CH618515A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE Oberfläche der Arbeitselektrode. Nachteile dieser Anordnung

1. Messelektrode für amperometrische Analysen, umfas- sind hochohmiges Verhalten, was besondere Anpassungsmass-send eine Arbeits- und eine Gegenelektrode sowie eine Bezugs- nahmen für den Verstärker erfordert, ferner weist die Lugginelektrode mit Diaphragma, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kapillare eine unerwünscht hohe Austrittsrate des Bezugselek- • Arbeitselektrode (1) die Bezugselektrode derart eingebaut ist, 5 trolyten auf. Zudem ist sie sehr zerbrechlich. Verstopfte Kapil-dass deren Diaphragma (11,12,13) in eine Bohrung der laren können nicht ausgebaut und nicht einfach gereinigt wer-Arbeitselektrode (1) eingesetzt und dieser direkt benachbart ist. den. Luggin-Kapillaren können bei amperometrischen Messzel -

2. Messelektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- len mit ihren Distanzen von weniger als einem Zentimeter zeichnet, dass die Arbeitselektrode (1) von der Bohrung in zwischen der Arbeits- und der Gegenelektrode nur schwierig axialer Richtung durchsetzt ist. 1 (> montiert werden. Als weiterer Nachteil ist zu betrachten, dass

3. Messelektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- sie die anzustrebende laminare Strömung der Probe zwischen zeichnet, dass das Diaphragma (11) der Bezugselektrode aus den Elektroden stört.

einer kapillaren Struktur gebildet ist. Eine weitere Anordnung einer Bezugselektrode in einer

4. Messelektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- Messzelle geht aus der DOS 25 14 997, insbesondere aus deren zeichnet, dass das Diaphragma (11) einen elektrisch isolieren- 15 Figur 5, hervor. Darin ist die Bezugselektrode in den Schaft der den Mantel (12) aufweist, dessen Inneres von unter Druck Messzelle eingeführt, wobei der Schaft die Gegenelektrode stehendem faserförmigem Material ausgefüllt ist. bildet und die Arbeitselektrode konzentrisch umfasst. Das Dia-

5. Messelektrode nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn- phragma der Bezugselektrode befindet sich dabei in der inneren zeichnet, dass die Gegenelektrode (4) den Schaft der Messelek- Mantelfläche der Gegenelektrode. Damit ist aber nur die Fortrode bildet. 20 derung nach hindernisfreier Strömung der Probe in der Elektrode erfüllt, für die Wirksamkeit der Bezugselektrode ist aber die Distanz zur Arbeitselektrode zu gross, um deren Potential ea zuverlässig zu messen.

Ein bedeutender Zweig der elektrochemischen Analysentechnik ist die Amperometrie. Ihr Prinzip besteht darin, dass an 25 Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und eine zwei Elektroden aufweisende Messzelle eine solche Span- betrifft eine Messelektrode für amperometrische Analysen,

nung U angelegt wird, dass ein Bereich des resultierenden umfassend eine Arbeits- und eine Gegenelektrode sowie eine Stromes J erreicht wird, wo dieser Strom J von der Spannung U Bezugselektrode mit Diaphragma, welche sich dadurch ausunabhängig ist (sogenanntes Plateau). Dann fliesst ein Diffu- zeichnet, dass m die Arbeitselektrode die Bezugselektrode der-sionsstrom, der proportional zur Konzentration des in der Probe 3« art eingebaut ist, dass deren Diaphragma in eine Bohrung der enthaltenen elektrochemisch aktiven Stoffes ist.- Arbeitselektrode eingesetzt ist und dieser direkt benachbart ist.

Die nur mit zwei Elektroden arbeitende Amperometrie hat Damit wird erreicht, dass die Bezugselektrode in unmittel-

jedoch eine Reihe von Nachteilen: barer Umgebung der Arbeitselektrode wirksam ist und deren

Das Potential ea der Arbeitselektrode A, an der die elektro- Potential ea genau erfasst, ferner dass die Bezugselektrode für chemische Reaktion abläuft, wird ausser von der äusseren Span- 35 d'e Strömung der Probe kein Hindernis darstellt ; zudem kann nung U auch noch durch das Potential sG der Gegenelektrode G das Diaphragma der Bezugselektrode durch konstruktive Massund den in der Probe auftretenden Spannungsabfall J.R beein- nahmen auswechselbar gemacht werden, ohne dass die Mess-flusst. So resultiert ein Potential eA der Arbeitselektrode elektrode als Ganzes zerlegt oder gar zerstört zu werden braucht. Versuchsergebnisse haben diese Vorteile eindeutig be-

eA = eg —(U —J.R) 40 ^tätigt.

Das bedeutet, dass eine ganze Reihe von Faktoren bewirken A"hand der Beschreibung und der Figur wird ein Ausfüh-

können, dass eine mit zwei Elektroden arbeitende amperome- rungsbeispiel näher erläutert. ... .

trische Messanordnung nicht sicherstellen kann, dass an der *n der Figur ist eine Messelektrode im Längsschnitt gezeigt.

Arbeitselektrode stets ein Potential anliegt, das dem Bereich 4, Sie besteht im PnnziP aus einer Arbeitselektrode 1, beispiels-

des Plateaus entspricht. Die Folge jeder unerwünschten Ver- we!ft fs Gold>die sl,ch gegen oben in einen becherförmigen

Schiebung aus dem Bereich des Plateaus bringt aber erhebliche ^ fortsetzt. Durch ein Isolierstuck 3 von der Arbeitselek-

Messwertverfälschungen. trode 1 getrennt ist die rohrformige Gegenelektrode 4, die

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, kann mit einer gleichzeitig den äusseren Mantel der Messelektrode darstellt drei Elektroden aufweisenden Messzelle gearbeitet werden. Die und dJese ge£?n oben mittels emer Überwurfmutter 5 dritte Elektrode ist eine Bezugselektrode B, die mit ihrem " »bsdihesst. Die Arbeitselektrode 1 bzw. der mit dieser elek-Diaphragma möglichst nahe an die Oberfläche der Arbeitselek- tn leitend verbundene becherförmige Teil 2 ist über eine trode A herangebracht wird und so eine Messung des Potentials elektrisch isolierte Leitung A nach aussen geführt während eine ea der Arbeitselektrode ermöglicht. Das Potential der Arbeits- wertere elektrisch isolierte LeitungG das Potential der Gegenelektrode ea wird nach Abzug des Eigenpotentials eb der S5 elektrode 4 abfuhrt. Gegenelektrode 4, Isolierstück 3 und Bezugselektrode B erhalten. ' Arbeitselektrode 1 sind gegeneinander durch Dichtungsmittel,

Damit wird es möglich, jede Abweichung von einem einmal beispielsweise O-Ringe 6,7 gesichert.

ermittelten Wert ea durch Nachregulieren der Spannungsquelle im Innern des becherförmigen Teils 2 befindet sich die

U zu kompensieren. Diese Aufgabe wird in gekannter Weise Bezugselektrode in der Form eines Rohres 8, in dessen Innern einem elektronischen Regler übertragen, in dem der Sollwert 60 der Bezugselektrolyt 9 enthalten ist. Durch den unteren für ea eingegeben wird. Ein solcher Regler wird als Potentiostat Abschluss 10 des Rohres 8 und durch die Arbeitselektrode 1 ist bezeichnet. Die entsprechende Arbeitstechnik mit einer drei eine axiale Bohrung geführt, in die ein Diaphragma 11 einge-

Elektroden aufweisenden Messzelle heisst potentiostatische setzt ist. Dieses Diaphragma besteht aus einem Mantel aus

Amperometrie. Isoliermaterial 12, dessen Inneres mit längsorientiertem Faser-

Eine bekannte, gebräuchliche Art der Drei-Elektroden- 65 material 13 gefüllt ist. Dieses Fasermaterial bildet eine Kapillar-

Messzelle besteht in der Anordnung einer dünnen, sogenannten struktur, die eine leitende Verbindung zwischen dem Bezugs-

Luggin-Kapillare, die das untere Ende der Bezugselektrode elektrolyt 9 und der Probe, in die die Messelektrode eingetaucht bildet. Diese Kapillare sitzt mit ihrem freien Ende auf der ist, herstellt.

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Da das Diaphragma 11 von der Stirnfläche der Arbeitselektrode 1 nur durch die Wandstärke des Mantels 12 getrennt ist, ist die Bezugselektrode in die Lage versetzt, das Potential eA der Arbeitselektrode sehr genau zu bestimmen und dadurch die amperometrischen Messungen mit bisher nicht erreichter Genauigkeit auszuführen. Zudem sind alle bisher vorhanden gewesenen störenden Faktoren, wie Beeinträchtigung der laminaren Strömung, beschränkte Platz- bzw. Einbaubedingungen, Bruchgefahr usw. beseitigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Messelektrode besteht ferner darin, dass die Gegenelektrode 4 zugleich deren Schaft bildet. Dadurch wird das Prinzip der Einstabmesselektrode erreicht, die in Analogie zur gleichen Bezeichnung bei potentiometrischen Messelektroden, beispielsweise in der Form von Glaselektroden zur pH-Messung, keine weitere äussere Elektrode erfordert. Die Vorteile sind klar erkennbar:

- die komplette Messelektrode weist einen sehr kompakter Aufbau auf;

- sie kann leicht mit einer Membran überzogen werden, welche für die zu bestimmende chemische Verbindung durchläs

5 sig ist, aber alle ionischen Bestandteile der zu untersuchenden Lösung zurückhält.

Voraussetzung für das ordnungsgemässe Funktionieren einer solchen Membranelektrode - vorzugsweise zur Messung m von Gelöstchlor - ist, dass sich zwischen der Membran und der Arbeitselektrode 1 bzw. der Gegenelektrode 4 ein dünner Flüssigkeitsfilm befindet. Die chemische Zusammensetzung dieser Flüssigkeit kann so gewählt werden, dass sie in ihrem pH-Wert unterhalb von pH = 8 liegt und somit eine amperometrische i s Bestimmung des durch die Membran diffundierenden Chlors, das sich in dieser Flüssigkeit löst, ermöglicht.

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1 Blatt Zeichnungen