DD249003A1 - Wasserstoffionensensitive glaeser auf der basis eines na tief 2-o-mgo-sio tief 2-glases - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein wasserstoffionensensitives Glas auf der Basis eines Na2O-MgO-SiO2-Glases, das bei der Herstellung von Glaselektroden, mechanisch stabilen Glaselektroden und 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 112510 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 12-24 Mol-% Na2O, 2,4-17,5 Mol-% MgO und 68-78 Mol-% SiO2 liegt.

Description

Ausführungsbeispiel

Als Ausführungsbeispiel sollen die in derTabeile 1 aufgeführten Glaszusammensetzungen mit den entsprechenden linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a, und Elektrodenfunktionen E dienen. Die Elektrodenwiderstände der in derTabeile 1 aufgeführten Gläser liegen zwischen 5 und 20ΜΩ

Das Glas Nr.2 wurde beispielsweise aus

17,23g Na₂CO₃ 8,39g basischem Magnesiumcarbonat (3MgCO₃ · Mg(OH)₂ · 4H₂O) und

45,05g SiO₂ (als Fällungskieselsäure) bei 1 623K im Platinkegel im elektrischen Ofen erschmolzen.

Tabelle 1

Nr. Zusammensetzung in Mol-% α·10⁷ Ε

Na₂O MgO SiO₂ (K"¹) (mV/pH)

1	14,4	7,8	77,8	92	59
2	16,3	8,7	75,0	94	59,1
3	12,0	14,7	73,3	80	54
4	17,3	9,3	73,4	92	56
5	24,0	2,7	73,3	95	59
6	14,1	17,1	68,8	88	57
7	23,1	7,7	69,2	110	—

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   Wasserstoffionensensitives Glas auf der Basis eines Na₂O-MgO-SiO₂-Glases, gekennzeichnet dadurch, daß dessen chemische Zusammensetzung bei 12-24Mol-% MgO und 68-78Mol-% SiO₂ liegt, wobei das Molverhältnis SiO₂ zu (Na₂O + MgO) größer gleich 2,2 ist.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

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

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Zum Messen von pH-Werten haben sich die Messungen mit der Glaselektrode als eine zuverlässige und störungsunempfindliche Methode bewährt. Grundlage dazu sind wasserstoffionensensitive Gläser, die in einem weiten pH-Bereich eine den theoretischen Forderungen entsprechende Abhängigkeit ihres Membran- bzw. Meßkettenpotentials von der Wasserstoffionenaktivität 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, Ge₂O₃, SnO₂, PbO, Sb₂O₃, ZnO, Y₂O₃, TiO₂, ZrO₂, V₂O₅, Nb₂O₃, Ta₂O₅Cr₂O₃, MoO₃, WO₃, MnO, Mn₂O₃, 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, 64,5 Ma.-% 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 Na₂O-MgO-SiO₂-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 Alkalifehler, einen geringen Elektrowiderstand und eine hohe chemische Beständigkeit auszeichnet, dessen linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient im Bereich von 80 10~⁷ K"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 Na₂O-MgO-SiO₂-Glases eine chemische Zusammensetzung aufweist, die im Bereich von 12-24Mol-% Na₂O, 2,4-17,5Mol-% MgO, 68-78 Mol-% SiO₂ liegt, wobei das Molverhältnis SiO₂ zu (Na₂O + MgO) größer gleich 2,2 ist. Das Glas besitzt je nach Zusammensetzung einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 80 10"⁷K"¹ und 125 · 10"⁷K"¹. Dieses Glas läßt sich z. B. durch Schmelzen von Gemischen aus Natriumcarbonat, Magnesiumcarbonat oder basischem Magnesiumcarbonat, gefällter Kieselsäure, alle genannten Stoffe in analysenreiner Qualität, in den jeweils stöchiometrischen Mengen in bekannter Weise für die jeweilige Glaszusammensetzung berechnet, im Platintiegel im elektrischen Ofen bei Temperaturen von 1473-1 823K erschmelzen.

   Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Gläser sind auf Grund ihres Magnesiumoxidgehaltes und ihrer einstellbaren linearen thermischen Ausdehnung gut als pH-sensitive Schicht für mechanisch stabile Glaselektroden, für konventionelle Glaselektroden mit verminderter Zwischenglaszahl oder ganz ohne Zwischengläser und andersweitige elektrochemische Sensoren einsetzbar und führen zur Gebrauchswerterhöhung dieser Produkte, insbesondere zur Erhöhung der Festigkeit und der Meßgenauigkeit.