DE3039125C2

DE3039125C2 - Vorrichtung zum Messen von Ionenkonzentrationen

Info

Publication number: DE3039125C2
Application number: DE3039125A
Authority: DE
Inventors: Kosaku Hachioji Tokyo Tsuboshima; Shigeru Tokyo Yoshinari
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1983-12-08
Also published as: JPS5657949A; US4512852A; DE3039125A1; JPS6310782B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Ionenkonzentrationen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den japanischen Offenlegungsschriften 58 592 und 1 23 695 werden Vorrichtungen zum Messen von lonenkonzentrationen offenbart, die ein drehbares Probengefäß und eine Anzahl von Behandlungseinrichtungen aufweisen, wie beispielsweise ionenselektive Elektroden zum wahlweisen Feststellen unterschiedlicher lonenarten, sowie eine für die Messung notwendige Bezugselektrode, einer Probengießdüse, eine Standardlösungsgießdüse und eine Abzugsdüse. Mit diesen vorgenannten Behandlungseinrichtungen wird bei den bekannten Vorrichtungen nacheinander eine Reihe von Arbeitsgängen zum Messen der lonenkonzentration durchgeführt, wobei zunächst eine Probe in ein dafür vorgesehenes Meßgefäß eingegossen, danach die lonenkonzentration der Probe gemessen, anschließend die Probe abgezogen, dann das Probengefäß gewaschen, darauf eine Standardlösung eingegossen, diese gemessen und anschließend das Meßgefäß entleert wird. Zum Messen der lonenkonzentration wird im allgemeinen eine ionenempfindliche Elektrodeneinrichtung benutzt, die jedoch eine lange Ansprechzeit auf die Ionen hat. Daher weisen bekannte Meßvorrichtungen zum Feststellen der lonenkonzentrationen den Nachteil auf, daß die Messung einer einzigen Probe ziemlich lange dauert.

Aus der US-PS 34 99 733 ist eine Vorrichtung zum Messen der lonenkonzentrationen von in Meßbechern vorgesehenen aufeinanderfolgenden Proben, welche am Rand eines kreisförmigen Drehtellers angeordnet sind, bekannt. An einer Arbeitsstation kann in die Meßbecher eine ionenempfindliche Elektrode zur Messung des pH-Werts eingelührt werden. Ferner kann an der Arbeitsstation mittels einer Titriervorrichtung in den Meßbecher Titrierflüssigkeit eingegossen und dann mit der Probenflüssigkeit verrührt werden. ]edoch sind alle diese Einrichtungen, also die Elektrode, die Titriervorrichtung und der Rührer an ein und derselben

Meßposition vorgesehen, an welcher der Drehteller die Meßbecher schrittweise vorbeiführt Das heißt, wenn ein Meßbecher einer zu analysierenden Probe in die Meßstellung kommt, wird die Elektrode in ihre Meßstellung niedergefahren und eingetaucht, um einen Anfangs-pH-Wert zu messen, worauf anschließend solange Titrierflüssigkeit zugegeben wird, bis ein vorbestimmter pH-Wert erreicht ist

Aus dieser US-Patentschrift ist jedoch nicht zu entnehmen, wie die Probenflüssigkeit in den Meßbecher ]<j gelangt, und wie die Probenflüssigkeit nach vollendeter Analyse wieder entfernt wird. Sollen die Meßbecher, wie vielfach üblich, mehrfach benutzt werden, müssen entsprechende Vorrichtungen zur Entnahme der Meßbecher, deren Entleeren und deren Waschen vorgesehen sein. Sind diese zusätzlichen Einrichtungen ebenfalls an der Meßstation vorgesehen, wie dies für die anderen Einrichtungen der Fall ist, muß der Meßbecher eine vergleichsweise lange Zeit in der Meßpositio.. verbleiben. Aus diesem Grund hat die bekannte Titriervorrichtung aus der US-PS 34 99 733 einen vergleichsweise langsamen Arbeitstakt und die einzelnen Einrichtungen werden nicht optimal ausgenutzt

In dieser Patentschrift wird auch keine Eichung beschrieben. In der Praxis ist eine Eichung mit einer Standardlösung mit einer bekannten Ionenkonzeiitration jedoch erforderlich für den Fall, daß eine hohe Meßgenauigkeit erzielt werden soll. Darüber hinaus muß die Elektrode gewaschen werden, um deren Verunreinigung durch aufeinanderfolgende Meßproben zu vermeiden. Wenn eine solche Eichung und das erforderliche Waschen durchgeführt werden sollen, während sich der entsprechende Meßbecher in der Meßposition befindet, wird hierdurch ebenfalls die Taktzeit des schrittweise weitergedrehten Drehtellers verlängert

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Meßzeit für die Bestimmung der Ionenkonzentrationen aufeinanderfolgender Proben mit gleichzeitig verbesserter Meßgenauigkeit zu verkürzen und die Effizienz einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu erhöhen.

Eine diese Aufgaben lösende Vorrichtung ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ermöglicht eine raschere lonenkonzentrationsmessung für aufeinanderfolgend zugeführte Proben, wobei gleichzeitig eine sehr genaue Messung erreicht wird.

Erfindungsgemäß sind eine Meßstation, eine Probeneingießposition, eine Standardlösungseingießposition sowie Waschflüssigkeits-(bzw. Standardlösungs-)Eingießpositionen und Meßbecherwaschpositionen längs eines Kreises auf einem Drehteller verteilt angeordnet. Dies ermöglicht daß an den einzelnen Haltestellen unterschiedliche Behandlungsarten durchgeführt werden können, wie beispielsweise das Messen der aufeinanderfolgenden Proben, das Eingießen von Flüssigkeit und das Waschen. Erfindungsgemäß werden also die erforderlichen Schritte oder Behandlungen aufgeteilt und unterschiedlichen Einrichtungen an unterschiedlichen Stellen des Drehtellers zugewiesen, die jedoch gleichzeitig zur Wirkung gebracht werden. Auf diese Weise kann die mittlere Meßzeit je Probe sehr stark verkürzt und dennoch eine besonders hohe $5 Meßgenauigkeit erzielt werden, da die Probe in der Meßposition ausreichend lange verbleiben kann und da eine Verunreinigung der Elektrode und der Meßbecher durch aufeinanderfolgende Proben vollständig vermieden werden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Schema zur Erläuterung des Aufbaus einer bekannten Vorrichtung zum Messen der Icnenkonzentraüon;

F i g. 2 einen Zeitplan zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 1;

F i g. 3 ein Schema einer Vorrichtung zum Messen der Ionenkonzentration gemäß der Erfindung,

Fig.4 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig.3;

F i g. 5 einen Zeitplan zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß F i g. 3 und 4.

Wie F i g. 1 zeigt werden beim Stand der Technik gemäß der japanischen Offenlegungsschriften in einem drehbar abgestützten Probengefäß ί ionenselektive Elektroden 2,2', eine Bezugselektrode 3, eine Gießdüse 4 für die Probe, eine Gießdüse 5 für die Standardlösung und eine Abzugsdüse 6 aufgenommen. Die Vorrichtung beginnt wie aus F i g. 2 hervorgeht ihren Betrieb mit der Aufnahme einer vorherbestimmten Menge einer Probenlösung durch die Gießdüse 4 in einem Zeitpunkt fi. Sie mißt die an den ionenselektiven Elektroden 2,2' in Abhängigkeit von den Ionenkonzentrationen der Probenlösung erzeugten Spannungen von einem Zeitpunkt fe bis zu einem Zeitpunkt ty. Dann wird bei Beendigung der Messung im Zeitpunkt f3 durch die Abzugsdüse 6 die Probenlösung entleert. In einem Zeitpunkt U wird eine Standardlösung durch die Gießdüse 5 in das Probengefäß 1 eingefüllt um das Probengefäß 1 sowie die Elektroden 2, 2' und 3 zu waschen. Nach dem Waschen wird die Standardlösung durch die Abzugsdüse 6 entleert Eine vorherbestimmte Menge der Standardlösung wird dem Probengefäß 1 durch die Gießdüse 5 für die Standardlösung in einem Zeitpunkt f₅ zugeführt, um die an der Bezugselektrode 3 in Abhängigkeit von der Ionenkonzentration der Standardlösung erzeugte Spannung von einem Zeitpunkt fe bis zu einem Zeitpunkt h zu messen. Schließlich wird im Zeitpunkt f₇ die Standardlösung durch die Abzugsdüse 6 entleert. Auf der Basis des Unterschiedes zwischen der für die Ionenkonzentration der Probenlösung gemessenen Spannung und der für die Ionenkonzentration der Standardlösung gemessenen Spannung wird die Ionenkonzentration der Probenlösung mittels einer hier nicht gezeigten Betriebsschaltung festgestellt.

Wie schon erwähnt, ist die Messung mit der bekannten Vorrichtung verhältnismäßig langsam, weil die verschiedenen Behandlungen an jeder Probenlösung nacheinander vorgenommen werden.

Gemäß Fig.3 und 4 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Drehteller 10 auf, der Meßbecher 11 bis 20 abstützt, welche längs eines Kreises auf dem Drehteller angeordnet sind. Der Drehteller 10 wird schrittweise in Richtung eines Pfeiles A nach einem vorherbestimmten Zeitplan (siehe F i g. 5) mittels einer eine Antriebseinrichtung 22 steuernden Steuerschaltung 21 gedreht. Die Meßbecher 11 bis 20 werden dementsprechend an verschiedenen Positionen P\ bis P9 angehalten, wo verschiedene, zum Messen der Ionenkonzentration notwendige Behandlungen durchgeführt werden. An eine Meßposition P\ ist eine Elektrodeneinrichtung mit ionenselektiven Elektroden 23a und einer Bezugselektrode 23b zum Messen der Ionenkonzentra-

tionen angeordnet. Zum Eingießen einzelner Proben in aufeinanderfolgende Meßbecher 13, 18 ist einer Probeneingießposition P₃ eine Gießeinrichtung 24 zugeordnet und an Waschflüssigkeitseingießpositionen Pt, P₅ sind Gießeinrichtungen 25,26 zum Eingießen von Elektrodenwaschflüssigkeit in Meßbecher 14,15,19,20 angeordnet. Eine weitere Gießeinrichtung 27 zum Eingießen von Standardlösung mit einer bekannten lonenkonzentration in vorbestimmte Meßbecher 16, i 1 punkt gewaschen.

Bei Beendigung der Messung der Elektrodenspannungen an der Probenlösung wird im Zeitpunkt f₃ der Drehteller 10 um drei Schritte weiterbewegt Während dieser drei Schritte, bei denen die Meßbecher 14 und 15 an der Meßposition Pi vorbeibewegt werden, werden mit der in den Meßbechern 14 und 15 enthaltenen Standardlösung die Spitzen der Elektroden 23a und 23b gewaschen, Und wenn der Meßbecher 16 im Zeitpunkt U

ist nahe einer Standardlösungseingießposition Pe ι ο die Meßposition Pi erreicht, mißt die Bezugselektrode vorgesehen. Für die Säuberung der Meßbecher ist an 236 die Elektrodenspannung der Standardlösung im

Meßbecher 16. Bei dieser Messung wird der Meßbecher 16 um seine eigene Achse gedreht. Gleichzeitig werden die Meßbecher 13, 14 und 15 an den Positionen Pg,

dieser Position Pe noch eine Meßbecherwascheinrichtung 27' abgestützt. An den Positionen Pt bis Pi₀ sind Meßbecherwascheinrichtungen 28, 29 und 30 vorgese

hen. Die an verschiedenen Positionen Pi bis no is bzw. "io gewaschen. Wenn die Messung der Elektroden

angeordneten Behandlungseinrichtungen werden von der Steuerschaltung 21 so gesteuert, daß sie gemäß einem vorherbestimmten Zeitplan arbeiten (siehe F i g. 5). Beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Drehteller 10 bei jedem Arbeitsschritt außerdem in senkrechter Richtung bewegt, damit die Elektrodeneinrichtung 23 in den Meßbecher eintreten kann, wie durch Pfeil B in F i g. 4 angedeutet Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 und 4 sind zehn Meßbecher vorgesehen, spannung für die Standardlösung im Zeitpunkt beendet ist, bestimmt eine hier nicht gezeigte Betriebsschaltung die lonenkonzentration der Probenlösung auf der Basis der Elektrodenspannungen der Probenlösung und der Elektrodenspannung der Standardlösung. Die so festgestellte lonenkonzentration wird dann angezeigt. Damit ist die Messung einer bzw. einer ersten Probenlösung beendet.
Die Messung der nächsten bzw. zweiten Probenlö-

fünf Meßbecher werden jeweils für eine Probenlösung 25 sung erfolgt in ähnlicher Weise unter Benutzung der

benutzt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen der lonenkonzentration soll anhand des Zeitplans gemäß F i g. 5 näher erläutert werden. Es wird davon ausgegangen, daß in F i g. 3 der Zustand bei Beendigung der Messung einer Probenlösung dargestellt ist Unter den in F i g. 3 gezeigten Bedingungen ist im Meßbecher 11 eine Standardlösung enthalten und die Elektroden 23a und 236 tauchen in die Standardlösung Meßbecher U und 17 bis 20 von den Zeitpunkten fs bis fio gemäß F i g. 5. Insbesondere wird im Zeitpunkt is die Probenlösung in den an der Probeneingießposition P3 befindlichen Meßbecher 18 gegossen, während die Standardlösung in die Meßbecher 19,20 und 11 an den Positionen Pi und Pt eingefüllt wird. Im Zeitpunkt fe wird der Drehteller 10 um zwei Schritte weitergedreht Bei dieser Bewegung des Drehtellers 10 werden die Spitzen der Elektroden an der Meßposition Pi von der im

ein. Wenn dann ein hier nicht gezeigter Knopf für den 35 Meßbecher 17 angeordneten Wischeinrichtung 31 z. B. Beginn der Messung im Zeitpunkt to betätigt wird, wird in Form eines Schwamms abgewischt Wenn der eine Probenlösung an der Probeneingießposition P3 in Meßbecher 18 die Meßposition P\ erreicht, wird die den Meßbecher 13 gegossen und gleichzeitig die darin enthaltene Probenlösung gemessen. Während Standardlösung an den Positionen Pt bis Pt in die dieser Messung vom Zeitpunkt tj bis zum Zeitpunkt & Meßbecher 14, 15 und 16 gegossen, wobei die 40 wird der Meßbecher 16 an der Position P9 gewaschen, Meßbecher 14 und 15 zum Waschen der Elektrodenein- während der bei der vorhergegangenen Messung richtung 23 bestimmt sind, während der Meßbecher 16 benutzte Meßbecher 13 an der Standardlösungseingießzum Messen der Standardlösung dient. Während des position Pe gesäubert wird. Im Zeitpunkt ig wird der Eingießens der Probenlösung wird der Meßbecher 13 Drehteller 10 um drei Schritte weiterbewegt und um seine eigene Achse gedreht, um die Probenlösung 45 während dieser drei Schritte werden an der Meßposi-

gleichmäßig im Becher zu verteilen.

Im Zeitpunkt fi wird der Drehteller 10 um zwei Schritte weitergedreht Dadurch gelangt der Meßbecher 12 zur Meßposition Pi und eine im Meßbecher 12 tion Pi die Elektrodenspitzen von der in den Meßbechern 19 und 20 enthaltenen Standardlösung gewaschen und die Messung der Standardlösung durchgeführt wenn der Meßbecher 11 die Meßposition Pi erreicht hat

angeordnete Wischeinrichtung 31, z. B. ein Schwamm, 50 Im Verlauf dieser Messung von den Zeitpunkten fgbis

werden die Meßbecher 18,19 und 20 an den Positionen Ps, Pg und Pm gewaschen. Damit ist die Messung dieser Probe beendet
Es sei noch erwähnt, daß beim hier gezeigten

wischt die Spitzen der Elektroden 23a und 23 b gemäß Fig.4 ab.-Wenn der die Probenlösung enthaltende Meßbecher 13 im Zeitpunkt h die Meßposition Pi erreicht, beginnen die Elektroden 23a mit der Messung

der Elektrodenspannungen der Probenlösung. Während 55 Ausführungsbeispiel der Erfindung die Meßbecher 13

des Messens der Elektrodenspannungen wird der und 18 für die Probe gründlich gewaschen und gereinigt

Meßbecher 13 um seine eigene Achse gedreht, um eine werden müssen, da sie abwechselnd bei der Messung der

gute Berührung der Elektroden mit der Probenflüssig- ersten und zweiten Probenlösung benutzt werdea

keit sicherzustellen. Gleichzeitig wird der Meßbecher 11 Deshalb werden sie an den Positionen P₈ und Pe zweimal

an der Position P₉ beispielsweise durch Einfüllen und 60 gespült und gesäubert um eine Verschmutzung der

Abziehen einer geeigneten Waschflüssigkeit gesäubert Auch die Position Pj₀ dient zum Waschen; aber da der Meßbecher 12, der sich nun an der Position P10 befindet die Wischeinrichtung 31 abstützt, erfolgt hier kein

Waschvorgang. Hingegen wird der Meßbecher 18 an 65 Standardlösung geschützt sind, was eine Beeinträchtider Standardlösungseingießposition Ρβ in diesem Zeit- gung ihrer Lebensdauer verhindert

Meßbecher 13 und 18 unter allen Umständen zu vermeiden. Bei Beendigung jeder Messung gelangen die die Standardlösung enthaltenden Meßbecher 11 bzw. 16 an die Position Pi, so daß die Elektroden durch die

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen der lonenkonzentration aufeinanderfolgender Proben,

mit einem Drehteller, der nach einem bestimmten Zeitplan schrittweise weiterdrehbar und dann anhaltbar ist,

mit mehreren auf dem Drehteller längs eines Kreises angeordneten Meßbechern,

mit ionenempfindlichen Elektroden an einer Meßposition und

mit einer Steuerschaltung zur Steuerung des Einfahrens und Zurückführens der Elektroden in und aus jeweils einem Meßbecher synchron zum schrittweisen Weiterdrehen des Drehtellers, gekennzeichnet durch

eine Gießeinrichtung (24) zum Eingießen einzelner Proben in aufeinanderfolgende Meßbecher (13, 18) an einer Probeneingießposition (P3),
Gießeinrichtungen (25, 26) zum Eingießen von Elektrodenwaschflüssigkeit in vorbestimmte Meßbecher (14, 15, 19, 20) an Waschflüssigkeitseingießpositionen (P*, Ps),

eine Gießeinrichtung (27) zum Eingießen von Standardlösung mit einer bekannten Ionenkonzentration in vorbestimmte Meßbecher (16,11) an einer Standardlösungseingießposition (P_b) und
Meßbecherwascheinrichtungen (28, 29, 30) an Positionen (Ps, P% Pio), sowie einer Meßbecherwascheinrichtung (27') an der Standardlösungseingießposition (Pi) und dadurch

daß diese Positionen ebenso wie die Meßpositionen (Pi) längs eines Kreises auf dem Drehteller (10) verteilt sind,

daß die Steuerschaltung (21) derart ausgebildet ist, daß die ionenselektive Elektrode (23) ausschließlich dann in einen Meßbecher (13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 11) mit der Probe eingeführt wird, wenn auch Probe, Elektrodenwaschflüssigkeit und Standardlösung in die entsprechenden Becher eingegossen sind, und daß die Gießeinrichtungen (24, 25, 26, 27) und die Meßbecherwascheinrichtungen (27', 28, 29, 30) im wesentlichen gleichzeitig betätigbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrodenwaschflüssigkeit Standardlösung aufgebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wischelement (31) für einen Meßbecher zum Abwischen der Standardlösung von der Elektrode (23) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (10) nur anhaltbar ist, wenn ein Meßbecher (11) mit der Probe und der Standardlösung an der Meßposition (P\) angelangt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießeinrichtungen (25,26) zum Eingießen von Elektrodenwaschflüssigkeit an aufeinanderfolgenden Positionen (P₄, Ps) des Drehtellers (10) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbecherwascheinrichtungen (28, 29, 30) an aufeinanderfolgenden Positionen (P₈, P₉, Pi₀) des Drehtellers (10) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßposition (P\) die Probeneingießposition (P₃), die Waschflüssigkeitseingießpositionen (P₄, P₅), die Standardflüssigkeiteingießposition (Pe) und die Waschpositionen (Ps, Ps, Pm) in dieser Reihenfolge in Gegenrichtung nur Drehrichtung (17) des Drehtellers (10) auf dem Kreis angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (10) zehn Meßbecher (11 bis 20) aufweist, von denen sich, wenn sich der erste Meßbecher (11) in der Meßposition (P\) befindet, der dritte Meßbecher (13) an der Probeneingießposition (P₃), der vierte und fünfte Meßbecher (14, 15) in einer Waschflüssigkeitseingießposition (Pa, P₅), der sechste Meßbecher (16) in der Standardlösungseingießposition (P₆), der achte, neunte und zehnte Meßbecher (18, 19, 20) in einer Waschposition (P₆, P₉, P₎₀) befinden sowie der zweite und siebte Meßbecher (12, 17) Wischelemente (31) zum Abwischen der Standardlösung von der Elektrode (23) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (10) derart drehbar ist, df.ß er abwechselnd jeweils um zwei und um drei Positionen weiterrückt.