DE1457188C3 - Device for measuring the changes in volume of two liquids caused by reactions occurring in the liquids - Google Patents

Description

d — ^d₁- — d₂ ² , d - ^ d ₁ - - d ₂ ² ,

als die Kammer (A) aufweist sowie die Abdichtung gegenüber der Kammer (B) durch eine an der zylindrischen Kammer (A) sitzende, auf seinen geringeren Durchmesser aufweisenden Umfangsteil wirkende Dichtung (DR 2) bewirkt wird, wobei d_l der Innendurchmesser der Kammer (A) und d„ der Durchmesser der Kolbenstange KSl ist, die die Kammer A durchsetzt.than the chamber (A) and the seal with respect to the chamber (B) is brought about by a seal (DR 2) seated on the cylindrical chamber (A) and acting on its smaller diameter, where d _{l is} the inner diameter of the chamber ( A) and d "is the diameter of the piston rod KS1 , which passes through the chamber A.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (K) an einer nur die eine (A oder S) der beiden Kammern (A, B) durchsetzenden Kolbenstange (KSl oder KS2) befestigt ist und das veränderliche Kolbenstangenvolumen in der einen Kammer durch vorherige Eichung berücksichtigt wird.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the partition (K) is attached to only one (A or S) of the two chambers (A, B) penetrating piston rod (KSl or KS2) and the variable piston rod volume in one Chamber is taken into account by prior calibration.

5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als eine den Kolben (K) durchsetzende Bohrung (KB) mit auswechselbarer Auskleidung ausgebildet ist.5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the channel is designed as a piston (K) penetrating bore (KB) with a replaceable lining.

6. Gerät nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal ein Ventil angeordnet ist.6. Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that that a valve is arranged in the channel.

7. Gerät nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal als eine die Kolbenstangen (KSl, KSl) durchsetzende Bohrung (KB) ausgebildet ist.7. Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that the channel is designed as a bore (KB) passing through the piston rods (KSl, KSl) .

8. Gerät nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Rührwerk in Kammer (B). 8. Apparatus according to claim 1 to 7, characterized by an agitator in chamber (B).

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine in Kammer (B) befindliche Pumpe Wollte man bisher die im Laufe einer beliebigen chemischen Reaktion auftretende Volumenänderung messend erfassen, dann war man gezwungen, die Reaktionspartner in jeweils verschiedenen Mengenverhältnissen zu vermischen und die dabei auftretende Volumenänderung zu messen. Für langsam ablaufende Reaktionen, wie sie beispielsweise in der Polymerchemie häufig anzutreffen sind, gibt es bereits eine große Zahl verschiedener Geräte. Eines dieser Geräte, das in Anal. Chemie, 31 (1959), S. 1906 bis 1908 beschrieben ist (Voeks und Crane), ist mit einer verschließbaren Reaktionskammer und einer mit dem Gerät verbundenen Meßeinrichtung versehen.9. Apparatus according to claim 8, characterized by a pump located in chamber (B). Up to now, if you wanted to measure the volume change occurring in the course of any chemical reaction, you were forced to mix the reactants in different proportions and the resulting volume change to eat. A large number of different devices are already available for slow reactions, such as those frequently encountered in polymer chemistry. One of those devices found in Anal. Chemie, 31 (1959), pp. 1906 to 1908 (Voeks and Crane), is provided with a closable reaction chamber and a measuring device connected to the device.

Ganz abgesehen davon, daß die jeweils zu bestimmenden Mischungsverhältnisse oft mit großen Fehlern behaftet sein können, benötigt dieses diskontinuierliche Verfahren einen ganz erheblichen Zeitaufwand. Auch ist der Stoff- bzw. Materialverbrauch recht beträchtlich.Quite apart from the fact that the mixing ratios to be determined in each case often have major errors can be affected, this discontinuous process requires a considerable amount of time. The consumption of substances and materials is also quite considerable.

Das bekannte Gerät gestattet pro angesetzter Messung stets nur die Volumenänderung für jeweils ein einziges bestimmtes Mischungsverhältnis zu ermitteln; es müssen für die Aufnahme der Funktion JV = f(c) entsprechend viele Mischungsverhältnisse dilatometrisch ermittelt werden. Setzt man z. B. für das bekannte Dilatometer von Voeks und Crane einen Zeitbedarf von etwa 1 Arbeitstag pro Messung an — dieser Wert ist auf Grund der langsamen Einstellung der Temperaturkonslanz sicherlich notwendig und entspricht auch dem Zeitbedarf anderer in der Literatur beschriebener Geräte —, dann erfordert die Aufnahme der Funktion A V = f(c), wenn man einen Meßpunktbesatz von z. B. 180 Meßpunkten annimmt, einen Zeitbedarf von etwa 180 Tagen. Alle hier genannten Schwierigkeiten sind als Ursache dafür anzusehen, daß die Volumenänderung bei chemischen Reaktionen bisher nur selten als Indikator für den Endpunkt chemischer Reaktionen angewandt wurde, lieferte doch diese Methode auch bei sorgfältigster Anwendung nur eine gewisse Anzahl von Punkten der Titrationskurve.The known device only allows the volume change to be determined for a single specific mixing ratio for each measurement made; To record the function JV = f (c), a corresponding number of mixing ratios must be determined dilatometrically. If one sets z. B. for the well-known dilatometer from Voeks and Crane a time requirement of about 1 working day per measurement - this value is certainly necessary due to the slow adjustment of the temperature consistency and also corresponds to the time requirement of other devices described in the literature - then the recording requires the Function AV = f (c), if you have a set of measuring points of z. B. assumes 180 measuring points, a time requirement of about 180 days. All the difficulties mentioned here are to be regarded as the reason why the change in volume in chemical reactions has so far only rarely been used as an indicator for the end point of chemical reactions, since this method only yielded a certain number of points on the titration curve even with the most careful application.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es ermöglicht, bei einem minimalen Stoff- bzw. Materialverbrauch die im Laufe einer chemischen Reaktion auftretende Volumenänderung schnell, kontinuierlich und sehr genau messend zu erfassen. Die Lösung dieser Aufgabe wird erreicht durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Gerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is therefore based on the object of providing a device as mentioned in the preamble of claim 1 Kind to improve so that it allows with a minimal consumption of material or material the change in volume that occurs in the course of a chemical reaction is rapid and continuous and can be measured very precisely. The solution to this problem is achieved by the in the license plate of claim 1 listed features. Advantageous refinements or developments of the device result from the subclaims.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Zeichnung 1 zeigt, einen an beiden Seiten geschlossenen Zylinder Z, in dem mittels einer durch den Zylinder führenden Kolben-The invention is explained in more detail with reference to the drawings. Drawing 1 shows a cylinder Z, which is closed on both sides, in which a piston

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Stange KS ein Kolben K verschiebbar ist, welcher besitzen, wenn d., der Durchmesser der KolbenstangeRod KS a piston K is displaceable, which have, if d., The diameter of the piston rod

eine Bohrung KB besitzt, deren Durchmesser je nach in der Kammer A ist. Am unteren Ende der Kam-has a bore KB , the diameter of which is in the chamber A depending on. At the bottom of the cam-

Zweck verschieden dimensioniert sein kann. Dabei mer A besitzt der Zylinder einen Dichtungsring Di? 2Purpose can be dimensioned differently. Here, the cylinder mer A has a sealing ring Di? 2

können die Durchlässe auch auswechselbar ausgebil- mit dem Innendurchmesser d, der gegen den verdet werden. Füllt man nun die beiden Kammern A 5 jungten Kolben abdichtet. Zeichnung 5 zeigt ein Aus-the passages can also be designed to be interchangeable with the inside diameter d, which is condensed against the. If you now fill the two chambers A 5 young piston seals. Drawing 5 shows an

und B mit zwei Flüssigkeiten, die miteinander reagie- führungsbeispiel.and B with two liquids that react with one another.

ren sollen, und verbindet man eine der beiden Kam- Zur gleichmäßigeren Durchmischung in der Misch-and if you connect one of the two chambers for more even mixing in the mixing

mern mit einer z. B. halb mit Wasser gefüllten kammer B ist ein Umrühren vorteilhaft; die Einrich-mern with a z. B. half-filled with water chamber B , stirring is advantageous; the furnishing

Kapillare (oder engem Rohr) und bewegt man nun tung hierfür wird, um weitere Dichtungen zu erspalangsam den Kolben K über die Kolbenstange KS io ren, am besten über eine Magnetkupplung angetrie-Capillary (or narrow tube) and if you now move the device, move the piston K over the piston rod KS slowly to remove additional seals, preferably by means of a magnetic coupling.

z. B. mittels einer Spindel oder einer anderen Vor- ben. Da während der Messung in dem Zylinder einz. B. by means of a spindle or some other Vorben. Because during the measurement in the cylinder a

richtung, die eine genaue Dosierung zuläßt, in Rieh- nicht oder nur wenig durchmischter Raum entsteht,direction, which allows an exact dosage, arises in Rieh- not or only little mixed space,

tung einer der beiden Kammern, dann kommt es in erweist es sich als vorteilhaft, eine Saug- oder Druck-tion of one of the two chambers, then it turns out to be advantageous to use a suction or pressure

der anderen Kammer zum Vermischen der Flüssig- pumpe zu verwenden, die aus dem frei werdenden keit, und zwar proportional zum Vorschub. Die bei 15 Zylinderraum ständig die Flüssigkeit absaugt bzw.to use the other chamber for mixing the liquid pump, which is released from the speed, proportional to the feed. The 15 cylinder space constantly sucks off or sucks off the liquid.

der Reaktion auftretende Volumenänderung ist bei durchmischt. Zeichnung 6 zeigt ein Ausführungsbei-the change in volume that occurs during the reaction is mixed. Drawing 6 shows an exemplary embodiment

dieser Versuchsanordnung direkt an dem Wasser- spiel.this test set-up directly on the water feature.

stand der Kapillaren KA (im Rohr) ablesbar. Die Schließlich sei noch erwähnt, daß der Zugabe-Zeichnung 1 zeigt neben dem bereits erwähnten Zy- zylinder A keinen kreisförmigen Querschnitt besitlinder Z, den Kolben K und die Bohrung KB im 20 zen muß, sondern daß dieser beliebig gestaltet sein Kolben, die Vorratskammer A, die Reaktionskam- kann.the position of the capillaries KA (in the tube) can be read. Finally, it should be mentioned that the addition drawing 1 shows, in addition to the already mentioned cylinder A, no circular cross-section must have a circular cross-section Z, the piston K and the bore KB in the 20 zen, but that this piston, the storage chamber A, can be designed as desired who have favourited reaction- can.

mer B, die Kolbenstangen KSl und KS 2, die Dich- Das erfindungsgemäße Gerät gestattet ein sehr tungen D zwischen den Kolbenstangen und dem schnelles Arbeiten. So benötigt man für die Auf-Zylinderdeckel, die Kapillare KA mit Graduierung, nähme von etwa 180 Meßpunkten bei Verwendung verschließbare Einfüllöffnungen für zwei Flüssigkei- 25 des erfindungsgemäßen Gerätes zwischen wenigen ten EA und EB und die Vorschubrichtung V des Minuten und wenigen Stunden. Die rechnerische Kolbens, durch die die Vermischung in der Kam- Zeitersparnis gegenüber dem eingangs erwähnten bemer B (Reaktionskammer) bewirkt wird. Die Boh- kannten Gerät dürfte also minimal den Faktor 360, rung KB kann auch eine Polyäthylen- oder ähnliche, wenn man nur zwei dilatomerische Messungen pro dem Zweck entsprechende Auskleidung besitzen 30 Tag ansetzt, betragen. Da Routinemessungen aber (Zeichnung 2), die als Kapillare oder enges Rohr erheblich schneller durchzuführen sind, ist die prakausgebildet ist, um gegenüber Wasser die Kapillar- tische Zeitersparnis noch wesentlich größer,
kräfte günstiger zu gestalten und eine unkontrollier- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gebare Diffusion weitgehend zu unterdrücken. rätes besteht in der Möglichkeit, die Volumenände-WiIl man die Diffusion vollkommen vermeiden 35 rung als Funktion der Konzentration kontinuierlich, und außerdem erreichen, daß wirklich nur in der d. h. mit einem geeigneten Meßwertaufnehmer, zu Reaktionskammer die Vermischung erfolgt, dann bestimmen. Die bisher bekannten Geräte gestatten muß in die Bohrung ein geeignetes Ventil eingebaut bisher nur die Ermittlung der Volumenänderung als werden. Funktion der Zeit, d. h. bei konstanten Mischungs-Zeichnung 3 zeigt eine Möglichkeit, bei der sich 40 Verhältnissen: AV = f(t). Im Gegensatz zu den in die Bohrung nicht im Kolben befindet, sondern eine der Literatur publizierten Geräten ermöglicht aber durchbohrte Kolbenstange benutzt wird. das erfindungsgemäße Gerät nicht nur die Bestim-Die Reaktionskammer B kann beliebig ausgestaltet mung dieser Funktion, und zwar auch für relativ sein. Zeichnung 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Auf schnell ablaufende Reaktionen, sondern zusätzlich die Kolbenstange in der Kammer B und auf die ent- 45 auch die Ermittlung der Funktion AV- /(c).
sprechende Dichtung kann man auch verzichten. Das Eine hohe Temperaturkonstanz ist im Gegensatz Gesamtvolumen nimmt dann infolge des veränder- zu den in der Literatur beschriebenen Dilatometern, liehen Kolbenstangenvolumens in der Kammer A ge- bei denen man für jede Konzentration durch jeweils setzmäßig ab, was aber in der Messung durch vor- eine neue Messung die entsprechende Volumenändehergehende Eichung berücksichtigt werden kann. 50 rung ermittelt und die erhaltenen Meßwerte zu der Will man sich diese notwendige Eichung ersparen, Gesamtkurve zusammensetzt, meist nicht nötig. Bei dann braucht man nur den Kolben so zu gestalten, der Anwendung der Dilatometrie als Indikator chedaß das durch den Kolbenvorschub veränderliche mischer Reaktionen ist überhaupt keine Temperatur-Kolbenstangenvolumen berücksichtigt wird. Dazu konstanz notwendig. Für alle anderen Messungen ist muß der Kolben mindestens die Länge der Kam- 55 normalerweise eine Temperaturkonstanz erforderlich, mer A haben (Zeichnung 5) und bis auf einen klei- doch braucht man für jede Gesamtfunktion AV = /(c) nen Dichtungsring DR1 mit dem Durchmesser d_t nur einmal eine anfängliche Temperaturkonstanz ab-(= Innendurchmesser des Zylinders Z) am oberen zuwarten und diese auch nur für wenige Minuten Ende, den Durchmesser bis wenige Stunden aufrechtzuerhalten. Für Relativ- ______ 60 messungen, wie sie häufig benötigt werden, entfälltmer B, the piston rods KSl and KS 2, the sealing The device according to the invention allows a very good line D between the piston rods and fast work. So you need for the on-cylinder cover, the capillary KA with graduation, would take from about 180 measuring points when using closable filling openings for two liquids of the device according to the invention between a few th EA and EB and the feed direction V of minutes and a few hours. The arithmetical piston, through which the mixing is effected in the chamber time saving compared to the bemer B (reaction chamber) mentioned at the beginning. The borings knew device should therefore minimal factor of 360, KB tion can also be a polyethylene or similar if you measurements only two per dilatomerische the purpose appropriate lining attaches have 30 days, respectively. However, since routine measurements (drawing 2), which can be carried out considerably faster as a capillary or narrow tube, are practically designed to significantly increase the capillary time savings compared to water.
To make forces cheaper and to largely suppress uncontrolled diffusion. It is advisable to completely avoid the volume changes as a function of the concentration, and also to ensure that the mixing takes place only in the reaction chamber, that is, with a suitable transducer, and then determine. The previously known devices must allow a suitable valve installed in the bore so far only the determination of the volume change as. Function of time, ie with a constant mixture. Drawing 3 shows a possibility in which there are 40 ratios: AV = f (t). In contrast to the in the bore not located in the piston, but one of the literature published devices allows but pierced piston rod is used. The device according to the invention not only determines the reaction chamber B can be configured as desired for this function, even for relative purposes. Drawing 4 shows an embodiment. To fast-acting reactions, but also to the piston rod in chamber B and to the ent- 45 also the determination of the function AV- / (c).
one can also do without speaking poetry. In contrast to the high temperature constancy, the total volume then decreases as a result of the change in the piston rod volume in chamber A compared to the dilatometers described in the literature new measurement the corresponding volume-related calibration can be taken into account. 50 tion is determined and the measured values obtained for which if one wants to save this necessary calibration, the overall curve is composed, mostly not necessary. In this case, the piston only needs to be designed in such a way that the use of dilatometry as an indicator means that the mixer reactions, which are variable due to the piston advance, are not taken into account at all. To do this, constancy is necessary. For all other measurements, the piston must be at least the length of the chamber. Normally, the temperature must be constant, mer A (drawing 5) and, with the exception of a small one, you need a sealing ring DR 1 for each overall function AV = / (c) the diameter d _t only once an initial temperature constancy from - (= inside diameter of the cylinder Z) wait at the top and this only for a few minutes to maintain the diameter up to a few hours. For relative ______ 60 measurements, which are often required, not applicable

d = ]/i/_x ² — t/₂ ², sogar diese Einschränkung. d = ] / i / _x ² - t / ₂ ² , even this constraint.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gerät zur messenden Verfolgung der Volumenänderungen zweier Flüssigkeiten, die durch in den Flüssigkeiten ablaufende Reaktionen verursacht werden, mit einer verschließbaren Reaktionskammer und einer mit dem Gerät verbundenen Volumenmeßeinrichtiiiig, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine verschließbare Vorratskammer (A) für ein mit dem in der Reaktionskammer (B) vorgelegten Flüssigkeit umzusetzenden Reagenz aufweist, daß die beiden Kammern (A, B) durch einen axial bewegbaren, gegenüber der Kammerwand abdichtend geführten Kolben (K) getrennt sind, daß eine Verbindung geringen Querschnitts zwischen beiden Kammern (A, B) besteht und daß eine Einrichtung zum Verschieben des Kolbens (K) in Richtung Vorratskammer (/1) so ausgebildet ist, daß eine genaue Dosierung des Reagenz in die Reaktionskammer hinein proportional zum Vorschub des Kolbens möglich ist.1. Device for the measuring tracking of the volume changes of two liquids, which are caused by reactions taking place in the liquids, with a lockable reaction chamber and a volume measuring device connected to the device, characterized in that the device has a lockable storage chamber (A) for a with the in the reaction chamber (B) has liquid to be converted reagent, that the two chambers (A, B) are separated by an axially movable piston (K) that seals against the chamber wall, that a connection of small cross-section between the two chambers (A, B) and that a device for displacing the piston (K) in the direction of the storage chamber (/ 1) is designed so that an accurate metering of the reagent into the reaction chamber is possible in proportion to the advance of the piston. 2. Gerät nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (A, B) zylindrisch ausgebildet sind und den Kolben (K) tragende, an den Stirnwänden des Zylinders (Z) abdichtend (D) geführte Kolbenstangen (KSl, KS2) mit überall gleichem Querschnitt vorgesehen sind.2. Device according to claim! characterized in that the two chambers (A, B) are cylindrical and piston rods (KS1, KS2) carrying the piston (K) and sealingly (D) on the end walls of the cylinder (Z) are provided with the same cross-section everywhere. 3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wegfall der Kolbenstange in der Kammer (B) der Kolben (K) mindestens die Länge der Kammer (A) hat und anschließend an eine ihn gegenüber der zylindrischen Kammer (A) an seinem oberen Ende abdichtenden Dichtung (DR 1) einen etwas geringeren Durchmesser3. Apparatus according to claim 1, characterized in that when the piston rod is omitted in the chamber (B), the piston (K) has at least the length of the chamber (A) and then to a him opposite the cylindrical chamber (A) at its upper one End sealing gasket (DR 1) has a slightly smaller diameter und eine an ihrem freien Ende mit der Kolbenstange (KSl) in der Nähe des Kanals (KB) verbundene biegsame, an die Pumpe angeschlossene Leitung.and a flexible line connected to the pump and connected at its free end to the piston rod (KS1) in the vicinity of the channel (KB). 10. Gerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (A und B) mit Hilfe eines Wasserbades oder eines geeigneten Temperiersystems temperiert werden.10. Apparatus according to claim 1 to 9, characterized in that the two chambers (A and B) are tempered with the aid of a water bath or a suitable temperature control system.