DE3434931A1 - Verfahren und vorrichtung zum mischen einer zu analysierenden fluessigkeitsprobe - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum mischen einer zu analysierenden fluessigkeitsprobeInfo
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- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/40—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes
- B01F33/407—Mixers using gas or liquid agitation, e.g. with air supply tubes by blowing gas on the material from above
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Mischen einer zu analysierenden Flüssigkeitsprobe, bei dem die
,- Flüssigkeitsprobe in einen Probenbehälter, insbesondere
in eine Küvette eingebracht und durch periodische Luftbewegung gemischt wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Mischen einer in einem Probenbehälter, insbesondere einer
Küvette enthaltenen, zu analysierenden Flüssigkeitsprobe, in dem oberhalb der Probenoberfläche eine Luftbewegung
erzeugbar ist.
Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen dieser Art 15
(EU-OS 0 098 949, DE-OS 1 598 514), wird das Probengefäß abgedichtet und die zwischen Abdichtung und Probenoberfläche
befindliche Luftsäule in periodische Schwingungen versetzt, so daß die Flüssigkeitsprobe im Probenbehälter
entweder durch Verformung einer elastischen Behälterwand oder durch Hin- und Herbewegung der Probe zwischen den
beiden Schenkeln des U-förmigen Probengefäßes, dessen einer
Schenkel in der vorstehend erläuterten Weise abgedichtet und dessen anderer Schenkel offen ist, in periodische
Schwingungen versetzt und so eine Mischung bewirkt wird.
Bei diesem bekannten Verfahren ist es somit erforderlich, eine Abdichtung des Probenbehälters vorzunehmen, um eine
oberhalb der Probenoberfläche befindliche Luftsäule in periodische Schwingungen versetzen zu können, was nicht
nur verhältnismäßig aufwendig ist, sondern auch Dichtungsprobleme zur Folge haben kann. Ferner sind Spezialprobenbehälter
erforderlich, die entweder U-förmig sind oder
eine elastisch verformbare Wand aufweisen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren und eine einfache Vorrichtung zum Mischen einer zu analysierenden
Flüssigkeitsprobe in einem Standardgefäß zu schaffen, mit deren Hilfe ein berührungsloses Mischen
erfolgt, ohne daß Dichtungsprobleme auftreten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß derart ausgestaltet, daß
auf unterschiedliche Bereiche der Probenoberfläche ab- -IO wechselnd die jeweiligen Probenoberflächenbereiche verlagernde,
in der Flüssigkeitsprobe Turbulenzen erzeugende Luftstrahlen gerichtet werden, wobei die Luftstrahlen vorzugsweise
eine höhere Temperatur als die Probenflüssigkeit haben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt also das Bewegen und damit das Durchmischen der Probenflüssigkeit
allein dadurch, daß auf unterschiedliche Oberflächenbereiche der Proben abwechselnd Luftstrahlen gerichtet und
dadurch die Probenflüssigkeit in eine wellenförmige Bewegung
versetzt und damit Turbulenzen erzeugt werden, die ein schnelles Durchmischen der Probe zur Folge haben. Um
diesen Mischvorgang durchzuführen, ist es nicht erforderlich, den Probenbehälter, der ein Standardgefäß mit
einer einzigen Flüssigkeitssäule sein kann, abzudichten und/oder wesentliche Teile der Einrichtung, mit der die
Luftstrahlen auf die Probenoberfläche gerichtet werden,
in Berührung mit dem Probenbehälter oder der Probe zu bringen, so daß auf einfache Weise eine wirksame und
schnelle Mischung der Flüssigkeitsprobe erreicht wird.
In vielen Fällen ist es erforderlich, die Flüssigkeitsprobe sowohl während des Mischvorganges als auch während
der Analyse auf einer konstanten Temperatur zu halten, ge und dadurch, daß die Luftstrahlen eine höhere Temperatur
als die Probenflüssigkeit haben, wird erreicht, daß die
in Berührung mit der Probenflüssigkeit kommende Luft der Luftstrahlen die Flüssigkeitsprobe nicht infolge Verdunstungswirkung
abkühlt.
Die Verdunstung von Probenflüssigkeit bei Durchführung
des Mischvorganges kann noch zusätzlich dadurch vermindert werden, daß für die Luftstrahlen Luft mit einer
Luftfeuchtigkeit von etwa 100% verwendet wird, so daß . diese gesättigte Luft keine Feuchtigkeit aus der Probenflüssigkeit
aufnimmt.
Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute Mischwirkung erreicht wird, wenn die Luftstrahlen in Form laminarer
Strömungen auf die Probenoberfläche geleitet werden, da sich dann eine besonders gute Impulsübertragung von den
Luftstrahlen auf die Probenflüssigkeit ergibt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gelöst durch
mindestens zwei mit ihren Austrittsöffnungen oberhalb des Probenbehälters angeordneten Luftkanülen, die mit einer
sie abwechselnd mit Luftimpulsen beaufschlagenden Pumpeinrichtung verbunden sind.
Mit dieser Vorrichtung kann in gleicher Weise, wie vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschrieben, sehr einfach das Mischen einer zu analysierenden Flüssigkeitsprobe vorgenommen werden, ohne daß
die Öffnung des Probenbehälters abgedichtet werden müßte 30
und ohne daß es zu einer Berührung zwischen Teilen der Vorrichtung und dem Probenbehälter und/oder der Flüssigkeitsprobe
kommen muß.
Es hat sich gezeigt, daß ein besonders wirksames und 35
schnelles Mischen einer Flüssigkeitsprobe dann erreicht wird, wenn die Pumpeinrichtung mit einer Frequenz von 9
Hz bis 14 Hz arbeitet.
Um die Luft für die Luftstrahlen auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur der Probenflüssigkeit anzuwärmen,
kann die den Luftkanülen zuzuführende Luft durch eine geregelt beheizbare Temperierungskammer leitbar sein.
Zum Befeuchten der Luft kann die den Luftkanülen zuzuführende Luft durch eine Befeuchtungseinrichtung leitbar
sein, die beispielsweise aus einer am Boden der Temperierungskammer vorgesehenen Wasserschale bestehen kann, über
die die Luft geleitet wird.
Da es sich gezeigt hat, daß der Mischvorgang sehr günstig abläuft, wenn die Luftstrahlen aus laminaren Strömungen
bestehen, können die Länge und der lichte Querschnitt der Luftkanülen so gewählt werden, daß aus ihnen laminare
Luftströme austreten.
Um den in Berührung mit der Probenoberfläche kommenden
Fremdluftanteil aus der Umgebungsluft gering zu halten, kann der Probenbehälter mit einer Luftdurchtrittsöffnun-
gen für den Durchtritt der Luftstrahlen aufweisenden 2b
Abdeckung, etwa in Form einer am Probenbehälter befestigten Folie oder einer an der Vorrichtung gehalterten,
federnden Abdeckung abgedeckt sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Teildarstellung, teilweise aufgebrochen eine Vorrichtung zum
Mischen einer Flüssigkeitsprobe, die sich in ei-
nem ebenfalls dargestellten Probenbehälter befindet.
Figur 2 zeigt im Schnitt eine Prinzipdarstellung der in Figur 1 verwendeten Pumpe.
Figur 3 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung
die Temperierungskammer mit den Luftkanülen oberhalb eines eine Flüssigkeitsprobe enthaltenden
Probenbehälters.
Die dargestellte Vorrichtung enthält eine Temperierungskammer 3 und eine von einem Antrieb 2 0 angetriebene Pumpe
12, die über Verbindungsschläuche 10 und 11 an die Temperierungskammer 3 angeschlossen ist.
Wie in Figur 2 zu erkennen ist, weist die Pumpe 12 zwei Pumpenkammern 18, 19 auf, die jeweils mit einer Membran
16, 17 verschlossen sind. An den Membranen 16, 17 ist mittels Schrauben ein Betätigungsteil 15 befestigt, das
einen Einschnitt aufweist, in den sich ein Exzenter 14 erstreckt. Dieser Exzenter sitzt auf der vom nicht näher
beschriebenen Antrieb 20 angetriebenen Welle 13 und wird in Richtung des in Figur 2 gezeigten Pfeiles gedreht.
Die Verbindungsschläuche 10 und 11 sind jeweils an eine der Kammern 18, 19 angeschlossen und führen in der Temperierungskammer
3 in Teilkammern 6, 7, und zwar in geringem Abstand oberhalb von deren Böden. Durch diese Böden
erstrecken sich Luftkanülen 4, 5 nach unten aus der Temperierungskammer 3 heraus, während die oberen Enden
der Luftkanülen 4, 5 verhältnismäßig weit oberhalb der Anschlüsse für die Verbindungsschläuche 10 und 11 in den
Teilkammern 6 und 7 enden.
Die Temperierungskammer 3 ist von einem elektrischen Heizmantel
26 umgeben, und in ihrer Wandung befindet sich ein Temperaturfühler 27, mit dessen Hilfe über einen schematisch
dargestellten Temperaturregler 8 die Beheizung der Temperierungskammer so gewählt wird, daß in den Teilkammern
6, 7 die gewünschte Temperatur aufrechterhalten bleibt.
Die Luftkanülen 4, 5 sind derart nach unten aus der TO Temperierungskammer 3 herausgeführt, daß sie sich beim
Positionieren eines Probengefäßes 1 unterhalb der Austrittsöffnungen
der Luftkanülen 4 und 5 im Bereich des lichten Öffnungsquerschnittes des Probenbehälters 1, jedoch
in möglichst großem Abstand voneinander befinden, während das Probengefäß 1 von einer an der Temperierungskammer
3 federnd gehalterten Abdeckung 22, die Durchtrittsöffnungen
23 für die Luftstrahlen aufweist, abgedeckt wird.
Im Betrieb treibt der Antrieb 20 die Welle 13 und dreht
dadurch den Exzenter 14, wodurch periodisch in den Kammern 18 und 19 (Figur 2) Luft komprimiert und dadurch aus
diesem verdrängt und über die Verbindungsschläuche 10 und 11 in die Teilkammern 6 und 7 gedrückt wird. Am Boden
dieser Teilkammern kann sich Wasser befinden, so daß die den Teilkammern zugeführte Luft über dieses Wasser strömt
und befeuchtet wird, während die Luft in den Teilkammern 6 und 7 darüber hinaus auf eine Temperatur erwärmt wird,
die oberhalb der Temperatur der zu mischenden Probe liegt.
Infolge des in den Teilkammern 6 und 7 bei Zufuhr von Luftimpulsen von den Kammern 18 und 19 erhöhten Druckes
wird entsprechend Luft durch die Luftkanülen 4 und 5 nach unten herausgepreßt, d.h. aus den Luftkanülen 4 und 5
treten abwechselnd Luftstrahlen aus, deren Frequenz und
Dauer vom Aufbau und der Betriebsweise der Pumpe 12 abhängt. Es sei erwähnt, daß jeweils beim Herauspressen
von Luft aus einer der Luftkanülen über die andere Luftkanüle wieder Luft in die zugehörige Teilkammer und über
den Verbindungsschlauch in die zugehörige, von einer Membran verschlossenen Kammer der Pumpe zurückgesaugt wird.
Die Abmessungen der Luftkanülen 4 und 5 werden vorzugsweise so gewählt, daß aus ihnen laminare Strömungen aus-
., n treten. In einem Ausführungsbeispiel wurden hierzu für
eine Austrittsgeschwindigkeit der Luftstrahlen von 1 m/sec bis 2 m/sec bei einem Volumen von 5 cm /see bis 10
cm /see Luftkanülen mit einer Länge von 40 mm und einem lichten Innendurchmesser von 0,8 mm eingesetzt. Bei der
. so erzeugten laminaren Strömung ergab sich eine wirksame
Durchmischung, wenn sich die Austrittsenden der Luftkanülen 4, 5 21 mm bis 30 mm oberhalb der Probenoberfläche
befanden.
Bei in Betrieb befindlicher Vorrichtung wird unter die Luftkanülen 4 und 5 ein eine zu mischende Flüssigkeitsprobe 2 enthaltender Probenbehälter 1, etwa eine Küvette
gebracht, wie dies in den Figuren 1 und 3 angedeutet ist. Tritt dann aus der Luftkanüle 4 ein in Figur 1 durch
einen Pfeil angedeuteter Luftstrahl aus, so wird die Oberfläche der Probenflüssigkeit 2 in der angedeuteten
Weise verformt, während bei Austritt eines Luftstrahls
aus der anderen Luftkanüle, die in Figur 1 zu diesem Zweck mit 5' bezeichnet und seitlich versetzt dargestellt
ist, dieser Luftstrahl in dem seitlich versetzt dargestellten, mit 1' bezeichneten Probenbehälter, der mit dem
Probenbehälter 1 identisch ist, eine Verformung der Oberfläche der mit 2' bezeichneten Flüssigkeitsprobe hervorruft,
wie sie in Figur 1 angedeutet ist. Somit erfolgt
abwechselnd eine Verformung der Oberfläche der Flüssig-35
keitsprobe in Verbindung mit durch gekrümmte Pfeile angedeuteten
Turbulenzen in der in Figur 1 angedeuteten Weise, was zu einem schnellen und wirksamen Durchmischen
der Flüssigkeitsprobe führt, wobei infolge der erhöhten Temperatur und der hohen Luftfeuchtigkeit der Luftstrahlen
weder eine Temperaturänderung noch ein Flüssigkeitsverlust in der Flüssigkeitsprobe zu befürchten ist.
Claims (11)
1. Verfahren zum Mischen einer zu analysierenden Flüssigkeitsprobe,
bei dem die Flüssigkeitsprobe in einen Probenbehälter, insbesondere in eine Küvette eingebracht
und durch periodische Luftbewegung gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf unterschiedliche
Bereiche der Probenoberfläche abwechselnd die jeweiligen Probenoberflächenbereiche verlagernde, in
der Flüssigkeitsprobe Turbulenzen erzeugende Luftstrahlen gerichtet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Luftstrahlen erwärmte Luft mit einer
Temperatur oberhalb der Temperatur der Probenflüssigkeit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Luftstrahlen Luft mit einer Luftfeuchtigkeit
von etwa 100% verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstrahlen in Form laminarer
Strömungen auf die Probenoberfläche geleitet werden.
5. Vorrichtung zum Mischen einer in einem Probenbehälter, insbesondere in einer Küvette enthaltenen, zu
analysierenden Flüssigkeitsprobe, in dem oberhalb der Probenoberfläche eine Luftbewegung erzeugbar ist, gekennzeichnet
durch mindestens zwei mit ihren Austrittsöffnungen oberhalb des Probenbehälters (1) angeordneten
Luftkanülen (4, 5), die mit einer sie abwechselnd mit Luftimpulsen beaufschlagenden Pumpeinrichtung
(12) verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (12) mit einer Frequenz von 9
Hz bis 14 Hz arbeitet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftkanülen (4, 5) zuzuführende
Luft durch eine geregelt beheizbare Temperierungskammer (3) leitbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Luftkanälen (4, 5) zuzuführende Luft
durch eine Befeuchtungseinrichtung leitbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Befeuchtungseinrichtung aus einer am Boden
der Temperierungskammer (3) vorgesehenen Wasserschale
besteht, über die die Luft geleitet wird.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge und der lichte Querschnitt der Luftkanülen (4, 5) so gewählt ist, daß
aus ihnen laminare Luftströme austreten.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Luftdurchtriffsoffnungen aufweisende
Abdeckung (22) für den Probenbehälter (1).
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