DD256193B5

DD256193B5 - Calciumsensor

Info

Publication number: DD256193B5
Application number: DD28138685A
Authority: DD
Inventors: Werner Dipl-Chem Dr Rer Moritz; Ilka Dipl-Chem Meierhoefer; Lothar Prof Dipl-Chem Mueller; Peter Doz Dipl-Chem Dr Janietz
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1985-10-03
Filing date: 1985-10-03
Publication date: 1996-10-02
Also published as: DD256193A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Calciumsensor zur Messung der Calciumkonzentration beziehungsweise -aktivität in Lösungen. Einsatzgebiete sind die analytische Meßpraxis und die Bestimmung der Wasserhärte.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Messungen der Calciumkonzentration, die direkt ein elektrisches Signal ergeben, werden nach dem Stand der Technik mit lonenselektiven Elektroden durchgeführt. Diese Elektroden enthalten einen organischen Ionenaustauscher, der in eine Festkörpermatrix oder eine PVC-Matrix eingebettet ist. Als Ionenaustauscher werden beispielsweise das Ca-SaIz der Didecylphosphorsäure in Dioctylphenylphosphonsäureestern (Lösungsvermittler), oder Neutralträger, die ähnliche Strukturen aufweisen wie N,N'-di [(H-ethoxycarbonyll-undecylJ-N.N'-^S-tetramethyl-S.ö-dioxaoctandiamid eingesetzt (s. z.B. G. J. Moody, J. D. R. Thomas, Ion-selective electrodes Rev. Vol. 1 [1979] 13). Festkörpermembranelektroden, die auf einem anorganischen Salz basieren, sind für den Calciumnachweis nicht bekannt, da die Calciumsalze entweder keine ionische Leitfähigkeit aufweisen oder eine zu hohe Löslichkeit besitzen. Elektroden 3. Art wurden auf Basis folgender Systeme vorgeschlagen:

Pb/PbC₂O₄/CaC₂O₄/Ca²⁺; R/Hg, CaC₂O₄, Ca(NO₃)₂ (aq)// Lsg. Ca²⁺; R/Hg, HgWO₄, Ca(NO₃)₂ (aq)//Lsg. Ca²⁺

In der US-Patentschrift 365709 wird eine Elektrode 3. Art beschrieben, die auf einer festen Mischung aus einem schwer löslichen Fluoridsalz des Kations und einem weiteren Fluoridsalz von geringerer Löslichkeit, das außerdem ionischer Halbleiter ist, basiert. Vorzugsweise werden CaF₂ und LaF₃ eingesetzt.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, daß die organischen Ionenaustauscher aus der Matrix ausgewaschen werden und so eine geringe Lebensdauer besitzen und weiterhin in ihrer Funktion durch oberflächenaktive Stoffe stark beeinträchtigt werden. Membranpreßlinge auf Basis von LaF₃ zeigen keine stabile Funktion, so daß auch Calciumelektroden auf dieser Grundlage bisher keine praktische Anwendung gefunden haben.

Die Auswaschung des leichter löslichen CaF₂ aus der Mischung begrenzt die Anwendung solcher Membranen prinzipiell auf eine geringe Anzahl von Messungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Messung der Calciumkonzentration beziehungsweise -aktivität in Lösungen unter Ausschaltung vorgenannter Nachteile mit einer stabilen Funktion und hohen Lebensdauer des eingesetzten Calciumsensors.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Calciumsensors zur Messung der Calciumkonzentration beziehungsweise -aktivität von Lösungen, mit dem es möglich ist, eine hohe Anzahl von Messungen durchzuführen. Weiterhin soll ein elektrisches Ausgangssignal abgegeben, eine lange Funktionsdauer garantiert und die Funktion nicht durch oberflächenaktive Stoffe beeinträchtigt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Calciumsensor zur Messung der Calciumkonzentration beziehungsweise -aktivität auf der Grundlage eines eingestellten Löslichkeitsgieichgewichtes von CaF₂ und einer Messung der Fluoridaktivität realisiert wird, wobei ein erster, das CaF₂ enthaltender mit einem Zufluß für die zu analysierende Flüssigkeit versehener Hohlkörper mit einem zweiten Hohlkörper verbunden ist, an dem ein Fluoridsensor angeordnet ist. Das CaF₂ muß eine hohe spezifische Oberfläche von beispielsweise mehr als 1 m² g"¹ aufweisen, was durch ein Aufbringen des CaF₂ auf einen Träger realisiert werden kann. Als Trägermaterialien kommen hier zum Beispiel Polymermaterialien, AI₂O₃ oder Kieselgel in Betracht. Der erste Hohlkörper wird bevorzugt als Füllkörperkolonne ausgeführt, während der zweite Hohlkörper als Strömungszelle ausgeführt wird. Als Fluoridsensor wird eine ein elektrisches Ausgangssignal abgebende ionenselektive Elektrode oder ein chemisch sensitives Halbleiterbauelement eingesetzt. Die Verbindung des ersten mit dem zweiten Hohlkörper kann ein bekanntes Verbindungselement wie beispielsweise eine Schlauch-, Schraub-, Steck- oder Schliffverbindung sein. Es kann aber auch der erste und der zweite Hohlkörper als ein gemeinsamer Hohlkörper ausgeführt sein. Beim Durchströmen der Kolonne wird die Auflösung des Salzes entsprechend dem Löslichkeitsprodukt K_L erreicht. Für CaF₂ ergibt sich

^KL ^{β 0}Ca²⁺ · ⁰I- - 10~¹

Dabei stellt sich eine Fluoridaktivität ein, die von der Calciumkonzentration nach

bestimmt wird. Die so eingestellte Fluoridkonzentration wird im zweiten Teil der Anordnung mit einem Fluoridsensor elektrochemisch bestimmt. Das so gemessene Potential ist dem Logarithmus der Calciumaktivität direkt proportional.

Ausführungsbeispiel

CaF₂-Pulver wurde in ein angelöstes Polymermaterial mechanisch eingearbeitet, wobei der CaF₂-Anteil 40% betrug.

Dabei wurden Partikel mit einem Durchmesser von etwa 0,5mm erhalten. Zur Realisierung einer kontinuierlichen Meßmöglichkeit werden die das Salz enthaltenen Partikel, wie beispielsweise in Figur 1 dargestellt, in eine Füllkörperkolonne 2 mit einem Durch messer von 8 mm und einer Länge von 10 cm deponiert. Der zweite Teil der Anordnung wird als Strömungszelle 3 mit seitlich angeordneter ionenselektiver Elektrode 4, die mit einem Meßgerät 5 verbunden ist, ausgeführt. Als ionenselektive Elektrode wurde ein LaF₃-Einkristallelektrode eingesetzt.

Zur Durchführung der Messung wird die Probenlösung 6 kontinuierlich oder diskontinuierlich auf den oberen Teil der Füllkörperkolonne gegeben.

Die in Abhängigkeit von der Calciumkonzentration erhaltenen Potentiale sind in Fig. 2 dargestellt.

Claims

1. Calciumsensor zur Messung der Calciumkonzentration beziehungsweise -aktivität auf der Grundlage eines eingestellten Löslichkeitsgieichgewichts von CaF2 und einer Messung der Fluoridaktivität mit einem Fluoridionenmeßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, das CaF2 enthaltender, mit einem Zufluß für eine zu analysierende Flüssigkeit versehener Hohlkörper mit einem zweiten Hohlkörper verbunden ist und am zweiten Hohlkörper ein an sich bekannter Fluoridionenmeßfühler angeordnet ist und daß das CaF2 eine hohe spezifische Oberfläche aufweist.

2. Calciumsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche des CaF2 mehr als 1 m²g ¹ beträgt.

3. Calciumsensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das CaF2 auf einen inerten Träger beispielsweise Polymermaterial, AI2O3 oder Kieselgel aufgebracht ist.

4. Calciumsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlkörper als Füllkörperkolonne ausgeführt ist.

5. Calciumsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlkörper als Strömungszelle ausgeführt ist.

6. Calciumsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoridionenmeßfühler eine ionensensitive Elektrode oder ein chemisch sensitives Halbleiterbauelement ist.

7. Calciumsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Hohlkörper als gemeinsamer Hohlkörper ausgeführt ist.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen