DD248797A1 - Wasserstoffionensensitives glas auf der basis eines mgo-na tief 2 o-sio tief 2-glases - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein wasserstoffionen-sensitives Glas auf der Basis eines MgO-Na2O-SiO2-Glases, das bei der Herstellung von Glaselektroden, mechanisch stabilen Glaselektroden und von elektrochemischen Sensoren Anwendung finden kann. Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand bei der Herstellung von konventionellen Glaselektroden zu senken und deren Gebrauchswert zu erhoehen, sowie Glaeser fuer mechanisch stabile Glaselektroden und andersartige elektrochemische Sensoren bereitzustellen. Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein wasserstoffionensensitives Glas zu schaffen, das sich durch einen geringen Alkalifehler, einen geringen Elektrodenwiderstand und eine hohe chemische Bestaendigkeit auszeichnet, dessen linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient im Bereich von 8010 7K 1 bis 12510 7K 1 liegt und das gute glastechnische Verarbeitungseigenschaften besitzt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das wasserstoffionensensitive Glas eine chemische Zusammensetzung aufweist, die im Bereich von 10 bis 24 Mol-% Na2O, 2,4 bis 17,5 Mol-% MgO, 0,002 bis 9,6 Mol-% La2O3, 0,001 Mol-% bis 6,5 Mol-% UO3 und 63 bis 78 Mol-% SiO2 liegt, wobei das Molverhaeltnis SiO2 zu (Na2OMgO) groesser gleich 2,2 ist.

Description

Ausführungsbeispiele

Als Ausführungsbeispiele sollen die in der Tabelle 1 aufgeführten Glaszusammensetzungen mit den entsprechenden linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α und Elektrodenfunktionen E dienen. Das Glas Nr. 1 wurde beispielsweise aus 11,48g Na₂CO₃

5,59g basischem Magnesiumcarbonat (3MgCO₃ Mg(OH)₂ · 4H₂O) 30,47g La₂(CO₃I₃ -15H₂O 12,3SgUO₃

26,04g SiO₂ (als Fällungskieselsäure) bei 1 773K im Platintiegel im elektrischen Ofen erschmolzen.

Tabelle 1:

Nr.	Zusammensetzung in Mol.-%	MgO	SiO2	La2O3	UO3	α-107	E
	Na2O	8,5	63,3	6,1	6,3	(Κ'1)	(mV/pH)
1	15,8	17,5	67,8	0,3	1,2	103	59,7
2	13,2	2,64	70,7	1,33	1,33	88	57,9
3	24,0	5,2	71,4	2,599	0,001	124	58
4	20,8	2,4	77,0	9,6	0,6	107	59
5	10,4	2,4	77,9	0,002	2,198	81	58
6	17,5				93	59,1

Claims (1)

1. Wasserstoffionensensitives Glas auf der Basis eines MgO.-Na₂O-SiO₂-Glases, gekennzeichnetdadurch, daß dessen chemische Zusammensetzung bei 10,0 bis 24,0 Mol-% Na₂O, 2,4 bis 17,5 Mol-% MgO, 0,002 bis 9,6 Mol-% La₂O₃,0,001 bis 6,5 Mol-% UO₃,63 bis78 Mol-% SiO₂ liegt, wobei das MolverhältnisSiO₂zu (Na₂O + MgO) größer gleich 2,2 ist.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft ein wasserstoffionensensitives Glas auf der Basis eines MgO-Na₂O-SiO₂-GIaSeS, das als wasserstoffionensensitiveMem6ran für Glaselektroden unterschiedlicher Ausführungsformen, als wasserstoffionensensitive Schicht für mechanisch stabile Glaselektroden und bei wasserstoffionensensitiven Bauteilen für elektromechanische Sensoren verschiedener Art Anwendung finden kann.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Zum Messen von pH-Werten haben sich die Messungen mit der Glaselektrode a Is eine zuverlässige und störungsunempfindliche Methode bewährt. Grundlage dazu sind wasserstoffionensensitive Gläser, die in einem weiten pH-Bereich eine den theoretischen Forderungen entsprechende Abhängigkeit ihres Mem bran-bzw. Meßketten potentials von der Wasserstoff ionenaktivität bzw. der Wasserstoffionenkonzentration zeigen. Bekannt sind wasserstoffionensensitive Gläser, die den Glassystemen Li₂O-CaO-SiO₂, Li₂O-MgO-SiO₂, Li₂O-BaO-SiO₂, Li₂O-BaO-La₂O₃-SiO₂, Li₂O-Cs₂O-La₂O₃-SiO₂ und Na₂O-CaO-SiO₂ zuzuordnen sind. Es wurde versucht, sowohl die Elektrodeneigenschaften als auch die glastechnischen Eigenschaften dieser Glassysteme durch mannigfaltige Zusätze unterschiedlicher Oxidkomponenten und Oxidkombinationen zu verbessern, wobei Oxide wie z. B. Rb₂O, B₂O₃, AI₂O₃, Ga₂O₃, GeO₂, SnO₂, PbO, Sb₂O₃, ZnO, Y₂O₃, TiO₂, ZrO₂,V₂O₅, Nb₂O₃, Ta₂O₅, Cr₂O₃, MoO₃, WO₃, MnO, Mn₂O₃, MnO₂, Fe₂O₃, CeO₂, Pr₂O₃, Nd₂O₃ und UO₂ in unterschiedlichen Mengen den Glasgemischen zugesetzt wurden. Aus dem System Na₂O-MgO-SiO₂ sind Gläser der Zusammensetzung 27,83-31,3 Ma.-% Na₂0,5,2-11 Ma.-% MgO, 59-64,69 Ma.-% SiO₂ (Passynsky, A. H.; Zavodskaja Laboratorija 8 869 [1939]) bzw. 25,5 Ma.-% Na₂0,10 Ma.-% MgO, 64,5Ma.-% SiO₂ (Mac Innes, D.A. und Dole, M.; J. Am. Chem. Soc. 52, 29 [1930]) bekannt.

   Diese Gläser weisen unbefriedigende Elektrodenfunktionen mit relativ großen Alkalifehlern, schlechte Beständigkeiten gegen chemische Agenzien und ungünstige glastechnische Eigenschaften auf. Die Gläser des Na₂0-Mg0^Si0₂-Systems haben vor allem aus diesen Gründen keine Anwendung gefunden. Darüber hinaus weisen alle gebräuchlichen pH-sensitiven Gläser, besonders auch die bekannten Gläser des Na₂O-MgO-SiO₂-Systems, hohe.lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, meist oberhalb 130 10"⁷K"¹, und erfordern dadurch einen höheren Aufwand bei der glastechnischen Verarbeitung.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, den Aufwand bei der Herstellung von konventionellen Glaselektroden zu senken und deren Gebrauchswert zu erhöhen, sowie ein Glas für mechanisch stabile Glaselektroden und andersartige elektrochemische Sensoren bereitzustellen.

   Darstellung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein wasserstoffionensensitives Glas zu schaffen, das sich durch einen geringen Elektrodenwiderstand sowie eine hohe chemische Beständigkeit auszeichnet, dessen linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient im Bereich von 80 10"⁷K"¹ bis 125 · 10"⁷K"¹ liegt und das gute glastechnische Verarbeitungseigenschaften besitzt.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das wasserstoffionensensitive Glas auf der Basis eines MgO-Na₂O-SiO₂ Glases eine chemische Zusammensetzung aufweist, die im Bereich von 10 bis 24 Mol-% Na₂0,2,4 bis 17,5 Mol-% MgO, 0,002 bis 9,6Mol-% La₂O₃,0,001 bis 6,5 Mol-% UO₃ und 63 bis 78Mol-% SiO₂ liegt, wobei das Mol-Verhältnis SiO₂zu (Na₂O + MgO) größer," gleich 2,2 ist. Das Glas besitzt je nach Zusammensetzung eines linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 80 · 10"⁷K"¹ bis 125 10"⁷K"¹. Diese Gläser lassen sich z.B. durch Schmelzen aus Gemischen aus Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat oder basischem Magnesiumcarbonat, Lanthancarbonat-15-hydrat, Urantrioxid, gefällter Kieselsäure, alle Stoffe in analysenreiner Qualität, in den jeweils stöchiometrischen Mengen in bekannter Weise für die jeweilige Glaszusammensetzung berechnet im Platinkegel im elektrischen Ofen bei Temperaturen von 1 473 bis 1 823K erschmelzen. Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Gläser sind auf Grund ihres Magnesiumoxidgehaltes und ihrer einstellbaren linearen thermischen Ausdehnung geht als pH-sensitive Schicht für mechanisch stabile Glaselektroden, für konventionelle Glaselektroden mit verminderter Zwischenglaszahl oder ganz ohne Zwischengläser und anderweitige elektrochemische Sensoren einsetzbar und führen zur Gebrauchswerterhöhung dieser Produkte, insbesondere zur Erhöhung der Festigkeit und der Meßgenauigkeit.