CH627278A5 - - Google Patents

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CH627278A5
CH627278A5 CH55878A CH55878A CH627278A5 CH 627278 A5 CH627278 A5 CH 627278A5 CH 55878 A CH55878 A CH 55878A CH 55878 A CH55878 A CH 55878A CH 627278 A5 CH627278 A5 CH 627278A5
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CH
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electrode
electrolyte
measuring
cell
protective
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CH55878A
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German (de)
Inventor
John Martin Hale
Eugen Weber
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Orbisphere Corp
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektroanalytische Zelle für am- unterscheidbaren Raumteilen bestehender Raum aus folgenden perometrische Messungen, insbesondere für Sauerstoffmessun- Gründen angesehen werden: Die Oberfläche der Messelektrode gen, wie sie allgemein zur Messung der Konzentration einer sollte allgemein möglichst nahe an der Innenfläche der Mem- The invention relates to an electroanalytical cell for distinguishable room parts of existing space from the following perometric measurements, in particular for reasons of oxygen measurement: The surface of the measuring electrode should generally be as close to the inner surface of the membrane as possible for measuring the concentration of one.

elektroaktiven Komponente verwendet wird, die gelöst oder in bran liegen, d.h. die «Dicke» des Elektrolytraumes zwischen anderer Weise in einem Fluid verteilt ist, das gasförmig, wie 60 Membran und der Oberfläche der Messelektrode sollte klein etwa eine Gasmischung, oder flüssig, wie beispielsweise Wasser, sein und ist z.B. mit einer sehr dünnen Elektrolytschicht gefüllt, electroactive component is used, which are dissolved or in bran, i.e. the "thickness" of the electrolyte space is distributed between other ways in a fluid that is gaseous, such as a membrane and the surface of the measuring electrode should be small, for example a gas mixture, or liquid, such as water, and is e.g. filled with a very thin layer of electrolyte,

sein kann. die eine Dicke im Mikrometerbereich aufweist, so dass die can be. which has a thickness in the micrometer range, so that the

Elektroanalytische Zellen, auch als Wandler oder Mess- Messzelle beim Beginn des Messens und/oder bei Veränderunwertwandler bezeichnet, sowie Verfahren zu deren Betrieb für Sen der analytisch interessierenden gemessenen Konzentratio-quantitative elektrochemische Analysen chemischer Stoffe sind 65 nen rasc^ anspricht. Electroanalytical cells, also referred to as transducers or measuring cells at the start of the measurement and / or in the case of change value transducers, and processes for their operation for the analytically interesting measured concentration-quantitative electrochemical analyzes of chemical substances are rapidly addressed.

bekannt, siehe z.B. US-PS 2 913 386,3 071 530,3 223 608, Andererseits sollte der Elektrolytraum auch ein Elektrolyt- known, see e.g. US Pat. No. 2,913,386.3,071,530.3,223,608. On the other hand, the electrolyte compartment should also be an electrolyte compartment.

3 227 643,3 272 103,3 406 109,3 429 796,3 515 658 und reservoir mit einem gewissen Volumen, typisch in der Grössen- 3 227 643.3 272 103.3 406 109.3 429 796.3 515 658 and reservoir with a certain volume, typically in the size

3 622 488. Solche Wandler oder Zellen werden technisch insbe- Ordnung von Millilitern oder Fraktionen von Millilitern, aufwei- 3,622,488. Such transducers or cells are technically classified as milliliters or fractions of milliliters,

3 627 278 3,627,278

sen. Obwohl dieser Vorratsraum in absoluten Grössen klein er- abgefangen werden, ohne dass dies den Messstrom zwischen scheint, ist er um mehrere Grössenordnungen grösser als das Messelektrode und Gegenelektrode signifikant beeinflusst. Volumen der dünnen Elektrolytschicht nahe der Arbeitselek- Die aus den DE-OS 1 598 193 und 1 673 261 bekannten trade. Schutzelektroden sind hierzu als Röhrchen ausgebildet, deren sen. Although this storage space is intercepted small in absolute sizes without the measuring current seeming to be between, it is significantly influenced by several orders of magnitude larger than the measuring electrode and counter electrode. Volume of the thin electrolyte layer near the Arbeitsselek- The trade known from DE-OS 1 598 193 and 1 673 261. Protective electrodes are designed as tubes for this purpose

Für die Zwecke dieser Beschreibung wird der mit der Mem- 5 Innenwand mit der zylindrischen Aussenwand des die Mess-bran bedeckte Dünnschichtbereich des Elektrolytraumes, der elektrode umgebenden Isolatorkörpers einen im wesentlichen normalerweise auf der Oberfläche der Arbeitselektrode und röhrchenförmigen Spalt bildet ; dieser Spalt stellt den Kanal dar, dem angrenzenden Isolator liegt, als «erster Teil des Elektrolyt- der die einzige räumliche Verbindung zwischen dem ersten und raumes» bezeichnet, um ihn vom restlichen Teil des Elektrolyt- dem zweiten Teil des Elektrolytraumes bildet, und ein beispiels-raumes zu unterscheiden, welcher unter anderem den Elektro- 10 weise bei der Sauerstoffmessung im zweiten Teil des Elektrolyt-lytvorrat umfasst und mit der Oberfläche der Gegenelektrode in raumes vorhandener oder dort eindringender Sauerstoffanteil Kontakt steht. («Verunreinigung») kann an der hohlzylindrischen Oberfläche For the purposes of this description, the inner wall with the cylindrical outer wall of the thin-film region of the electrolyte space covered by the measuring branch, the insulator body surrounding the electrode, forms an essentially normally on the surface of the working electrode and a tubular gap; this gap represents the channel to which the adjacent insulator lies, referred to as the «first part of the electrolyte - the only spatial connection between the first and the space», to form it from the remaining part of the electrolyte- the second part of the electrolyte space, and one example -Distinguish space, which includes, among other things, the electronic method for measuring oxygen in the second part of the electrolyte supply and is in contact with the surface of the counterelectrode in the oxygen component present or penetrating there. (“Contamination”) can be on the hollow cylindrical surface

In struktureller und funktioneller Hinsicht definiert die der bekannten Schutzelektroden eingefangen, d.h. von der Teil- From a structural and functional point of view, that of the known protective electrodes is defined, i.e. from the partial

Oberfläche der Messelektrode praktisch eine «Begrenzung» des nähme an der elektrochemischen Reaktion im Bereich der ersten Teiles des Elektrolytraumes. Der Ausdruck «Begren- 15 Messelektrode abgehalten werden. The surface of the measuring electrode practically «limits» the electrochemical reaction in the area of the first part of the electrolyte compartment. The expression «Limiting- 15 measuring electrode can be held.

zung» wird hier allgemein verwendet, um alle physischen, d.h. Wie weiter unten genauer erläutert, wurde gefunden, dass körperlichen, Teile der Zelle (einschliesslich der Membran) zu für eine hohe und praktisch 100%ige Einfangwahrscheinlichkeit bezeichnen, die zum Kontakt mit dem Elektrolyt bestimmt sind, der Schutzelektrode eine relativ gute geometrische Definition tongue »is generally used here to cover all physical, i.e. As explained in more detail below, it has been found that physical parts of the cell (including the membrane) for a high and practically 100% capture probability, which are intended for contact with the electrolyte, denote the protective electrode a relatively good geometric definition

Die besondere Bedeutung der dünnen Elektrolytschicht im des Spaltes bzw. ein definiertes Verhältnis der Breite (bzw. Län-ersten Teil des Elektrolytraumes wird nachstehend eingehender 20 ge) des Spaltes zu seiner Dicke bedeutsam ist. The particular importance of the thin electrolyte layer in the gap or a defined ratio of the width (or length-first part of the electrolyte space is detailed below) of the gap to its thickness is significant.

beschrieben. Nun ist zwar die Geometrie des rohrförmigen Elektrolyt- described. Now the geometry of the tubular electrolyte

Beim Messen der Konzentration eines elektroaktiven Stof- spaltes von Schutzelektroden gemäss DE-OS 1 598 193 und fes in einem Fluid, welches die Aussenfläche der Membran bei 1 673 261 im Vergleich zu dem geometrisch Undefinierten der oben erwähnten amperometrischen Messmethode berührt, «Spalt» zwischen einer als Drahtschlinge ausgebildeten Schutzstammt der gewünschte Strombeitrag lediglich von der Diffu- 25 elektrode und den umgebenden Zellkammerwandungen gemäss sion des elektroaktiven Stoffes durch die Membran in den ersten DE-OS 2 348 263 noch relativ gut definiert; die Dicke der beTeil des Elektrolytraumes und der entsprechenden elektroche- kannten rohrförmigen Elektrolytspalte an den Schutzelektroden mischen Reaktion des Stoffes an der Oberfläche der Messelek- nach DE-OS 1 598 193 und 1 673 261 ist jedoch im Verhältnis trode. In der Praxis werden jedoch zusätzliche und unerwünsch- zur «Länge» (nachfolgend auch «Breite» genannt) der Spalte zu te Strombeiträge beobachtet, d.h. solche Beiträge, die nicht von 30 gross. Hinzu kommt, dass sich dieser Verhältniswert aus prakti-der zu messenden Konzentration des elektroaktiven Stoffes in sehen Gründen, wie Fertigungsgenauigkeit und Gesamtabmes-dem Fluid abhängen. Diese unerwünschten Beiträge begrenzen sungen der Zelle, bei rohrförmigen Spalten nicht ohne weiteres sowohl die Genauigkeit als auch die Empfindlichkeit des Mess- vermindern lässt. When measuring the concentration of an electroactive material gap of protective electrodes according to DE-OS 1 598 193 and fes in a fluid which touches the outer surface of the membrane at 1 673 261 compared to the geometrically undefined of the amperometric measurement method mentioned above, there is a “gap” between a protection designed as a wire loop, the desired current contribution originates only relatively well from the diffusion electrode and the surrounding cell chamber walls according to the ionic active substance through the membrane in the first DE-OS 2 348 263; the thickness of the part of the electrolyte space and the corresponding electro-known tubular electrolyte gaps at the protective electrodes mix reaction of the substance on the surface of the measuring electrodes according to DE-OS 1 598 193 and 1 673 261, however, is relatively trode. In practice, however, additional and undesirable current contributions to the “length” (hereinafter also referred to as “width”) of the column are observed, i.e. such posts that are not large by 30. In addition, this ratio depends on the practical concentration of the electroactive substance to be measured, for reasons such as manufacturing accuracy and overall dimensions of the fluid. These undesirable contributions limit solutions of the cell, and in the case of tubular gaps it does not readily reduce both the accuracy and the sensitivity of the measurement.

systems und verursachen überdies Probleme der Stabilisierung Aufgabe der Erfindung ist es, eine amperometrische Mess- systems and also cause problems of stabilization. The object of the invention is to provide an amperometric measurement

des Signals im Einschwingzustand, der Stabilität des Signals im 35 zelïe mit den im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten stetigen Zustand und erzeugen unerwünschte Rauschsignale. Merkmalen anzugeben, bei welcher die Einfangswahrschein- the signal in the transient state, the stability of the signal in the 35 zelïe with the steady state mentioned in the preamble of claim 1 and generate unwanted noise signals. Specify characteristics where the capture probability

Aus der DE-OS 1 598 193 ist eine elektroanalytische Mem- lichkeit von der Schutzelektrode wesentlich erhöht werden und branzelle bekannt, die zur Verbesserung der charakteristischen eine höhere Messgenauigkeit erzielt werden kann. From DE-OS 1 598 193, an electroanalytical possibility of the protective electrode is significantly increased and bronchial cell is known, which can be achieved to improve the characteristic a higher measuring accuracy.

Ansprech-, Empfindlichkeits- und Stabilitätseigenschaften eine Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Ka-sogenannte «Ionenentziehungseinrichtung» besitzt, die entwe- 40 nal als ein an den ersten Teil des Elektrolytraumes angrenzender auf chemischem oder elektrischem Wege bestimmte Ionen der Ringspalt zwischen der zum Kontakt mit Elektrolyt beausschaltet. stimmten Oberfläche der Schutzelektrode und der Membran Response, sensitivity and stability properties of an invention is achieved by the fact that the Ka has so-called “ion deprivation devices” which are either chemically or electrically determined as an ion adjacent to the first part of the electrolyte space Switched off contact with electrolyte. matched surface of the protective electrode and the membrane

Bei der elektrisch wirkenden Einrichtung kann dabei mit ausgebildet ist. In the case of the electrically acting device, it can also be formed.

einem äusseren Potential an einer Schutzelektrode gearbeitet Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ober werden, die zusätzlich zu den Mess- und Gegenelektroden ver- 45 fläche der Schutzelektrode konzentrisch um die praktisch kreiswendet wird. Diese Schutzelektrode ist Teil eines im Elektrolyt- förmige Messelektrodenfläche angeordnet und der als Spalt aus-raum der Zelle liegenden Kanals, der die einzige räumliche Ver- gebildete Kanal nur durch die Dicke der Isolatorschicht zwi-bindung eines ersten Teils des Elektrolytraumes, der zwischen sehen der Messelektrode und der Schutzelektrode vom ersten der Messelektrodenfläche und dem benachbarten Teil der Elektrolytraum beabstandet. An external potential is worked on a protective electrode. According to a preferred embodiment, the surface which is in addition to the measuring and counter electrodes is 45 concentric around the protective electrode and is practically turned around. This protective electrode is part of an electrolyte-shaped measuring electrode surface and the channel lying as a gap from the cell space, which is the only spatial channel formed only by the thickness of the insulator layer between a first part of the electrolyte space, which can be seen between the Measuring electrode and the protective electrode from the first of the measuring electrode surface and the adjacent part of the electrolyte space.

Membran liegt, mit einem zweiten Teil des Elektrolytraumes im so im Zusammenhang mit dem eben erwähnten bevorzugten Bereich der Gegenelektrode bildet. Aufbau der erfindungsgemässen Zelle ist zu vermerken, dass Membrane is located, forms with a second part of the electrolyte space in connection with the preferred region of the counterelectrode just mentioned. Structure of the cell according to the invention is to be noted that

Ähnlich wirkende Schutzelektroden für elektroanalytische konzentrische Anordnungen von drei Elektroden z.B. aus der Membranzellen sind ferner auch aus der DE-OS 1 673 261 und DE-OS 2 129 414 für offene, d.h. nicht mit Membranen abge-der DE-OS 2 348 263 bekannt. deckte, Zellen, die gegebenenfalls zusätzlich zu den Mess- und Protective electrodes with a similar effect for electroanalytical concentric arrangements of three electrodes e.g. from the membrane cells are also from DE-OS 1 673 261 and DE-OS 2 129 414 for open, i.e. not known with membranes - the DE-OS 2 348 263. covered cells, possibly in addition to the measurement and

Die Wirkung solcher Schutzelektroden beruht darauf, dass 55 Gegenelektroden eine Bezugselektrode besitzen, an sich beeine die Messung potentiell beeinflussende, aber nicht zur ge- kannt sind. The effect of such protective electrodes is based on the fact that 55 counterelectrodes have a reference electrode, which are in themselves potentially influencing the measurement, but are not known.

wünschten Messgrösse gehörende elektroaktive Komponente Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der von der Schutzelektrode abgefangen werden kann, z.B. bei der erfindungsgemässen Zelle sind die Oberflächen der Messelek-Sauerstoffmessung derjenige Sauerstoff, der als Rest im zweiten trode und der Schutzelektrode praktisch koplanar angeordnet. Elektrolytraum vorhanden ist oder durch Zellwandungen bzw. 00 Ebenfalls bevorzugt ist eine erfindungsgemässe Zelle, bei ungenügend dichte Zellverbindungen in den zweiten Elektrolyt- der der Spalt (betrachtet im Querschnitt in einer Radialebene, räum eindringt. Um die Messung zu beeinflussen, müsste dieser welche sich beginnend an der Achse des konzentrisch aufgebau-mit der gewünschten Messgrösse nicht zusammenhängende Sau- ten Zellenkopfes nach aussen erstreckt) eine Breitendimension erstoffanteil in den ersten Teil des Elektrolytraumes und dort an hat, die praktisch durch die Breite der ringförmig ausgebildeten die Messelektrodenfläche gelangen ; liegt nun aber die Schutz- 65 Oberfläche der Schutzelektrode bestimmt ist, und eine Dickenelektrode gegenüber der Gegenelektrode auf einem geeigneten abmessung besitzt, die durch den Abstand zwischen der Ober-und z.B. gleichen oder ähnlichen Potential wie die Messelektro- fläche der Schutzelektrode und der Innenoberfläche der Mem-de, so kann der unerwünschte Sauerstoff an der Schutzelektrode bran bestimmt ist, wobei das Verhältnis der Breitenabmessung desired electrochemical component according to a further preferred embodiment which can be intercepted by the protective electrode, e.g. In the case of the cell according to the invention, the surfaces of the measuring electrode oxygen measurement are the oxygen which is arranged practically coplanar as the remainder in the second trode and the protective electrode. Electrolyte space is present or through cell walls or 00 Also preferred is a cell according to the invention, in the case of insufficiently dense cell connections in the second electrolyte or the gap (viewed in cross section in a radial plane, space penetrates. In order to influence the measurement, the latter would have to begin extends outwards on the axis of the cell head, which is concentrically constructed and is not connected to the desired measurement size)) has a width dimension of material in the first part of the electrolyte space and there, which practically pass through the width of the ring-shaped measuring electrode surface; However, the protective surface of the protective electrode is now determined, and has a thickness electrode opposite the counter electrode of a suitable dimension, which is determined by the distance between the upper and e.g. same or similar potential as the measuring electrode surface of the protective electrode and the inner surface of the membrane, so the unwanted oxygen on the protective electrode bran is determined, the ratio of the width dimension

627 278 627 278

zur Dickenabmessung mindestens 7,20 entsprechend einer Ein-fangwahrscheinlichkeit von mindestens 99,999% beträgt. for the thickness dimension is at least 7.20 corresponding to a capture probability of at least 99.999%.

Der Radialabstand zwischen der kreisförmigen Oberfläche der Messelektrode und der ringförmigen Oberfläche der Schutzelektrode kann sehr klein gehalten werden, z.B. nicht mehr als 100 Mikrometer und sogar weniger als 50 Mikrometer, z.B. 10 bis 30 Mikrometer, betragen. The radial distance between the circular surface of the measuring electrode and the annular surface of the protective electrode can be kept very small, e.g. not more than 100 microns and even less than 50 microns e.g. 10 to 30 microns.

Ferner kann die Grösse der dem Elektrolyt ausgesetzten ringförmigen Oberfläche der Schutzelektrode weniger als 50%, z.B. weniger als 20%, der Grösse der dem Elektrolyt ausgesetzten praktisch kreisförmigen Oberfläche der Messelektrode betragen. Furthermore, the size of the annular surface of the protective electrode exposed to the electrolyte can be less than 50%, e.g. less than 20%, the size of the practically circular surface of the measuring electrode exposed to the electrolyte.

Es wurde gefunden, dass der Kanal einer erfindungsgemässen Zelle als Diffusionsspalt wirkt und ein überraschend einfaches und wirksames Mittel bietet, um unerwünschte Strombeiträge auszuschalten, die durch Diffusion und/oder Lecken von elektroaktiven Stoffen in den Elektrolytraum in Bereichen entfernt vom ersten Elektrolytraumteil bedingt sind. It has been found that the channel of a cell according to the invention acts as a diffusion gap and offers a surprisingly simple and effective means of eliminating undesired contributions to electricity which are caused by diffusion and / or leakage of electroactive substances into the electrolyte space in regions remote from the first electrolyte space part.

Offensichtlich ist eine derartige Schutzelektrode an einer Begrenzung des Diffusionsspaltes in der Lage, die Elektrolyse von «Verunreinigungen» (dieser Ausdruck umfasst auch den gemessenen elektroaktiven Stoff, wie Sauerstoff, wenn dieser in den Elektrolyt entfernt vom ersten Elektrolytraum eindringt) an oder nahe der Kante der Messelektrodenoberfläche auszuschalten, wenn sich das System in stetigem Zustand befindet. Die erfindungsgemässe Zelle ermöglicht eine Erweiterung des Messbereiches zu sehr niedrigen Konzentrationen hin, z.B. unter den ppm-Bereich; bevorzugte Ausführungsformen erfin-dungsgemässer Zellen bieten eine quantitative Sauerstofferfassung bis hinunter zu Konzentrationswerten von 5 Teilen pro Milliarde (5 • 10~9), was eine Erweiterung des Bereiches der Messung im Niederkonzentrationsbereich um etwa eine Dekade gegenüber den empfindlichsten bekannten Detektoren bietet. Obviously, at a boundary of the diffusion gap, such a protective electrode is capable of electrolyzing "impurities" (this expression also includes the measured electroactive substance, such as oxygen, if it penetrates into the electrolyte away from the first electrolyte space) at or near the edge of the Switch off the measuring electrode surface when the system is in a steady state. The cell according to the invention enables the measuring range to be expanded to very low concentrations, e.g. below the ppm range; preferred embodiments of cells according to the invention offer quantitative oxygen detection down to concentration values of 5 parts per billion (5 * 10 ~ 9), which offers an extension of the range of measurement in the low concentration range by about a decade compared to the most sensitive known detectors.

Ausserdem können die Abklingzeiten (Anlaufzeit und Verzögerung des Ansprechens auf Konzentrationsveränderungen), wahrscheinlich als Folge des vereinfachten Einschwingverhaltens, erheblich vermindert werden, z.B. um mehr als 90%. In addition, the decay times (start-up time and delay in the response to changes in concentration), probably as a result of the simplified transient response, can be significantly reduced, e.g. by more than 90%.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 das Schema des Schnittes durch einen Elektrolytraumbereich auf und nahe der Schutzelektrode einer elektro-analytischen Zelle, 1 shows the schematic of the section through an electrolyte area on and near the protective electrode of an electro-analytical cell,

Fig. 2 einen halbschematischen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Zelle, 2 shows a semi-schematic cross section of a preferred embodiment of a cell according to the invention,

Fig. 3 die Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Zelle, Fig. 4 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Zelle, 3 shows a top view of the cell shown in FIG. 2, FIG. 4 shows a simplified equivalent circuit diagram of the cell,

Fig. 5 eine halbschematische Schnittdarstellung der Begrenzungen des Elektrolytraumes bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemässen Zelle, 5 shows a semi-schematic sectional illustration of the boundaries of the electrolyte space in a special embodiment of the cell according to the invention,

Fig. 6 eine Strom/Spannungs-Kurve, 6 shows a current / voltage curve,

Fig. 7 die schaubildliche Darstellung der Zeitabhängigkeit des Stromes an der geschützten Elektrode gemäss der Erfindung und einer ungeschützten Elektrode zu Vergleichszwecken, und Fig. 8 den Schaltkreis eines zur Verwendung für erfindungsgemässe Zellen geeigneten elektronischen Messinstrumentes. 7 shows the diagram of the time dependence of the current on the protected electrode according to the invention and an unprotected electrode for comparison purposes, and FIG. 8 shows the circuit of an electronic measuring instrument suitable for use in cells according to the invention.

Fig. 1 zeigt in schematischer und abgebrochener Darstellung einen vertikalen Querschnitt eines Elektrolytraumbereiches zur Erläuterung wichtiger Begriffe: Dieser Bereich ist definiert durch die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche 110 einer Messelektrode 11, die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche 120 einer Gegenelektrode 12, die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche 130 einer Schutzelektrode 13, die dem Elektrolyt ausgesetzten Oberflächen 150 und 170 eines ersten Isolators 15 bzw. eines zweiten Isolators 17 und die innere, d.h. dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche 140 einer semipermeablen Membran 14. 1 shows, in a schematic and broken representation, a vertical cross section of an electrolyte space area for explaining important terms: this area is defined by the surface 110 of a measuring electrode 11 exposed to the electrolyte, the surface 120 of a counter electrode 12 exposed to the electrolyte, and the surface 130 exposed to the electrolyte a protective electrode 13, the surfaces 150 and 170 of a first insulator 15 and a second insulator 17 exposed to the electrolyte and the inner, ie surface 140 of a semipermeable membrane 14 exposed to the electrolyte.

Die aussenliegende Oberfläche 141 der Membran 14 steht in Berührung mit einem nicht dargestellten Fluid, welches den elektroaktiven Stoff enthält, dessen Konzentration gemessen wird. Der Elektrolytraumteil 191 zwischen der von den Ober-5 flächen 110 und 150 auf der einen Seite und dem flächengleichen Bereich der Membranoberfläche 140 auf der anderen Seite stellt den ersten Elektrolytraumteil dar. The outer surface 141 of the membrane 14 is in contact with a fluid, not shown, which contains the electroactive substance, the concentration of which is measured. The electrolyte space part 191 between the surface 110 and 150 on the one side and the same area of the membrane surface 140 on the other side represents the first electrolyte space part.

Dabei bildet die Oberfläche 130 der Schutzelektrode 13 eine Begrenzung eines Diffusionsspaltes 193, der die einzige io räumliche Verbindung zwischen dem ersten Elektrolytraumteil 191 und dem gesamten restlichen Elektrolytraumteil 199 bildet. Die andere Begrenzung des Diffusionsspaltes 193 ist der flächengleiche nächstliegende Teil der inneren Membranoberfläche 140. The surface 130 of the protective electrode 13 forms a boundary of a diffusion gap 193, which forms the only spatial connection between the first electrolyte space part 191 and the entire remaining electrolyte space part 199. The other limitation of the diffusion gap 193 is the closest area of the inner membrane surface 140 with the same area.

ls Die Bezeichnung «Diffusionsspalt» soll dabei andererseits die Bedingung enthalten, dass die «Breiten»-Dimension B3 normalerweise mindestens ebenso gross und vorzugsweise grösser ist als ihre «Dicken»-Dimension D3, um eine hohe Einfangwahrscheinlichkeit für Verunreinigungen an der Schutzelektro-2o denoberfläche 130 zu bieten, wenn diese auf einem kontrollierten Potential gehalten wird, vorzugsweise auf dem gleichen Potential wie die Messelektrodenoberfläche 110. Es ist in diesem Zusammenhang zu betonen, dass die Schutzelektrodeneinrichtung elektrisch sowohl von der Messelektroden-, als auch der 25 Gegenelektrodeneinrichtung durch Isolatoren getrennt ist und eine leitfähige Komponente der Zelle darstellt, die von den anderen Elektroden zu unterscheiden ist. Die Bezeichnung «Elektrodeneinrichtung» soll andererseits sowohl einstückige Gebilde, z.B. solche, bei welchen die dem Elektrolyt ausgesetzte so Oberfläche ein Oberflächenteil eines Elektrodenkörpers ist, als auch zusammengesetzte Strukturen umfassen, z.B. solche, bei welchen die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche einer gegebenen Elektrodeneinrichtung von zwei oder mehr Segmenten gebildet wird, die miteinander über einen metallischen Leiter 35 verbunden sind und/oder bei welchen die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche ein relativ dünnes flächiges Gebilde auf der Oberseite eines Trägergebildes ist, das aus einem anderen, elektrisch leitfähigen oder aber elektrisch nicht-leitfähigen Material besteht. On the other hand, the term “diffusion gap” is intended to contain the condition that the “width” dimension B3 is normally at least as large and preferably larger than its “thickness” dimension D3, in order to ensure a high probability of trapping contaminants on the protective electrode surface 130 if it is kept at a controlled potential, preferably at the same potential as the measuring electrode surface 110. It should be emphasized in this connection that the protective electrode device is electrically separated from both the measuring electrode and the counter electrode device by insulators and represents a conductive component of the cell that is to be distinguished from the other electrodes. The term "electrode device" on the other hand is intended to mean both one-piece structures, e.g. those in which the surface exposed to the electrolyte is a surface part of an electrode body, as well as composite structures, e.g. those in which the surface exposed to the electrolyte of a given electrode device is formed by two or more segments which are connected to one another via a metallic conductor 35 and / or in which the surface exposed to the electrolyte is a relatively thin flat structure on the top of a carrier structure , which consists of another, electrically conductive or else electrically non-conductive material.

40 in bezug auf die in Fig. 1 dargestellten Spaltabmessungen B3, D3 wird ein hoher Wert des Verhältnisses B3:D3 bevorzugt, z.B. eine B3-Abmessung im Bereich von Millimetern und eine D3-Abmessung im Bereich von Mikrometern. In relation to the gap dimensions B3, D3 shown in Fig. 1, a high value of the ratio B3: D3 is preferred, e.g. a B3 dimension in the millimeter range and a D3 dimension in the micrometer range.

Aus den nachstehend genauer erläuterten Gründen ist die ■»s Breitenabmessung D5 der Isolatoroberfläche 15 und dementsprechend der Lateralabstand zwischen den Oberflächen 110 und 130 der Messelektrode 11 bzw. der Schutzelektrode 13 vorzugsweise klein, z.B. 100 Mikrometer oder kleiner. Andere Dimensionsparameter, wie Dl5 D2, D7, Bj und B2 können in der so für Messzellen an sich bekannten Art gewählt werden. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist D! praktisch gleich wie D3. Der «Längen»-Parameter des Diffusionsspaltes 193, d.h. dessen Dimension senkrecht zur Zeichnungsebene, ist durch die Längenabmessung der Oberfläche 130 der Schutzelektrode 13 55 bestimmt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Oberfläche 130 endlos wie ein ringartiges Gebilde, d.h. wie ein runder oder polygonaler Ring in sich geschlossen. Dementsprechend hat derDiffusionsspalt vorzugsweise eine entsprechend endlos oder annuloid, d.h. ringähnlich, ausgebildete Form. 60 Die spezielle Querschnittsform bzw. das Profil des Diffusionsspaltes 193, d.h. die Form der Fläche zwischen den Begrenzungen 130,140 sowie den Linien A und C, muss weder «rechteckig» noch «regelmässig» sein und kann unregelmässig, gekrümmt oder andersartig ausgebildet sein, wenn D3, und zwar 65 senkrecht zur Längshauptabmessung B3, erheblich kleiner ist die letztere. For the reasons explained in more detail below, the width dimension D5 of the insulator surface 15 and accordingly the lateral distance between the surfaces 110 and 130 of the measuring electrode 11 and the protective electrode 13 is preferably small, e.g. 100 microns or less. Other dimension parameters, such as Dl5 D2, D7, Bj and B2 can be selected in the manner known per se for measuring cells. According to a preferred embodiment, D! practically the same as D3. The "length" parameter of the diffusion gap 193, i.e. whose dimension perpendicular to the plane of the drawing is determined by the length dimension of the surface 130 of the protective electrode 13 55. According to a preferred embodiment, surface 130 is endless like a ring-like structure, i.e. closed like a round or polygonal ring. Accordingly, the diffusion gap preferably has a correspondingly endless or annuloid, i.e. ring-like, developed shape. 60 The special cross-sectional shape or the profile of the diffusion gap 193, i.e. the shape of the area between the boundaries 130, 140 and the lines A and C does not have to be «rectangular» or «regular» and can be irregular, curved or different if the D3, 65 perpendicular to the main longitudinal dimension B3, is considerably smaller latter.

Ein bevorzugter Diffusionsspalt ist ein solcher zwischen einer annularen bzw. kreisringförmigen Oberfläche der Schutz- A preferred diffusion gap is one between an annular or annular surface of the protective

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elektrode und einem gleichgeformten Flächenbereich, der in ei- Wenn die Schutzelektrode auf Schutzpotential liegt, wird die nem der gewünschten Dickendimension des Diffusionsspaltes Verunreinigung von der Schutzelektrodenoberfläche 230 einge-entsprechendem Abstand benachbart bzw. parallel zur Oberila- fangen, d.h. für die Messelektrodenoberfläche 210 elektro-che der Schutzelektrode liegt. Die entsprechende bevorzugte inaktiv gemacht. Die auf diese Weise «eingefangene» Verunrei-und praktisch koaxiale Struktur der Messzelle wird anhand von 5 nigung trägt dann nicht mehr zu dem von der Messelektrode 21 Fig. 2 erläutert. gemessenen Strom bei. electrode and a uniformly shaped surface area which is in a distance - if the protective electrode is at protective potential, the nem of the desired thickness dimension of the diffusion gap contamination from the protective electrode surface 230 is adjacent or parallel to the upper surface, i.e. for the measuring electrode surface 210 is electro-protective electrode. The corresponding preferred made inactive. The “captive” and practically coaxial structure of the measuring cell that is “captured” in this way is then no longer explained with reference to the inclination of the measuring electrode 21 FIG. 2. measured current at.

Fig. 2 zeigt eine Messzelle 20 mit allgemein koaxialem Auf- Fig- 3 zeigt eine Draufsicht auf den koaxialen Messzellen bau, was in halbschematischem Querschnitt in einer parallel zur aufbau von Fig. 2 gesehen durch eine transparente Membran Achse K liegenden Ebene dargestellt ist. Die Messelektrode 21 24, und zeigt die scheibenartige Form des ersten Elektrolytist als ein zylindrischer Körper mit einer kreisförmig ausgebilde- ìoraumteiles auf der Oberseite der Messelektrodenoberfläche 210 ten, dem Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche 210 dargestellt. und dem angrenzenden ersten Isolator 25, die kreisringförmige Eine dünne Hülse 25 aus Isolationsmaterial, z.B. einem organi- Ausbildung des Diffusionsspaltes auf der Oberseite der Schutz-schen Polymer, ist dichtend zwischen den Körper der Elektrode elektrodenoberfläche 293, den angrenzenden zweiten Isolator 21 und der Schutzelektrode 23 eingelegt, welch letztere die 27, die Gegenelektrodenoberfläche 220, die Oberfläche 260 des 2 shows a measuring cell 20 with a generally coaxial structure. FIG. 3 shows a plan view of the coaxial measuring cell structure, which is shown in a semi-schematic cross section in a plane lying parallel to the structure of FIG. 2 through a transparent membrane axis K. The measuring electrode 21 24, and shows the disk-like shape of the first electrolyte is shown as a cylindrical body with a circular-shaped part of the space on the top of the measuring electrode surface 210 th surface 210 exposed to the electrolyte. and the adjacent first insulator 25, the annular A thin sleeve 25 made of insulation material, e.g. An organic formation of the diffusion gap on the top of the protective polymer is sealingly inserted between the body of the electrode electrode surface 293, the adjacent second insulator 21 and the protective electrode 23, the latter the 27, the counter electrode surface 220, the surface 260 of the

Form eines rohrförmigen Körpers mit einer kreisringförmigen, 15 rohrförmigen Gehäuses 26 und den eingeklemmten Teil der dem Elektrolyt ausgesetzten Elektrodenoberfläche 230 hat. Membran 24 sowie den 0-Ring 28. Has the shape of a tubular body with an annular, 15 tubular housing 26 and the pinched part of the electrode surface 230 exposed to the electrolyte. Membrane 24 and the 0-ring 28.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, soll der erste Isolator Der erste Elektrolytraumteil 291 ist auf der einen Seite im reiat ;v dünn sein und die tatsächliche Dicke bzw. radiale Breite wesentlichen definiert und begrenzt durch die Messelektroden- eines Isolators 230 sollte aus den weiter unten genauer erläuter-oberfläche 210, weil der dem Elektrolyt ausgesetzte Oberflä- 20 ten Gründen so klein wie möglich sein. In der Praxis kann die chenbereich des dünnen Isolators 25 vernachlässigt werden tatsächliche radiale Abmessung der Elektrodenoberflächen, der kann, und dem benachbarten flächengleichen Innenflächenbe- Isolatoren und des Gehäuses in einer koaxial aufgebauten Messreich der Membran 24. Der Diffusionsspalt 293 ist durch die zelle der in Fig. 2 und 3 gezeigten Art kleiner sein, und wird im kreisringförmige Oberfläche 230 der Schutzelektrode 23 einer- allgemeinen bestimmt durch die gewünschte Grösse der dem seits und den flächengleichen benachbarten Teil der Membran- 2s Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche der Messelektrode. Wenn innenfläche 24 begrenzt und stellt die einzige räumliche Verbin- man beispielsweise einen Durchmesser der kreisförmigen ersten dung zwischen dem ersten Elektrolytraumteil 291 und dem rest- Elektrodenoberfläche im Bereich von etwa 2 bis etwa 25 mm liehen Elektrolytraumteil 299 dar. Der restliche Elektrolyt- annimmt (wobei weder der untere noch der obere Wert als kri- As can be seen from FIGS. 2 and 3, the first insulator is intended to be thin on one side in the first electrolyte space part 291 and the actual thickness or radial width is essentially defined and limited by the measuring electrodes - an insulator 230 should be made from the surface 210 explained in more detail below, because the surfaces exposed to the electrolyte are as small as possible. In practice, the area of the thin insulator 25 can be neglected, the actual radial dimension of the electrode surfaces, which can, and the adjacent identical inner surface insulators and the housing in a coaxially constructed measuring range of the membrane 24. The diffusion gap 293 is defined by the cell shown in FIG 2 and 3 are smaller, and is generally determined in the annular surface 230 of the protective electrode 23 by the desired size of the surface of the measuring electrode which is exposed to the part and the same area of the membrane 2s electrolyte. If inner surface 24 delimits and represents the only spatial connection, for example, a diameter of the circular first manure between the first electrolyte space part 291 and the rest of the electrode surface is in the range of about 2 to about 25 mm of electrolyte space part 299. The rest of the electrolyte assumes (where neither the lower nor the upper value as critical

raumteil 299 umfasst das Elektrolytreservoir auf der Oberfläche tisch angesehen wird) und eine dementsprechende Grösse der 220 der Gegenelektrode 22, die als rohrförmiger Körper zwi- 30 dem Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche im Bereich von etwa 10 sehen dem rohrförmigen Isolator 27 und einem rohrförmigen bis etwa 2 000 mm2, sollte der Radialabstand zwischen den Mantel oder Gehäuse 26 dargestellt ist, das meist aus einem Elektrodenoberflächen 210,230 und dementsprechend die isolierenden Material besteht. «Dicke» der Zwischenschicht des Isolators 25 vorzugsweise space part 299 comprises the electrolyte reservoir on the surface of the table) and a corresponding size of the 220 of the counterelectrode 22, which can be seen as a tubular body between the surface exposed to the electrolyte in the range from about 10 to the tubular insulator 27 and a tubular to about 2,000 mm 2, the radial distance between the jacket or housing 26 should be shown, which usually consists of an electrode surface 210, 230 and, accordingly, the insulating material. "Thickness" of the intermediate layer of insulator 25 is preferred

Die Membran 24 liegt auf der Oberfläche 260 der Wand des nicht grösser als 100 Mikrometer sein, wobei ein Wert von we-Gehäuses 26 auf und ein gut passender 0-Ring 28 ist um die 35 niger als etwa 50 Mikrometer, z.B. etwa 10 bis 30 Mikrometer, Einsenkung 266 in der Aussenwand von Gehäuse 26 angeord- besonders bevorzugt ist. Eine Untergrenze der Dicke kann net, um die Membran 24 festzuhalten. Diese Art der Membran- durch die elektronische Leitfähigkeit des Isolators bestimmt befestigung ist an sich bekannt. sejn £>iese vorzugsweise zu beachtende Bedingung ist von be- The membrane 24 lies on the surface 260 of the wall of which should not be larger than 100 micrometers, a value of we housing 26 being on and a well fitting 0-ring 28 being around 35 micrometers less than approximately 50 micrometers, e.g. about 10 to 30 micrometers, recess 266 in the outer wall of housing 26 is particularly preferred. A lower limit of the thickness can be used to hold the membrane 24 in place. This type of membrane determined by the electronic conductivity of the insulator is known per se. this condition, which should preferably be observed, is dependent on

Die elektrischen Anschlüsse 215 und 225 sind in an sich sonderer Bedeutung für Sauerstoffmessungen mit hoher Emp- The electrical connections 215 and 225 are of particular importance for oxygen measurements with high

bekannter Weise zum Anlegen eines Potentials zwischen der 40 findlichkeit. Obwohl die Schutzelektrode bei Schutzpotential ersten und der zweiten Elektrode und für die amperometrische Strombeiträge praktisch ausschaltet, die durch Sauerstoffdiffu-Messung der chemischen Reaktion vorgesehen, die durch Diffu- sion oder Eindringen von Sauerstoff durch Leckstellen in den sion des elektroaktiven Stoffes aus dem nicht dargestellten Fluid Elektrolytraum entfernt vom ersten Elektrolytraumteil 291 be-an der Aussenseite der Membran 24 durch die Membran und dingt sind, kann das Einsickern von Sauerstoff durch den ersten nachfolgende Elektrooxidation oder Elektroreduktion dieses 45 Isolator 25, z.B. von der «Rückseite», d.h. dem unteren Teil der Stoffes an der Oberfläche 210 der Messelektrode ausgelöst Zelle 20, einen Strombeitrag verursachen, der von der Schutz wird- elektrode 23 nicht vollständig eingefangen wird. known way of applying a potential between the 40 sensitivity. Although the protective electrode practically switches off at the protective potential of the first and the second electrode and for the amperometric current contributions, this is provided by oxygen diffusion measurement of the chemical reaction by diffusion or penetration of oxygen through leaks in the ion of the electroactive substance from the fluid, not shown Electrolyte space removed from the first electrolyte space part 291 on the outside of the membrane 24 through the membrane and things like, the infiltration of oxygen by the first subsequent electrooxidation or electroreduction of this 45 insulator 25, for example from the «back», i.e. The lower part of the substance on the surface 210 of the measuring electrode triggered cell 20, causing a current contribution that is not completely captured by the protective electrode 23.

Die Oberfläche 230 der Schutzelektrode 23 wird über den Aus diesem Grund sollte (a) die Dichtung an den Grenzflä- The surface 230 of the protective electrode 23 is over the For this reason (a) the seal at the interface

elektrischen Anschluss 235 auf einem kontrollierten Potential chen zwischen dem ersten Isolator 25 und den benachbarten gehalten, das zum Schutz der Oberfläche 210 der Messelektrode 50 Elektroden 21,23 so wirksam wie möglich sein, z.B. gemäss der 21 gegen unerwünschte Beiträge zur amperometrischen Mes- in der oben genannten DE-OS 2 710 760 beschriebenen Drucksung wirksam ist. Ein solches Potential wird hier auch als Dichtungsmethode erzielt sein, und (b) das für den Isolator 25 «Schutzpotential» bezeichnet und ist vorzugsweise praktisch das gewählte Material sollte eine geringe Permeabilität für gasför-gleiche Potential wie das der Messelektrode, d.h. das jeweilige migen Sauerstoff besitzen electrical connection 235 is kept at a controlled potential between the first insulator 25 and the neighboring ones, which electrodes 21, 23 are as effective as possible for protecting the surface 210 of the measuring electrode 50, e.g. according to which 21 is effective against undesirable contributions to the amperometric measurement pressure described in the above-mentioned DE-OS 2 710 760. Such a potential will also be achieved here as a sealing method, and (b) that referred to the "protective potential" for the insulator 25 and is preferably practically the material selected should have a low permeability for gas-equivalent potential as that of the measuring electrode, i.e. possess the respective oxygen

Potential gegenüber der Gegenelektrode 22. 55 Die eben genannte zweite Bedingung (b) ist von besonderer Potential against the counter electrode 22. 55 The second condition (b) just mentioned is special

Das an der Schutzelektrode anliegende Potential hält dem- Bedeutung dann, wenn für den ersten Isolator ein organisches entsprechend eine Begrenzung des Diffusionsspaltes 293 auf Polymer verwendet wird. Für den vorliegenden Zweck hat ein Schutzpotential. Wenn nun eine Verunreinigung, z.B. Sauer- isolierendes Polymer dann eine «niedrige» Sauerstoff-Permestoff oder ein anderer elektroaktiver Stoff, in den Elektrolyt- abilität, wenn der Sauerstoff-Permeabilitätswert des Isolators raumteil 299 permeiert ist, beispielsweise durch die darüber lie- 60 erheblich kleiner ist als derjenige des für die semipermeable gende Membran 24, durch eine «Leckstelle» zwischen Mem- Membran 24 verwendeten Polymers. The potential applied to the protective electrode is therefore of importance if an organic, corresponding limitation of the diffusion gap 293 to polymer is used for the first insulator. Has a protection potential for the present purpose. If a contamination, e.g. Acid-insulating polymer then contains a “low” oxygen permeant or another electroactive substance, in the electrolytic ability, if the oxygen permeability value of the insulator 299 is permeated, for example by the overlying it is considerably smaller than that for the semipermeable membrane 24, due to a “leak” between the membrane 24 used polymer.

bran 24 und der Ausnehmung 266, über eine Grenzfläche des Sauerstoff-Permeabilitätswerte können gemäss ASTM-Me- bran 24 and the recess 266, over an interface of the oxygen permeability values can according to ASTM measurement

Messzellenaufbaues oder eine ähnliche Undichtigkeit, so könnte thode D 1436-63 bestimmt und in Einheiten mit der Dimension und würde eine solche Verunreinigung bei einer üblichen Mess- ml • (24 Stunden)-1 • (100 Zoll2)-1 • (atm)-1 • 0,025 mm, ge-zelle in den ersten Elektrolytraum auf der Messelektrodenober- es messen bei 25 °C, ausgedrückt werden. Spezielle Werte von Po-fläche diffundieren und zur amperometrischen Messung beitra- lymeren sind beispielsweise in Mod. Plastics Encyclopedia gen. Bei der erfindungsgemässen Messzelle muss die Verunrei- (1968-1969) veröffentlicht (siehe «Film Chart», Seite 526 ff, nigung aber durch den Diffusionsspalt 293 hindurchgehen. der eben genannten Veröffentlichung). Measuring cell structure or a similar leak, so method D 1436-63 could be determined and in units with the dimension and would such contamination with a usual measuring ml • (24 hours) -1 • (100 inches2) -1 • (atm) - 1 • 0.025 mm, cell in the first electrolyte space on the measuring electrode surface - measure at 25 ° C. Special values diffuse from the butt surface and are used for amperometric measurement, for example, in Mod. Plastics Encyclopedia. In the measuring cell according to the invention, the contamination (1968-1969) must be published (see “Film Chart”, page 526 ff., However pass through the diffusion gap 293. of the publication just mentioned).

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Polytetrafluoräthylen, ein bevorzugtes Material für Mem- Die in der Schaltung 30 zur Vereinfachung nicht dargestell-bran 24, hat beispielsweise eine Sauerstoffpermeabilität von et- ten Funktionen, die aber in einer praktischen Ausführungsform wa 1 000 ASTM-Einheiten und ein bevorzugtes Polymer für der erfindungsgemässen Messzelle vorhanden sind, umfassen ei-den ersten Isolator 25 hat einen erheblich kleineren Sauerstoff- ne verteilte Kapazitanz parallel zu den Stromgeneratoren 36 Permeabilitätswert, z.B. 10% oder weniger des Permeabilitäts- 5 und einen von der Schutzelektrode 33 nicht erfassten Leckstelwertes der Membran, d.h. 100 ASTM-Einheiten oder weniger. lenwiderstand parallel zum Element 34. Der nicht erfasste Polymere, die für den ersten Isolator besonders geeignet sind, Leckstellenwiderstand bestimmt im wesentlichen die untere besitzen Sauerstoff-Permeabilitätswerte von weniger als 10 Grenze der Empfindlichkeit der erfindungsgemässen Messzelle. ASTM-Einheiten. Unter Bezug auf die speziellen Komponenten der Schaltung Polytetrafluoroethylene, a preferred material for membrane 24, which is not shown in the circuit 30 for the sake of simplification, has, for example, an oxygen permeability of several functions, which in a practical embodiment was 1,000 ASTM units and a preferred polymer for the invention Measuring cell are present, include the first insulator 25 has a considerably smaller oxygen-distributed capacitance parallel to the current generators 36 permeability value, for example 10% or less of the permeability 5 and a leakage value of the membrane not detected by the protective electrode 33, i.e. 100 ASTM units or less. Oil resistance parallel to element 34. The non-detected polymer, which is particularly suitable for the first insulator, the leakage resistance essentially determines the lower possess oxygen permeability values of less than 10 limit of the sensitivity of the measuring cell according to the invention. ASTM units. With reference to the special components of the circuit

Natürlich wird eine geringe Dicke des ersten Isolators (Ab- 10 30: Of course, a small thickness of the first insulator (Ab 10 30:

messung D5 in Fig. 1) bevorzugt, unter anderem, um die Sauer- (i) Die Gegenelektrode 32 kann als ein direkter Kontakt stoffpermeation durch diesen Isolator zu vermindern, der aus zum Elektrolyt dargestellt werden. Damit dies zutrifft, sollte die diesem Grunde vorzugsweise auch eine erhebliche Längenab- Elektrodenreaktion an der Gegenelektrode labil sein, d.h. einen messung (in Axialrichtung) aufweist, z.B. mindestens etwa unbedeutenden Widerstand haben, und die Elektrodenfläche zehnmal und vorzugsweise mindestens etwa fünfzigmal länger 15 sollte gross sein, d.h. eine unendliche Parallelkapazitanz aufist als die «Breite» (D5). weisen. Measurement D5 in Fig. 1) is preferred, among other things, to reduce the acid (i) counterelectrode 32 as a direct contact material permeation through this insulator, which can be represented from the electrolyte. In order for this to be the case, a considerable length-electrode reaction on the counter electrode should preferably be unstable for this reason, i.e. has a measurement (in the axial direction), e.g. have at least about insignificant resistance, and the electrode area should be ten times, and preferably at least about fifty times longer, 15 i. there is an infinite parallel capacitance than the «width» (D5). point.

Die «Dicke» (d.h. D3 in Fig. 1) des Diffusionsspaltes bei der (2) Der Lösungswiderstand (oder ô Rs) ist über die Ober- The «thickness» (i.e. D3 in Fig. 1) of the diffusion gap at (2) The solution resistance (or ô Rs) is over the upper

Messzelle von Fig. 2 und 3 liegt typisch im Bereich von etwa 1 fläche der Arbeitselektrode verteilt und dementsprechend in bis etwa 50 Mikrometer und die entsprechende bevorzugte der Schaltung 30 als eine Serie von Widerstandselementen 38 2 and 3 is typically distributed in the area of about 1 area of the working electrode and accordingly in up to about 50 micrometers and the corresponding preferred circuit 30 as a series of resistance elements 38

«Breite» (d.h. B3 in Fig. 1) liegt im Bereich von etwa 0,1 bis 20 dargestellt. Der Wert von ö Rs kann aus dem spezifischen Wi- "Width" (i.e. B3 in Fig. 1) ranges from about 0.1 to 20. The value of ö Rs can be calculated from the specific

etwa5mm. derstand des Elektrolyt o (ohm • cm), der Breite ôr (cm) und about 5mm. the level of the electrolyte o (ohm • cm), the width ôr (cm) and

Da die Verwendung einer zurückgesetzten ersten Elektro- der Querschnittsfläche 2jt r • d (cm2) des Widerstandselementes denoberfläche (d.h. wenn Dj grösser als D3 ist) normalerweise bewertet werden, durch welchen der Strom hindurchfliessen keinen Vorteil bietet, sind die dem Elektrolyt ausgesetzten muss. Hierbei bedeutet «r» die Radialabstandskoordinate, geOberflächen der Messelektrode und der Schutzelektrode vor- 25 messen von der Mittelachse der Messelektrode, und «d» die zugsweise koplanar ; diese koplanare Ausführung umfasst vor- Dicke des Elektrolyt zwischen der Oberfläche der Messelektro-zugsweise auch die dem Elektrolyt ausgesetzten Oberflächen de und der Membran. Dementsprechend gilt die Beziehung des ersten und gegebenenfalls des zweiten Isolators. Die Be- g r Since the use of a recessed first electrode of the cross-sectional area 2jt r • d (cm2) of the resistance element normally the surface (i.e. if Dj is greater than D3), through which the current flowing through offers no advantage, must be exposed to the electrolyte. Here, "r" means the radial distance coordinate, the surface of the measuring electrode and the protective electrode pre-measure from the central axis of the measuring electrode, and "d" means the coplanar pattern; This coplanar design includes the thickness of the electrolyte between the surface of the measuring electrode and preferably also the surfaces de exposed to the electrolyte and the membrane. The relationship of the first and possibly the second insulator applies accordingly. The mountain r

Zeichnung «koplanar» soll hierbei regelmässig geformte Ebenen ÖRS = q — Drawing «coplanar» should have regularly shaped planes ÖRS = q -

einschliesslich von gewölbten bzw. konvexen Formen umfassen, 30 including curved or convex shapes, 30

d.h. wenn die genannten Oberflächen in der gemeinsamen Ebe- (3) Die Kombinationen von Konstantstromgeneratoren 36 i.e. if the surfaces mentioned in the common Ebe- (3) The combinations of constant current generators 36

ne liegen, die durch die konvexe Seite eines Kugelsegmentes und Dioden 37 entsprechen der Elektrodenreaktion des in Fra- ne, which by the convex side of a spherical segment and diodes 37 correspond to the electrode reaction of the

definiert ist. In jedem Fall besteht die Hauptanforderung an die ge stehenden elektroaktiven Stoffes an der Messelektrode 31. is defined. In any case, the main requirement for the standing electroactive substance on the measuring electrode 31.

allgemeine Ausbildung der Stirnseite der Messzelle nahe der Nachdem das Potential er an jeder Stelle der Elektrodenoberflä- general design of the end face of the measuring cell near the

Membran darin, dass beliebige Polymerfilme bzw. - folien als 35 che zwischen zwei Grenzen, nämlich einem Minimum und ei- Membrane in that any polymer films or foils as 35 surfaces between two limits, namely a minimum and a

semipermeable Membran glatt und gleichmässig auf die mit dem nem Maximum, liegt, ist die Grösse des durch ein Element der Semipermeable membrane is smooth and even on the one with the maximum, is the size of the element

Elektrolyt versehene Stirnseite der Messzelle aufgelegt werden Fläche 2ra:ôr fliessenden Stromes unabhängig vom Potential können. und entspricht der Beziehung: Electrolyte-provided end face of the measuring cell can be placed on surface 2ra: ôr flowing current regardless of the potential. and corresponds to the relationship:

Die vorstehend erläuterte Funktion der dritten Elektrode, The function of the third electrode explained above,

die ein kritisches Merkmal der erfindungsgemässen Messzelle 40 §j = r' m darstellt, besagt, dass die erfindungsgemässe Zelle als ein Drei- A. which represents a critical feature of the measuring cell 40 §j = r 'm according to the invention, means that the cell according to the invention as a three A.

pol (dreipoliges Netzwerk) aufgefasst werden kann, während in welcher Im den gewünschten Gesamtstrom und A die gesamte die üblichen elektroanalytischen Zellen einem Zweipol entspre- Oberfläche bedeutet. Im kann wiederum durch die Permeabilität chen ; dementsprechend ist die erfindungsgemässe Messzelle in pm und die Dicke xm der Membran und die Aussenkonzentra-ihrer allgemeinsten Definition eine dreipolige elektroanalyti- 45 tion des elektroaktiven Stoffes C durch die Formel sehe Zelle, die eine Schutzelektrode in Kontakt mit dem Elektrolyt zwischen der Messelektrode und der Gegenelektrode be- im ■= n FAPm C/xm sitzt. pol (three-pole network) can be understood, in which Im means the desired total current and A the total of the usual electroanalytical cells corresponds to a two-pole surface. Im can in turn chen by the permeability; Accordingly, the measuring cell according to the invention in pm and the thickness xm of the membrane and the outer concentration - its most general definition - is a three-pole electroanalysis of the electroactive substance C by the formula see cell, which has a protective electrode in contact with the electrolyte between the measuring electrode and the counter electrode seated in ■ = n FAPm C / xm.

Zur Vereinfachung einer eingehenderen Erläuterung dieses ausgedrückt werden, worin n die Zahl der vom elektroaktiven To simplify a more detailed explanation of this, where n is the number of electroactive

Gesichtspunktes ist in Fig. 4 eine vereinfachte Ersatzschaltung so Stoff bei der Elektrodenreaktion addierten oder substrahierten 4 is a simplified equivalent circuit so substance added or subtracted during the electrode reaction

(funktionsäquivalente Schaltung) der erfindungsgemässen elek- Elektronen und F die Faraday-Konstante ist. (function-equivalent circuit) of the electrons according to the invention and F is the Faraday constant.

troanalytischen Zelle mit Membranabdeckung dargestellt. Ob- (4) Der Leckstellenwiderstand RL, welcher dem Widerwohl sich die Ersatzschaltung auf die in den Fig. 2 und 3 darge- standselement 34 entspricht, soll all diejenigen Beiträge zum stellte spezifische Ausführungsform vom koaxialen Typ und die Strom in einer üblichen und dementsprechend nicht geschützten spezielle Verwendung zur Messung von Sauerstoff (02) als elek- ss Zelle darstellen, die erfindungsgemäss durch zusätzliche Ver-troaktiver Stoff bezieht, sind die Argumente allgemeiner Art wendung der Schutzelektrode 33 unterdrückt werden können, und können ohne weiteres für einen anderen Aufbau der Mess- Diese Beiträge umfassen die Diffusion von Verunreinigungen zelle und für andere elektroaktive Stoffe transponiert werden. oder von Sauerstoff aus dem Elektrolytreservoir oder aus den troanalytic cell shown with membrane cover. Ob- (4) The leakage resistance RL, which corresponds to the nonetheless the equivalent circuit to the element 34 shown in FIGS. 2 and 3, is intended to make all those contributions to the specific embodiment of the coaxial type and the current in a common and accordingly not represent protected special use for the measurement of oxygen (02) as an electrical cell, which according to the invention relates to additional rust-proof material, the arguments of a general nature using the protective electrode 33 can be suppressed, and can easily be used for a different structure of the measurement - These contributions include the diffusion of cell contaminants and to be transposed to other electroactive materials. or oxygen from the electrolyte reservoir or from the

Die drei Kontakte der in Fig. 4 dargestellten Ersatzschal- Feststoffkömponenten der Messzelle zur Kante der Messelek- The three contacts of the replacement formwork solid components of the measuring cell shown in FIG. 4 to the edge of the measuring elec-

tung 30 entsprechen der Messelektrode 31, der Gegenelektrode 60 trode. Auch elektronische Leckbeiträge können unterdrückt device 30 correspond to the measuring electrode 31, the counter electrode 60 trode. Electronic leak contributions can also be suppressed

32 und der dazwischen liegenden Schutzelektrode 33. Die werden, jedoch in relativ geringerem Umfang. 32 and the protective electrode 33 in between. They will, however, to a relatively lesser extent.

Schaltung 30 umfasst eine unendliche Anzahl von Konstant- (5) Die Funktion der Schutzelektrode 33 wird durch die Circuit 30 comprises an infinite number of constant (5) The function of the protective electrode 33 is determined by the

Stromgeneratoren 36, Dioden 37 und Widerstandselementen 38 Diode 35 dargestellt, um die Tatsache zum Ausdruck zu brin- Current generators 36, diodes 37 and resistor elements 38 shown diode 35 to express the fact

(Ô Rs). Ferner umfasst die Schaltung 30 ein Widerstandsele- gen, dass sie in einer Richtung einen praktisch unbegrenzten ment 34 (RL) und eine Diode 35 in der Verbindung zur Schutz- 65 Strom aber in der entgegengesetzten Richtung praktisch keinen elektrode. Wenn die Messelektrode als Anode geschaltet ist, Strom durchlässt. Wenn das Potential der Schutzelektrode 33 (Ô Rs). Furthermore, the circuit 30 comprises a resistance electrode that it has a practically unlimited element 34 (RL) in one direction and a diode 35 in the connection to the protective current, but practically no electrode in the opposite direction. If the measuring electrode is connected as an anode, current passes. When the potential of the protection electrode 33

müssen die Dioden 35,37 in der Schaltung 30 umgekehrt auf dem gleichen Wert wie das der Messelektrode 31 gehalten werden. wird, so wird der gesamte durch den Leckstellenwiderstand 34 Conversely, the diodes 35, 37 in the circuit 30 must be kept at the same value as that of the measuring electrode 31. the whole through the leakage resistance 34

7 7

627 278 627 278

hindurchgehende Strom von der Schutzelektrode 33 eingefangen und dadurch der Durchgang der unerwünschten Strombeiträge Va/Rl durch die Messelektrode 31 ausgeschaltet. current trapped by the protective electrode 33 and thereby the passage of the undesired current contributions Va / Rl through the measuring electrode 31 is switched off.

Allgemeine Erwägungen betreffend die bevorzugte Breitenabmessung des Diffusionsspaltes (B3 in Fig. 1) und der entsprechenden, durch die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche der Schutzelektrode definierte Begrenzung des Spaltes wurden bereits vorstehend erwähnt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein «Verunreinigungs»-Molekül, welches in den Diffusionsspalt eintritt, von der dem Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche der Schutzelektrode eingefangen wird, wurde als Grenzwertproblem in einer aus der Diffusionstheorie an sich bekannten Weise errechnet. Die Ergebnisse dieser Berechnung sind in der folgenden Tabelle I zusammengestellt. General considerations regarding the preferred width dimension of the diffusion gap (B3 in FIG. 1) and the corresponding delimitation of the gap defined by the surface of the protective electrode exposed to the electrolyte have already been mentioned above. The probability that a “contaminant” molecule that enters the diffusion gap is caught by the surface of the protective electrode exposed to the electrolyte was calculated as a limit value problem in a manner known per se from diffusion theory. The results of this calculation are summarized in Table I below.

Tabelle I Table I

Einfangwahrscheinlichkeit Probability of catching

(Ô) (O)

Spall Spall

0 0

0 0

10 10th

0,05 0.05

20 20th

0,1 0.1

30 30th

0,15 0.15

40 40

0,25 0.25

50 50

0,32 0.32

60 60

0,48 0.48

70 70

0,65 0.65

80 80

0,9 0.9

90 90

1,35 1.35

95 95

1,8 1.8

97 97

2,1 2.1

98 98

2,4 2.4

99 99

2,8 2.8

99,9 99.9

4,26 4.26

99,99 99.99

5,75 5.75

99,999 99.999

7,20 7.20

Spaltbreite (Verhältnis Gap width (ratio

Dementsprechend kann eine Einfangwahrscheinlichkeit von praktisch 100% bereits bei einem B3:D3-Verhältnis von etwa 10:1 erzielt werden. Accordingly, a capture probability of practically 100% can be achieved with a B3: D3 ratio of approximately 10: 1.

Für die Obergrenze der Lateralabmessung B3 der Schutzelektrodenoberfläche sind jedoch zwei Kriterien zu berücksichtigen. Das erste dieser Kriterien bezieht sich auf die Grösse des vom Messstrom zu durchfliessenden elektrolytischen Widerstandes in der Zelle. Die an der Messelektrode erzeugten Ionen müssen durch den Diffusionsspalt über der Schutzelektrodenoberfläche hindurchgehen, um die Gegenelektrodenoberfläche zu erreichen, an der sie neutralisiert werden. Da dieser elektrolytische Kanal des Diffusionsspaltes vorzugsweise schmal bzw. eng ist, stellt er einen nicht zu vernachlässigenden Widerstand für den Fluss des ionischen Stromes dar und verursacht eine Potentialdifferenz zwischen der Gegenelektrode und dem Elektrolyt im ersten Teil des Elektrolytraumes. Ausgedrückt durch die im Ersatzschaubild 30 von Fig. 4 dargestellten Quantitäten ist das Potential er dann kleiner als das anliegende Potential VA. Die zulässige Grösse dieser Potentialverschiebung hängt vom jeweiligen Typ der erfindungsgemässen Messzelle ab, aber im allgemeinen bedingt dies eine Grenze, ausserhalb der die Zelle nicht mehr genau misst, weil das Potential an der Messelektrode ungenügend wird, um eine diffusionskontrollierte Reaktion des elektroaktiven Stoffes aufrechtzuerhalten und dann die Proportionalität zwischen dem Stromausgang an der Zelle und der Konzentration des elektroaktiven Stoffes nicht mehr gewährleistet ist. Dies ist anhand der in Fig. 6 dargestellten Strom/Spannungskurve zu erkennen, die schematisch die Abhängigkeit der Grösse des Stromes ôi (Ordinate), der durch ein Element der Fläche ôA unter der Wirkung des effektiven Potentials er (Abszisse) fliesst, zeigt. Eine solche Strom/Spannungskurve 60 ist für elektroanalytische Zellen allgemein typisch. Von besonderem Interesse ist hier das Stromplateau 61 bei mittleren Spannungen ; im Bereich dieses Plateaus ist der Strom unabhängig von der anliegenden Spannung und dies ist der Bereich, in welchem 5 eine amperometrische Zelle einschliesslich erfindungsgemässer Zellen arbeiten sollte, um eine lineare Beziehung zwischen Stromausgang und Konzentration sicherzustellen. Ein durch un-kompensierten inneren Zellwiderstand verursachter Potentialverlust kann bewirken, dass das Potential er kleiner wird als die io Mindestspannung e;, die zur Erhaltung einer diffusionskontrol-lierten Reaktion des elektroaktiven Stoffes erforderlich ist, d.h. eine Verminderung des Stromausganges bewirken kann, auch wenn die Konzentration des elektroaktiven Stoffes konstant bleibt. However, two criteria have to be considered for the upper limit of the lateral dimension B3 of the protective electrode surface. The first of these criteria relates to the size of the electrolytic resistance in the cell through which the measuring current flows. The ions generated on the measuring electrode must pass through the diffusion gap above the protective electrode surface in order to reach the counter electrode surface where they are neutralized. Since this electrolytic channel of the diffusion gap is preferably narrow or narrow, it represents a not insignificant resistance to the flow of the ionic current and causes a potential difference between the counter electrode and the electrolyte in the first part of the electrolyte space. Expressed by the quantities shown in replacement diagram 30 of FIG. 4, the potential is then smaller than the applied potential VA. The permissible size of this potential shift depends on the particular type of measuring cell according to the invention, but in general this requires a limit beyond which the cell no longer measures precisely, because the potential at the measuring electrode becomes insufficient to maintain a diffusion-controlled reaction of the electroactive substance and then the proportionality between the current output at the cell and the concentration of the electroactive substance is no longer guaranteed. This can be seen from the current / voltage curve shown in FIG. 6, which shows schematically the dependence of the magnitude of the current ôi (ordinate) flowing through an element of the area ôA under the effect of the effective potential er (abscissa). Such a current / voltage curve 60 is generally typical for electroanalytical cells. Of particular interest here is the current plateau 61 at medium voltages; in the area of this plateau the current is independent of the applied voltage and this is the area in which an amperometric cell including cells according to the invention should work in order to ensure a linear relationship between current output and concentration. A potential loss caused by uncompensated internal cell resistance can cause the potential to become smaller than the io minimum voltage e; which is required to maintain a diffusion-controlled reaction of the electroactive substance, i.e. can cause a reduction in current output, even if the concentration of the electroactive substance remains constant.

15 Das zweite Kriterium, das für die Lateralabmessung der Schutzelektrodenoberfläche zu beachten ist, betrifft die gesamte Betriebsdauer der Messzelle. Diese Betriebsdauer sollte allgemein so gross wie möglich sein, hängt aber zum Teil von der Grösse des durch die Gegenelektrode hindurchfliessenden Ge-20 samtstromes ab, da dieser Strom den Verbrauch der Gegenelektrode verursacht. Bei einer erfindungsgemässen Zelle ist dieser Strom die Summe der durch die Arbeitselektrode und durch die dritte Elektrode, die Schutzelektrode, hindurchgehenden Ströme. Um dies zu kompensieren, kann die dem Elektrolyt ausge-25 setzte Oberfläche der Gegenelektrode entsprechend vergrössert werden. 15 The second criterion to be considered for the lateral dimension of the protective electrode surface relates to the total operating time of the measuring cell. This operating time should generally be as long as possible, but depends in part on the size of the total current flowing through the counter electrode, since this current causes the consumption of the counter electrode. In a cell according to the invention, this current is the sum of the currents passing through the working electrode and through the third electrode, the protective electrode. In order to compensate for this, the surface of the counterelectrode exposed to the electrolyte can be increased accordingly.

Im allgemeinen und insbesondere bei einer Messzelle mit der in den Figuren 2 und 5 dargestellten koaxialen Struktur ist die dem Elektrolyt ausgesetzte Oberfläche der Schutzelektrode 30 allgemein kleiner als 50% und vorzugsweise kleiner als 20% der dem Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche der Messelektrode. In general and in particular in the case of a measuring cell with the coaxial structure shown in FIGS. 2 and 5, the surface of the protective electrode 30 exposed to the electrolyte is generally less than 50% and preferably less than 20% of the surface of the measuring electrode exposed to the electrolyte.

Die Messelektrode der erfindungsgemässen Messzelle besteht im allgemeinen mindestens in dem Oberflächenbereich, welcher dem Elektrolyt ausgesetzt ist, aus einem Edelmetall, 35 wie Gold, rostfreiem Stahl, Platin, Palladium und Iridium, da diese Oberfläche durch die angelegte Spannung in Abwesenheit von elektroaktivem Stoff polarisiert werden sollte. In jedem Fall sollte die Oberfläche der ersten Elektrode unter den Arbeitsbedingungen chemisch inert sein. The measuring electrode of the measuring cell according to the invention generally consists of a noble metal, such as gold, stainless steel, platinum, palladium and iridium, at least in the surface area which is exposed to the electrolyte, since these surfaces are polarized by the applied voltage in the absence of electroactive material should. In any case, the surface of the first electrode should be chemically inert under the working conditions.

40 Die Gegenelektrode wird allgemein aus einem geeigneten Bezugselektrodenmetall gemacht, d.h. diese Elektrode sollte von der anliegenden Spannung nicht polarisiert werden und in der Lage sein, mit im Elektrolyt vorhandenen Ionen oder Molekülen zu reagieren. Silber ist ein typisches Beispiel für das Me-45 tali der Gegenelektrode. Die Schutzelektrode besteht allgemein und mindestens an ihrer dem Elektrolyt ausgesetzten Oberfläche aus einem Material, wie es für die Oberfläche der Messelektrode geeignet ist. Beispiele sind Gold und hochwertiger rostfreier Stahl. 40 The counter electrode is generally made from a suitable reference electrode metal, i.e. this electrode should not be polarized by the applied voltage and should be able to react with ions or molecules present in the electrolyte. Silver is a typical example of the Me-45 tali of the counter electrode. The protective electrode generally and at least on its surface exposed to the electrolyte consists of a material that is suitable for the surface of the measuring electrode. Examples are gold and high quality stainless steel.

50 Die allgemeinen Anforderungen, welche für die Auswahl geeigneter Werkstoffe für die Isolatoren massgeblich sind, ergeben sich für den Fachmann angesichts der Grunderfordernisse (a) der Isolationswirkung, (b) der Fähigkeit zur dauerhaft dichtenden Verbindung mit den Elektroden, vorzugsweise dichtend 55 unter Druckeinwirkung, und (c) der Beständigkeit gegen Veränderungen sowohl der mechanischen Ausbildung als auch der elektrischen Eigenschaften der Teile der Messzelle unter den Umgebungsbedingungen, d.h. den Betriebsbedingungen der Messzelle während der gesamten Betriebsdauer. Kriechbestän-60 dige Isolatoren werden für diejenigen Isolatorteile bevorzugt, die durch Druckeinwirkung abgedichtet sind. 50 The general requirements which are decisive for the selection of suitable materials for the insulators arise for the person skilled in the art in view of the basic requirements (a) the insulation effect, (b) the ability to permanently seal the electrodes, preferably 55 under pressure, and (c) the resistance to changes in both the mechanical design and the electrical properties of the parts of the measuring cell under the ambient conditions, ie the operating conditions of the measuring cell during the entire operating period. Creep-resistant insulators are preferred for those insulator parts that are sealed by pressure.

Geeignete elektrisch isolierende Werkstoffe für die Isolatoren erfindungsgemässer Messzellen, insbesondere den zweiten Isolator, sind unter anderen organische und anorganische Werk-65 stoffe aus der grossen Gruppe der festen organischen Polymeren (Thermoplaste und Duroplaste), Silikate, geschmolzenen Oxide, Gläser usw. Spezielle Beispiele sind Epoxide, Polypropylen, Nylon-66, Polyäthylenterephthalat, Acrylpolymere einschliess- Suitable electrically insulating materials for the insulators of measuring cells according to the invention, in particular the second insulator, include organic and inorganic materials from the large group of solid organic polymers (thermoplastics and thermosets), silicates, molten oxides, glasses, etc. Special examples are Epoxies, polypropylene, nylon-66, polyethylene terephthalate, acrylic polymers including

627 278 627 278

8 8th

lieh von Polymethacrylsäureestern, Polystyrol, Polyvinylchlorid (nicht weichgemacht), Polyvinylfluorid, Polyäthylen hoher Dichte, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylcarbazol, Polyvinylace-tat, Polysulfone, Polycarbonate einschliesslich von Polybisphe-nolcarbonat, Polyphenylènoxid, Polyurethan, Polyacetale einschliesslich von Polyoxymethylen, Polymethylenterephthalat, verschiedene Copolymere einschliesslich solcher aus Styrol und Acrylnitril oder aus Styrol, Acrylnitril und Butadien, Glas, Quarz (geschmolzenes Siliciumdioxid), Rubin, Diamant, Granit, Keramik, Hartgummi (Ebonit), Elfenbein, usw. borrowed from polymethacrylic acid esters, polystyrene, polyvinyl chloride (not softened), polyvinyl fluoride, high-density polyethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl carbazole, polyvinyl acetate, polysulfones, polycarbonates including polybisphenol carbonate, polyphenylene oxide, polyurethane, polyacetals including polymethylene copolymers, such as various polyoxymethylene polymers from styrene and acrylonitrile or from styrene, acrylonitrile and butadiene, glass, quartz (molten silicon dioxide), ruby, diamond, granite, ceramic, hard rubber (ebonite), ivory, etc.

Mischungen einschliesslich von Mehrkomponentenwerkstoffen, wie Polymeren aus den oben genannten Gruppen mit einer dispersen Phase eines Füllstoffes, der gegebenenfalls einen Verstärkungseffekt ausübt, z.B. Polyester- oder Polyepoxid-massen mit Glas in teilchenförmiger oder faseriger Einlagerung, können ebenfalls für den zweiten Isolator verwendet werden. Mixtures including multicomponent materials, such as polymers from the groups mentioned above, with a disperse phase of a filler, which may have a reinforcing effect, e.g. Polyester or polyepoxide materials with glass in particulate or fibrous storage can also be used for the second insulator.

Für den ersten Isolator werden organische Polymere aus den obigen Gruppen unter Berücksichtigung der oben erläuterten niedrigen Sauerstoffpermeabilität bevorzugt. Polyvinylfluorid ist ein bevorzugtes Beispiel für den ersten Isolator. Das Gehäuse kann aus jedem beliebigen isolierenden Material gefertigt sein, vorzugsweise einem organischen Polymer. Wenn das Gehäuse aus Metall besteht, ist zwischen dem Gehäuse und der nächstliegenden Elektrode ein Isolator erforderlich. Organic polymers from the above groups are preferred for the first insulator, taking into account the low oxygen permeability explained above. Polyvinyl fluoride is a preferred example of the first insulator. The housing can be made of any insulating material, preferably an organic polymer. If the housing is made of metal, an insulator is required between the housing and the closest electrode.

Für die Verwendung der erfindungsgemässen Messzelle sind alle Elektrolyten geeignet, die für amperometrische Analysen bekannt sind, einschliesslich von wässrigen und nichtwässrigen Lösungsmitteln zusammen mit allen gewünschten gelösten Komponenten von Elektrolyten. All electrolytes known for amperometric analyzes, including aqueous and non-aqueous solvents together with all desired dissolved components of electrolytes, are suitable for using the measuring cell according to the invention.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung, nicht aber der Beschränkung der Erfindung. The following examples serve to explain further, but not to limit the invention.

Beispiel 1 example 1

Es wurde eine Messzelle in ringförmig zylindrischer symmetrischer Form aufgebaut. Die Struktur der dem Elektrolyt ausgesetzten Teile der Stirnfläche (ohne Membran) ist aus Fig. 5 ersichtlich, die in halbschematischem axialem Querschnitt eine Hälfte des symmetrischen Elektrolytraumes darstellt. A measuring cell was built in a circular cylindrical, symmetrical shape. The structure of the parts of the end face (without membrane) exposed to the electrolyte can be seen from FIG. 5, which represents half of the symmetrical electrolyte space in a semi-schematic axial cross section.

Die Messelektrode 51 liegt in der mittleren Symmetrieachse X und hat einen Radius von 3,16 mm. Die Schutzelektrode 51 ist von einem ersten Isolator 55 in Form einer Schicht aus Polyvinylfluorid mit einer radialen Dicke (radialer Abstand zwischen den beiden benachbarten Elektrodenoberflächen 510 und 530) von 0,0127 mm umgeben. Die Schutzelektrode 53 besteht aus Gold und hat eine radiale Breite (radialer Abstand zwischen den benachbarten Isolatoren 55 und 57) von 0,4 mm. Der zweite Isolator 57 ist ein Ring aus Poly-(trifluormonochloräthylen) mit einem Aussendurchmesser von 9 mm und einem Innendurchmesser von 7,145 mm, d.h. einer Radialbreite von 0,928 mm. Die Gegenelektrode 52 ist ein rohrförmiges Gebilde (Aussendurchmesser 20 mm, Innendurchmesser 9 mm) aus Silber mit einem zurückgesetzten Teil 599 zur Aufnahme des Elektrolytreservoirs. Das Gehäuse 56 ist ein rohrförmiges Gebilde aus Polyacetal mit einem Aussendurchmesser von 24 mm. The measuring electrode 51 lies in the central axis of symmetry X and has a radius of 3.16 mm. The protective electrode 51 is surrounded by a first insulator 55 in the form of a layer of polyvinyl fluoride with a radial thickness (radial distance between the two adjacent electrode surfaces 510 and 530) of 0.0127 mm. The protective electrode 53 is made of gold and has a radial width (radial distance between the adjacent insulators 55 and 57) of 0.4 mm. The second insulator 57 is a ring made of poly (trifluoromonochlorethylene) with an outer diameter of 9 mm and an inner diameter of 7.145 mm, i.e. a radial width of 0.928 mm. The counter electrode 52 is a tubular structure (outer diameter 20 mm, inner diameter 9 mm) made of silver with a recessed part 599 for receiving the electrolyte reservoir. The housing 56 is a tubular structure made of polyacetal with an outer diameter of 24 mm.

Die Stirnseite der Zelle 50 (der zur Aufnahme von Elektrolyt bestimmte Teil) wurde mit einem wässrigen alkalischen Elektrolyt (1 n KOH in Wasser) mit einem spezifischen Widerstand q von 8 Ohm • cm versehen und mit einer Membran aus fluoriertem Äthylen/Propylen-Copolymer mit einer Dicke von 0,0254 mm verschlossen. Zwischen der Membran und den Elektrodenoberflächen 510,530 der Messzelle wurde ein Elektrolytspalt (D3, Fig. 1, D3=D,) von 0,003 mm gebildet. Die koplanaren Flächen der Stirnseite der Messzelle lagen auf einer gemeinsamen Kugelebene mit einem Krümmungsradius von 100 mm. Das durch die Einsenkung gebildete Elektrolytreservoir 599 hatte eine Kapazität von 0,2 ml. The front of the cell 50 (the part intended for the absorption of electrolyte) was provided with an aqueous alkaline electrolyte (1 n KOH in water) with a specific resistance q of 8 ohm • cm and with a membrane made of fluorinated ethylene / propylene copolymer sealed to a thickness of 0.0254 mm. An electrolyte gap (D3, Fig. 1, D3 = D,) of 0.003 mm was formed between the membrane and the electrode surfaces 510, 530 of the measuring cell. The coplanar surfaces of the face of the measuring cell were on a common spherical plane with a radius of curvature of 100 mm. The electrolyte reservoir 599 formed by the depression had a capacity of 0.2 ml.

In der Schutzelektrode wurde ein «Ventilsitz» der in der DE-OS 2 710 760 beschriebenen Art ausgebildet und die Messelektrode mittels einer Feder pressend anliegend an der Schutzelektrode gehalten, wobei der Kontaktbereich durch einen dünnen Film aus Polyvinylfluorid zwischen den beiden metallischen Elektroden isoliert war. A “valve seat” of the type described in DE-OS 2 710 760 was formed in the protective electrode and the measuring electrode was pressed against the protective electrode by means of a spring, the contact area being insulated by a thin film of polyvinyl fluoride between the two metallic electrodes.

s Diese Messzelle wurde zur Analyse von in Wasser gelöstem Sauerstoff verwendet. Zu diesem Zweck wurde eine Spannung von 800 mV zwischen der Gegenelektrode 52 (als Anode) und der Messelektrode 51 (als Kathode) angelegt. Dieses Potential ist ausreichend für die Elektroreduktion von Sauerstoff an der- s This measuring cell was used to analyze oxygen dissolved in water. For this purpose, a voltage of 800 mV was applied between the counter electrode 52 (as an anode) and the measuring electrode 51 (as a cathode). This potential is sufficient for the electroreduction of oxygen on the

loGoldkathode entsprechend der Gleichung loGold cathode according to the equation

0,+2H,0+4e- 0, + 2H, 0 + 4e-

■ 40I-T ■ 40I-T

in welcher «e» ein Elektron in der Oberfläche der Messelektro-15 de bedeutet. Bei 25 °C floss ein Strom von 1,6 jxA pro ppm gelösten Sauerstoff durch die Messelektrode und ein solcher von etwa 1,0 [xA pro ppm gelösten Sauerstoff durch die Schutzelektrode. in which «e» means an electron in the surface of the measuring electrode-15 de. At 25 ° C, a current of 1.6 jxA per ppm of dissolved oxygen flowed through the measuring electrode and a current of about 1.0 [xA per ppm of dissolved oxygen through the protective electrode.

Wenn die Messzelle in sauerstofffreies Wasser getaucht und 20 kein Strom durch die Schutzelektrode gezogen wurde, floss durch die Messelektrode ein stetiger Reststrom von etwa 8 nA. Wenn jedoch die Schutzelektrode 53 auf dem gleichen Potential wie die Messelektrode gehalten und innere Leckströme von der Schutzelektrode eingefangen wurden, fiel der Reststrom sofort 25 auf etwa 0,8 nA. Dementsprechend kann der Bereich der mit dieser geschützten Messzelle messbaren Sauerstoffkonzentrationen als direkte Folge der Verwendung der Schutzelektrode um etwa eine Dekade erweitert werden. If the measuring cell was immersed in oxygen-free water and no current was drawn through the protective electrode, a constant residual current of about 8 nA flowed through the measuring electrode. However, if the protective electrode 53 was kept at the same potential as the measuring electrode and internal leakage currents were trapped by the protective electrode, the residual current immediately dropped to about 0.8 nA. Accordingly, the range of oxygen concentrations that can be measured with this protected measuring cell can be expanded by about a decade as a direct result of the use of the protective electrode.

Ein zusätzlicher Vorteil der Schutzelektrode zeigte sich 30 beim Vergleich der Messzelle 50 gegen Vibrationen und stossar-tige Erschütterung in geschütztem und ungeschütztem Zustand, d.h. mit eingeschalteter Schutzelektrode 53 einerseits und mit abgeschalteter Schutzelektrode 53 andererseits. Stossartige Erschütterungen, die bei ausgeschalteter Schutzelektrode 53 zum 35 «Ausschlagen» des Messstromes führten — bedingt durch kon-vektiven Transport von im Elektrolytreservoir gelöstem Sauerstoff zur Kathode—hatten keine Wirkung auf die durch die eingeschaltete Schutzelektrode geschützte Messzelle, weil ein derartiger Sauerstofftransport durch die Abfangwirkung der An additional advantage of the protective electrode 30 was shown when comparing the measuring cell 50 against vibrations and shock-like vibration in a protected and unprotected state, i.e. with the protective electrode 53 switched on on the one hand and with the protective electrode 53 switched off on the other hand. Impact shocks that caused the measuring current to "deflect" 35 when the protective electrode 53 was switched off - due to the convective transport of oxygen dissolved in the electrolyte reservoir to the cathode - had no effect on the measuring cell protected by the switched-on protective electrode, because such oxygen transport by the interception effect the

40 40

Schutzelektrode verhindert wird. Protective electrode is prevented.

Beispiel 2 Example 2

Es wurde ein vereinfachtes mathematisches Modell der erfindungsgemässen Messzelle analysiert, um die Schutzwirkung 45 der Schutzelektrode in bezug auf ihren Abstand von der Messelektrode zu zeigen und um Zeitfaktoren zu untersuchen, die auftreten, wenn die Messzelle sich nicht in stetigem Zustand befindet. Zu diesem Zweck wurde das Abklingen des Stromes an einer flachen Elektrode berechnet, an welche zum Zeitpunkt t=0 plötzlich ein Potential angelegt wird, und zwar für zwei verschiedene Situationen. Dabei wird angenommen, dass die Diffusion aus einem halbunendlichen Bereich zur Elektrode bei x=0 im ersten Fall und aus einem endlichen Bereich im zweiten Fall erfolgt, wobei der endliche Bereich durch parallele Elektroden begrenzt ist, die bei x=0 bzw. bei x=a liegen. A simplified mathematical model of the measuring cell according to the invention was analyzed in order to show the protective effect 45 of the protective electrode in relation to its distance from the measuring electrode and to investigate time factors which occur when the measuring cell is not in a steady state. For this purpose, the decay of the current was calculated on a flat electrode, to which a potential is suddenly applied at time t = 0, for two different situations. It is assumed that the diffusion takes place from a semi-infinite area to the electrode at x = 0 in the first case and from a finite area in the second case, the finite area being limited by parallel electrodes which are at x = 0 and at x = a lie.

Der erste Fall ergibt eine Schätzung des Einschwingstromes an der Kante bei einer üblichen ungeschützten Elektrode, während der zweite Fall dies für eine geschützte Arbeitselektrode gemäss der Erfindung mit einem gegenseitigen Elektrodenabstand a näherungsweise ermittelt. Die diffusionstheoretischen Grenzwertprobleme können wie folgt formuliert werden: The first case gives an estimate of the transient current at the edge for a conventional unprotected electrode, while the second case approximately determines this for a protected working electrode according to the invention with a mutual electrode spacing a. The diffusion-theoretical limit value problems can be formulated as follows:

50 50

55 55

60 60

Erster Fall (Stand der Technik First case (state of the art

65 65

ÔC ÔC

"ôT "ôT

= D = D

ô2c w ô2c w

, c=cGat t=0, c=c„atx — c=0 atx=0, tO , c = cGat t = 0, c = c „atx - c = 0 atx = 0, tO

9 9

627 278 627 278

Zweiter Fall (erfindungsgemäss) Second case (according to the invention)

ôc ô2c ôc ô2c

"ôT =D "ôT = D

t.—2" , c=coatt=0, c=0atx=0 ^ andx=a,t>0 t.-2 ", c = coatt = 0, c = 0atx = 0 ^ andx = a, t> 0

Hierbei bedeutet «c» die Konzentration der im Elektrolyt gelösten Verunreinigungen und D deren Diffusionskoeffizient. In jedem Fall errechnet sich der Strom i an der Elektrode bei x=0 aus der Formel i=nFAD Here «c» means the concentration of the impurities dissolved in the electrolyte and D their diffusion coefficient. In any case, the current i at the electrode at x = 0 is calculated from the formula i = nFAD

in welcher n die Zahl der während der Elektrodenreaktion zum Verunreinigungsmolekül addierten oder entfernten Elektronen bedeutet. F ist die Faraday-Konstante und A die effektive Elektrodenfläche. in which n is the number of electrons added or removed to the impurity molecule during the electrode reaction. F is the Faraday constant and A is the effective electrode area.

Die Lösungen dieser Grenzwertprobleme sind wie folgt: The solutions to these limit value problems are as follows:

i„=nFACo und ig 4i0 i "= nFACo and ig 4i0

D D

itt nFACc jiDt itDt exp- itt nFACc jiDt itDt exp-

n=o n = o

(2n + l)2 Jt2 (2n + l) 2 Jt2

Dt worin iu den Strom an der ungeschützten Elektrode und ig den Strom an der geschützten Elektrode bedeutet. Es lässt sich zeigen, dass bei sehr kurzen Zeiten, d.h. wenn t « a2/D, ig=iu und dass für alle späteren Zeiten ig < iu. Dt where iu is the current at the unprotected electrode and ig is the current at the protected electrode. It can be shown that with very short times, i.e. if t «a2 / D, ig = iu and that for all later times ig <iu.

Diese Ergebnisse sind graphisch in Fig. 7 dargestellt, in welcher die Zeitabhängigkeit des Stromes an der geschützten und der nicht geschützten Elektrode dargestellt ist (aufgetragen als ig/i0 und iu/i0, und zwar bezogen auf die linke Ordinate, sowie das Verhältnis zwischen diesen Strömen auf der rechten Ordinate). These results are shown graphically in Figure 7, which shows the time dependence of the current on the protected and unprotected electrodes (plotted as ig / i0 and iu / i0, relative to the left ordinate, and the relationship between them) Pour on the right ordinate).

Der Zeitparameter ist in logarithmischer Skala auf der Abszisse dargestellt. The time parameter is shown on the abscissa in a logarithmic scale.

Die Kurve 70 zeigt die Zeitfunktion von iu/i0 für die ungeschützte Elektrode, die Kurve 71 die Zeitfunktion ig/i0 für die geschützte Elektrode, und zwar jeweils in den auf der linken Ordinate angegebenen Einheiten. Die Kurve 72 stellt die Zeitfunktion des Verhältnisses des Stromes an der erfindungsgemäss geschützten Elektrode zum Strom an der üblichen ungeschützten Elektrode dar und bezieht sich auf die an der rechten Ordinate von Fig. 7 angegebenen Einheiten. Curve 70 shows the time function of iu / i0 for the unprotected electrode, curve 71 shows the time function ig / i0 for the protected electrode, in each case in the units indicated on the left ordinate. Curve 72 represents the time function of the ratio of the current at the electrode protected according to the invention to the current at the usual unprotected electrode and relates to the units indicated on the right ordinate of FIG. 7.

Fig. 7 zeigt das sehr viel raschere Abklingen des Kantenstromes bei der erfindungemäss geschützten Elektrode im Vergleich zu dem Abklingen an einer üblichen nicht geschützten Elekro-de. Beispielsweise ist zum Zeitpunkt t=0,62 a2/D der Kantenstrom an der geschützten Elektrode gemäss der Erfindung nur 1 % des Wertes, der bei einer üblichen nicht geschützten Elektrode zu beobachten ist. 7 shows the much faster decay of the edge current in the electrode protected according to the invention compared to the decay on a conventional non-protected electrode. For example, at time t = 0.62 a2 / D, the edge current at the protected electrode according to the invention is only 1% of the value that can be observed with a conventional non-protected electrode.

Die Rolle des Abstandes zwischen der Schutzelektrode und 5 der Messelektrode ergibt sich ebenfalls aus Fig. 7. Da die Vorteile der Schutzelektrode bei Zeiten von grösser als t~a2/D ins Gewicht fallen, ist es vorteilhaft, den Abstand «a» (D5 in Fig. 1) gering zu halten, damit x eine kurze Zeitspanne darstellt. The role of the distance between the protective electrode and 5 of the measuring electrode also results from FIG. 7. Since the advantages of the protective electrode are significant at times greater than t ~ a2 / D, it is advantageous to calculate the distance «a» (D5 in Fig. 1) keep it low so that x represents a short period of time.

Nimmt man den Diffusionskoeffizienten D der Verunreini-jo gungsmoleküle in der Grössenordnung von etwa 10_ 6 cm2/sec an, dann folgt, dass wenn die Schutzelektrode in einem Abstand von etwa 30 [xm von der Messelektrode angeordnet ist, die Kantenströme effektiv innerhalb von 1 sec ausgeschaltet sind. Die Zeitspanne x ist der Zeitraum, den die Messelektrode zu-15 sammen mit der Schutzelektrode benötigt, um die Gesamtkonzentration an Verunreinigungen im Volumen A • a zu verbrauchen. Die ungeschützte Elektrode verbraucht alleine die Verunreinigungen aus einem unbegrenzten Volumen und daher ist die Geschwindigkeit des Abklingens des Stromes erheblich kleiner, 2c als die bei der erfindungsgemäss geschützten Elektrode. Assuming the diffusion coefficient D of the contamination molecules in the order of magnitude of about 10_6 cm2 / sec, it follows that if the protective electrode is arranged at a distance of about 30 [xm from the measuring electrode, the edge currents effectively within 1 sec are switched off. The time period x is the time period that the measuring electrode together with the protective electrode needs to consume the total concentration of impurities in the volume A • a. The unprotected electrode alone consumes the impurities from an unlimited volume and therefore the speed of the decay of the current is considerably lower, 2c than that of the electrode protected according to the invention.

Die erfindungsgemässe amperometrische Zelle erfordert in bezug auf die Messinstrumente wenig Änderungen. Ein Beispiel einer solchen modifizierten Messschaltung ist schematisch in Fig. 8 dargestellt. Zur Vereinfachung enthält das Schema 80 die 25 Annahme, dass der Widerstand des Galvanometers 85, welches zur Messung des durch die Messelektrode 81 der Zelle 89 fliessenden Stromes verwendet wird, ausreichend klein ist und vernachlässigt werden kann, so dass das Potential der Messelektrode 81 und der Schutzelektrode 83 praktisch gleich bleiben, und 30 zwar unabhängig vom Stromdurchgang durch die Zelle 89. The amperometric cell according to the invention requires few changes with respect to the measuring instruments. An example of such a modified measuring circuit is shown schematically in FIG. 8. For simplification, the scheme 80 contains the assumption that the resistance of the galvanometer 85, which is used to measure the current flowing through the measuring electrode 81 of the cell 89, is sufficiently small and can be neglected, so that the potential of the measuring electrode 81 and Protective electrode 83 remain practically the same, 30 regardless of the current passing through the cell 89.

Der Zellenspannungsgenerator 86 hält zwischen den Zellenkontakten 82/81 eine konstante Potentialdifferenz aufrecht, so dass die Zelle 89 in stetigem Zustand arbeitet. Die Schutzelektrode 83 wird auf gleichem Potential wie die Messelektrode 35 81 gehalten und ist über die Leitung 84 zwischen dem Generator 86 und dem Calvanometer 85 am Anschlusspunkt 87 verbunden. Das Galvanometer ist so angeordnet, dass nur der durch die Messelektrode 81 gehende Strom gemessen wird, da nur dieser Strom proportional zur Konzentration des elektroak-40 tiven Stoffes ist, welcher in dem Fluid gemessen werden soll, das mit der nicht dargestellten semipermeablen Membran der Zelle 89 in Kontakt steht. The cell voltage generator 86 maintains a constant potential difference between the cell contacts 82/81, so that the cell 89 operates in a steady state. The protective electrode 83 is kept at the same potential as the measuring electrode 35 81 and is connected via the line 84 between the generator 86 and the calvanometer 85 at the connection point 87. The galvanometer is arranged in such a way that only the current passing through the measuring electrode 81 is measured, since only this current is proportional to the concentration of the electroactive substance which is to be measured in the fluid with the semipermeable membrane of the cell, not shown 89 is in contact.

Für den Fachmann sind zahlreiche Abänderungen der nachstehend erwähnten Angaben ersichtlich. Beispielsweise kann 45 anstelle des Zusammenbaues der Messzelle aus rotationssymmetrischen und beispielsweise durch spangebende Bearbeitung hergestellten Teilen eine erfindungsgemässe Messzelle auch aus formgepressten bzw. formgespritzten Komponenten mit vorgängig daran befestigten Elektroden gefertigt werden und/oder so können die Elektroden beispielsweise durch Aufsprühen, Dampf abscheidung oder elektrolytisches Auftragen geeigneter Metalle auf vorgeformte Körper aufgebracht werden. Weitere Abänderungen im Rahmen der Erfindung betreffen unter anderem die Ausführung des Diffusionsraumes, desssen Begrenzun-55 gen beispielsweise auch von zwei einander gegenüberliegenden Segmenten der Schutzelektrode gebildet werden könnten. Numerous changes to the information mentioned below are apparent to the person skilled in the art. For example, instead of assembling the measuring cell from rotationally symmetrical parts and, for example, machined parts, a measuring cell according to the invention can also be made from molded or injection-molded components with electrodes previously attached to them, and / or the electrodes can be sprayed, vapor deposited or electrolytically applied, for example suitable metals are applied to preformed bodies. Further modifications within the scope of the invention relate, inter alia, to the design of the diffusion space, the limitations of which could also be formed, for example, by two segments of the protective electrode lying opposite one another.

4 Blatt Zeichnungen 4 sheets of drawings

Claims (6)

627 278 2 627 278 2 PATENTANSPRÜCHE sondere für die Messung des Sauerstoff-(02)-gehaltes wässriger PATENT CLAIMS especially for the measurement of the oxygen (02) content in water 1. Elektroanalytische Zelle für amperometrische Messun- Medien oder Gase hergestellt. Einzelheiten zu Aufbau und Be-gen, insbesondere für Sauerstoffmessungen, mit einem Elektro- trieb solcher bekannter Wandler sind in der Literatur zu finden, lyt-Raum, einer Messelektrodenfläche, einer Gegenelektrode, siehe z.B. Monographie von Fatt, Irving, «Polarographic Oxy-einer Schutzelektrode und einer nahe über der Messelektroden- 5 gen Sensors», CRC-Press, Inc., USA, 1976, auf welche hier fläche liegenden und den Elektrolyt-Raum abschliessenden besonders verwiesen wird. 1. Electroanalytical cell made for amperometric measurements, media or gases. Details on the structure and conditions, in particular for oxygen measurements, with an electric drive of such known transducers can be found in the literature, lyt space, a measuring electrode surface, a counter electrode, see e.g. Monograph by Fatt, Irving, "Polarographic Oxy - a protective electrode and a sensor close to the measuring electrode 5", CRC-Press, Inc., USA, 1976, to which particular reference is made here, which closes off the electrolyte space. Membran, wobei die Schutzelektrode Teil eines im Elektrolyt- Übliche Wandler für amperometrische Verwendung besit-Raum der Zelle liegenden Kanals ist, welcher die einzige räum- zen allgemein eine Arbeitselektrode, die auch als Messelektrode liehe Verbindung eines ersten Teils des Elektrolyt-Raumes, der oder Bestimmungselektrode bezeichnet wird und eine genau be-zwischen der Messelektrodenfläche und dem benachbarten Teil io stimmte Oberfläche aufweist, sowie eine Gegenelektrode. Beide der Membran liegt, mit einem zweiten Teil des Elektrolyt-Rau- Elektroden sind einem wässrigen oder nicht-wässrigen Elektro-mes im Bereich der Gegenelektrode bildet, dadurch gekenn- lyt ausgesetzt. Für die Durchführung amperometrischer Analyzeichnet, dass der Kanal als ein an den ersten Teil (191,291) sen wird ein Potential in Form einer konstanten Gleichspannung des Elektrolyt-Raumes angrenzender Ringspalt (193,293) zwi- zwischen der Gegenelektrode und der Messelektrode angelegt, sehen der zum Kontakt mit Elektrolyt bestimmten Oberfläche is so dass die letztere polarisiert wird, um einen Strom zu liefern, (130,230) der Schutzelektrode (13,23) und der Membran (14, dessen Grösse im gleichförmigen Betriebszustand der Zelle pro- Membrane, the protective electrode being part of a channel located in the electrolyte-conventional transducer for amperometric use with space in the cell, which is the only space that generally has a working electrode, which is also connected as a measuring electrode, connecting a first part of the electrolyte space, the or Determination electrode is referred to and has a surface that is exactly determined between the measuring electrode surface and the adjacent part 10, and a counter electrode. Both of the membranes are located, with a second part of the electrolyte rough electrodes being exposed to an aqueous or non-aqueous electrometer in the area of the counterelectrode, thereby being exposed. For performing amperometric analysis, the channel is applied as a ring gap (193, 293) adjacent to the first part (191, 291) between the counter electrode and the measuring electrode in the form of a constant DC voltage of the electrolyte space, see the contact surface determined with electrolyte so that the latter is polarized to supply a current (130, 230), the protective electrode (13, 23) and the membrane (14), the size of which, in the uniform operating state of the cell, 24) ausgebildet ist. portional zur Aktivität der zu bestimmenden elektroaktiven 24) is formed. proportional to the activity of the electroactive to be determined 2. Zelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Komponente ist. 2. Cell according to claim 1, characterized in that component. dass die Oberfläche (130,230) der Schutzelektrode (13,23) Sauerstoff ist ein bevorzugtes Beispiel einer elektroaktiven konzentrisch um die praktisch kreisförmige Messelektrodenflä- 20 Komponente, doch sind für die Erfindung auch andere elektro-che (110,210) angeordnet ist und dass der als Spalt (193,293) aktive Stoffe von Interesse und umfassen andere und normalerausgebildete Kanal nur durch die Dicke der Isolatorschicht (15, weise gasförmige (dies umfasst auch dampfförmige) Elemente that the surface (130,230) of the protective electrode (13,23) oxygen is a preferred example of an electroactive concentric around the practically circular measuring electrode component, but other electro-che (110,210) are arranged for the invention and that that as a gap (193,293) active substances of interest and include other and more normally formed channels only by the thickness of the insulator layer (15, white gaseous (this also includes vaporous) elements 25) zwischen der Messelektrode (11,21) und der Schutzelektro- oder Verbindungen, die in der Zelle leichter oxidiert bzw. redu-de (13,23) vom ersten Elektrolyt-Raum (191,291) beabstan- ziert werden als der Elektrolyt (Lösungsmittel und Solvat). 25) between the measuring electrode (11, 21) and the protective electrodes or connections that are more easily oxidized or reduced (13, 23) in the cell from the first electrolyte space (191, 291) than the electrolyte (solvent and Solvat). det ist. 25 Die Elektroden bestehen meist aus unterschiedlichen Me- det. 25 The electrodes usually consist of different 3. Zelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, tallen, so dass die Gegenelektrode während des Betriebes durch dass die Oberflächen (210,230) der Messelektrode (21) und Reaktion mit den Ionen «verbraucht» wird, die an der praktisch der Schutzelektrode (23) praktisch koplanar angeordnet sind. sich nicht verbrauchenden Messelektrode gebildet werden. Iso- 3. Cell according to claim 1, characterized, tallen so that the counter electrode is "consumed" during operation by the surfaces (210, 230) of the measuring electrode (21) and reaction with the ions, which practically on the protective electrode (23) are arranged practically coplanar. measuring electrode that does not consume. Iso- 4. Zelle nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, latoren, d.h. elektrisch nicht-leitende nicht-metallische, anorga-dass der Spalt (293), betrachtet im Querschnitt in einer Radiale- 30 nische oder organische Feststoffe, sind zwischen den Elektroden bene, welche sich beginnend an der Achse (K) des konzentrisch vorgesehen, so dass jedwelcher Strom, der von einer Elektrode aufgebauten Zellenkopfes (20) nach aussen erstreckt, eine Brei- zur anderen gelangen kann, ein durch elektrochemische Phäno-tendimension (B3), die praktisch durch die Breite der ringförmig mene an den dem Elektrolyt ausgesetzten Elektroden erzeugter ausgebildeten Oberfläche (230) der Schutzelektrode (23) be- ionischer Strom im Elektrolyt ist. 4. Cell according to claim 1, characterized in lators, i.e. electrically non-conductive non-metallic, anorga-that the gap (293), viewed in cross-section in a radial 30 niche or organic solids, are provided between the electrodes, which are concentrically provided starting at the axis (K) of the that any current that extends outward from an electrode head (20) built up can pass through a slurry to another, due to the electrochemical phenomena dimension (B3), which is practically generated by the width of the ring-shaped electrodes on the electrodes exposed to the electrolyte formed surface (230) of the protective electrode (23) is ionic current in the electrolyte. stimmt ist, und eine Dickenabmessung (D3), die durch den Ab- 35 is correct, and a thickness dimension (D3), which is defined by the 35 stand zwischen der Oberfläche (230) der Schutzelektrode (23) In betriebsbereitem Zustand besitzen derartige Zellen eine und der Innenoberfläche der Membran (24) bestimmt ist, auf- semipermeable Membran, d.h. einen dünnen Film mit einer weist, wobei das Verhältnis der Breitenabmessung (B3) zur Dik- Dicke im Bereich von 10 bis 30 Mikrometer aus einem organi- stood between the surface (230) of the protective electrode (23). In the ready state, such cells have one and the inner surface of the membrane (24) is determined, semipermeable membrane, i.e. has a thin film with one, the ratio of the width dimension (B3) to the thickness of the dik being in the range from 10 to 30 micrometers from an organic kenabmessung (D3) mindestens 7,20 entsprechend einer Ein- sehen Polymer, wie Polytetrafluoräthylen, das für die zu mes- ken dimension (D3) at least 7.20 corresponding to an insight polymer, such as polytetrafluoroethylene, which is suitable for the fangwahrscheinlichkeit von mindestens 99,999 % beträgt. 40 sende gasförmige Komponente durchlässig aber für den Elek- catch probability of at least 99.999%. 40 send gaseous component permeable but for the electrical 5. Zelle nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch ge- trolyt praktisch undurchlässig ist. Die Membran wird im allgekennzeichnet, dass der Radialabstand (D5) zwischen der kreis- meinen an der Zelle befestigt, nachdem deren Elektrolyt aufförmigen Oberfläche (210) der Messelektrode (21) und der nehmender Teil mit dem Elektrolyt gefüllt ist, und kann zum ringförmigen Oberfläche (230) der Schutzelektrode (23) nicht Auswechseln des Elektrolyts entfernt werden. In jedem Fall mehr als 100 Mikrometer, vorzugsweise weniger als 50 Mikro- 45 trennt die Membran den Elektrolyt von dem Fluid, das die ana-meter, z.B. 10-30 Mikrometer, beträgt. lytisch zu erfassende gasförmige Komponente enthält, und stellt 5. Cell according to one of the claims 1-4, thereby trolyte is practically impermeable. The membrane is generally characterized in that the radial distance (D5) between the circular is attached to the cell after its electrolyte on the surface (210) of the measuring electrode (21) and the receiving part is filled with the electrolyte, and can be on the annular surface (230) of the protective electrode (23) cannot be removed replacing the electrolyte. In any case, more than 100 microns, preferably less than 50 microns, the membrane separates the electrolyte from the fluid that the anameters, e.g. 10-30 microns. contains gaseous component to be detected, and provides 6. Zelle nach einem der Patentansprüche 1-5, dadurch ge- daher eine Begrenzung des Elektrolytraumes in der Zelle dar. kennzeichnet, dass die Grösse der dem Elektrolyt ausgesetzten Andere Begrenzungsteile des Elektrolytraumes werden von den ringförmigen Oberfläche (230) der Schutzelektrode (23) weni- Elektrodenoberflächen, den dem Elektrolyt ausgesetzten Isolager als 50%, vorzugsweise weniger als 20% der Grösse der dem 50 torteilen und gegebenenfalls durch Teile des Gehäuses bzw. ei-Elektrolyt ausgesetzten praktisch kreisförmigen Oberfläche nes Halters gebildet. 6. Cell according to one of the claims 1-5, thereby representing a limitation of the electrolyte space in the cell. Characterizes that the size of the other limitation parts of the electrolyte space exposed to the electrolyte are from the annular surface (230) of the protective electrode (23) if the electrode surfaces, the isolator exposed to the electrolyte is formed as 50%, preferably less than 20% of the size of the gate parts and possibly the practically circular surface of the holder exposed by parts of the housing or egg electrolyte. (210) der Messelektrode (21) beträgt. Obwohl der Elektrolytraum, d.h. der Elektrolyt aufnehmende und Elektrolyt haltende Teil der Zelle, ein zusammenhän- (210) of the measuring electrode (21). Although the electrolyte space, i.e. the electrolyte-receiving and electrolyte-holding part of the cell, a coherent gender Raum in dem Sinn ist, dass er nicht durch körperliche gender space in the sense that it is not through physical 55 Sperren unterteilt ist, kann er als ein aus unterschiedlichen und 55 locks is divided, it can be as one of different and
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4518477A (en) * 1982-02-03 1985-05-21 Orbisphere Corporation Wilmington Thermal protection for electroanalytical cell and amperometric probe
US4585542A (en) * 1982-02-03 1986-04-29 Orbisphere Corporation Wilmington, Succursale De Collonge-Bellerive Thermal protection method for electroanalytical cell and amperometric probe
US4563249A (en) * 1983-05-10 1986-01-07 Orbisphere Corporation Wilmington, Succursale De Collonge-Bellerive Electroanalytical method and sensor for hydrogen determination
DE3689131T2 (en) * 1985-06-10 1994-03-03 Orbisphere Corp Amperometric cell and method of use.
EP0252263B1 (en) * 1986-06-06 1992-08-05 Kontron Instruments Holding N.V. Electrodes arrangement
CA1306495C (en) * 1987-07-31 1992-08-18 Akira Makihara Galvanic cell oxygen analyzer
DE3851951T2 (en) * 1988-03-31 1995-02-23 Orbisphere Lab Inc Wilmington Amperometric measurement method Amperometric measurement method.
JPH03224208A (en) * 1989-11-21 1991-10-03 Fujitsu Ltd Transformer
GB9120144D0 (en) * 1991-09-20 1991-11-06 Imperial College A dialysis electrode device
DE10001923C1 (en) * 2000-01-19 2001-09-13 Paul Jeroschewski Procedure for the determination of redox-active substances
US20020166776A1 (en) * 2001-05-10 2002-11-14 Axel Fikus Electrochemical gas sensor
AU2016200514B2 (en) * 2007-07-23 2017-03-30 Agamatrix, Inc. Electrochemical test strip
JP5069647B2 (en) * 2008-09-02 2012-11-07 株式会社堀場製作所 Dissolved oxygen sensor
WO2014084068A1 (en) * 2012-11-29 2014-06-05 株式会社堀場アドバンスドテクノ Measuring device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1673261A1 (en) * 1966-03-21 1971-05-06 Emilio Volpe Device for electrochemical analysis
US3454485A (en) * 1966-07-01 1969-07-08 Beckman Instruments Inc Oxygen sensor with scavenger means
DE2129414A1 (en) * 1970-07-22 1972-02-03 Galvanische Elemente K Veb Electrode arrangement for electrochemical investigation and / or determination of the concentration of substances contained in the electrolyte
GB1440762A (en) * 1972-09-25 1976-06-23 Sieger Ltd J S Polarographic cells

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Publication number Publication date
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FR2415298B3 (en) 1981-02-13

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