CH678925A5

CH678925A5 -

Info

Publication number: CH678925A5
Application number: CH122189A
Authority: CH
Inventors: Martin Dubs
Original assignee: Mettler Toledo Ag
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1991-11-29
Also published as: DE3913632C2; DE9003629U1; DE3913632A1

Description

i

CH 678 925 A5

2

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein .Titriergerät gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Durchführung von Titrationen, insbesondere bei der routinemässigen Durchführung, wie sie bei Qualitätskontrollen, z.B. in der Nahrungsmittelindustrie, in der klinischen Chemie oder im Umweltschutz zur Anwendung kommt, ist es häufig notwendig, wechselnde Titriermittel und/oder wechselnde Dosierungen von Titriermitteln einzusetzen. Dabei wächst der apparative Aufwand in der Regel stark an, wenn für jedes Titriermittel eine eigene Dosiereinrichtung benötigt wird. Um den apparativen Aufwand zu verringern, wird beispielsweise in der CH-PS 590 689 eine Wechselbürette vorgeschlagen, bei der zu einer einzigen Antriebseinheit eine Mehrzahl von Paletten vorgesehen ist, von denen jede eine Vorratsflasche und einen dieser zugeordneten Bürettenzylinder trägt. Die Paletten werden wahlweise auf die Antriebseinheit geschoben und diese mit dem Förderkolben im Bürettenzylinder gekoppelt. Dabei musste bei jedem Bürettenwechsel nicht nur der Bürettenzylinder sondern auch die Vorratsflasche samt Palette ausgetauscht werden. Dies war mit einem erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand verbunden und erforderte, bedingt durch die Konstruktion der Palette, eine Beschränkung des Volumens der Votratsflasche. Zur Behebung dieser Nachteile wurde gemäss der DE-OS 2 929 307 eine Wechselbürette mit einer Antriebseinheit und einer Mehrzahl von wahlweise mit ihr koppelbaren Zylindern entwickelt, bei der jedem Zylinder ein eigener Vorratsbehälter mit einer Aussparung für die Aufnahme des Zylinders zugeordnet ist.

Diese bekannten Wechselbüretten sind aber nur in begrenztem Umfang für die routinemässige Durchfährung von Titrationen geeignet und können nicht für die simultane Durchführung von mehreren unterschiedlichen Titrationen eingesetzt werden.

Es sind auch sogenannte Titrierautomaten bekannt, die eine rasche und routinemässige Ausführung einer Vielzahl gleichartiger Titrationen erlauben und bei denen die Notwendigkeit manueller Eingriffe auf ein Minimum beschränkt ist Diese Automaten zeigen das Titrierergebnis digital und/oder analog an oder sind mit einem Drucker zur Aufzeichnung der Ergebnisse ausgestattet. Ausserdem können sie so ausgelegt sein, dass der Verlauf der Titration auf einem Monitor verfolgt werden kann. Häufig sind diese Automaten auch mit Mikroprozessoren zur Speicherung von methodenspezi-fischen Parametern, Kalibrierwerten und Probenin-formationen ausgerüstet.

Es ist ausserdem bekannt, zwei oder mehrere derartige Titrierautomaten in einem Gerät zusammenzubauen, um die Durchführung mehrerer verschiedener Titrationen nebeneinander zu ermöglichen. Dabei stellt jede Komponente des Gerätes für sich eine komplette, für eine bestimmte spezifische Titrationsmethode ausgelegte Titriereinrichtung mit einer festen Anzahl von Antrieben, Dosiereinheiten, Detektoren und Probenstationen dar. Daraus folgt, dass eine Kombination derartiger Komponenten auf die ursprünglich getroffene Wahl festgelegt ist und nur für die Durchführung derjenigen Titrationsmethoden, für die die gewählten Komponenten ausgelegt sind, eingesetzt werden kann. Eine Anpassung an geänderte Bedürfnisse ist nur schwer möglich und kann praktisch nur vom Hersteller des Gerätes vorgenommen werden, nicht aber vom Be-nützer.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Titriergerät zu schaffen, das die gleichzeitige Durchführung mehrerer Titrationen gestattet und das ohne Schwierigkeiten vom Benützer an die jeweils gestellten Anforderungen angepasst werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das im kennzeichnenden Teil des Patentai spruchs 1 definierte Titriergerät gelöst.

Durch den modularen Aufbau, d.h. die Ausbildung der Dosiereinheit, der Antriebseinheit und der Detektoreinheit als Module, wird erreicht, dass diese ohne Schwierigkeiten ausgetauscht und ersetzt werden können. Da die Steuerung ebenfalls modular ausgebildet ist und hierfür ein Steuermodul vorgesehen ist, das seinerseits austauschbar und in jeder beliebigen Zuordnung mit den Modulen kombinierbar ist, lässt sich eine Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse problemlos und ohne die Notwendigkeit, besondere Werkzeuge einzusetzen, von jedem Benützer des Titriergerätes vornehmen. Es bedarf lediglich weniger, einfacher Handgriffe, um das Titriermittel, seine Dosierung und/oder die Titrationsmethode zu variieren.

Die Dosiereinheit ist in der Regel ein, gegebenenfalls kalibrierter, Glas- oder Kunststoffzylinder, in dem ein Kolben verschieblich angeordnet ist. Der Zylinder kann auf einfache Weise über Schlauchleitungen einerseits mit einem Vorratsgefäss für das Titriermittel und andererseits mit der Probenstation verbunden werden. Zur Verschiebung des Kolbens im Bürettenzylinder ist beispielsweise eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange vorgesehen, die ihrerseits mit der Antriebseinheit, z.B. einem impulsgesteuerten Schrittmotor, verbindbar ist. Die Verbindung der Dosiereinheit mit der Antriebseinheit kann durch einfaches Aufsetzen des Bürettenzylin-ders auf die Antriebseinheit und Einrastenlassen der Kolbenstange bewerkstelligt werden.

Besondere Ausbildungen des Titriergerätes der eingangs erwähnten Art sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 umschrieben.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 2 erlaubt die gleichzeitige Durchführung von drei verschiedenen Titrationen, ohne die Notwendigkeit, zeitraubende Manipulationen vorzunehmen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht einen besonders einfachen Wechsel der Titra-tionsmethode oder die Anwendung unterschiedlicher Titriermittel oder von Titriermitteln unterschiedlicher Konzentrationen. Um die Titrationsmethode oder das Titriermittel auszutauschen bedarf es lediglich eines einfachen Umschaltens.

Der gemeinsame Netzanschluss für alle (internen) Module und Steuermodule entsprechend der Ausbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht einerseits eine besonders einfache Überwachung der Spannungsversorgung und andererseits Behin-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

CH 678 925 A5

4

derungen durch eine Vielzahl von Kabeln zu vermeiden.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht die gleichzeitige oder unmittelbar aufeinanderfolgende Durchführung mehrerer Titrationen in einem Arbeitsgang, ohne die Notwendigkeit, für jede Titration ein passendes Steuermodul in das Gerät einzusetzen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es einem Benützer, das Gerät auch nachträglich seinen jeweiligen Bedürfnissen anzupassen, indem er das Steuermodul für eine andere oder eine zusätzliche Titrationsmethode programmieren kann.

Die zentrale Steuereinheit, wie sie die Ausbildung nach Patentanspruch 7 vorsieht, erbringt den Vorteil, dass die Funktion und die Verträglichkeit der einzelnen Module und Steuermodule vom Gerät selbständig überwacht werden. Auf diese Weise lassen sich Fehlerquellen von vornherein aus-schliessen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 8 ermöglicht einem Benützer die einfache und problemlose Überwachung alier Funktionen des Gerätes, der Funktionstüchtigkeit der einzelnen Module und ihres Zusammenwirkens sowie des Ablaufs der einzelnen Titrationen.

Die Ausbildung nach Patentanspruch 9 bietet die Möglichkeit einer vielseitigen Erweiterung des Programms. So kann im Bedarfsfall beispielsweise gleichzeitig eine Karl-Fischer-Titration durchge-flihrt werden. Ferner ist die Möglichkeit zur Ausführung gravimetrischer Bestimmungen gegeben. Die Verbindung mit Messdatenaufzeichnungsgerä-ten ermöglicht es dem Benützer, die erhaltenen Resultate aufzuzeichnen, z.B. für Dokumentationszwecke, oder graphisch darzustellen. Die Verbindung mit externen Datenverarbeitungsanlagen lässt beispielsweise die Kommunikation zwischen verschiedenen Forschungseinrichtungen oder betrieblichen Untersuchungs- oder Überwachungeinrichtungen oder mit Prozesssteuerungsanlagen zu.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Titriergerätes werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschema des Titriergerätes;

Fig. 2 eine Antriebseinheit in perspektivischer Darstellung;

Fig. 3 eine Teilanansicht einer Dosiereinheit in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 ein Steuermodul mit zugehörigem IO Sockel in perspektivischer Darstellung;

Fig. 5 ein Titriergerät in perspektivischer Darstellung;

Fig. 6 eine Teiiansicht des Titriergerätes nach Fig. 5 in perspektivischer Darstellung.

Fjg. 1 zeigt ein Biockschema eines Titriergerätes 2 mit einer Dosiereinheit 4, die über ein Kupplungsglied 6 mit einer Antriebseinheit 8 verbunden ist. Die Dosiereinheit 4 steht einerseits mit einem Vor-ratsgefäss 10 über eine 1. Schlauchleitung 12 und über eine 2. Schlauchleitung 14 mit einer Probenstation 16, die mit einer Detektoreinheit 18 gekoppelt ist, in Verbindung. Die Detektoreinheit kann beispielsweise eine pH- oder Redox-Elektrode, eine ionensensitive Elektrode oder ein optischer Sensor sein. Die Antriebseinheit 8 und die Detektoreinheit 18 sind mit einem Steuermodul 20 über Leitungen 22 und 24 verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Antriebseinheit 26, die über ein Flachkabel 28 mittels einer Kupplung 30 und einem Stecker 32 mit einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbindbar ist. Der Stecker 32 ist dabei in einer Bodenplatte 34 befestigt. Ferner weist die Bodenplatte 34 elektronische Leistungsumschalter 36 zum wahlweisen Ansteuern eines 1. Antriebsmotors 40 und eines 2. Antriebsmotors 42 sowie Anschlagsensoren 38 auf. Den oberen Abschluss der Antriebseinheit 26 bildet ein oberes Gehäuseteil 44, das mit einem gegenüberliegenden unteren Gehäuseteil 46 über Abstandhalter 48 verbunden ist. Die Antriebseinheit 26 weist ausserdem eine Trägerkonsole 50, die einen Verbindungsschaft 52 trägt, auf. Im oberen Gehäuseteil 44 ist eine Aussparung 54 zum Herstellen einer Schraubverbindung und eine Schubstange 56 zur Verbindung der Antriebseinheit 26 mit einer Dosiereinheit, z.B. der in Fig. 3 dargestellten, vorgesehen.

Ausserdem weist die Antriebseinheit 26 einen Mitnehmer 58 auf, über den der Antriebsmotor 42 mit einem Bürettenhahn innerhalb einer Dosiereinheit, z.B. der in Rg. 3 dargestellten, verbindbar ist. Zur Befestigung ist eine Arretierschraube 60 an der Stirnseite der Antriebseinrichtung 26 angeordnet.

Fig. 3 zeigt eine Dosiereinheit 62, von der aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die wichtigsten Bestandteile dargestellt sind. Die Dosiereinheit 62 umfasst einen Zylinder 64 und einen darin verschieblich angeordneten Kolben 66. Dieser ist mittels der Schubstange 56, gemäss Fig. 2, mit dem 1. Antriebsmotor 40 der Antriebseinheit 26 verbindbar und kann im Betriebszustand durch diesen über ein in der Figur nicht dargestelltes Getriebe pro-grammgemäss angetrieben werden. Der Zylinder 64 und der Kolben 66 sind von einem Lichtschutzrohr 68 mit Sichtfenster 70 umgeben. Die Anbringung eines Lichtschutzrohres empfiehlt sich insbesondere in den Fällen, in denen ein lichtempfindliches Titriermittel verwendet wird. Der Zylinder 64 und das Lichtschutzrohr 68 sind mit ihrem unteren Endteil auf einem Bürettenträger 72 befestigt. Den oberen Abschluss bildet eine Bürettenhaube 74, in der ein in der Figur nicht dargestellter Bürettenhahn mit zugehörigem Antrieb untergebracht ist und die mit einem Knickschutzrohr 76 für eine erste Schlauchleitung und einem Knickschutzrohr 78 für eine zweite Schlauchleitung ausgestattet ist. Der Bürettenhahn ist über den Mitnehmer 58 der Antriebseinheit 26, gemäss Fig. 2, und ein in der Figur nicht dargestelltes Getriebe mit dem 2. Antriebsmotor 42 der Antriebseinheit 26 verbindbar und wird im Betriebszustand durch diesen angetrieben. Ausserdem ist am unteren Teil der Bürettenhaube 74 ein Gewindering 80, der ein Auseinandernehmen des in der Bürettenhaube 74 untergebrachten Hahnes für Reinigungszwecke gestattet, vorgesehen. Ausserdem weist die Bürettenhaube eine Etikette 82 zur Kennzeichnung auf.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

5

CH 678 925 A5

6

Fig. 4 zeigt ein Steuermodul 84 mit zugehörigem IC-Sookel 86. Zum Befestigen des Steuermoduls 84 auf dem IC-Sockel 86 wird er in Richtung von Pfeil 88 auf den Socket 86 geschoben. Der Sockel 86 weist eine 1. Lasche 90 und eine 2. Lasche 92 auf. Beide Laschen werden durch Niederdrücken zum Einrasten gebracht. Ausserdem weist das Steuermodul 84 eine Kerbe 94 auf, welche die Richtung anzeigt, in der das Einsetzen der einzelnen Steuermodule im Falle von mehreren zu erfolgen hat. Der IC-Sockel weist an seinem dem Steuermodul 84 abgewandten Endbereich Anschlusselemente 96 auf.

Fig. 5 zeigt ein Titriergerat 98 mit einem Gehäuse 100. Bei dem im vorliegenden Beispiel gezeigten Gerät sind insgesamt fünf Plätze 102 für die Aufnahme von aus Antriebseinheit und Dosiereinheit gebildeten Titriereinheiten vorgesehen. Zum Schutz freier Plätze 102 sind Abdeckungen 104 vorgesehen, die zweckmässigerweise durch Aufschrauben zu befestigen sind. Im vorliegenden Fall ist ein Platz 102 mit eîner Dosiereinheit 106 bestückt, die auf eine in der Figur nicht dargestellte Antriebseinheit aufgesetzt und mittels einer Arretierschraube 108 befestigt ist. Die Dosiereinheit 106 steht mit einem Vorratsgefäss 110 für ein Titriermittel über eine Ansaugleitung 112 in Verbindung. Die Ansaugleitung 112 ist durch ein Knickschutzrohr 114 durch ein Kopfteil 116 des Vor-ratsgefässes 110 geführt. Das Kopfteil 116 weist ein weiteres Knickschutzrohr 118 auf, durch das eine zweite Ansaugleitung im Bedarfsfall eingeführt werden kann. Am Gehäuse 100 ist ein Titrierarm 120 mittels Rändelschrauben 122 befestigt. Der Titrierarm 120 trägt ein Titriergefäss 124, welches mittels eines Gewinderinges 126 befestigt ist. In den Titrierarm 120 ist eine Abdeckung 128 für das Titriergefäss 124 eingelassen. Durch die Abdeckung 128 ist eine Rührstab 130 eingeführt, an dessen unterem Ende innerhalb des Trtriergefässes 124 ein Propellerrüh-rer 132 befestigt ist. Die Abdeckung 128 ist mit Öffnungen 134 versehen. Durch eine der Öffnungen 134 wird durch ein Knickschutzrohr 136 eine Schlauchleitung 138, die mit der Dosiereinheit 106 verbunden ist, in das Titriergefäss 124 eingeführt. Die der Öffnung mit dem Knickschutzrohr 136 diagonal gegenüberliegende Öffnung ist zur Aufnahme eines als Detektor dienenden Messfühlers vorgesehen, wie durch einen Pfeil 140 angedeutet ist. Das Gehäuse 100 weist ausserdem eine Anzeige 142 auf, von der für die Überwachung des Titrationsverlaufs notwendige Informationen abgelesen werden können. Ausserdem sind Bedienungstasten 144 zum Betrieb des Gerätes sowie eine Tastatur 146, mittels der die einzelnen Module und Steuermodule angesteuert werden können, vorgesehen.

Fig. 6 zeigt einen Teil 148 des Trtriergerätes nach Fig. 5 in schematischer Darstellung. Der Geräteteil 148 weist ein Gehäuse 150 mit freien Plätzen 152 zur Aufnahme von Antriebseinheiten bzw. aus Antriebs- und Dosiereinheit gebildeten Titriereinheiten auf. Auf einen Platz des Gehäuses ist eine Antriebseinheit 154 montiert, wobei der Aufbau der Antriebseinheit 154 demjenigen der in Fig. 2 dargestellten Antriebseinheit 26 entspricht. Zur Verbindung mit dem Bürettenhahn einer in der Figur nicht dargestellten Dosiereinheit ist ein Mitnehmer 156 vorgesehen. Ausserdem weist das Gehäuse 150 Aussparungen 158 mit Innengewinde zum Befestigen von Abdeckungen, entsprechend den Abdeckungen 104 in Fig. 5, auf. Femer sind Rändelschrauben 5 160 zum Befestigen eines Titrierarmes vorgesehen. Im Bedarfsfall können auch zwei Titrierarme am Gehäuse 150 befestigt werden.

Die Steuereinheit entspricht in ihrer Konfiguration mit Vorteil der in der mit der vorliegenden Anmel-10 dung im Zusammenhang stehenden deutschen Offenlegungsschrift DE 4 009 976 A1 beschriebenen.

Bezuaszeichenliste

15 2 Titriergerät 4 Dosiereinheit 6 Kupplungsglied 8 Antriebseinheit 10 Vorratsgefäss 20 121. Schlauchleitung 142. Schlauchleitung 16 Probenstation 18 Detektoreinheit 20 Steuermodul 25 22 Leitung 24 Leitungen 26 Antriebseinheit 28 Flachkabel 30 Kupplung 30 32 Stecker

34 Bodenplatte 36 Leistungsumschalter 38 Anschlagsensor 401. Antriebsmotor 35 42 2. Antriebsmotor

44 oberes Gehäuseteil 46 unteres Gehäuseteil 48 Abstandhalter 50 Trägerkonsole 40 52 Verbindungsschaft 54 Aussparung 56 Schubstange 58 Mitnehmer 60 Arretierschraube 45 62 Dosiereinheit

64 Bürettenzylinder 66 Kolben 68 Lichtschutzrohr 70 Sichtfenster 50 72 Bürettenträger 74 Bürettenhaube 761. Knickschutzrohr 78 2. Knickschutzrohr 80 Gewindering 55 82 Etikette

84 Steuermodul 86 IC-Sockel 88 Pfeil 90 1. Lasche 60 92 2. Lasche 94 Kerbe

96 Anschlusselement 98 Titriergerät 100 Gehäuse 65 102 freie Plätze

7

CH678 925A5

8

104 Abdeckungen 106 Dosiereinheit 108 Arretierschraube 110 Vorratsgefäss 112 Ansaugleitung 114 Knickschutzrohr 116 Kopfteil 118 Knickschutzrohr 120 Titrierarm 122 Rändelschraube 124 Titriergefäss 126 Gewindering 128 Abdeckung 130 Rührstab 132 Propellerrührer 134 Öffnungen 136 Knickschutzrohr 138 Schlauchleitung 140 Pfeil 142 Anzeige 144 Bedienungsfasten 146 Tastatur 148 Geräteteil 150 Gehäuse 152 freie Plätze 154 Antriebseinheit 156 Mitnehmer 158 Aussparung 160 Rändelschraube

Claims

Patentansprüche

1. Titriergerät mit mindestens einer Probenstation, mindestens einer Dosiereinheit, mindestens einer Antriebseinheit für die Dosiereinheit und mindestens einer Detektoreinheit für eine im Betriebszustand zu verfolgende Messgrösse, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau, derart, dass die Dosiereinheit (4), die Antriebseinheit (8) und die Detektoreinheit (18), jede für sich, als austauschbare und mit anderen Einheiten frei kombinierbare Module ausgebildet sind, wobei alle drei Einheiten (4, 8, 18) zusammen eine Titriereinheit bilden, dass jeder Titriereinheit ein, für mindestens eine vorgegebene Titrationsmethode programmiertes Steuermodul (20) zugeordnet ist, und dass die einzelnen Module, einschliesslich der Steuermodule, unabhängig voneinander austauschbar sind und ihre gegenseitige Zuordnung frei wählbar ist.

2. Titriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Aufnahme von mindestens zwei Titriereinheiten ausgelegt ist.

3. Titriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es für die Aufnahme von mindestens einer zusätzlichen Dosiereinheit (4) ausgelegt ist.

4. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen gemeinsamen Netzanschluss für alle Module, einschliesslich der Steuermodule, aufweist.

5. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Steuermodul (20) mindestens einen programmierbaren Baustein enthält, welcher eine Vielzahl von Steuerabläufen für unterschiedliche Titrationsmethoden gespeichert enthält.

6. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens ein Steuermodul aufweist, welches Schreib-Lese-Spei-cherbausteine enthält, in die über ein Modul mit Schnittstellen nachträglich spezifische Titrationsmethoden einschreibbar sind.

7. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Steuereinheit zur selbsttätigen Erkennung und Überwachung der einzelnen Module, einschliesslich der Steuermodule, aufweist.

8. Titriergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit mit einer Anzeigeeinrichtung zur Aussendung optischer oder akustischer Signale ausgestattet ist, mittels der für einen Benützer die Funktionstüchtigkeit der Module erkennbar ist.

9. Titriergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Modul mit mindestens einer Schnittstelle zur Verbindung mit mindestens einem externen Modul enthält, um beispielsweise mit weiteren Titriergeräten, Waagen, Mess-datenspeichern, Messdatenaufzeichnungsgerä-ten, wie Printer oder Plotter, sowie externen Datenverarbeitungseinrichtungen zu kommunizieren.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5