämnda tillförselledning (5) med dels en första ledning (1 1), avsedd att anslutas till en behållare (12) med provlösning (13), och dels en andra ledning (8) avsedd att anslutas till en behållare (9) med späd- eller utblandnings- vätska (10), och en regleranordning (14) anordnad att via styrpulser kunna styra mikroventilorganen (7) vid en förutbestämd pulsírekvens TI, så att provlösning (13) tillförs till tillförselledningen (5) under tiden t av varje pulscykel T och späd- eller utblandningsvätska under resterande delen av varje pulscykel för att ge en späd- eller blandningsfaktor t:'1', varvid pulslängden t är varierbar för reglering av nämnda späd- eller blandningsfaktor.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att regleranordningen (lll) är. anordnad att kunna kopplas till analysapparatens mätsignalutgång och att i beroende av den erhållna mätsignalen för en provlösning kunna avgöra om, och i vilken grad, spädning och/eller utblandning skall ske.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att det till tillförselledningen (5) i serie med mikroventilorganen (7) är anslutna andra mikroventilorgan (17), som är förbundna med en tredje ledning (23) avsedd att anslutas till en andra behållare (19) med späd- eller blandningsvätska (20), varvid nämnda andra mikroventilorgan (17) är anordnade att styras av en andra regleranordning (21). ll.

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första och andra regleranordningar (14, 21) är anordnade att styras av en gemensam datorenhet (22).

5. Anordning enligt något av patentkraven 1 till 4, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första och/eller andra mikroventilorgan (7, 17) är trevägsventiler.

6. Anordning enligt något av patentkraven l till 5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mikroventilorgan (7, 17) är av magnetventiltyp.

7. Anordning enligt något av patentkraven l till 5, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda mikroventilorgan (7, 17) är av piezo- elektrisk typ.