DE102016111469A1 - Method for producing a shaped body, reference electrode, method for producing a reference electrode and electrochemical sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers (8, 18) umfassend: – Einbringen einer, insbesondere einer aus einem oder mehreren Halogenidsalzen gebildeten, Salzschmelze (32, 42) in eine Form (33, 43, 53); und – Erstarrenlassen der Salzschmelze (32, 42) unter Bildung des einstückigen, insbesondere transparenten, Formkörpers (8, 18) in der Form (33, 43, 53). Eine Bezugselektrode mit einem Formkörper umfasst: – ein Gehäuse (2, 17), in dem ein Bezugselektrolyt (3, 20) aufgenommen ist, welcher ein Elektrolytsalz, insbesondere ein Alkalimetallhalogenidsalz, umfasst; – ein den Bezugselektrolyten (3, 20) kontaktierendes, elektrisch leitendes Bezugselement (4, 19); – eine in einer Wand des Gehäuses (2, 17) angeordnete Überführung (6, 21), über die der Bezugselektrolyt (3, 20) mit einem das Gehäuse (2, 17) umgebenden Medium in elektrolytischem Kontakt steht; und – einen in dem Gehäuse (2, 17) enthaltenen Elektrolytsalzvorrat; wobei der Elektrolytsalzvorrat mindestens einen aus mindestens einem Salz, insbesondere dem Elektrolytsalz, bestehenden Formkörper (8, 18), hergestellt nach dem voranstehend angegebenen Verfahren umfasst.The invention relates to a method for producing a shaped body (8, 18) comprising: introducing, in particular, a molten salt (32, 42) formed from one or more halide salts into a mold (33, 43, 53); and - solidifying the salt melt (32, 42) to form the one-piece, in particular transparent, shaped body (8, 18) in the mold (33, 43, 53). A reference electrode comprising a shaped body comprises: - a housing (2, 17) in which a reference electrolyte (3, 20) is accommodated, which comprises an electrolyte salt, in particular an alkali metal halide salt; - a reference electrolyte (3, 20) contacting, electrically conductive reference element (4, 19); - A in a wall of the housing (2, 17) arranged transfer (6, 21), via which the reference electrolyte (3, 20) with a housing (2, 17) surrounding the medium is in electrolytic contact; and - an electrolyte salt reservoir contained in the housing (2, 17); wherein the electrolyte salt stock comprises at least one shaped body (8, 18) consisting of at least one salt, in particular the electrolyte salt, prepared according to the method indicated above.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers, eine Bezugselektrode, ein Verfahren zur Herstellung einer Bezugselektrode und einen elektrochemischen Sensor mit einer derartigen Bezugselektrode. Bezugselektroden können in verschiedenen elektrochemischen Sensoren zum Einsatz kommen.The invention relates to a method for producing a shaped body, a reference electrode, a method for producing a reference electrode and an electrochemical sensor with such a reference electrode. Reference electrodes can be used in various electrochemical sensors.
Elektrochemische Sensoren werden in der Labor- und Prozessmesstechnik in vielen Bereichen der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie, Wasserwirtschaft und Umweltmesstechnik zur Analyse von Messmedien, insbesondere von Messflüssigkeiten, eingesetzt. Mittels elektrochemischer Messtechniken lassen sich beispielsweise Aktivitäten von chemischen Substanzen, beispielsweise von Ionen, und damit korrelierte Messgrößen in Flüssigkeiten erfassen. Die Substanz, deren Konzentration oder Aktivität gemessen werden soll, wird auch als Analyt bezeichnet. Gattungsgemäße elektrochemische Messanordnungen können beispielsweise potentiometrische oder amperometrische Sensoren sein.Electrochemical sensors are used in laboratory and process measurement technology in many areas of chemistry, biochemistry, pharmacy, biotechnology, food technology, water management and environmental metrology for the analysis of measuring media, in particular of measuring liquids. By means of electrochemical measurement techniques, it is possible to record, for example, activities of chemical substances, for example ions, and thus correlated measured variables in liquids. The substance whose concentration or activity is to be measured is also called analyte. Generic electrochemical measuring arrangements can be, for example, potentiometric or amperometric sensors.
Potentiometrische Sensoren umfassen in der Regel eine Messelektrode und eine Bezugselektrode sowie eine Messschaltung. Die Messelektrode bildet in Kontakt mit dem Messmedium, z.B. einer Messflüssigkeit, ein von der Konzentration oder Aktivität des Analyten im Messmedium abhängiges Potential aus, während die Bezugselektrode ein stabiles, von der Konzentration des Analyten unabhängiges Bezugspotential bereitstellt. Die Messschaltung erzeugt ein Messsignal, das die Potentialdifferenz zwischen der Messelektrode und der Bezugselektrode repräsentiert. Das Messsignal wird von der Messschaltung gegebenenfalls an eine mit dem Sensor verbundene übergeordnete Einheit, beispielsweise einen Messumformer, ausgegeben, die das Messsignal weiter verarbeitet.Potentiometric sensors usually comprise a measuring electrode and a reference electrode and a measuring circuit. The measuring electrode forms in contact with the measuring medium, e.g. a measuring liquid, a dependent on the concentration or activity of the analyte in the measuring medium potential, while the reference electrode provides a stable, independent of the concentration of the analyte reference potential. The measuring circuit generates a measuring signal representing the potential difference between the measuring electrode and the reference electrode. If necessary, the measuring signal is output by the measuring circuit to a superordinated unit, for example a measuring transducer, connected to the sensor, which further processes the measuring signal.
Die Messelektrode potentiometrischer Sensoren umfasst ein potentialbildendes Element, das je nach Art des potentiometrischen Sensors beispielsweise eine Redoxelektrode, eine analytsensitive Beschichtung oder eine ionenselektive Membran umfassen kann. Beispiele für potentialbildende Elemente mit ionenselektiver Membran sind ionenselektive Elektroden (ISE). Eine ionenselektive Elektrode weist ein durch die als potentialbildendes Element dienende ionenselektive Membran abgeschlossenes Gehäuse, in dem ein Innenelektrolyt aufgenommen ist, sowie eine Ableitelektrode auf, die mit dem Innenelektrolyten in Kontakt steht. Steht das Messmedium mit dem potentialbildenden Element in Kontakt, wird durch eine Aktivitäts- bzw. Konzentrationsänderung des Analyten in dem Messmedium eine relative Änderung der Gleichgewichts-Galvani-Spannung zwischen dem Messmedium und der über den Innenelektrolyten mit dem potentialbildenden Element in Kontakt stehenden Ableitelektrode bewirkt. Die Ableitelektrode ist elektrisch leitfähig mit der Messschaltung verbunden. Ein Spezialfall einer derartigen ionenselektiven Elektrode ist die bekannte pH-Glaselektrode, die eine durch eine pH-sensitive Glasmembran abgeschlossene Kammer mit einem darin enthaltenen, ein Puffersystem zur Einstellung eines stabilen pH-Werts umfassenden Innenelektrolyten aufweist. Ionenselektive Elektroden sind beispielsweise in
Die Bezugselektrode potentiometrischer Sensoren ist häufig als Elektrode zweiter Art ausgestaltet, deren Potential nur indirekt von der Zusammensetzung des Messmediums, insbesondere von der Konzentration des Analyten im Messmedium, abhängt. Elektroden zweiter Art umfassen in der Regel ein Bezugselement, welches in Kontakt mit einem Bezugselektrolyten steht. Das Bezugselement ist aus einem Metall gebildet, wobei mindestens ein Teil der Oberfläche des Bezugselements eine Beschichtung aus einem schwer löslichen Salz des Metalls aufweist. Der Bezugselektrolyt ist in der Regel eine gesättigte Lösung dieses schwerlöslichen Salzes. Zusätzlich enthält der Bezugselektrolyt eine hohe Konzentration des Anions des schwerlöslichen Salzes, in der Regel in Form eines Alkalisalzes. Dieses Salz wird im Folgenden auch als Elektrolytsalz bezeichnet. Das Potential einer Elektrode zweiter Art hängt von der Konzentration des Kations des schwerlöslichen Salzes im Bezugselektrolyt ab. Aufgrund der sehr hohen Anionenkonzentration im Bezugselektrolyten bleibt die Konzentration des Kations des schwerlöslichen Salzes und somit das Potential der Elektrode im Wesentlichen konstant.The reference electrode of potentiometric sensors is often designed as an electrode of the second type whose potential depends only indirectly on the composition of the medium to be measured, in particular on the concentration of the analyte in the medium to be measured. Electrodes of the second type generally comprise a reference element which is in contact with a reference electrolyte. The reference element is formed of a metal, wherein at least a part of the surface of the reference element has a coating of a poorly soluble salt of the metal. The reference electrolyte is usually a saturated solution of this sparingly soluble salt. In addition, the reference electrolyte contains a high concentration of the anion of the sparingly soluble salt, usually in the form of an alkali metal salt. This salt is also referred to below as the electrolyte salt. The potential of a second type electrode depends on the concentration of the cation of the sparingly soluble salt in the reference electrolyte. Due to the very high anion concentration in the reference electrolyte, the concentration of the cation of the sparingly soluble salt and thus the potential of the electrode remains substantially constant.
Ein Beispiel für eine solche als Elektrode zweiter Art ausgestaltete Bezugselektrode ist die Silber/Silberchlorid-Elektrode oder die Kalomel-Elektrode. Eine Silber/Silberchlorid-Elektrode umfasst als Bezugselektrolyten eine Lösung mit hoher Chloridkonzentration, in der Regel eine Kaliumchlorid-Lösung, und als Bezugselement einen mit Silberchlorid beschichteten Silberdraht. Der Bezugselektrolyt ist in einer in einem Gehäuse der Bezugselektrode gebildeten Kammer aufgenommen. Zur Durchführung einer potentiometrischen Messung muss der Bezugselektrolyt mit dem Messmedium in elektrolytischem Kontakt stehen. Dieser Kontakt wird durch eine Überführung, die beispielsweise aus einer durch die Gehäusewand hindurchgehenden Bohrung, einem porösen Diaphragma oder einem Spalt bestehen kann, hergestellt. Das Bezugselement ist elektrisch leitend mit der bereits erwähnten Messschaltung verbunden. Der Bezugselektrolyt kann durch Zugabe eines Verdickungsmittels, insbesondere eines Polymers, angedickt sein.An example of such a reference electrode configured as a second type electrode is the silver / silver chloride electrode or the calomel electrode. A silver / silver chloride electrode comprises as reference electrolyte a solution with high chloride concentration, usually a potassium chloride solution, and as a reference element a silver chloride coated silver wire. The reference electrolyte is accommodated in a chamber formed in a housing of the reference electrode. To carry out a potentiometric measurement, the reference electrolyte must be in electrolytic contact with the measurement medium. This contact is made by a transfer, which may for example consist of a through the housing wall passing hole, a porous diaphragm or a gap. The reference element is electrically connected to the already mentioned measuring circuit. The reference electrolyte can by adding a Thickening agent, in particular a polymer thickened.
Amperometrische Sensoren können beispielsweise eine Drei-Elektrodenschaltung mit einer Arbeitselektrode, einer Gegenelektrode und einer nicht stromdurchflossenen Bezugselektrode umfassen. Ein solcher Sensor kann beispielsweise eine, insbesondere potentiostatische, Regelschaltung aufweisen, die dazu ausgestaltet ist, zwischen der Arbeitselektrode und der Bezugselektrode eine Sollspannung vorzugeben und den dabei zwischen der Arbeitselektrode und der Gegenelektrode fließenden Strom zu erfassen. Die dabei nicht stromdurchflossene Bezugselektrode, kann in gleicher Weise wie eine Bezugselektrode einer potentiometrischen Messanordnung ausgestaltet sein.Amperometric sensors may comprise, for example, a three-electrode circuit having a working electrode, a counterelectrode and a non-current-carrying reference electrode. Such a sensor may, for example, have a, in particular potentiostatic, control circuit which is designed to predetermine a setpoint voltage between the working electrode and the reference electrode and to detect the current flowing between the working electrode and the counterelectrode. The reference electrode, which is not current-carrying, can be configured in the same way as a reference electrode of a potentiometric measuring arrangement.
Da die Bezugselektrode im Betrieb über ihre Überführung mit dem Messmedium in elektrolytischem Kontakt steht, kann der Bezugselektrolyt durch Ausdiffusion der in dem Bezugselektrolyten gelösten Salze, insbesondere des Anions des schwerlöslichen Salzes, wie z.B. Chlorid im Falle einer Silber/Silberchlorid-Elektrode, verarmen. Dieser Effekt ist umso stärker, je geringer die Konzentration der entsprechenden Salze im Messmedium ist, beispielsweise in Trinkwasserapplikationen. Dieser Salzverlust kann zu einer Drift des Bezugspotentials führen. Durch regelmäßiges Kalibrieren des Sensors kann man zwar der Drift einige Zeit entgegenwirken, solange sich das Bezugspotential noch nicht zu weit von seinem Sollwert bzw. seinem ursprünglichen Wert entfernt hat, was das Ende der Lebensdauer der Bezugselektrode bedeutet. Wünschenswert ist jedoch eine möglichst lange sichere Betriebsdauer der Bezugselektrode, während der möglichst selten eine aufwändige Kalibrierung durchgeführt werden muss.Since the reference electrode is in electrolytic contact during operation via its transfer with the measuring medium, the reference electrolyte can be obtained by outdiffusion of the salts dissolved in the reference electrolyte, in particular the anion of the sparingly soluble salt, such as, for example, Chloride in the case of a silver / silver chloride electrode, deplete. This effect is the stronger the lower the concentration of the corresponding salts in the medium to be measured, for example in drinking water applications. This salt loss can lead to a drift of the reference potential. By regularly calibrating the sensor, it is possible to counteract the drift for some time, as long as the reference potential has not yet moved too far from its nominal value or its original value, which means the end of the lifetime of the reference electrode. However, it is desirable to have as long as possible a safe period of operation of the reference electrode, during which the least possible time-consuming calibration has to be carried out.
Es wird daher, insbesondere bei Bezugselektroden in Trinkwasser-Applikationen, versucht, den Salzverlust des Bezugselektrolyten durch einen in der Elektrode vorliegenden Salzvorrat, der in Form von ungelösten, im Bezugselektrolyten vorliegenden Salzringen ausgestaltet ist, auszugleichen. Verliert die Bezugselektrode im Betrieb gelöstes Salz durch die Überführung, steht der Salzvorrat zur ständigen Auffrischung der Salzkonzentration im Bezugselektrolyten zur Verfügung. Eine Drift, die eine häufigere Kalibrierung erforderlich macht bzw. zum baldigen Ende der Lebensdauer der Bezugselektrode führt, tritt erst auf, wenn der zusätzliche Salzvorrat aufgebraucht ist. Ist die Bezugselektrode als Einzelelektrode für potentiometrische oder amperometrische Messungen ausgestaltet, können die Salzringe derart in einem vorderen Bereich des Gehäuses der Bezugselektrode, d.h. in dem Bereich des Gehäuses, der auch die Überführung umfasst, angeordnet sein, dass sie das Bezugselement umschließen.It is therefore, especially for reference electrodes in drinking water applications, attempts to compensate for the salt loss of the reference electrolyte by a salt reservoir present in the electrode, which is configured in the form of undissolved, present in the reference electrolyte salt rings. If the reference electrode loses dissolved salt during operation through the transfer, the salt supply is available for continuous refreshment of the salt concentration in the reference electrolyte. A drift, which requires a more frequent calibration or leads to the early end of the life of the reference electrode, only occurs when the additional salt supply is used up. If the reference electrode is designed as a single electrode for potentiometric or amperometric measurements, the salt rings can be so formed in a front region of the housing of the reference electrode, i. be arranged in the region of the housing, which also includes the transfer, that they enclose the reference element.
Die in bekannten Sensoren verwendeten Salzringe sind als Presslinge durch Verpressen von Salzpartikeln, in der Regel unter Zusatz von Hilfsstoffen, z.B. von Wachsen, die eine Haftung zwischen den Salzpartikeln vermitteln, ausgestaltet. In der Regel weisen die Presslinge eine Dichte auf, die deutlich unter der Dichte eines Kristalls des entsprechenden Salzes liegt, was damit zusammenhängt, dass im Volumen des Presslings eine Vielzahl von mikroskopischen Hohlräumen und/oder Korngrenzen vorliegt. Dies ist visuell schon daran zu erkennen, dass die Presslinge opak weiß erscheinen.The salt rings used in known sensors are as compacts by pressing salt particles, usually with the addition of auxiliaries, e.g. of waxes, which mediate adhesion between the salt particles, designed. In general, the compacts have a density that is significantly lower than the density of a crystal of the corresponding salt, which is related to the fact that in the volume of the compact there are a plurality of microscopic cavities and / or grain boundaries. This is visually already recognizable by the fact that the compacts appear opaque white.
Dies führt dazu, dass sich die im Bezugselektrolyten vorliegenden Presslinge im Betrieb verhältnismäßig schnell auflösen. Sind haftungsvermittelnde Hilfsstoffe in den Presslingen vorhanden, kann beim Auflösen der Ringe eine Trübung des Bezugselektrolyten auftreten. Dies kann dazu führen, dass der Zustand des Bezugselements und gegebenenfalls auch des Ableitelements, falls der Sensor eine Einstabmesskette mit ringförmig um die Messelektrode herum verlaufender Bezugselektrode ist, nicht mehr visuell feststellbar ist.As a result, the compacts present in the reference electrolyte dissolve relatively quickly during operation. If adhesion-promoting auxiliaries are present in the compacts, clouding of the reference electrolyte can occur when the rings are dissolved. This can lead to the condition of the reference element and possibly also of the diverting element, if the sensor is no longer visually detectable, being a combination electrode with a reference electrode running annularly around the measuring electrode.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Bezugselektrode mit einem Salzvorrat zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll die Bezugselektrode eine verlängerte Einsatzdauer ermöglichen. Weiter besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers anzugeben, der als Salzvorrat in einer solchen Bezugselektrode eingesetzt werden kann.It is therefore the object of the invention to provide a reference electrode with a salt supply which overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, the reference electrode should allow a longer service life. Furthermore, the object of the invention is to provide a method for producing a shaped body, which can be used as salt reservoir in such a reference electrode.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, die Bezugselektrode gemäß Anspruch 7, und das Verfahren zum Herstellen einer Bezugselektrode gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the method according to claim 1, the reference electrode according to claim 7, and the method for producing a reference electrode according to claim 11. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers umfasst die folgenden Schritte:
- – Einbringen einer, insbesondere einer aus einem oder mehreren Salzen, vorzugsweise Halogenidsalzen, gebildeten, Salzschmelze in eine Form; und
- – Erstarrenlassen der Salzschmelze unter Bildung des, insbesondere einstückigen, Formkörpers in der Form.
- - introducing, in particular, a molten salt formed from one or more salts, preferably halide salts, into a mold; and
- - Solidification of the molten salt to form the, in particular one-piece, shaped body in the mold.
Beim Erstarrenlassen der Salzschmelze bildet sich als Formkörper ein einstückiger Salz-Gusskörper, dessen Gestalt und Geometrie durch die Form vorgegeben sind. Der auf diese Weise hergestellte Formkörper ist transparent weist eine Dichte auf, welche annähernd so groß ist wie die Dichte eines Salz-Einkristalls und somit deutlich größer ist als die durch Pressen von Salzkristallen zu einem Pressling erreichbare Dichte. Die Dichte des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Formkörpers ist nur geringfügig kleiner als die Dichte eines entsprechenden Salzkristalls, insbesondere im Bereich von 95 bis 100% der Dichte des Salzkristalls oder sogar zwischen 99 und 100% des Salzkristalls. So weisen nach diesem Verfahren hergestellte Formkörper aus reinem (d.h. bis auf vernachlässigbare, nicht vermeidbare Verunreinigungen reinem) Kaliumchlorid eine Dichte von 1,9 g/cm3 und höher auf. Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Formkörper bei der Verwendung als Elektrolytsalzvorrat in einer Bezugselektrode eines der eingangs beschriebenen elektrochemischen Sensoren eine deutlich längere Standzeit aufweisen als durch bekannte Pressverfahren hergestellte Elektrolytsalz-Presslinge. Eine mögliche Erklärung hierfür liegt darin, dass ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellter Formkörper erheblich weniger Hohlräume und/oder Korngrenzen aufweist als ein Pressling. Dies hat zur Folge, dass sich Feuchtigkeit langsamer im Volumen des Formkörpers ausbreitet als in einem herkömmlichen Pressling, so dass der Formkörper länger intakt bleibt. Ein weiterer Vorteil des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörpers besteht darin, dass er aus einer ausschließlich ein einziges oder mehrere Salze umfassenden Schmelze, d.h. ohne haftvermittelnde Hilfsstoffe, gebildet ist. Beim Auflösen von aus dem Stand der Technik bekannten, derartige Hilfsstoffe umfassenden Presslingen ergibt sich durch die im Bezugselektrolyt nicht vollständig löslichen Hilfsstoffe eine Trübung des Bezugselektrolyten. Wird die Trübung zu stark, ist das Bezugselement von außen nicht mehr sichtbar, so dass der Zustand des Bezugselements (z.B. eine Verfärbung oder ein Abriss) nicht mehr visuell erkennbar ist. Dieser Nachteil wird bei der Verwendung eines nach dem oben genannten Verfahren hergestellten Formkörpers als Salzvorrat der Bezugselektrode vermieden, da der Formkörper selbst transparent ist und beim allmählichen Auflösen vollständig in Lösung geht.When solidification of the molten salt is formed as a molded body, a one-piece cast salt body whose shape and geometry are determined by the shape. The molded body produced in this way is transparent has a density which is approximately as large as the density of a salt single crystal and thus significantly larger than the density achievable by pressing salt crystals into a compact. The density of the shaped body produced by the process according to the invention is only slightly smaller than the density of a corresponding salt crystal, in particular in the range of 95 to 100% of the density of the salt crystal or even between 99 and 100% of the salt crystal. Thus, moldings produced by this process from pure (ie pure up to negligible, unavoidable impurities pure) potassium chloride to a density of 1.9 g / cm 3 and higher. It has been found that moldings produced by the process according to the invention, when used as electrolyte salt reservoir in a reference electrode of one of the electrochemical sensors described above, have a significantly longer service life than electrolytic salt compacts produced by known pressing processes. A possible explanation for this is that a molded article produced by the method according to the invention has considerably fewer cavities and / or grain boundaries than a compact. This has the consequence that moisture spreads more slowly in the volume of the molding than in a conventional compact, so that the molding remains intact longer. A further advantage of the shaped body produced by the process according to the invention is that it is formed from a melt comprising only a single or several salts, ie without adhesion-promoting auxiliaries. Upon dissolution of compacts comprising such auxiliaries known from the prior art, turbidity of the reference electrolyte results from the auxiliary substances which are not completely soluble in the reference electrolyte. If the turbidity is too strong, the reference element is no longer visible from the outside, so that the condition of the reference element (eg a discoloration or a tear) is no longer visually recognizable. This disadvantage is avoided when using a molded body produced by the above-mentioned method as a salt reservoir of the reference electrode, since the shaped body itself is transparent and goes completely dissolving during gradual dissolution.
In einer Ausgestaltung kann das Einbringen der Salzschmelze in die Form umfassen:
- – Erzeugen der Salzschmelze durch Schmelzen eines in Form eines oder mehrerer fester Partikel vorliegenden Salzes, insbesondere eines Halogenidsalzes, oder mehrerer in Form eines oder mehrerer fester Partikel vorliegenden Salze, insbesondere mehrerer Halogenidsalze; und
- – Gießen der Salzschmelze in die Form.
- Producing the molten salt by melting a salt present in the form of one or more solid particles, in particular a halide salt, or several salts present in the form of one or more solid particles, in particular a plurality of halide salts; and
- - pour the molten salt into the mold.
In einer alternativen Ausgestaltung kann das Einbringen der Salzschmelze in die Form umfassen:
- – Einbringen eines in Form eines oder mehrerer fester Partikel vorliegenden Salzes, insbesondere eines Halogenidsalzes, oder mehrerer in Form eines oder mehrerer fester Partikel vorliegenden Salze, insbesondere mehrerer Halogenidsalze, in die Form; und
- – Schmelzen des Salzes oder der mehreren Salze in der Form.
- - introducing a present in the form of one or more solid particles salt, in particular a halide salt, or more present in the form of one or more solid particles salts, in particular a plurality of halide salts, in the mold; and
- Melting of the salt or salts in the mold.
Nach dem Erstarren der Salzschmelze und der Bildung des Formkörpers kann die Form entfernt werden. Bei der Form kann es sich beispielsweise um eine einmalig verwendete, eine sogenannte verlorene, Form oder um eine mehrfach verwendbare Form, eine sogenannte Dauerform, handeln. Als Form kommt beispielsweise eine aus einem verformbaren, z.B. granularen oder pulvrigen Material wie Sand, Keramikpulver bzw. Keramikpartikeln gebildete Form oder eine aus einem oder wenigen Bauteilen gebildete Form aus einem hitzebeständigen Material wie Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Stahl, Keramik oder einem hochschmelzenden Glas, z.B. Quarzglas, in Frage. Das Formmaterial ist idealerweise an die Eigenschaften der Salzschmelze angepasst. Insbesondere sollte das Material der Form chemisch inert gegenüber der Salzschmelze sein. Für Halogenidsalze eignet sich besonders gut ein hochschmelzendes Glas, z.B. Quarzglas, oder eine inerte Keramik als Material für die Form.After solidification of the molten salt and the formation of the molding, the mold can be removed. The shape may be, for example, a once used, a so-called lost shape or a reusable shape, a so-called permanent shape. As a mold, for example, one made of a deformable, e.g. granular or powdery material such as sand, ceramic powder or ceramic particles or a mold formed of one or a few components from a refractory material such as metal or a metal alloy, in particular steel, ceramic or a refractory glass, e.g. Quartz glass, in question. The molding material is ideally adapted to the properties of the molten salt. In particular, the material of the mold should be chemically inert to the molten salt. For halide salts, a refractory glass, e.g. Quartz glass, or an inert ceramic as a material for the mold.
Zur, insbesondere automatisierten, Fertigung einer Vielzahl gleichartiger Formkörper kann die Form in einem Grundkörper gebildet sein, in welchem eine Vielzahl weiterer gleichartiger Formen gebildet sind, wobei die Salzschmelze aus einem automatisch schwenkbaren Tiegel, insbesondere in einem einzigen Arbeitsschritt, in die Formen gegossen wird. Alternativ können auch feste Salzpartikel in die Vielzahl der in dem Grundkörper gebildeten Formen gegeben und anschließend durch Erhitzen des Grundkörpers aufgeschmolzen und im nächsten Schritt wieder bis zum Erstarren der Schmelze abgekühlt werden.For, in particular automated, production of a plurality of similar shaped bodies, the mold may be formed in a base body, in which a plurality of other similar shapes are formed, wherein the molten salt is poured from an automatically pivoting crucible, in particular in a single step in the molds. Alternatively, solid salt particles may also be added to the plurality of molds formed in the base body and then melted by heating the base body and then cooled again in the next step until the melt solidifies.
Die Temperatur der Salzschmelze und/oder der Form kann, insbesondere beim Erstarrenlassen, nach einem vorgegebenen Temperaturprofil gesteuert oder geregelt werden. Hierzu kann eine mit der Salzschmelze oder der Form in Kontakt stehende Temperiervorrichtung mit mindestens einem Heizelement und/oder mindestens einem Kühlelement verwendet werden. Vorteilhaft weist die Temperiervorrichtung mindestens einen Temperatursensor auf, der die Temperatur der Form und/oder der Salzschmelze erfasst. Anhand der von dem Temperatursensor gelieferten Messwerte können Heiz- bzw. Kühlelement der Temperiervorrichtung gesteuert oder geregelt werden.The temperature of the molten salt and / or the mold can be controlled or regulated, in particular when solidifying, according to a predetermined temperature profile. For this purpose, a tempering device in contact with the molten salt or the mold can be used with at least one heating element and / or at least one cooling element. Advantageously, the tempering device has at least one temperature sensor which detects the temperature of the mold and / or the molten salt. Based on the measured values supplied by the temperature sensor heating or cooling element of the temperature control can be controlled or regulated.
Zum Erzeugen und/oder Warmhalten der Salzschmelze kann eine Heizvorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann das zunächst feste Salz, beispielsweise in Form von Salzpartikeln, in einem Tiegel in einen Ofen eingebracht und dort aufgeschmolzen werden. Insbesondere kommt die Erwärmung des festen Salzes durch Konvektion, Strahlung oder Induktion in Frage. Aus dem Tiegel kann die so erzeugte Salzschmelze dann in die Form gegossen werden. In der weiter oben beschriebenen alternativen Verfahrensausgestaltung, bei der das feste Salz in die Form gegeben und direkt in der Form aufgeschmolzen wird, kann die Form in einen Ofen platziert werden, um die Salzschmelze in der Form zu erzeugen. Hier kommt wieder eine Heizung durch Konvektion oder Strahlung in Frage. Wenn die Form elektrisch leitfähig ist, kann diese auch durch Induktion erhitzt werden. An der Form können auch direkt Heizmittel, z.B. thermoelektrische Elemente (z.B. Peltier-Elemente) oder Heizleiter angebracht sein.For generating and / or keeping warm the molten salt, a heating device can be used. For example, the initially solid salt, for example in the form of salt particles, can be introduced into a furnace in a crucible and melted there. In particular, the comes Heating of the solid salt by convection, radiation or induction in question. From the crucible, the molten salt thus produced can then be poured into the mold. In the alternative method embodiment described above, in which the solid salt is placed in the mold and melted directly in the mold, the mold may be placed in an oven to produce the molten salt in the mold. Here is again a heating by convection or radiation in question. If the mold is electrically conductive, it can also be heated by induction. Heating means, eg thermoelectric elements (eg Peltier elements) or heating conductors can also be attached directly to the mold.
Das Erstarrenlassen der Salzschmelze kann in einer Verfahrensausgestaltung durch Stehenlassen der Form bei Raumtemperatur erfolgen. Alternativ kann die Form aktiv temperiert werden, z.B. kann eine aktive Kühlung durch Inkontaktbringen der Form mit einer Wärmesenke oder durch Zuführen eines Kühlmediums zu der Form, z.B. durch eine Wasser- oder Gaskühlung, erzielt werden. Die Kühlung kann zusätzlich oder alternativ durch die Form kontaktierende thermoelektrische Elemente bewirkt werden. Mittels einer Temperiervorrichtung, die sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen geeignet ist, können komplexere Temperaturprofile eingestellt bzw. eine aktive Regelung der Temperatur der Form erzielt werden.The solidification of the molten salt can be carried out in a process embodiment by leaving the mold at room temperature. Alternatively, the mold may be actively tempered, e.g. For example, active cooling may be achieved by contacting the mold with a heat sink or by supplying a cooling medium to the mold, e.g. be achieved by a water or gas cooling. The cooling may additionally or alternatively be effected by the form contacting thermoelectric elements. By means of a temperature control, which is suitable both for cooling and for heating, more complex temperature profiles can be set or active regulation of the temperature of the mold can be achieved.
Die erfindungsgemäße Bezugselektrode umfasst:
- – ein Gehäuse, in dem ein Bezugselektrolyt aufgenommen ist, welcher ein Elektrolytsalz, insbesondere ein Alkalimetallhalogenidsalz, umfasst;
- – ein den Bezugselektrolyten kontaktierendes, elektrisch leitendes Bezugselement;
- – eine in einer Wand des Gehäuses angeordnete Überführung, über die der Bezugselektrolyt mit einem das Gehäuse umgebenden Medium in elektrolytischem Kontakt steht; und
- – einen in dem Gehäuse enthaltenen Elektrolytsalzvorrat; wobei der Elektrolytsalzvorrat mindestens einen aus mindestens einem Salz, insbesondere dem Elektrolytsalz, bestehenden Formkörper, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen umfasst.
- A housing in which a reference electrolyte is accommodated, which comprises an electrolyte salt, in particular an alkali metal halide salt;
- - A reference electrolyte contacting the electrically conductive reference element;
- - An arranged in a wall of the housing transfer, via which the reference electrolyte is in electrolytic contact with a medium surrounding the housing; and
- An electrolyte salt reservoir contained in the housing; wherein the electrolyte salt stock comprises at least one shaped body consisting of at least one salt, in particular the electrolyte salt, prepared by the process according to the invention in one of the above-described embodiments.
Der Formkörper kann somit hergestellt sein durch Einbringen einer aus dem Elektrolytsalz gebildeten Salzschmelze in eine Form und Erstarrenlassen der Salzschmelze unter Bildung des Formkörpers in der Form.The molded article can thus be produced by introducing a molten salt formed from the electrolyte salt into a mold and solidifying the molten salt to form the molded article in the mold.
Der Formkörper kann als Ring ausgestaltet sein. Die Bezugselektrode kann auch mehrere Ringe umfassen. Der eine oder die mehreren Ringe können so angeordnet sein, dass sie mindestens einen Abschnitt des Bezugselements umschließen.The molded body can be configured as a ring. The reference electrode may also comprise a plurality of rings. The one or more rings may be arranged to enclose at least a portion of the reference member.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Formkörper eine Längserstreckung auf, die größer ist als ein senkrecht zu dieser Längserstreckung verlaufender maximaler Durchmesser, insbesondere Außendurchmesser, des Formkörpers.In an advantageous embodiment, the shaped body has a longitudinal extent which is greater than a maximum diameter, in particular an outer diameter, of the shaped body extending perpendicularly to this longitudinal extent.
Dadurch, dass der Elektrolytsalzvorrat als Formkörper ausgestaltet ist, der eine Längserstreckung aufweist, welche größer ist als ein senkrecht zu dieser Längserstreckung verlaufender maximaler Durchmesser des Formkörpers, kann der Salzvorrat gleichmäßig über einen wesentlichen Anteil einer Längserstreckung des Gehäuses bzw. über einen wesentlichen Anteil der Längserstreckung des Bezugselements verteilt positioniert werden. Wie sich gezeigt hat, verringert dies die bei Bezugselektroden mit in Form von Salzringen ausgestaltetem Salzvorrat zu beobachtende Beschädigungen des Bezugselements. Dieser Effekt kann dadurch erklärt werden, dass in dieser Ausgestaltung keine oder nur geringe Gradienten der Elektrolytsalzkonzentration über die Länge des Bezugselements bzw. des Gehäuses der Bezugselektrode auftreten.Characterized in that the electrolyte salt reservoir is designed as a molded body having a longitudinal extent which is greater than a perpendicular to this longitudinal extent extending maximum diameter of the shaped body, the salt reservoir can evenly over a substantial proportion of a longitudinal extent of the housing or over a substantial proportion of the longitudinal extent be positioned distributed the reference element. As has been shown, this reduces the damage to the reference element which is to be observed in the case of reference electrodes with a salt reservoir in the form of salt rings. This effect can be explained by the fact that in this embodiment no or only slight gradients of the electrolyte salt concentration occur over the length of the reference element or the housing of the reference electrode.
Im Gegensatz dazu kann im Betrieb einer Referenzelektrode, bei der der Elektrolytsalzvorrat in Form von im vorderen Bereich des Gehäuses der Bezugselektrode, d.h. in dem Bereich des Gehäuses, der auch die Überführung umfasst, angeordneten Salzringen ausgestaltet ist, der Bezugselektrolyt in einem von den Salzringen entfernten Bereich verarmen, so dass sich entlang der Längserstreckung des Gehäuses bzw. des Bezugselements ein Gradient der Elektrolytsalzkonzentration ausbildet. Dies kann zu einem lokalen chemischen Angriff des Bezugselements in Bereichen niedriger Elektrolytsalzkonzentration führen. Dies kann sogar so weit gehen, dass das Bezugselement in diesem Bereich vollständig aufgelöst wird, und der vordere, dem Diaphragma zugewandte Endabschnitt des Bezugselements abreißt.In contrast, in operation of a reference electrode in which the electrolyte salt reservoir is in the form of at the front of the housing of the reference electrode, i. arranged in the region of the housing, which also includes the transfer, arranged salt rings, deplete the reference electrolyte in a region remote from the salt rings, so that forms along the longitudinal extension of the housing or the reference element, a gradient of the electrolyte salt concentration. This can lead to a local chemical attack of the reference element in areas of low electrolyte salt concentration. This can even go so far that the reference element is completely dissolved in this area, and the front, the diaphragm facing end portion of the reference element tears off.
Ein weiterer Vorteil eines als Formkörper ausgestalteten Elektrolytsalzvorrats, der eine parallel zu einer Längserstreckung des Gehäuses und/oder zu einer Längserstreckung des Bezugselements verlaufende, Längserstreckung aufweist, die größer ist als ein senkrecht zu dieser Längserstreckung verlaufender maximaler Durchmesser, besteht darin, dass der Formkörper über die Betriebsdauer der Bezugselektrode immer kürzer wird, je weiter er sich im Bezugselektrolyten beginnend an seinem der Überführung zugewandten Ende auflöst. Damit ist die Abnahme der Längserstreckung des Formkörpers ein guter Indikator für die verbleibende Restlebensdauer der Bezugselektrode. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Formkörpers besteht darin, dass er bei der Fertigung der Bezugselektrode sehr einfach im Gehäuse der Bezugselektrode platziert werden kann.A further advantage of an electrolyte salt reservoir designed as a shaped body which has a longitudinal extension running parallel to a longitudinal extension of the housing and / or to a longitudinal extent of the reference element, which is greater than a maximum diameter perpendicular to this longitudinal extent, is that the molded body extends beyond the operating time of the reference electrode becomes shorter and shorter, the further it dissolves in the reference electrolyte beginning at its end facing the transfer. Thus, the decrease in the longitudinal extent of the shaped body is a good indicator of the remaining life of the reference electrode. Another advantage of such a shaped body is that it in the production The reference electrode can be easily placed in the housing of the reference electrode.
In einer Ausgestaltung beträgt das Verhältnis der Längserstreckung zum maximalen Durchmesser des Formkörpers mehr als 2:1, vorzugsweise mindestens 5:1, besonders bevorzugt 10:1. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Formkörper mindestens abschnittsweise, vorzugsweise über seine gesamte Längserstreckung, als Zylinder, insbesondere als Stab, als Rinne oder als Prisma ausgestaltet.In one embodiment, the ratio of the longitudinal extent to the maximum diameter of the shaped body is more than 2: 1, preferably at least 5: 1, particularly preferably 10: 1. In an advantageous embodiment, the shaped body is designed at least in sections, preferably over its entire longitudinal extent, as a cylinder, in particular as a rod, as a channel or as a prism.
Der Formkörper kann derart innerhalb der Gehäusekammer angeordnet sein, dass seine Längserstreckung mindestens über 50%, vorzugsweise mindestens über 70%, besonders bevorzugt mindestens über 90%, der Länge des in den Bezugselektrolyten eintauchenden Abschnitts des Bezugselements, insbesondere parallel zum Bezugselement, verläuft.The shaped body can be arranged within the housing chamber such that its longitudinal extension extends at least over 50%, preferably at least over 70%, particularly preferably at least over 90%, of the length of the reference element immersed in the reference electrolyte, in particular parallel to the reference element.
Das Bezugselement kann ein elektrisch leitendes Metall, z.B. einen elektrisch leitenden Metalldraht, insbesondere einen Silberdraht, umfassen. Der Metalldraht kann zumindest in einem Teilabschnitt eine Schicht eines schwerlöslichen Salzes, insbesondere eines Halogenid-Salzes, des Metalls aufweisen, aus dem der Metalldraht gebildet ist. Das schwerlösliche Salz weist dasselbe Anion auf wie das Elektrolytsalz.The reference element may be an electrically conductive metal, e.g. an electrically conductive metal wire, in particular a silver wire include. The metal wire may have, at least in one section, a layer of a sparingly soluble salt, in particular a halide salt, of the metal from which the metal wire is formed. The sparingly soluble salt has the same anion as the electrolyte salt.
Das Bezugselement kann beispielsweise aus einem an seinem vorderen, der Überführung zugewandten Endabschnitt eine Silberchloridschicht aufweisender Silberdraht gebildet sein. Das Elektrolytsalz kann beispielsweise Kaliumchlorid KCl sein, der Formkörper besteht in diesem Fall aus Kaliumchlorid und ist vorzugsweise frei von Zusätzen. Der Bezugselektrolyt kann eine gesättigte Kaliumchloridlösung sein, die optional weitere Zusätze enthalten kann.The reference element can be formed, for example, from a silver wire having a silver chloride layer at its front end facing the transfer. The electrolyte salt can be, for example, potassium chloride KCl, the shaped body consists in this case of potassium chloride and is preferably free of additives. The reference electrolyte may be a saturated potassium chloride solution, which may optionally contain other additives.
In dem Gehäuse der Bezugselektrode kann eine den Bezugselektrolyten enthaltende Gehäusekammer gebildet sein, wobei das Bezugselement mit einer außerhalb der Gehäusekammer angeordneten elektrischen Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden ist, und so weit in die Gehäusekammer hineinragt, dass ein Abschnitt des Bezugselements in den in der Gehäusekammer aufgenommen Bezugselektrolyten eintaucht.A housing chamber containing the reference electrolyte may be formed in the housing of the reference electrode, wherein the reference element is electrically conductively connected to an electrical contact point arranged outside the housing chamber and protrudes so far into the housing chamber that a portion of the reference element is accommodated in the reference electrolyte accommodated in the housing chamber dips.
In einer Ausgestaltung der Bezugselektrode ist die Gehäusekammer zylindrisch ausgestaltet und die Längserstreckung des Formkörpers verläuft parallel zur Zylinderachse der Gehäusekammer. Eine derart ausgestaltete Bezugselektrode kann beispielsweise mit einer separaten Messelektrode zu einer potentiometrischen oder amperometrischen Messkette kombiniert werden.In one embodiment of the reference electrode, the housing chamber is cylindrical and the longitudinal extent of the molded body extends parallel to the cylinder axis of the housing chamber. A reference electrode designed in this way can, for example, be combined with a separate measuring electrode to form a potentiometric or amperometric measuring chain.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Gehäusekammer als zwischen zwei zueinander konzentrisch angeordneten rohrförmigen Wänden gebildete Ringkammer ausgestaltet sein, wobei der Formkörper innerhalb der Ringkammer angeordnet ist und die Längserstreckung des Formkörpers parallel zu einer oder beiden Rohrachsen der rohrförmigen Wände verläuft. In dieser Ausgestaltung kann die Bezugselektrode Bestandteil einer Einstabmesskette sein, wobei die Gehäusekammer der Bezugselektrode eine stabförmige Messelektrode ringförmig umgibt und die innere rohrförmige Wand vorzugsweise gleichzeitig eine Wand der Messelektrode ist.In another embodiment, the housing chamber may be configured as an annular chamber formed between two mutually concentrically arranged tubular walls, wherein the molded body is disposed within the annular chamber and the longitudinal extent of the molded body extends parallel to one or both tube axes of the tubular walls. In this embodiment, the reference electrode may be part of a combination electrode, wherein the housing chamber of the reference electrode surrounds a rod-shaped measuring electrode annular and the inner tubular wall is preferably simultaneously a wall of the measuring electrode.
In dem Gehäuse bzw. in der Gehäusekammer kann eine Haltevorrichtung, insbesondere ein Abstandhalter, angeordnet sein, mittels derer der Formkörper in einer vorgegebenen Orientierung, insbesondere einem vorgegebenen Abstand gegenüber dem Bezugselement, fixiert ist.In the housing or in the housing chamber, a holding device, in particular a spacer, may be arranged, by means of which the molded body is fixed in a predetermined orientation, in particular a predetermined distance relative to the reference element.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen einer Bezugselektrode, insbesondere einer Bezugselektrode nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- – Einbringen eines mittels des weiter oben beschriebenen Verfahrens nach einer der weiter oben beschriebenen Ausgestaltungen hergestellten Formkörpers in ein Bezugselektrodengehäuse;
- – Einbringen mindestens eines Abschnitts eines elektrisch leitfähigen Bezugselements in das Bezugselektrodengehäuse, und
- – Einbringen eines Bezugselektrolyten in das Bezugselektrodengehäuse, so dass mindestens ein Abschnitt des Bezugselements und mindestens ein Abschnitt des Formkörpers mit dem Bezugselektrolyten in Kontakt stehen.
- - Introducing a molded article produced by the method described above according to one of the embodiments described above in a reference electrode housing;
- - Introducing at least a portion of an electrically conductive reference element in the reference electrode housing, and
- - Introducing a reference electrolyte in the reference electrode housing, so that at least a portion of the reference element and at least a portion of the molding body are in contact with the reference electrolyte.
Dem Schritt des Einbringens des Formkörpers kann die Herstellung des Formkörpers nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren nach einer seiner Ausgestaltungen vorangehen. In diesem Fall wird der fertige Formkörper in das Bezugselektrodengehäuse eingebracht.The step of introducing the shaped body may precede the production of the shaped body according to the method described above according to one of its embodiments. In this case, the finished molded body is introduced into the reference electrode housing.
In einer anderen Ausgestaltung kann die Salzschmelze zur Herstellung des Formkörpers in das Bezugselektrodengehäuse oder in eine innerhalb des Bezugselektrodengehäuses angeordnete, insbesondere als verlierbare Form ausgestaltete, Form gegossen und in der Form erstarren gelassen werden. Alternativ kann in die innerhalb des Bezugselektrodengehäuses angeordnete Form zunächst in Form von festen Partikeln vorliegendes Salz eingebracht und in der Form aufgeschmolzen werden, um die Salzschmelze zu erzeugen. Anschließend wird auch bei dieser Verfahrensvariante die Salzschmelze in der Form innerhalb des Bezugselektrodengehäuses erstarren gelassen.In another embodiment, the molten salt for producing the molded body in the reference electrode housing or in a arranged within the reference electrode housing, in particular designed as a losbarer form, cast mold and allowed to solidify in the mold. Alternatively, salt present in the form of solid particles may be introduced into the mold disposed within the reference electrode housing and melted in the mold to produce the molten salt. Subsequently, in this process variant, the molten salt in the mold solidified within the reference electrode housing.
Die Erfindung umfasst auch einen elektrochemischen Sensor umfassend eine Bezugselektrode nach einer der voranstehend beschriebenen Ausgestaltungen. Der elektrochemische Sensor kann eine weitere Elektrode, insbesondere eine ionenselektive Elektrode, z.B. eine pH-Glaselektrode, und eine mit der Bezugselektrode und der weiteren Elektrode in elektrisch leitfähigem Kontakt stehende Messschaltung aufweisen.The invention also includes an electrochemical sensor comprising a reference electrode according to one of the above-described embodiments. The electrochemical sensor may comprise a further electrode, in particular an ion-selective electrode, e.g. a pH glass electrode, and a measuring circuit in electrical contact with the reference electrode and the further electrode.
Die Messschaltung kann je nach Art des elektrochemischen Sensors zur Erfassung einer Potentialdifferenz zwischen der Bezugselektrode und der weiteren Elektrode (Potentiometrie) oder zur Einstellung einer Sollspannung zwischen der Bezugselektrode und der weiteren Elektrode und zur Erfassung eines zwischen der weiteren Elektrode und einer zusätzlichen Gegenelektrode fließenden Stroms (Amperometrie) dienen. Die Messschaltung kann weiter dazu ausgestaltet sein, aus der erfassten Messgröße, also beispielsweise der Potentialdifferenz zwischen der Bezugselektrode und der weiteren Elektrode oder der Stromstärke des zwischen der weiteren Elektrode und der Gegenelektrode fließenden Stroms, ein die Messgröße repräsentierendes Messsignal zu erzeugen, gegebenenfalls weiter zu verarbeiten, z.B. zu digitalisieren, und das Messsignal oder ein weiterverarbeitetes Messsignal an eine übergeordnete Einheit auszugeben. Bei der übergeordneten Einheit kann es sich um einen Messumformer, einen Computer, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder einen Prozessleitrechner handeln.The measuring circuit may, depending on the type of electrochemical sensor for detecting a potential difference between the reference electrode and the further electrode (potentiometry) or for setting a desired voltage between the reference electrode and the further electrode and for detecting a current flowing between the further electrode and an additional counter electrode current ( Amperometry). The measuring circuit may be further configured to generate from the detected measured variable, that is to say, for example, the potential difference between the reference electrode and the further electrode or the current strength of the current flowing between the further electrode and the counter electrode, a measuring signal representing the measured variable, if necessary further processing , eg to digitize, and output the measurement signal or a further processed measurement signal to a higher-level unit. The higher-level unit can be a transmitter, a computer, a programmable logic controller or a process control computer.
Der elektrochemische Sensor kann insbesondere ein potentiometrischer pH-Sensor sein, der weiter mindestens eine pH-Glaselektrode, und eine mit der Bezugselektrode und der weiteren Elektrode in elektrisch leitfähigem Kontakt stehende Messschaltung umfasst, die dazu ausgestaltet ist eine Potentialdifferenz zwischen der pH-Glaselektrode und der Bezugselektrode zu erfassen und ein davon abhängiges Messsignal auszugeben.The electrochemical sensor may in particular be a potentiometric pH sensor, which further comprises at least one pH glass electrode, and a measuring circuit in electrically conductive contact with the reference electrode and the further electrode, which is designed for a potential difference between the pH glass electrode and the To detect reference electrode and output a dependent measurement signal.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.In the following the invention will be described in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures.
Es zeigen:Show it:
In der durch das Gehäuse
Im hier beschriebenen Beispiel handelt es sich bei der Bezugselektrode um eine Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode. Der Formkörper besteht im vorliegenden Beispiel aus Kaliumchlorid, kann aber selbstverständlich alternativ aus einem anderen Chloridsalz oder aus einem Gemisch mehrerer Chloridsalze gebildet sein. Generell kann der Formkörper aus einem anderen geeigneten Salz oder Salzgemisch, insbesondere aus Halogenidsalzen, gebildet sein. Die Bezugselektrode kann selbstverständlich auch durch eine andere Elektrode zweiter Art, insbesondere eine Kalomel-Elektrode, gebildet sein. Das Material des Formkörpers ist dann vorzugsweise seiner Funktion als Elektrolytsalz-Vorrat entsprechend an die Elektrode zweiter Art angepasst.In the example described here, the reference electrode is a silver / silver chloride reference electrode. The shaped body consists in the present example of potassium chloride, but can of course alternatively be formed from another chloride salt or from a mixture of several chloride salts. In general, the shaped body can be formed from another suitable salt or salt mixture, in particular from halide salts. The reference electrode can of course also be formed by another electrode of the second kind, in particular a calomel electrode. The material of the shaped body is then preferably adapted to its function as an electrolyte salt supply to the electrode of the second type.
Die Bezugselektrode
Die Bezugselektrode
Im Betrieb der Bezugselektrode
Während der allmählichen Auflösung des Formkörpers
Der Bezugselektrolyt
Wie anhand der in
In einer vorteilhaften Variante kann im rückseitigen Bereich der Ringkammer eine Halterung angeordnet sein, mittels derer der Formkörper
In
Die so gebildete Salzschmelze
In einem dritten Verfahrensschritt wird die in die Form
In
Der nach einer der voranstehend beschriebenen Verfahrensvarianten hergestellte Formkörper, insbesondere ein aus reinem KCl ohne weitere Zusätze hergestellter Formkörper, ist transparent. Seine Dichte liegt nahe an der Dichte des kristallinen Salzes, nämlich zwischen 90 und 100 %, oder sogar zwischen 99 und 100 % der Dichte des kristallinen Salzes aus dem der Formkörper gebildet ist. Im Falle von Kaliumchlorid liegt die Dichte des so hergestellten Formkörpers zwischen 1,8 und 1,98 g/cm3, oder sogar zwischen 1,9 und 1,98 g/cm3. Eine Dichte in diesem Bereich ist durch Pressen nicht zu erreichen. Bei Kaliumchlorid wird beispielsweise durch Pressen eine Dichte um 1,5 g/cm3 erreicht. Es hat sich in Experimenten gezeigt, dass dieser Formkörper sich in Wasser deutlich langsamer auflöst als ein Salz-Pressling gleicher Geometrie. Damit einher geht auch eine höhere mechanische Festigkeit des aus der Salzschmelze erstarrten Formkörpers im Vergleich zu einem Pressling.The molded article produced by one of the process variants described above, in particular a molded article produced from pure KCl without further additives, is transparent. Its density is close to the density of the crystalline salt, namely between 90 and 100%, or even between 99 and 100% of the density of the crystalline salt from which the shaped body is formed. In the case of potassium chloride, the density of the molded article thus produced is between 1.8 and 1.98 g / cm 3 , or even between 1.9 and 1.98 g / cm 3 . A density in this area can not be achieved by pressing. With potassium chloride, for example, a density of 1.5 g / cm 3 is achieved by pressing. It has been shown in experiments that this shaped body dissolves much slower in water than a salt compact of the same geometry. This is accompanied by a higher mechanical strength of the solidified from the molten salt molding in comparison to a compact.
In
Die in den Ausnehmungen
Zur Herstellung der in
Zur Herstellung der in
In einer weiteren Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Bezugselektrode mit einem Salz-Formkörper ist denkbar, eine Salzschmelze unmittelbar in das Gehäuse der späteren Bezugselektrode einzubringen. Dies kann erfolgen, indem die Salzschmelze direkt in das Gehäuse eingegossen wird oder in eine in dem Gehäuse gebildete, insbesondere verlierbare, Form gegossen wird, die optional nach dem Erstarren der Salzschmelze zu einem Formkörper entfernt werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft, das Gehäuse aus Quarzglas zu bilden und vor dem Eingießen der Salzschmelze vorzutemperieren, um Spannungsrisse zu verhindern.In a further variant of the method for producing a reference electrode with a salt molded body, it is conceivable to introduce a molten salt directly into the housing of the later reference electrode. This can be done by the molten salt is poured directly into the housing or poured into a formed in the housing, in particular losable, mold, which can optionally be removed after solidification of the molten salt to form a shaped body. In this case, it is advantageous to form the housing from quartz glass and to pre-temper before pouring the molten salt to prevent stress cracks.
In einer anderen Variante ist es denkbar, in das Gehäuse der späteren Bezugselektrode, das beispielsweise aus Quarzglas gebildet sein kann, das Salz in Form von festen Partikeln einzubringen.In another variant, it is conceivable to introduce the salt in the form of solid particles into the housing of the later reference electrode, which may be formed of quartz glass, for example.
Dabei kann das Salz in eine Kammer des Gehäuses oder in eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Form eingebracht werden. Das Gehäuse besteht vorteilhaft auch in dieser Verfahrensvariante aus Quarzglas. Anschließend wird das Salz in dem Gehäuse aufgeheizt und aufgeschmolzen. Dies kann in einem Ofen mit den zuvor beschriebenen Mitteln erfolgen. Nach dem Aufschmelzen kann die Salzschmelze mit den zuvor beschriebenen Mitteln wieder abgekühlt werden, so dass sie innerhalb des Gehäuses zu einem Formkörper erstarrt. Im Falle, dass die Salzpartikel zuvor in eine in einer Kammer des Gehäuses angeordnete Form eingebracht wurden, kann diese optional nach dem Erstarren der Salzschmelze wieder entfernt werden.In this case, the salt can be introduced into a chamber of the housing or into a form arranged within the housing. The housing is advantageously also in this process variant of quartz glass. Subsequently, the salt is heated in the housing and melted. This can be done in an oven with the means described above. After melting, the salt melt can be cooled again with the means described above, so that it solidifies within the housing to form a molded body. In the case that the salt particles were previously introduced into a arranged in a chamber of the housing mold, this can optionally be removed after the solidification of the molten salt again.
Nach dem Erstarren des Formkörpers (
In
Es sind vielfache andere geometrische Ausgestaltungen eines derartigen zur Verwendung in einer Bezugselektrode nach dem in
In
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden“, K. Cammann, H. Galster, Springer, 1996 [0004] "Working with Ion-Selective Electrodes", K. Cammann, H. Galster, Springer, 1996 [0004]
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