CS253873B1

CS253873B1 - Electroanalytical sensor

Info

Publication number: CS253873B1
Application number: CS821885A
Authority: CS
Inventors: Bohuslav Dolezal; Zdenek Pavlicek; Miroslav Marek; Miloslav Stastny; Radko Volf
Original assignee: Bohuslav Dolezal; Zdenek Pavlicek; Miroslav Marek; Miloslav Stastny; Radko Volf
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1987-12-17

Abstract

Elektroanalytické čidlo, vhodné pro měření obsahu kyslíku, je tvořeno třemi elektrodami - měrnou, pomocnou a referenční, které jsou umístěny v pouzdru naplněném elektrolytem, které je překryto propustnou membránou. Elektrolýza probíhá výhradně mezi měrnou a pomocnou elektrodou, které jsou zhotoveny z ušlechtilého kovu, referenční elektroda, zhotovená například ze stříbra a pokrytá chloridem stříbrným,’ slouží pouze k přesnému udržování potenciálu pomocné elektrody, a proto nedochází k úbytku kovu, ze kterého je tato elektroda zhotovena. Proud, který teče mezi měrnou a pomocnou elektrodou, je úměrný koncentraci kyslíku v elektrolytu.Electroanalytical sensor suitable for measurement oxygen content is formed by three electrodes - specific, auxiliary and reference, which are placed in a case filled electrolyte that is covered by permeable membrane. Electrolysis takes place exclusively between the gauge and the auxiliary electrode They are made of noble metal, reference an electrode made of e.g. silver and covered with silver chloride, ’ it only serves to accurately maintain potential auxiliary electrodes and therefore does not occur the loss of metal from which the electrode is made. Current flowing between the measure and the auxiliary electrode is proportional to the concentration oxygen in the electrolyte.

Description

Vynález se týká elektroanalytického čidla tvořeného vedle měrné elektrody ještě pomocnou a referenční elektrodou, které jsou umístěny v pouzdru naplněném elektrolytem a překrytým membránou.The invention relates to an electroanalytical sensor formed in addition to the measuring electrode by an auxiliary and reference electrode, which are placed in a housing filled with electrolyte and covered by a membrane.

V elektroanalytické praxi se v současné době používají elektrodové systémy se dvěma i více elektrodami, které jsou určeny ke stanovení koncentrace, respektive množství iontů či látek obsažených přímo v základním elektrolyty, nebo látek zaváděných do tohoto elektrolytu přidáním matrice obsahující sledované ionty nebo látky. Tyto systémy vyžadují častou obměnu elektrolytu a jsou proto málo vhodné pro průtočná kontinuální měření. Pro takový případ je vhodnější používat systém dvou elektrod umístěných v prostoru základního elektrolytu, který je od roztoku obsahujícího sledované ionty nebo látku, oddělen membránou vhodné propustnosti. Tim jsou omezeny aplikační možnosti, ale je podstatně snížena možnost úbytku nebo větší změny složení základního elektrolytu. Takové čidlo je použitelné pro dlouhodobá, opakovaná nebo průtočná měření.In electroanalytical practice, two or more electrode systems are currently used to determine the concentration or amount of ions or substances contained directly in the base electrolyte, or the substances introduced into the electrolyte by adding a matrix containing the ions or substances of interest. These systems require frequent replacement of the electrolyte and are therefore poorly suited for continuous flow measurements. In such a case, it is preferable to use a system of two electrodes located in the base electrolyte space which is separated from the solution containing the ion or substance of interest by a membrane of suitable permeability. This limits application possibilities, but the possibility of a loss or major change in the composition of the base electrolyte is substantially reduced. Such a sensor is useful for long-term, repeated or continuous measurements.

Známá čidla pro průtočná měření jsou založena na principu dvou elektrod, z nichž jedna měrná elektroda je zhotovena z ušlechtilého kovu a druhá referenční je nejčastěji zhotovena z kovu a je pokrytá jeho sloučeninou a podílí se, jak na elektrolýze, tak na stabilizaci napětí mezi uvedenou dvojicí elektrod. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že v důsledku elektrolýzy dochází k úbytku kovu referenční elektrody a k jeho přeměně na odpovídající sloučeninu i ke změně složení základního elektrolytu. Nárůst vrstvy sloučeniny kovu na povrchu referenční elektrody vede ke zvyšování elektrického odporu a tím k chybě způsobené ohmickou polarizaci, případně k úplné pasivaci elektrody.Known flow sensors are based on the principle of two electrodes, one of which is a noble metal electrode and the other reference electrode is most often made of metal and is coated with a compound and is involved in both electrolysis and voltage stabilization between the pair. electrodes. The disadvantage of this arrangement is that due to electrolysis, the metal of the reference electrode is lost and converted to the corresponding compound, and the composition of the base electrolyte changes. An increase in the metal compound layer on the surface of the reference electrode leads to an increase in the electrical resistance and thus to an error due to ohmic polarization or to complete passivation of the electrode.

Uvedené nedostatky odstraňuje elektroanalytické čidlo podle vynálezu tvořené pouzdrem naplněným elektrolytem, v němž jsou umístěny měrná elektroda, pomocná elektroda vyrobená z ušlechtilého kovu a referenční elektroda vyrobená z kovu a pokrytá jeho sloučeninou, jehož podstatou je, že prostor čidla je z jedné své strany překryt propustnou membránou, například z teflonu a elektrické vývody od jednotlivých elektrod jsou umístěny ve spodní části pouzdra. Případně vlastni pouzdro může být tvořeno válcovým mezikružím, v jehož boční stěně jsou umístěny elektrické vývody jednotlivých elektrod, přitom vlastní prostor čidla je pak z obou stran překryt propustnou membránou, například z teflonu.The electroanalytical sensor according to the invention consists of an electrolyte-filled housing in which a specific electrode, an auxiliary electrode made of noble metal and a reference electrode made of metal and coated with a compound thereof are located, the principle being that the sensor space is covered by a permeable one side a membrane such as Teflon and the electrical leads from the individual electrodes are located at the bottom of the housing. Optionally, the actual housing may be formed by a cylindrical annulus, in the side wall of which the electrical outlets of the individual electrodes are located, while the actual sensor space is then covered from both sides by a permeable membrane, for example of Teflon.

Základní výhodou elektroanalytického čidla podle vynálezu je skutečnost, že nedochází k úbytku kovu, ze kterého je zhotovena referenční elektroda, protože elektrolýza probíhá výhradně mezi měrnou a pomocnou elektrodou, které jsou obě z ušlechtilého kovu, jako je například zlato, iridium nebo platina a referenční elektroda slouží pouze k přesnému udržování potenciálu pomocné elektrody a mezi ní a žádnou z dalších elektrod neprotéká proud významné intenzity.The main advantage of the electroanalytical sensor according to the invention is that there is no loss of metal from which the reference electrode is made, since the electrolysis takes place exclusively between the specific electrode and the auxiliary electrode, which are both noble metal such as gold, iridium or platinum and the reference electrode. it serves only to precisely maintain the potential of the auxiliary electrode and no significant current flows through it and any of the other electrodes.

Uspořádání elektroanalytického čidla je uvedeno na přiložených obrázcích. Obr. 1 znázorňuje vertikální řez čidlem, obr. 2 znázorňuje horizontální řez čidlem podle vynálezu a obr. 3 schematické zapojení elektroanalytického čidla ve vyhodnocovacím obvodu.The arrangement of the electroanalytic sensor is shown in the attached figures. Giant. 1 shows a vertical section through a sensor, FIG. 2 shows a horizontal section through a sensor according to the invention, and FIG. 3 shows a schematic connection of an electroanalytic sensor in an evaluation circuit.

Elektroanalytické čidlo na obr. 1 je tvořeno pouzdrem 2, vyplněným elektrolytem 5, v němž jsou umístěny jednotlivé elektrody s elektrickými vývody 7, 8 a 9, Čidlo je překryto propustnou membránou 2· Na obr. 2 je uvedeno rozmístění jednotlivých elektrod - měrné elektrody 2» pomocné elektrody 2 ^a referenční elektrody 2 ^v pouzdru 2·The electroanalytical sensor in Fig. 1 consists of a casing 2 filled with electrolyte 5, in which the individual electrodes with the electrical outlets 7, 8 and 9 are located. The sensor is covered by a permeable membrane 2. »Auxiliary electrodes 2 ^and reference electrodes 2 ⁱⁿ housing 2 ·

Na obr. 3 je referenční elektroda 2 připojena ke vstupu sledovače 10 napětí, jehož výstup je připojen na sčítačku 11 napětí, která uzavírá kompenzační okruh. Do vstupu sčítačky 11 napětí je možno přes odpor 12 přivádět napětí, čímž lze volit pracovní napětí měrné elektrody 2· Proud, který teče mezi měrnou elektrodou 2 a pomocnou elektrodou 2 3^e pomocí operačního zesilovače 21» ^v jehož zpětné vazbě je zapojen další odpor 14, konvertován na napětí.In Fig. 3, the reference electrode 2 is connected to the input of the voltage monitor 10, the output of which is connected to a voltage adder 11 that closes the compensation circuit. To adder 11 voltage may be via a resistor 12 to supply a voltage, which can be chosen working voltage measuring electrode 2 · Current flowing between the measuring electrode 2 and auxiliary electrode 2 3 ^e operational amplifiers 21 ^»in which the feedback is connected further resistance 14 , converted to voltage.

Toto napětí je úměrné koncentraci kyslíku v elektrolytu 5.This voltage is proportional to the oxygen concentration in the electrolyte 5.

Elektroanalytické čidlo podle vynálezu bylo odzkoušeno v konkrétním provedení. Pouzdro _1 bylo zhotoveno z tvrzeného skleněného vlákna plátovaného mědí, měrná elektroda 2^ a pomocná elektroda 2 byly zhotoveny ze zlata. Referenční elektroda £ byla vyrobena ze stříbra pokrytého chloridem stříbrným. Systém elektrod byl smočen elektrolytem 5, který byl tvořen vodným roztokem uhličitanu a chloridu draselného s koncentrací 5 hmotnostních procent obou látek. Pouzdro 1^ bylo překryto teflonovou membránou o tloušřce 0,01 mm.The electroanalytical sensor of the invention has been tested in a particular embodiment. The housing 1 was made of tempered copper-clad glass fiber, the measuring electrode 2 and the auxiliary electrode 2 were made of gold. The reference electrode 6 was made of silver coated with silver chloride. The electrode system was wetted with an electrolyte 5 consisting of an aqueous solution of carbonate and potassium chloride at a concentration of 5% by weight of both substances. The housing 1 was covered with a 0.01 mm thick Teflon membrane.

Takto zhotovené elektroanalytické čidlo bylo použito k určení obsahu kyslíku ve vodě sycené vzdušným kyslíkem při normálním atmosférickém tlaku a při teplotě 25 °C. Rovněž bylo použito k určení obsahu kyslíku v jeho směsi s dusíkem v rozmezí 10 až 20 % objemových kyslíkuThe electroanalytical sensor thus prepared was used to determine the oxygen content of the aerated water at atmospheric pressure at 25 ° C. It was also used to determine the oxygen content of its mixture with nitrogen in the range of 10 to 20% oxygen by volume

Claims

An electroanalytic sensor comprising an electrolyte-filled housing in which an auxiliary electrode made of noble metal and a reference electrode made of metal and coated with a compound thereof is located next to the measuring electrode, characterized in that the sensor space is covered on one side by a permeable membrane ( 6), for example of Teflon and the electrical terminals (7-9) of the measuring electrode (2), the auxiliary electrode (3) and the reference electrode (4) are located at the bottom of the housing (1).

Electroanalytical sensor according to claim 1, characterized in that the housing (1) is formed by a cylindrical annulus, in whose side wall the electrical outlets (7 to 9) are located and the sensor space itself is covered from both sides by a permeable membrane (6). such as Teflon.

2 drawings