DE102019103171A1 - Ion-selective electrode for an electrochemical sensor - Google Patents

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Detlev Wittmer
Matthäus Speck
Michael Hanko
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine ionenselektive Elektrode (1) für einen elektrochemischen Sensor sowie einen elektrochemischen Sensor. Die Elektrode umfasst einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper (2), eine Emaille-Schicht (4), welche zumindest in einem ersten Teilbereich (T1) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist, und eine Analyt-sensitive Schicht (5), welche zumindest in einem zweiten Teilbereich (T2) des Sondenkörpers angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht (5) zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht (4) ist. Erfindungsgemäß umfasst die Elektrode (1) eine elektrisch leitfähige Schicht (8), welche in einem dritten Teilbereich (T3) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.The present invention relates to an ion-selective electrode (1) for an electrochemical sensor and an electrochemical sensor. The electrode comprises an, in particular cylindrical, probe body (2), an enamel layer (4) which is arranged at least in a first partial area (T1) of the probe body (2), and an analyte-sensitive layer (5) which at least is arranged in a second partial area (T2) of the probe body such that the analyte-sensitive layer (5) is at least partially in contact with the enamel layer (4). According to the invention, the electrode (1) comprises an electrically conductive layer (8) which is arranged in a third partial area (T3) of the probe body (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine ionenselektive Elektrode zur Verwendung mit einem elektrochemischen, insbesondere potentiometrischen Sensor, sowie einen potentiometrischen Sensor.The invention relates to an ion-selective electrode for use with an electrochemical, in particular potentiometric, sensor and a potentiometric sensor.

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 Aktivitäten chemischer Substanzen, beispielsweise Ionenaktivitäten, und damit korrelierte Messgrößen in Flüssigkeiten erfassen. Die Substanz, deren Aktivität oder Konzentration gemessen werden soll, wird auch als Analyt bezeichnet. Bei den von der Aktivität des Analyten abhängigen Messgrößen handelt es sich beispielsweise um eine Aktivität oder eine Konzentration des Analyten, z.B. einer bestimmten Ionenspezies, oder um einen pH-Wert. Das Messmedium kann eine Messflüssigkeit, beispielsweise eine wasserhaltige Lösung, Emulsion oder Suspension sein. Elektrochemische Messsonden können dabei beispielsweise als potentiometrische oder amperometrische Sensoren ausgebildet 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 measurement technology for the analysis of measurement media, in particular measurement liquids. By means of electrochemical measurement techniques, the activities of chemical substances, for example ion activities, and thus correlated measured variables in liquids can be recorded. The substance whose activity or concentration is to be measured is also known as the analyte. The measured variables dependent on the activity of the analyte are, for example, an activity or a concentration of the analyte, e.g. a certain ion species, or around a pH value. The measuring medium can be a measuring liquid, for example a water-containing solution, emulsion or suspension. Electrochemical measuring probes can be designed, for example, as potentiometric or amperometric sensors.

Potentiometrische Sensoren umfassen in der Regel eine Messhalbzelle und eine Bezugshalbzelle sowie eine Messschaltung. Zur Messung werden die Messhalbzelle und die Bezugshalbzelle in Kontakt mit dem Messmedium gebracht. Die Messhalbzelle bildet in Kontakt mit dem Messmedium ein von der Aktivität des Analyten im Messmedium abhängiges, elektrochemisches Potential aus, während die Bezugshalbzelle ein stabiles, von der Konzentration des Analyten weitgehend unabhängiges, elektrochemisches Bezugspotential bereitstellt. Die Messschaltung erzeugt ein analoges oder digitales Messsignal, das die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Messhalbzelle und der Bezugshalbzelle und mithin die Aktivität des Analyten im Messmedium repräsentiert. Das Messsignal wird von der Messschaltung gegebenenfalls an eine mit dem Sensor verbundene übergeordnete Einheit ausgegeben, die das Messsignal weiterverarbeitet. Dabei kann es sich um einen Messumformer oder einen Prozesscontroller, z.B. eine SPS, handeln. Ebenso ist eine teilweise oder vollständige Weiterverarbeitung des Messsignals in einer im Sensor angeordneten Einheit möglich.Potentiometric sensors usually include a measuring half-cell and a reference half-cell as well as a measuring circuit. For the measurement, the measuring half-cell and the reference half-cell are brought into contact with the measuring medium. In contact with the measuring medium, the measuring half-cell forms an electrochemical potential that is dependent on the activity of the analyte in the measuring medium, while the reference half-cell provides a stable, electrochemical reference potential that is largely independent of the concentration of the analyte. The measuring circuit generates an analog or digital measuring signal which represents the electrical potential difference between the measuring half-cell and the reference half-cell and therefore the activity of the analyte in the measuring medium. If necessary, the measurement signal is output by the measurement circuit to a higher-level unit connected to the sensor, which further processes the measurement signal. This can be a transmitter or a process controller, e.g. a PLC, act. Partial or complete further processing of the measurement signal in a unit arranged in the sensor is also possible.

Die Bezugshalbzelle herkömmlicher potentiometrischer Sensoren ist häufig als Elektrode zweiter Art, z.B. als Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode ausgestaltet und elektrisch leitend mit der Messschaltung verbunden.The reference half-cell of conventional potentiometric sensors is often used as an electrode of the second type, e.g. designed as a silver / silver chloride reference electrode and electrically connected to the measuring circuit.

Die Messhalbzelle umfasst ein potentialbildendes Sensorelement, das je nach Art des potentiometrischen Sensors eine ionenselektive Membran oder Schicht umfassen kann. Beispiele für solche Messhalbzellen sind ionenselektive Elektroden. Eine herkömmliche ionenselektive Elektrode weist ein durch die ionenselektive Membran abgeschlossenes Gehäuse auf, in dem ein in Kontakt mit der Membran stehender Innenelektrolyt aufgenommen ist. Weiter umfasst die ionenselektive Elektrode eine Ableitung, die mit dem Innenelektrolyten in Kontakt steht. Die Ableitung ist elektrisch leitend mit der Messschaltung verbunden. Steht die ionenselektive Membran zur Messung mit dem Messmedium in Kontakt, wechselwirkt die Membran selektiv mit einer bestimmten, in dem Messmedium enthaltenen ionischen Spezies, nämlich mit dem Analyten. Dabei wird durch eine Aktivitäts- bzw. Konzentrationsänderung des Ions in dem Messmedium eine relative Änderung der Gleichgewichts-Galvanispannung zwischen dem Messmedium und dem über den Innenelektrolyten mit der ionenselektiven Membran in Kontakt stehenden Ableitung bewirkt. Ein Spezialfall einer derartigen ionenselektiven Elektrode, nämlich eine die H+- bzw. Hydronium-Ionen-Aktivität in einer Messflüssigkeit selektiv erfassenden Elektrode, ist die bekannte pH-Glaselektrode, die als potentialbildendes Sensorelement eine Glasmembran umfasst.The measuring half-cell comprises a potential-forming sensor element which, depending on the type of potentiometric sensor, can comprise an ion-selective membrane or layer. Examples of such measuring half-cells are ion-selective electrodes. A conventional ion-selective electrode has a housing which is closed off by the ion-selective membrane and in which an internal electrolyte in contact with the membrane is accommodated. The ion-selective electrode further comprises a discharge line that is in contact with the internal electrolyte. The lead is electrically connected to the measuring circuit. If the ion-selective membrane is in contact with the measurement medium for measurement, the membrane interacts selectively with a specific ionic species contained in the measurement medium, namely with the analyte. A change in the activity or concentration of the ion in the measuring medium brings about a relative change in the equilibrium galvanic voltage between the measuring medium and the lead in contact with the ion-selective membrane via the internal electrolyte. A special case of such an ion-selective electrode, namely an electrode that selectively detects the H + or hydronium ion activity in a measuring liquid, is the known pH glass electrode, which comprises a glass membrane as a potential-forming sensor element.

Derartige ionenselektive Glaselektroden, sowie Sensoren mit entsprechenden Glaselektroden, zeichnen sich zwar durch gute Messeigenschaften aus; im Falle einer pH-Glaselektrode betrifft dies beispielsweise die Steigung, Langzeitstabilität, Selektivität und Nachweisgrenze. Jedoch brechen Glaselektroden leicht, weisen also nur eine geringe mechanische Stabilität auf.Such ion-selective glass electrodes, as well as sensors with corresponding glass electrodes, are distinguished by good measuring properties; in the case of a pH glass electrode, this concerns, for example, the slope, long-term stability, selectivity and detection limit. However, glass electrodes break easily, so they only have poor mechanical stability.

Eine Alternative stellen die ionenselektiven sogenannten „Solid-State“-Elektroden dar. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Emaille-Elektroden bekannt geworden, wie sie beispielsweise in EP0180071B1 , EP0614694B1 oder auch WO2018/069591A1 beschrieben sind.The ion-selective so-called “solid-state” electrodes represent an alternative. In this context, enamel electrodes in particular have become known, as they are for example in EP0180071B1 , EP0614694B1 or WO2018 / 069591A1 are described.

Die Hauptbestandteile von Emaille sind anorganische Oxid-Komponenten. Emaille ist hinsichtlich seiner Eigenschaften mit Glas vergleichbar. Basisbestandteile sind beispielsweise ein oder mehrere der Oxide Siliziumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid und Aluminiumoxid. Auf ein Metallsubstrat aufgetragen, können durch eine Emaille-Beschichtung Haftfestigkeiten von bis zu 100N/m2 erzielt werden.The main components of enamel are inorganic oxide components. In terms of its properties, enamel is comparable to glass. Basic components are, for example, one or more of the oxides silicon oxide, sodium oxide, potassium oxide, calcium oxide, magnesium oxide and aluminum oxide. Applied to a metal substrate, adhesive strengths of up to 100N / m 2 can be achieved with an enamel coating.

Emaille-Elektroden verfügen in der Regel über einen metallischen Schaft und zeichnen sich entsprechend durch eine hohe mechanische Stabilität aus. Zudem sind sie aufgrund der Emaille-Beschichtung chemisch inert, und können insbesondere auch im Falle von aggressiven Medien, insbesondere für chemische Prozesse, oder solche Prozesse, in denen häufig Reinigungen durchzuführen sind, wie beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, verwendet werden.Enamel electrodes usually have a metallic shaft and are accordingly characterized by high mechanical stability. In addition, they are chemically inert due to the enamel coating, and can in particular also in the case of aggressive media, in particular for chemical processes, or processes in which cleaning has to be carried out frequently, such as in the food industry, for example.

Zur Erreichung einer ausreichenden Standzeit der jeweiligen Sensoren ist es aber erforderlich, dass die Analyt-sensitive Schicht, welche im emaillierten Bereich aufgebracht wird, vergleichsweise dick ausgeführt wird. Die Konsequenz hieraus ist das Vorhandensein einer vergleichsweise hohen elektrischen Impedanz und damit einhergehend einer schlechteren Signalqualität.In order to achieve a sufficient service life of the respective sensors, however, it is necessary that the analyte-sensitive layer, which is applied in the enamelled area, is made comparatively thick. The consequence of this is the presence of a comparatively high electrical impedance and the associated poorer signal quality.

Eine Alternative zur Verwendung vergleichsweise dicker Analyt-sensitiver Schichten besteht in einer Vergrößerung der Geometrie der jeweiligen Elektrode, insbesondere eine Vergrößerung der Fläche des potentialbildenden Sensorelements. Dies hat jedoch zur Folge, dass entsprechende Elektroden aufgrund der zustande kommenden Größen in der Regel nicht in Standard Prozessarmaturen einsetzbar sind. Unter Standard Prozessarmaturen seien in diesem Zusammenhang Prozessarmaturen verstanden, die zur Installation von Sensoren mit einem Durchmesser von 12 mm geeignet sind. Typische Einbaulängen der jeweiligen Elektroden liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 120-225 mm. Emaille Elektroden gemäß Stand der Technik lassen sich häufig nicht in übliche Prozessarmaturen integrieren. Dies führt nachteilig zu einem hohen Installationsaufwand, sowie zu vergleichsweise aufwendigen Kalibrationen und/oder Justagen.An alternative to using comparatively thick analyte-sensitive layers is to enlarge the geometry of the respective electrode, in particular to enlarge the area of the potential-forming sensor element. However, this has the consequence that corresponding electrodes can generally not be used in standard process fittings due to the sizes that arise. In this context, standard process fittings are understood to mean process fittings that are suitable for installing sensors with a diameter of 12 mm. Typical installation lengths of the respective electrodes are, for example, in a range between 120-225 mm. Enamel electrodes according to the prior art often cannot be integrated into customary process fittings. This disadvantageously leads to a high level of installation effort and also to comparatively complex calibrations and / or adjustments.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor bereitzustellen, welcher die beschriebenen Nachteile überwindet.The present invention is based on the object of providing an ion-selective electrode for an electrochemical sensor which overcomes the disadvantages described.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor nach Anspruch 1, sowie durch den elektrochemischen Sensor nach Anspruch 15.This object is achieved by the ion-selective electrode for an electrochemical sensor according to claim 1, as well as by the electrochemical sensor according to claim 15.

Die erfindungsgemäße ionenselektive Elektrode für einen elektrochemischen Sensor umfasst einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper, eine Emaille-Schicht, welche zumindest in einem ersten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist, und eine Analyt-sensitive Schicht, welche zumindest in einem zweiten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht ist. Die Emaille-Schicht ist so ausgestaltet, dass sich die Emaille insbesondere auf der dem Sondenkörper abgewandten Seite ausbildet. Die Analyt-sensitive Schicht ist wiederum bevorzugt derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass sie während des Betriebs eines entsprechenden elektrochemischen Sensors zumindest zeit- und/oder teilweise Kontakt mit einem Messmedium hat.The ion-selective electrode according to the invention for an electrochemical sensor comprises a, in particular cylindrical, probe body, an enamel layer, which is arranged at least in a first sub-area of the probe body, and an analyte-sensitive layer, which is arranged at least in a second sub-area of the probe body that the analyte-sensitive layer is at least partially in contact with the enamel layer. The enamel layer is designed such that the enamel is formed in particular on the side facing away from the probe body. The analyte-sensitive layer is in turn preferably arranged and / or configured in such a way that it is in at least temporary and / or partial contact with a measurement medium during the operation of a corresponding electrochemical sensor.

Die Emaille-Schicht kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren, insbesondere übereinander angeordneten, Teilschichten aufgebaut sein. Die Emaille-Schicht umfasst also zumindest eine Teilschicht. Im Falle, dass zumindest zwei Teilschichten vorhanden sind, handelt es sich zumindest bei einer Oberfläche des Sondenkörpers abgewandten Teilschicht um eine Emaille. Zudem können unterschiedliche Teilschichten aus unterschiedlich zusammengesetzten Emaillen bestehen. Neben besagter Emaille-Schicht und besagter Analyt-sensitiver Schicht kann die Elektrode zudem zumindest eine Zwischenschicht umfassen, insbesondere kann zwischen der Emaille-Schicht und der Analyt-sensitiven Schicht, insbesondere sofern diese zumindest teilweise übereinander angeordnet sind, eine Zwischenschicht angeordnet sein.The enamel layer can be built up from a single layer or from a plurality of partial layers, in particular one above the other. The enamel layer thus comprises at least one partial layer. In the event that at least two partial layers are present, at least one partial layer facing away from the surface of the probe body is an enamel. In addition, different sub-layers can consist of differently composed enamels. In addition to said enamel layer and said analyte-sensitive layer, the electrode can also comprise at least one intermediate layer, in particular an intermediate layer can be arranged between the enamel layer and the analyte-sensitive layer, in particular if they are at least partially arranged one above the other.

Erfindungsgemäß umfasst die Elektrode eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in einem dritten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist. Die Anordnung kann direkt und/oder indirekt auf dem Sondenkörper erfolgen. Der dritte Teilbereich kann sich sowohl in einem nach innen als auch in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers befinden.According to the invention, the electrode comprises an electrically conductive layer which is arranged in a third partial area of the probe body. The arrangement can take place directly and / or indirectly on the probe body. The third partial area can be located both in an inwardly and in an outwardly facing area of the probe body.

Sowohl die Emaille-Schicht als auch die Analyt-sensitive Schicht ist bevorzugt zumindest teilweise in einem ersten Abschnitt der Elektrode angeordnet, welche im fortlaufenden Betrieb eines jeweiligen Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, also in einem ersten Abschnitt, welche durch eine Prozessarmatur in einen das Medium enthaltenden Behälter eingebracht wird.Both the enamel layer and the analyte-sensitive layer are preferably at least partially arranged in a first section of the electrode which comes into contact with the medium during continuous operation of a respective sensor, that is, in a first section which is connected to a process fitting by a the container containing the medium is introduced.

Die elektrisch leitfähige Schicht dient der elektromagnetischen Schirmung und/oder kann zur Verwendung der Elektrode als Redox-aktives, als elektrisches Potentialausgleichselement (PAL) und/oder zur Ableitung des elektrochemischen Potentials der Analyt-sensitiven Schicht verwendet werden. Vorteilhaft führt die Verwendung einer elektrisch leitfähigen Schicht zu einem verbesserten Signal-zu-Rauschverhältnis. Hierdurch ist es möglich, die Analyt-sensitive Schicht im Vergleich zum Stand der Technik mit einer geringeren Dicke und/oder entlang eines verringerten Teilbereichs anzuordnen. Es können also weitaus kompaktere Elektroden mit gleichbleibendem Signal-zu-Rauschverhältnis bzw. Signal-/Störungs-Verhältnis hergestellt werden.The electrically conductive layer serves for electromagnetic shielding and / or can be used to use the electrode as a redox-active element, as an electrical potential equalization element (PAL) and / or to derive the electrochemical potential of the analyte-sensitive layer. The use of an electrically conductive layer advantageously leads to an improved signal-to-noise ratio. This makes it possible to arrange the analyte-sensitive layer with a smaller thickness and / or along a reduced sub-area compared to the prior art. Much more compact electrodes with a constant signal-to-noise ratio or signal / interference ratio can therefore be produced.

In einer Ausgestaltung ist der dritte Teilbereich in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich in diesem Falle der dritte Teilbereich entlang des gesamten Sondenkörpers und umfasst insbesondere einen zweiten Abschnitt der Elektrode, welche im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors nicht mit dem Medium in Kontakt kommt, also insbesondere einen Abschnitt, welcher außerhalb eines das Medium enthaltenden Behälters angeordnet ist.In one embodiment, the third partial area is arranged in an inwardly facing area of the probe body. In this case, the third sub-area preferably extends along and encompasses the entire probe body in particular a second section of the electrode which does not come into contact with the medium during continuous operation of a corresponding sensor, that is to say in particular a section which is arranged outside a container containing the medium.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der dritte Teilbereich in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet, wobei der zweite Teilbereich vom dritten Teilbereich getrennt ist. Die elektrisch leitfähige Schicht kann in diesem Falle teilweise auch den zweiten Abschnitt der Elektrode, welcher mit dem Medium in Kontakt kommt, umfassen. Sie kann somit auch einen Ausschnitt des ersten Teilbereichs, in welchem die Emaille-Schicht angeordnet ist, umfassen; sie umfasst jedoch nicht den zweiten Teilbereich. Sie ist vielmehr in diesem Falle nicht mit der Analyt-sensitiven Schicht in Kontakt.In a further embodiment, the third sub-area is arranged in an outward-facing area of the probe body, the second sub-area being separated from the third sub-area. In this case, the electrically conductive layer can partially also include the second section of the electrode, which comes into contact with the medium. It can thus also include a section of the first partial area in which the enamel layer is arranged; however, it does not include the second sub-area. Rather, in this case it is not in contact with the analyte-sensitive layer.

Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung einerseits denkbar, dass die Elektrode eine einzige Analyt-sensitive Schicht aufweist. Ebenso ist es aber möglich, dass die Elektrode auch zumindest zwei, insbesondere voneinander getrennte, Analyt-sensitive Schichten aufweist, welche in unterschiedlichen Teilbereichen angeordnet sind.In the context of the present invention, it is conceivable, on the one hand, for the electrode to have a single analyte-sensitive layer. However, it is also possible that the electrode also has at least two, in particular separate, analyte-sensitive layers, which are arranged in different partial areas.

In einer Ausgestaltung enthält die Analyt-sensitive Schicht Lithium.In one embodiment, the analyte-sensitive layer contains lithium.

In einer weiteren Ausgestaltung beträgt der erste und/oder dritte Außendurchmesser des ersten und/oder dritten Teilbereichs etwa, insbesondere maximal, 12 mm. Vorzugsweise beträgt im Falle, dass der dritte Teilbereich in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet ist, der erste Außendurchmesser etwa, insbesondere maximal, 12 mm, und im Falle, dass der dritte Teilbereich in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet ist, der dritte Außendurchmesser etwa, insbesondere maximal, maximal 12 mm. Die Elektrode ist also nicht nur lösbar in eine beliebige Prozessarmatur einbringbar, sondern insbesondere in eine Standard-Armatur.In a further embodiment, the first and / or third outer diameter of the first and / or third partial area is approximately, in particular at most, 12 mm. In the case that the third sub-area is arranged in an inwardly facing area of the probe body, the first outer diameter is approximately, in particular a maximum of 12 mm, and in the case that the third sub-area is arranged in an outward-facing area of the probe body, the third outside diameter is approximately, in particular, a maximum of 12 mm. The electrode can therefore not only be detachably introduced into any process fitting, but in particular into a standard fitting.

Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass eine Einbaulänge von einem ersten Endbereich der Elektrode bis zu einem in einem zweiten Endbereich der Elektrode angeordneten Elektrodenkopf oder bis zu einem Bereich, in welchem die Elektrode über einen Prozessanschluss an oder in einem Behälter befestigbar ist, beispielsweise eine PG13,5-Prozessverschraubung, im Bereich zwischen 120-500 mm liegt.Another embodiment includes that an installation length from a first end area of the electrode to an electrode head arranged in a second end area of the electrode or to an area in which the electrode can be attached to or in a container via a process connection, for example a PG13, 5-process screw connection, in the range between 120-500 mm.

In einer weiteren Ausgestaltung ist ein zweiter Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie ein erster Außendurchmesser des ersten Teilbereichs. Der Außendurchmesser im ersten bzw. zweiten Teilbereich setzt sich jeweils zumindest zusammen aus einem ersten Durchmesser des Sondenkörpers und einer ersten Dicke der Emaille-Schicht und/oder einer zweiten Dicke der Analyt-sensitiven Schicht. Die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht können sowohl nebeneinander oder zumindest teilweise übereinander angeordnet sein.In a further embodiment, a second outer diameter of the second partial area is at most as large as a first outer diameter of the first partial area. The outer diameter in the first or second partial area is composed at least of a first diameter of the probe body and a first thickness of the enamel layer and / or a second thickness of the analyte-sensitive layer. The enamel layer and the analyte-sensitive layer can be arranged both next to one another or at least partially one above the other.

Dadurch, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs, ist gewährleistet, dass die Elektrode, insbesondere lösbar, in eine Standard-Armatur einbringbar ist. Die Elektrode ist also durch eine Öffnung in einem Behälter oder durch eine Prozessarmatur einfach, insbesondere von außen, in den Behälter ein- und ausbringbar. Es gibt insbesondere keine Vergrößerung des Außendurchmessers der Elektrode im zweiten Teilbereich gegenüber dem ersten Teilbereich.The fact that the second outer diameter of the second sub-area is at most as large as the first outer diameter of the first sub-area ensures that the electrode can be introduced, in particular detachably, into a standard fitting. The electrode can thus be easily introduced into and removed from the container through an opening in a container or through a process fitting, in particular from the outside. In particular, there is no increase in the outer diameter of the electrode in the second sub-area compared to the first sub-area.

Sowohl die Emaille-Schicht als auch die Analyt-sensitive Schicht ist bevorzugt zumindest teilweise in einem Abschnitt der Elektrode angeordnet, welche im fortlaufenden Betrieb eines jeweiligen Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, also in einem Abschnitt, welche durch eine Prozessarmatur in einen das Medium enthaltenden Behälter eingebracht wird.Both the enamel layer and the analyte-sensitive layer are preferably arranged at least partially in a section of the electrode which comes into contact with the medium during continuous operation of a respective sensor, i.e. in a section which is introduced into the medium through a process fitting containing container is introduced.

Eine derartige Ausgestaltung der Elektrode ist auch vorteilhaft in Bezug auf die Dichtungs- und/oder Hygieneeigenschaften, wenn die Elektrode dicht und/oder hygienisch in einen das Prozessmedium enthaltenden Behälter eingebracht wird.Such a configuration of the electrode is also advantageous with regard to the sealing and / or hygienic properties if the electrode is tightly and / or hygienically introduced into a container containing the process medium.

Es ist von Vorteil, wenn der Sondenkörper vollständig emailliert ist. Der Sondenkörper ist in diesem Falle in jenem Abschnitt der Elektrode emailliert, welche im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors mit dem jeweiligen Messmedium in Kontakt kommt. Darüber hinaus ist der Sondenkörper aber auch bis zu einem zweiten Endbereich emailliert, also in jenem Abschnitt, welcher im fortlaufenden Betrieb üblicherweise nicht mit dem Medium in Kontakt kommt. Eine vollständige Emaillierung des Sondenkörpers ist fertigungstechnisch einfach realisierbar.It is an advantage if the probe body is completely enamelled. In this case, the probe body is enamelled in that section of the electrode which comes into contact with the respective measuring medium during continuous operation of a corresponding sensor. In addition, the probe body is also enameled up to a second end area, that is to say in that section which does not usually come into contact with the medium during continuous operation. Complete enamelling of the probe body is easy to implement in terms of production technology.

Der erste Teilbereich ist in einer alternativen Ausgestaltung wiederum derart gewählt, dass er einen mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt der Elektrode umfasst. Dieser Abschnitt erstreckt sich von einem ersten Endbereich der Elektrode beispielsweise bis hin zu einem Dichtbereich, der insbesondere eine Dichtfläche umfassend kann. Im an oder in einem Behälter befestigten Zustand der Elektrode ist dieser Dichtbereich üblicherweise in einem Bereich eines Prozessanschlusses, insbesondere einer Standard-Armatur, angeordnet, welcher dem Einbringen der Elektrode in den Behälter dient. Der Abschnitt umfasst also ggf. auch einen Dichtungsbereich der Elektrode. Die Emaillierung erstreckt sich also über den mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt hinaus. Für diese Ausgestaltung ist also zumindest jener Abschnitt der Elektrode, welcher im fortlaufenden Betrieb des jeweiligen Sensors in den Behälter hineinragt, vollständig emailliert. In dem Abschnitt, welcher im fortlaufenden Betrieb nicht mit Medium in Kontakt kommt, welcher also außerhalb des Behälters verbleibt, ist eine Emaillierung nicht erforderlich. Eine derartige Wahl des ersten Teilbereichs ist dagegen kostengünstig umsetzbar.In an alternative embodiment, the first sub-area is again selected in such a way that it comprises a section of the electrode that comes into contact with the medium. This section extends from a first end region of the electrode, for example, to a sealing region, which can in particular comprise a sealing surface. When the electrode is attached to or in a container, this sealing area is usually arranged in an area of a process connection, in particular a standard fitting, which is used to introduce the electrode into the container. The section may also include one Sealing area of the electrode. The enamelling thus extends beyond the section that comes into contact with the medium. For this embodiment, at least that portion of the electrode which protrudes into the container during continuous operation of the respective sensor is completely enamelled. In the section which does not come into contact with the medium during continuous operation, ie which remains outside the container, enamelling is not necessary. Such a choice of the first sub-area, on the other hand, can be implemented cost-effectively.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Elektrode, insbesondere im Bereich einer Dichtfläche, eine kreisrunde Querschnittsfläche auf. Insbesondere ist eine Rundheit der Elektrode, gemäß der DIN ISO 1101 Norm kleiner gleich 0,1 mm.In an advantageous embodiment, the electrode has a circular cross-sectional area, particularly in the area of a sealing surface. In particular, a roundness of the electrode according to FIG DIN ISO 1101 standard less than or equal to 0.1 mm.

Es ist ebenso von Vorteil, wenn ein Rundlauf und/oder eine Zylinderform der Elektrode, insbesondere im Bereich der Dichtfläche, gemäß der DIN ISO 1101 Norm kleiner 0,1 mm, bevorzugt kleiner als 0,05mm ist/sind.It is also advantageous if a concentricity and / or a cylindrical shape of the electrode, in particular in the area of the sealing surface, according to FIG DIN ISO 1101 Norm is / are less than 0.1 mm, preferably less than 0.05 mm.

Eine weitere Ausgestaltung der Elektrode beinhaltet, dass eine Dicke der Analyt-sensitiven Schicht und/oder eine Dicke der Emaille-Schicht kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner als 0,5 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,3 mm ist/sind. Hierdurch kann eine vergleichsweise geringe Impedanz der jeweiligen Messkette des jeweiligen Sensors gewährleistet werden. Dies führt zu einem deutlich verbesserten Signal-zu-RauschVerhältnis bzw. Signal-/Störungs-Verhältnis.Another embodiment of the electrode includes that a thickness of the analyte-sensitive layer and / or a thickness of the enamel layer is / are less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, particularly preferably less than 0.3 mm. In this way, a comparatively low impedance of the respective measuring chain of the respective sensor can be guaranteed. This leads to a significantly improved signal-to-noise ratio or signal / interference ratio.

Eine bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die Emaille-Schicht und/oder die Analyt-sensitive Schicht jeweils unmittelbar auf den Sondenkörper aufgetragen ist/sind. Sofern beide Schichten unmittelbar auf den Sondenkörper aufgebracht sind, können die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht beispielsweise zueinander benachbart angeordnet sein. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht zwischen zwei emaillierten Ausschnitten des ersten Teilbereichs angeordnet ist.A preferred embodiment includes that the enamel layer and / or the analyte-sensitive layer is / are each applied directly to the probe body. If both layers are applied directly to the probe body, the enamel layer and the analyte-sensitive layer can be arranged adjacent to one another, for example. Alternatively, it is also conceivable that the analyte-sensitive layer is arranged between two enameled cutouts of the first partial area.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Analyt-sensitive Schicht zumindest teilweise auf der Emaille-Schicht aufgebracht. In dieser Hinsicht ist es einerseits denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht nur in zumindest einem Überlappungsbereich auf der Emaille-Schicht angeordnet ist. Ebenso ist es aber denkbar, dass die Analyt-sensitive Schicht vollständig auf die Emaille-Schicht aufgebracht ist.In a further preferred embodiment, the analyte-sensitive layer is at least partially applied to the enamel layer. In this regard, it is conceivable on the one hand for the analyte-sensitive layer to be arranged on the enamel layer only in at least one overlapping area. It is also conceivable, however, that the analyte-sensitive layer is applied completely to the enamel layer.

Um zu gewährleisten, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs, sind verschiedenste Maßnahmen denkbar, von denen ein paar besonders bevorzugte Varianten im Folgenden angegeben sind.In order to ensure that the second outer diameter of the second sub-area is at most as large as the first outer diameter of the first sub-area, a wide variety of measures are conceivable, of which a few particularly preferred variants are given below.

In einer Ausgestaltung ist ein Durchmesser des Sondenkörpers variabel, wobei ein zweiter Durchmesser des Sondenkörpers im zweiten Teilbereich kleiner ist als ein erster Durchmesser des Sondenkörpers im ersten Teilbereich. Insbesondere wird der Durchmesser derart variiert, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs. Der Sondenkörper kann zu diesem Zweck beispielsweise zumindest eine Nut, einen Absatz und/oder eine Verjüngung des Durchmessers aufweisen.In one embodiment, a diameter of the probe body is variable, a second diameter of the probe body in the second partial area being smaller than a first diameter of the probe body in the first partial area. In particular, the diameter is varied in such a way that the second outer diameter of the second sub-area is at most as large as the first outer diameter of the first sub-area. For this purpose, the probe body can, for example, have at least one groove, a shoulder and / or a tapering of the diameter.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Dicke der Emaille-Schicht variabel, wobei eine zweite Dicke der Emaille-Schicht im zweiten Teilbereich geringer ist als eine erste Dicke der Emaille-Schicht im ersten Teilbereich. In diesem Fall wird also insbesondere der Durchmesser der Emaille-Schicht derart variiert, dass der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser des ersten Teilbereichs.In a further embodiment, the thickness of the enamel layer is variable, a second thickness of the enamel layer in the second partial area being less than a first thickness of the enamel layer in the first partial area. In this case, the diameter of the enamel layer in particular is varied in such a way that the second outer diameter of the second sub-area is at most as large as the first outer diameter of the first sub-area.

Es ist ebenfalls denkbar, Durchmesser und/oder Dicken mehrerer Komponenten der Elektrode, insbesondere den Durchmesser der Sondenelektrode, die Dicke der Emaille-Schicht und/oder die Dicke der Analyt-sensitiven Schicht zu variieren.It is also conceivable to vary the diameter and / or thickness of several components of the electrode, in particular the diameter of the probe electrode, the thickness of the enamel layer and / or the thickness of the analyte-sensitive layer.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Teilbereich eine scheibenförmige, ringförmige, kappenförmige und/oder zumindest teilweise kugelförmige, insbesondere halbkugelförmige oder nahezu kugelförmige, Geometrie aufweist. Der zweite Teilbereich kann dabei im Bereich einer Mantelfläche und/oder einer Grundfläche des Sondenkörpers angeordnet sein. Der Sondenkörper ist vorzugsweise zylindrisch ausgestaltet, wobei ein Endbereich des Sondenkörpers, welcher im Betrieb eines jeweiligen Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, planar, oder abgerundet, insbesondere kugelförmig, ausgestaltet ist.Another particularly preferred embodiment provides that the second sub-area has a disk-shaped, ring-shaped, cap-shaped and / or at least partially spherical, in particular hemispherical or almost spherical, geometry. The second partial area can be arranged in the area of a jacket surface and / or a base surface of the probe body. The probe body is preferably of cylindrical design, an end region of the probe body which comes into contact with the medium during operation of a respective sensor being planar or rounded, in particular spherical.

In einer Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine Dichtfläche, mittels welcher die Elektrode dichtend in einen Behälter, insbesondere in eine Prozessarmatur, einbringbar ist. Beispielsweise umfasst die Prozessarmatur oder eine Öffnung im Behälter einen Dichtring, welcher die Dichtfläche umschließt und somit abdichtet. Die Dichtfläche ist bevorzugt innerhalb des ersten Teilbereichs, also im emaillierten Teilbereich der Elektrode angeordnet.In one embodiment, the electrode comprises a sealing surface, by means of which the electrode can be inserted into a container, in particular into a process fitting, in a sealing manner. For example, the process fitting or an opening in the container comprises a sealing ring which surrounds and thus seals the sealing surface. The sealing surface is preferably arranged within the first partial area, that is to say in the enameled partial area of the electrode.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung umgibt der dritte Teilbereich zumindest den ersten Teilbereich zumindest teilweise, wobei der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie ein dritter Außendurchmesser des dritten Teilbereichs. Für diese Ausgestaltung ist die elektrisch leitfähige Schicht also in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers angeordnet. Ferner ist der Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs, in welchem die Analyt-sensitive Schicht angeordnet ist, maximal so groß wie ein Außendurchmesser des dritten Teilbereichs, welcher sich für diese Ausgestaltung aus der Summe des Durchmessers des Sondenkörpers sowie den Dicken der Emaille-Schicht und der elektrisch leitfähigen Schicht zusammensetzt. Dies erlaubt die lösbare Befestigung in einer Prozessarmatur.In a further particularly preferred embodiment, the third sub-area at least partially surrounds the first sub-area, the second outer diameter of the second Sub-area is at most as large as a third outer diameter of the third sub-area. For this configuration, the electrically conductive layer is therefore arranged in an outwardly facing region of the probe body. Furthermore, the outer diameter of the second sub-area in which the analyte-sensitive layer is arranged is at most as large as an outer diameter of the third sub-area, which for this configuration is the sum of the diameter of the probe body and the thicknesses of the enamel layer and the electrical conductive layer composed. This allows the detachable fastening in a process fitting.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die elektrisch leitfähige Schicht zumindest ein Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, umfasst.One embodiment includes that the electrically conductive layer comprises at least one noble metal, in particular gold or platinum.

Noch eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Elektrode zumindest eine elektrische Leitung umfasst, mittels welcher die leitfähige Schicht elektrisch kontaktiert ist. In diesem Falle ist sowohl eine aktive elektromagnetische Schirmung als auch eine passive elektromagnetische Schirmung denkbar.Another embodiment includes that the electrode comprises at least one electrical line, by means of which the conductive layer is electrically contacted. In this case, both active electromagnetic shielding and passive electromagnetic shielding are conceivable.

Die elektrische Leitung dient insbesondere der elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht mit einer Messschaltung eines entsprechenden Sensors (aktiv) oder mit einer Referenzelektrode eines entsprechenden Sensors (passiv).The electrical line is used in particular to make electrical contact between the electrically conductive layer and a measuring circuit of a corresponding sensor (active) or with a reference electrode of a corresponding sensor (passive).

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine flexible, insbesondere geschirmte, Leiterkarte zur elektrischen Kontaktierung der Analyt-sensitiven Schicht.In a preferred embodiment, the electrode comprises a flexible, in particular shielded, printed circuit card for making electrical contact with the analyte-sensitive layer.

In noch einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Elektrode einen Vorverstärker, welcher in einem Innenvolumen des Sondenkörpers angeordnet ist. Der Vorverstärker führt zu einer weiteren Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses.In another preferred embodiment, the electrode comprises a preamplifier which is arranged in an inner volume of the probe body. The preamplifier leads to a further improvement in the signal-to-noise ratio.

In einer Ausgestaltung umfasst die Elektrode eine mechanisch stabilisierende, insbesondere elektrisch isolierende, Schicht, welche in einem vierten Teilbereich des Sondenkörpers angeordnet ist. Die Verwendung einer zusätzlichen mechanisch stabilisierenden Schicht erhöht die mechanische Stabilität der Elektrode. Die Elektrode wird durch diese Maßnahme im Wesentlichen splitterfrei.In one configuration, the electrode comprises a mechanically stabilizing, in particular electrically insulating, layer which is arranged in a fourth partial area of the probe body. The use of an additional mechanically stabilizing layer increases the mechanical stability of the electrode. This measure makes the electrode essentially splinter-free.

Es ist von Vorteil, wenn der vierte Teilbereich zumindest den ersten Teilbereich zumindest teilweise umgibt. Die mechanisch stabilisierende Schicht ist dann zumindest auf einen Abschnitt des ersten Teilbereichs aufgebracht und umgibt also zumindest teilweise die Emaille-Schicht. Sie umfasst jedoch nicht den zweiten Teilbereich. Die Analyt-sensitive Schicht ist also nicht von der mechanisch stabilisierenden Schicht umgeben.It is advantageous if the fourth sub-area at least partially surrounds at least the first sub-area. The mechanically stabilizing layer is then applied at least to a section of the first partial area and thus at least partially surrounds the enamel layer. However, it does not include the second sub-area. The analyte-sensitive layer is therefore not surrounded by the mechanically stabilizing layer.

Es ist ebenso von Vorteil, wenn der zweite Außendurchmesser des zweiten Teilbereichs maximal so groß ist wie ein vierter Außendurchmesser des vierten Teilbereichs. Auf diese Weise kann auch bei Verwendung einer mechanisch stabilisierenden Schicht gewährleistet werden, dass die Elektrode auf einfache Weise in den jeweiligen Behälter einbringbar und aus dem jeweiligen Behälter ausbringbar ist.It is also advantageous if the second outer diameter of the second sub-area is at most as large as a fourth outer diameter of the fourth sub-area. In this way, even when using a mechanically stabilizing layer, it can be ensured that the electrode can be introduced into the respective container and removed from the respective container in a simple manner.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch einen elektrochemischen Sensor zur Messung einer Ionenaktivität in einem Messmedium, umfassend eine Analyt-sensitive Elektrode nach einer der beschriebenen Ausgestaltungen und eine Referenz- bzw. Bezugselektrode. Insbesondere handelt es sich um einen potentiometrischen Sensor, mit welchem über eine ebenfalls vorhandene Messschaltung eine Potentialdifferenz zwischen der ionenselektiven Elektrode und der Bezugselektrode erfassbar ist. Der Sensor kann zur Ermittlung einer von der Konzentration oder Aktivität eines Analyten, insbesondere eines Analyt-Ions, in einem Messmedium abhängigen Messgröße dienen. Das Messmedium kann eine Messflüssigkeit, beispielsweise eine wasserhaltige Lösung, Emulsion oder Suspension sein.The object on which the invention is based is further achieved by an electrochemical sensor for measuring an ion activity in a measuring medium, comprising an analyte-sensitive electrode according to one of the embodiments described and a reference electrode. In particular, it is a potentiometric sensor with which a potential difference between the ion-selective electrode and the reference electrode can be detected via a measuring circuit that is also present. The sensor can be used to determine a measured variable that is dependent on the concentration or activity of an analyte, in particular an analyte ion, in a measuring medium. The measuring medium can be a measuring liquid, for example a water-containing solution, emulsion or suspension.

Die Messschaltung kann weiter dazu ausgestaltet sein, ein Messsignal basierend auf der erfassten Potentialdifferenz zu erzeugen. Sie kann mit einer übergeordneten Datenverarbeitungselektronik, z.B. einem Messumformer oder Transmitter, verbunden oder verbindbar sein und dazu eingerichtet sein, das Messsignal an die übergeordnete Datenverarbeitungselektronik auszugeben. Die Datenverarbeitungselektronik kann dazu eingerichtet sein, aus dem Messsignal einen Messwert der mittels des potentiometrischen Sensors zu ermittelnden Messgröße, z.B. einer Analytaktivität- oder Konzentration oder des pH-Werts, zu ermitteln und auszugeben und/oder anzuzeigen. Ebenso kann die Datenverarbeitungselektronik im Sensor integriert sein und insbesondere einen Datenspeicher, insbesondere zur zumindest zeitweisen Speicherung von Kalibrier-, Sensor- und/oder Messdaten, umfassen.The measuring circuit can further be configured to generate a measuring signal based on the detected potential difference. It can be combined with a higher-level data processing electronics, e.g. a measuring transducer or transmitter, connected or connectable and be set up to output the measurement signal to the higher-level data processing electronics. The data processing electronics can be set up to convert a measured value of the measured variable to be determined by means of the potentiometric sensor, e.g. an analyte activity or concentration or the pH value, to determine and output and / or display. Likewise, the data processing electronics can be integrated in the sensor and in particular comprise a data memory, in particular for the at least temporary storage of calibration, sensor and / or measurement data.

Bevorzugt ist die übergeordnete Datenverarbeitungselektronik in einem Sensorkopf angeordnet, wobei ein Datenaustausch zwischen der Messschaltung und der übergeordneten Datenverarbeitungselektronik induktiv über eine Verbindungsstrecke, die zur galvanischen Entkopplung dient.The higher-level data processing electronics are preferably arranged in a sensor head, with data exchange between the measuring circuit and the higher-level data processing electronics inductively via a connection path which is used for galvanic decoupling.

Der Sensor verfügt ferner bevorzugt über ein PG13,5 Gewinde zur lösbaren Verbindung des Sensors mit dem Behälter, insbesondere über eine Standard-ProzessarmaturThe sensor also preferably has a PG13.5 thread for the detachable connection of the sensor to the container, in particular a standard process fitting

Es sei darauf verwiesen, dass die in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf den erfindungsgemäßen Sensor anwenden lassen und umgekehrt.It should be noted that in connection with the electrode according to the invention The embodiments described can also be applied mutatis mutandis to the sensor according to the invention and vice versa.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren 1 - 5 näher erläutert. Es zeigt

  • 1: eine emaillierte ionenselektive Elektrode gemäß Stand der Technik;
  • 2: zwei Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode mit einer elektrisch leitfähigen Schicht;
  • 3: zwei Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode mit einer mechanisch stabilisierenden Schicht;
  • 4: verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode, bei welchen die Emaille-Schicht und die Analyt-sensitive Schicht direkt auf den Sondenkörper aufgebracht sind; und
  • 5: verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode, wobei (a,b,c) ein Durchmesser des Sondenkörpers entlang seiner Längsachse, und (d,e) eine Dicke der Emaille-Schicht entlang ihrer Längsachse variabel ausgestaltet sind;
The invention is illustrated by the following figures 1 - 5 explained in more detail. It shows
  • 1 : an enameled ion-selective electrode according to the prior art;
  • 2 : two configurations of an electrode according to the invention with an electrically conductive layer;
  • 3 : two configurations of an electrode according to the invention with a mechanically stabilizing layer;
  • 4th : various configurations of an electrode according to the invention, in which the enamel layer and the analyte-sensitive layer are applied directly to the probe body; and
  • 5 : different configurations of an electrode according to the invention, wherein (a, b, c) a diameter of the probe body along its longitudinal axis, and (d, e) a thickness of the enamel layer along its longitudinal axis are designed to be variable;

In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine emaillierte ionenselektive Elektrode 1 gemäß Stand der Technik dargestellt. Die Elektrode 1 weist einen zylindrischen Sondenkörper 2 auf, welcher in einem Endbereich 2a abgerundet ist. Im fortlaufenden Betrieb eines entsprechenden Sensors [hier nicht gezeigt] kommt die Elektrode 1 in einem ersten Abschnitt A, welcher den Endbereich 2a umfasst und welcher für die hier gezeigte Ausgestaltung bis zu einem Dichtbereich der Elektrode 1 reicht, in welchem die Elektrode 1 mittels eines Prozessanschlusses 3 in einem hier nicht separat dargestellten Behälter befestigt ist, mit einem Messmedium [ebenfalls nicht dargestellt] in Kontakt.In 1 is an enamelled ion-selective electrode 1 shown according to the prior art. The electrode 1 has a cylindrical probe body 2 on, which is in an end area 2a is rounded. In the continuous operation of a corresponding sensor [not shown here] the electrode comes 1 in a first section A , which is the end area 2a includes and which for the embodiment shown here up to a sealing area of the electrode 1 ranges in which the electrode 1 by means of a process connection 3 is attached in a container not shown separately here, with a measuring medium [also not shown] in contact.

Auf den Sondenkörper 2 ist nach außen gewandt zumindest in einem ersten Teilbereich T1, welcher sich aus den beiden Unterbereichen T1a und T1b zusammensetzt, eine Emaille-Schicht 4 aufgetragen, welche den Sondenkörper 2 umgibt. Für die hier gezeigte Ausgestaltung ist der Sondenkörper 2 sogar vollständig emailliert. In einem zweiten Teilbereich T2 innerhalb des Abschnitts A ist ferner eine Analyt-sensitive Schicht 5 aufgebracht. Die Emaille-Schicht 4 sorgt dafür, dass die Elektrode eine hohe mechanische Stabilität aufweist und chemisch inert ist. Allerdings muss aus verschiedenen in der Einleitung beschriebenen Gründen die Analyt-sensitive Schicht 5 in der Regel vergleichsweise dick ausgeführt werden, um eine gute Messgenauigkeit gewährleisten zu können. Da ein Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 größer ist als ein erster Außendurchmesser d1 außerhalb dieses Teilbereichs T2, ist die Elektrode 1 allerdings nicht zur Verwendung mit Standard-Prozessarmaturen geeignet. Insbesondere muss sie üblicherweise fest mit dem jeweiligen Behälter [nicht gezeigt] bzw. Prozessanschluss 3 verbunden werden, was insbesondere einen hohen Installationsaufwand bedeutet.On the probe body 2 is facing outwards at least in a first sub-area T1, which is composed of the two sub-areas T1a and T1b, an enamel layer 4th applied, which the probe body 2 surrounds. For the embodiment shown here, the probe body is 2 even completely enamelled. In a second sub-area T2 within section A there is also an analyte-sensitive layer 5 upset. The enamel layer 4th ensures that the electrode has high mechanical stability and is chemically inert. However, for various reasons described in the introduction, the analyte-sensitive layer must 5 are usually made comparatively thick in order to be able to guarantee good measurement accuracy. Since an outer diameter d2 of the second sub-area T2 is greater than a first outer diameter d1 outside this sub-area T2, the electrode is 1 however not suitable for use with standard process fittings. In particular, it usually has to be firmly attached to the respective container [not shown] or process connection 3 are connected, which means in particular a high installation effort.

Dieser Problematik begegnet die vorliegende Erfindung dadurch, dass die erfindungsgemäße Elektrode 1 eine elektrisch leitfähige Schicht 8 umfasst, welche in einem dritten Teilbereich T3 des Sondenkörpers 2 angeordnet ist, wie in 2 beispielhaft für zwei mögliche, unterschiedliche Ausgestaltungen dargestellt.The present invention counteracts this problem in that the electrode according to the invention 1 an electrically conductive layer 8th includes, which in a third sub-area T3 of the probe body 2 arranged as in 2 shown by way of example for two possible, different configurations.

Gemäß der Ausgestaltung aus 2a ist die elektrisch leitfähige Schicht 8 und damit einhergehend der dritte Teilbereich T3 in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers 2 angeordnet. Der dritte Teilbereich T3 erstreckt sich entlang des gesamten Sondenkörpers 2, also sowohl in einem ersten Abschnitt A1 der Elektrode 1, welcher im Betrieb eines entsprechenden Sensors mit dem Medium in Kontakt kommt, als auch in einem zweiten Abschnitt A2, welcher außerhalb eines Behälters [dargestellt durch den Prozessanschluss 3] verbleibt.According to the design 2a is the electrically conductive layer 8th and consequently the third sub-area T3 in an inwardly facing area of the probe body 2 arranged. The third sub-area T3 extends along the entire probe body 2 , so both in a first section A1 of the electrode 1 , which comes into contact with the medium when a corresponding sensor is in operation, as well as in a second section A2, which is outside a container [represented by the process connection 3 ] remains.

Die Emaille-Schicht 4 ist in einem ersten Teilbereich T1 angeordnet, welcher sich teilweise entlang des ersten Abschnitts A1 erstreckt, und welcher ferner eine Dichtfläche 7, welche bei Befestigung eines entsprechenden Sensors [nicht dargestellt] im Bereich des Prozessanschlusses 3 angeordnet ist, sowie einen darüber liegenden Toleranzbereich T umfasst, welcher sicherstellt, dass der erste Abschnitt A1 der Elektrode vollständig emailliert ist. Die Analyt-sensitive Schicht 5 umfasst einen Endbereich 2a des Sondenkörpers 2 und ist ebenfalls im ersten Abschnitt A1 angeordnet und kappenförmig ausgestaltet. Im Übergangsbereich 6 sind die Emaille-Schicht 4 und die Analyt-sensitive Schicht 5 miteinander in Kontakt.The enamel layer 4th is arranged in a first sub-area T1, which extends partially along the first section A1, and which also has a sealing surface 7th , which when a corresponding sensor [not shown] is attached in the area of the process connection 3 is arranged, and includes an overlying tolerance range T, which ensures that the first section A1 of the electrode is completely enamelled. The analyte-sensitive layer 5 includes an end area 2a of the probe body 2 and is also arranged in the first section A1 and designed in the shape of a cap. In the transition area 6 are the enamel layer 4th and the analyte-sensitive layer 5 in contact with each other.

Ferner ist in 2a beispielhaft ein Vorverstärker 9 in einem Innenvolumen des Sondenkörpers 2 angeordnet, der neben der Schirmung durch die elektrisch leitfähige Schicht 8 eine weitere Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses der Elektrode 1 bewirkt. Der Vorverstärker 9 kann beispielsweise über eine leitfähige Verbindung 9` mit der Analyt-sensitiven Schicht 5 verbunden sein. Die Integration eines Vorverstärkers 9 ist jedoch nicht zwingend notwendig. In den nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen wurde ferner auf einen Vorverstärker 9 verzichtet. Es sei aber darauf verwiesen, dass auch die nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen zusätzlich einen Vorverstärker 9 umfassen können.Furthermore, in 2a for example a preamplifier 9 in an internal volume of the probe body 2 arranged next to the shield by the electrically conductive layer 8th a further improvement in the signal-to-noise ratio of the electrode 1 causes. The preamplifier 9 can for example have a conductive connection 9 ' with the analyte-sensitive layer 5 be connected. The integration of a preamplifier 9 however, it is not absolutely necessary. In the embodiments shown below, a preamplifier was also used 9 waived. However, it should be noted that the configurations shown below also have a preamplifier 9 can include.

Im Gegensatz zur Ausgestaltung aus 2a ist für 2b die elektrisch leitfähige Schicht 8 in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers 2 angeordnet. Hier erstreckt sich der dritte Teilbereich T3 über den zweiten Abschnitt A2 und umfasst ferner einen Abschnitt des ersten Teilbereichs T1. Die elektrisch leitfähige Schicht 8 ist aber nicht in Kontakt mit der Analyt-sensitiven Schicht 5, welche analog zu der in 2a gezeigten Analyt-sensitiven Schicht 5 ausgestaltet und angeordnet ist. In contrast to the design 2a is for 2 B the electrically conductive layer 8th in an outward-facing area of the probe body 2 arranged. Here the third sub-area T3 extends over the second section A2 and furthermore comprises a section of the first sub-area T1. The electrically conductive layer 8th but is not in contact with the analyte-sensitive layer 5 which is analogous to the in 2a analyte-sensitive layer shown 5 is designed and arranged.

In 2b umgibt der dritte Teilbereich T3 teilweise den ersten Teilbereich T1. Die Elektrode 1 ist dabei so beschaffen, dass ein Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kleiner ist als ein Außendurchmesser d3 im dritten Teilbereichs T3. In anderen Ausgestaltungen kann der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 auch größer sein als in der in 2a gezeigten Ausgestaltung, er sollte jedoch maximal dem dritten Außendurchmesser d3 des dritten Teilbereichs T3 entsprechen.In 2 B the third sub-area T3 partially surrounds the first sub-area T1. The electrode 1 is such that an outer diameter d2 of the second sub-area T2 is smaller than an outer diameter d3 in the third sub-area T3. In other configurations, the outer diameter d2 of the second partial area T2 can also be larger than in FIG 2a embodiment shown, but it should correspond at most to the third outer diameter d3 of the third sub-area T3.

Ferner umfasst die Elektrode 1 gemäß 2b eine elektrische Leitung 10 zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht 8, beispielsweise mit einer Elektronik [nicht dargestellt]. Die Art der Kontaktierung hängt dabei jeweils von der Art der gewünschten Schirmung - aktiv oder passiv - ab. Weiterhin ist eine flexible geschirmte Leiterkarte 11 zur elektrischen Kontaktierung der Analyt-sensitiven Schicht 5 vorgesehen. Auch die elektrische Leitung 10 sowie die Leiterkarte 11 sind nicht zwingend notwendig. In den nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen wurde ferner auf die Darstellung einer elektrischen Leitung 10 und einer Leiterkarte 11 verzichtet. Es sei aber darauf verwiesen, dass auch die zuvor gezeigte sowie die nachfolgend gezeigten Ausgestaltungen zusätzlich eine elektrische Leitung 10 und/oder eine Leiterkarte 11 umfassen können.The electrode further comprises 1 according to 2 B an electrical line 10 for making electrical contact with the electrically conductive layer 8th , for example with electronics [not shown]. The type of contact depends on the type of shielding required - active or passive. There is also a flexible, shielded printed circuit board 11 for electrical contacting of the analyte-sensitive layer 5 intended. Also the electrical wiring 10 as well as the circuit board 11 are not absolutely necessary. In the embodiments shown below, an electrical line was also shown 10 and a circuit board 11 waived. It should be noted, however, that the configurations shown above and those shown below also have an electrical line 10 and / or a circuit board 11 can include.

In den beiden in 3 gezeigten Varianten ist die Elektrode 1 analog zu 2 ausgestaltet. Zusätzlich zu den in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Komponenten umfasst die Elektrode 1 eine mechanisch stabilisierende Schicht 12, welche in einem vierten Teilbereich T4 auf den Sondenkörper aufgebracht ist. Die Verwendung einer zusätzlichen mechanisch stabilisierenden Schicht 12 erhöht die mechanische Stabilität der Elektrode 1. Die Elektrode 1 wird durch diese Maßnahme im Wesentlichen splitterfrei.In the two in 3 The variant shown is the electrode 1 analogous to 2 designed. In addition to those related to 2 components described includes the electrode 1 a mechanically stabilizing layer 12th , which is applied to the probe body in a fourth sub-area T4. The use of an additional mechanically stabilizing layer 12th increases the mechanical stability of the electrode 1 . The electrode 1 becomes essentially splinter-free through this measure.

Für die Ausgestaltung gemäß 3a umgibt der vierte Teilbereich T4 den ersten Teilbereich T1 vollständig. In 3b ist dagegen nur ein Abschnitt des dritten Teilbereichs T3 von der mechanisch stabilisierenden Schicht 12 umgeben. In beiden Ausgestaltungen ist der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kleiner als ein vierter Außendurchmesser d4 des vierten Teilbereichs T4. In anderen Ausgestaltungen kann der zweite Durchmesser auch größer sein als für die hier gezeigten beispielhaften Ausgestaltungen, jedoch sollte der zweite Durchmesser d2 maximal so groß sein wie der vierte Durchmesser d4.For the design according to 3a the fourth sub-area T4 completely surrounds the first sub-area T1. In 3b on the other hand, is only a section of the third sub-area T3 of the mechanically stabilizing layer 12th surround. In both configurations, the second outer diameter d2 of the second sub-area T2 is smaller than a fourth outer diameter d4 of the fourth sub-area T4. In other configurations, the second diameter can also be larger than for the exemplary configurations shown here, but the second diameter d2 should be at most as large as the fourth diameter d4.

Es ist ferner von Vorteil, wenn der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, in welcher die Emaille-Schicht 4 auf den Sondenkörper 2 aufgebracht ist. Dies ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit für die Ausgestaltungen gemäß 2 und 3 der Fall. Neben den dort gezeigten Ausgestaltungen sind jedoch unterschiedlichste weitere Möglichkeiten denkbar, von denen einige besonders bevorzugte Varianten in den nachfolgenden Figuren beispielhaft angegeben sind.It is also advantageous if the second outer diameter d2 of the second sub-area T2 is at most as large as the first outer diameter d1 of the first sub-area T1 in which the enamel layer 4th on the probe body 2 is upset. This is without restriction of the generality for the configurations according to 2 and 3 the case. In addition to the configurations shown there, however, a wide variety of other possibilities are conceivable, some of which are particularly preferred variants given by way of example in the following figures.

4 zeigt vier verschiedene Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Elektrode 1, bei welcher die Emaille-Schicht 4 und die Analyt-sensitive Schicht 5 jeweils direkt auf den Sondenkörper 2 aufgebracht sind. Gemäß 4a ist die Analyt-sensitive Schicht 5 in einem zweiten Teilbereich T2 angeordnet, welcher zwischen zwei Unterbereichen T1a und T1b des ersten Teilbereichs T1 angeordnet ist. Der zweite Teilbereich T2 ist ringförmig ausgestaltet und im Bereich einer Mantelfläche des Sondenkörpers 2 angeordnet. Im Übergangsbereich 6 sind die Analyt-sensitive Schicht 5 und die Emaille-Schicht miteinander in Kontakt. Für die in 4a gezeigte Ausgestaltung sind der erste d1a und der zweite Außendurchmesser d1b der beiden Unterbereiche T1a und T1b des ersten Teilbereichs T1 im Wesentlichen gleich groß (d1a=d1b=d1). Ferner ist der zweite Außendurchmesser d2 des ersten Teilbereichs T1 so groß wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 [d1=d2]. Auf diese Art und Weise kann die Elektrode 1 für eine Standard-Armatur verwendet werden. 4th shows four different configurations of an electrode according to the invention 1 in which the enamel layer 4th and the analyte-sensitive layer 5 each directly on the probe body 2 are upset. According to 4a is the analyte-sensitive layer 5 arranged in a second sub-area T2, which is arranged between two sub-areas T1a and T1b of the first sub-area T1. The second sub-area T2 is configured in an annular manner and in the area of a lateral surface of the probe body 2 arranged. In the transition area 6 are the analyte-sensitive layer 5 and the enamel layer in contact with each other. For the in 4a The embodiment shown, the first d1a and the second outer diameter d1b of the two sub-areas T1a and T1b of the first sub-area T1 are essentially the same size (d1a = d1b = d1). Furthermore, the second outer diameter d2 of the first sub-area T1 is as large as the outer diameter d1 of the first sub-area T1 [d1 = d2]. In this way the electrode 1 can be used for a standard fitting.

Die Elektrode 1 umfasst ferner eine Dichtfläche 7, welche sich im ersten Unterbereich T1a des ersten Teilbereichs T1 befindet. Im Bereich der Dichtfläche 7 kann die Elektrode 1 dichtend an oder in einem Behälter befestigt werden.The electrode 1 further comprises a sealing surface 7th , which is located in the first sub-area T1a of the first sub-area T1. In the area of the sealing surface 7th can the electrode 1 be sealingly attached to or in a container.

Beide Unterbereiche T1a und T1b des ersten Teilbereichs sind so angeordnet, dass sie mit zumindest teilweise einen mit dem Medium in Kontakt kommenden Abschnitt A der Elektrode 1 umfassen. Der erste Unterbereich T1b umfasst dabei den ersten Endabschnitt 2a der Elektrode 1; der zweite Unterbereich T1a erstreckt sich vom zweiten Teilbereich T2 aus über Dichtfläche 7 und umfasst über die Dichtfläche hinaus einen Toleranzbereich T zur Sicherstellung einer vollständigen Emaillierung des Abschnitts A der Elektrode, welcher vom ersten Endabschnitt 2a bis zur Dichtfläche 7 verläuft.Both sub-areas T1a and T1b of the first sub-area are arranged in such a way that they are at least partially connected to a section A of the electrode that comes into contact with the medium 1 include. The first sub-area T1b includes the first end section 2a the electrode 1 ; the second sub-area T1a extends from the second sub-area T2 over the sealing surface 7th and comprises, beyond the sealing surface, a tolerance range T to ensure complete enamelling of section A of the electrode, which is from the first end section 2a up to the sealing surface 7th runs.

Auch für die Ausgestaltung gemäß 4b ist der Sondenkörper 2 im Bereich T1 emailliert. Hier unterteilt sich der erste Teilbereich T1 jedoch nicht in zwei Unterbereiche. Der zweite Teilbereich T2, in welchem die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet ist, ist kappenförmig ausgestaltet und umfasst den Endbereich 2a des Sondenkörpers 2. Der erste Teilbereich T1 und der zweite Teilbereich T2 sind demnach benachbart zueinander und sind ferner im Übergangsbereich 6 miteinander in Kontakt. Wie im Falle der Ausgestaltung gemäß 4a ist der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 gleich dem zweiten Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2. Also for the design according to 4b is the probe body 2 enamelled in area T1. Here, however, the first sub-area T1 is not divided into two sub-areas. The second sub-area T2, in which the analyte-sensitive layer 5 is arranged, is cap-shaped and includes the end region 2a of the probe body 2 . The first sub-area T1 and the second sub-area T2 are accordingly adjacent to one another and are also in the transition area 6 in contact with each other. As in the case of the design according to 4a the first outer diameter d1 of the first sub-area T1 is equal to the second outer diameter d2 of the second sub-area T2.

Es sei darauf verwiesen, dass der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 nicht zwingend notwendig gleich dem ersten Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1 entsprechen muss. Vielmehr kann der zweite Außendurchmesser d2 auch kleiner als der erste Außendurchmesser d1 sein.It should be pointed out that the second outer diameter d2 of the second sub-area T2 does not necessarily have to correspond to the first outer diameter d1 of the first sub-area T1. Rather, the second outside diameter d2 can also be smaller than the first outside diameter d1.

Während für die Ausgestaltungen gemäß 4a und 4b der Sondenkörper 2 im Endbereich 2a mit einer Oberfläche eines Kugelabschnitts abschließt, schließt der Sondenkörper für die Ausgestaltungen gemäß den Figuren 4c und 4d mit einer konkaven Grundfläche G ab. Im Bereich der Grundfläche G ist jeweils der zweite Teilbereich T2 und damit einhergehend die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Für die Ausgestaltung gemäß 4c ist der zweite Teilbereich T2 kreisförmig ausgestaltet, während sie für die Ausgestaltung gemäß 4d ringförmig ausgestaltet ist. In beiden Fällen ist der zweite Außendurchmesser d2 kleiner als der erster Außendurchmesser d1.While for the configurations according to 4a and 4b the probe body 2 in the end area 2a ends with a surface of a spherical section, closes the probe body for the configurations according to the figures 4c and 4d with a concave base G from. In the area of the base area G there is the second sub-area T2 and, associated therewith, the analyte-sensitive layer 5 arranged. For the design according to 4c the second sub-area T2 is configured circular, while for the configuration according to FIG 4d is designed ring-shaped. In both cases, the second outside diameter d2 is smaller than the first outside diameter d1.

Es ist auch denkbar, dass der Sondenkörper mit einer planaren Grundfläche G abschließt. Auch in diesem Falle wäre der zweite Außendurchmesser d2 kleiner als der erste Außendurchmesser d1.It is also conceivable that the probe body terminates with a planar base area G. In this case too, the second outside diameter d2 would be smaller than the first outside diameter d1.

Um zu erreichen, dass der zweite Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, kann beispielsweise auch ein Durchmesser D des Sondenkörpers 2 variabel ausgestaltet sein, wie in 5a-5c gezeigt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Dicke δ der Emaille-Schicht 4 variabel ausgestaltet sein (vgl. 5d und 5e).In order to ensure that the second outer diameter d2 of the second sub-area T2 is at most as large as the first outer diameter d1 of the first sub-area T1, a diameter D of the probe body can also be used, for example 2 be variable, as in 5a-5c shown. Alternatively or additionally, a thickness δ of the enamel layer can also be used 4th be designed to be variable (cf. 5d and 5e) .

In 5a weist der Sondenkörper 2 im ersten Teilbereich T1 einen ersten Durchmesser D1 auf, welcher größer ist als ein zweiter Durchmesser D2 im zweiten Teilbereich T2. Der Sondenkörper 2 ist beispielsweise vollständig emailliert und im zweiten Teilbereich T2, welcher vom ersten Teilbereich T1 erfasst ist, ist die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Die Differenz des ersten D1 und zweiten Durchmessers D2 entspricht beispielsweise im Falle einer konstanten Dicke δE der Emaille-Schicht 4 maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 so groß ist wie der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1. Der Außendurchmesser d2 des zweiten Teilbereichs T2 kann aber auch kleiner sein als der erste Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs, wie in 5b dargestellt.In 5a points the probe body 2 in the first sub-area T1 a first diameter D1 which is larger than a second diameter D2 in the second sub-area T2. The probe body 2 is completely enamelled, for example, and the analyte-sensitive layer is in the second sub-area T2, which is covered by the first sub-area T1 5 arranged. The difference between the first D1 and the second diameter D2 corresponds, for example, in the case of a constant thickness δE of the enamel layer 4th maximum of the thickness δA of the analyte-sensitive layer 5 so that the outer diameter d2 of the second sub-area T2 is as large as the first outer diameter d1 of the first sub-area T1. The outer diameter d2 of the second sub-area T2 can, however, also be smaller than the first outer diameter d1 of the first sub-area, as in FIG 5b shown.

Neben einer kappenförmigen Ausgestaltung des zweiten Teilbereichs T2 kann der zweite Teilbereich T2 beispielsweise auch ringförmig ausgestaltet sein, wie in 5c gezeigt. Der erste Teilbereich T1 untergliedert sich erneut in zwei Unterbereiche T1a und T1b mit den Außendurchmessern d1a und d1b, welche für die gezeigte Ausgestaltung gleich groß sind (d1a=d1b=d1). Auch die Durchmesser D1a und D1b des Sondenkörpers 1 sind in beiden Unterbereichen T1a und T1b gleich groß (D1a=D1b=D1). Im zweiten Teilbereich T2 weist der Sondenkörper dagegen eine Nut auf derart, dass der erste Durchmesser D1 des Sondenkörpers, bzw. die Durchmesser D1a und D1b des Sondenkörpers 2 größer sind als der zweite Durchmesser D2 des Sondenkörpers 2 im zweiten Teilbereich T2. Auch in diesem Falle entspricht die Differenz des ersten D1 und zweiten Durchmessers D2 beispielsweise im Falle einer konstanten Dicke δE der Emaille-Schicht 4 maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser T2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1.In addition to a cap-shaped configuration of the second sub-area T2, the second sub-area T2 can, for example, also be configured in an annular manner, as in FIG 5c shown. The first sub-area T1 is again subdivided into two sub-areas T1a and T1b with the outer diameters d1a and d1b, which are the same size for the embodiment shown (d1a = d1b = d1). Also the diameter D1a and D1b of the probe body 1 are the same size in both sub-areas T1a and T1b (D1a = D1b = D1). In the second partial area T2, on the other hand, the probe body has a groove such that the first diameter D1 of the probe body, or the diameters D1a and D1b of the probe body 2 are larger than the second diameter D2 of the probe body 2 in the second sub-area T2. In this case too, the difference between the first D1 and the second diameter D2 corresponds, for example, in the case of a constant thickness δE of the enamel layer 4th maximum of the thickness δA of the analyte-sensitive layer 5 so that the outer diameter T2 of the second sub-area T2 is at most as large as the outer diameter d1 of the first sub-area T1.

Bei den Ausgestaltungen gemäß 5d und 5e, welche bezüglich der Ausgestaltungen der Analyt-sensitiven Schicht 5, bzw. bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Teilbereichs T2 jeweils den Ausgestaltungen aus 5a und 5c entsprechen, weist der Sondenkörper 2 einen konstanten Durchmesser D auf. Allerdings weist die Emaille-Schicht 4 im ersten Teilbereich T1 von 5d bzw. in den beiden Unterbereichen T1a, T1 b in 5e eine erste Dicke δE1 auf, welcher größer ist als eine zweite Dicke δE2 im zweiten Teilbereich T2. Wieder sei für das gezeigte Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Sondenkörper 2 vollständig emailliert ist.In the configurations according to 5d and 5e which regarding the configurations of the analyte-sensitive layer 5 , or with regard to the configuration of the second sub-area T2, the configurations in each case 5a and 5c correspond to the probe body 2 a constant diameter D. However, the enamel layer has 4th in the first sub-area T1 of 5d or in the two sub-areas T1a, T1b in 5e a first thickness δE1, which is greater than a second thickness δE2 in the second partial area T2. Again, it is assumed for the embodiment shown that the probe body 2 is completely enamelled.

Ebenfalls ist im zweiten Teilbereich T2, welcher vom ersten Teilbereich T1, T1a, T1b erfasst ist, ist die Analyt-sensitive Schicht 5 angeordnet. Die Differenz der ersten δE1 und zweiten Dicke δE2 der Emaille-Schicht 4 entspricht maximal der Dicke δA der der Analyt-sensitiven Schicht 5, so dass der Außendurchmesser T2 des zweiten Teilbereichs T2 maximal so groß ist wie der Außendurchmesser d1 des ersten Teilbereichs T1, T1a, T1b. Im Falle der 5e ist ferner der Einfachheit halber die erste Dicke δE1 der Emaille-Schicht 4 in beiden Unterbereichen gleich groß.The analyte-sensitive layer is also in the second sub-area T2, which is covered by the first sub-area T1, T1a, T1b 5 arranged. The difference between the first δE1 and second thickness δE2 of the enamel layer 4th corresponds at most to the thickness δA of the analyte-sensitive layer 5 so that the outer diameter T2 of the second sub-area T2 is at most as large as the outer diameter d1 of the first sub-area T1, T1a, T1b. In case of 5e is also the first for simplicity Thickness δE1 of the enamel layer 4th the same size in both sub-areas.

Es versteht sich von selbst, dass in anderen Ausgestaltungen auch sowohl die Dicke D des Sondenkörpers 2, als auch die Dicke δA der Analyt-sensitiven Schicht 5 variabel sein kann.It goes without saying that in other configurations, both the thickness D of the probe body 2 , as well as the thickness δA of the analyte-sensitive layer 5 can be variable.

Abschließend sei darauf verwiesen, dass sich die in Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 angestellten Überlegungen mutatis mutandis auch auf die elektrisch leitfähige Schicht 8 im dritten Teilbereich T3 sowie auf die mechanisch stabilisierende Schicht 12 im vierten Teilbereich T4 anwenden lassen.Finally, it should be noted that in connection with the figures 4th and 5 Considerations made mutatis mutandis also apply to the electrically conductive layer 8th in the third sub-area T3 and on the mechanically stabilizing layer 12th have T4 applied in the fourth sub-area.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Elektrodeelectrode
22
SondenkörperProbe body
33
Dichtung eines ProzessanschlussesSealing of a process connection
44th
Emaille-SchichtEnamel layer
55
Analyt-sensitive SchichtAnalyte-sensitive layer
66
ÜbergangsbereichTransition area
77th
DichtflächeSealing surface
88th
Elektrisch leitfähige SchichtElectrically conductive layer
99
VorverstärkerPreamplifier
9`9 '
Leitung zwischen Vorverstärker und Analyt-sensitiver SchichtLine between preamplifier and analyte-sensitive layer
1010
Elektrische LeitungElectrical line
1111
LeiterkarteCircuit board
1212th
Mechanisch stabilisierende Schicht Mechanically stabilizing layer
T, T1-T4, T1a, T1bT, T1-T4, T1a, T1b
TeilbereicheSub-areas
A, A1, A2A, A1, A2
AbschnitteSections
d1-d4, d1a, d1bd1-d4, d1a, d1b
Außendurchmesser der TeilbereicheOutside diameter of the sub-areas
D1-D2D1-D2
Durchmesser des SondenkörpersDiameter of the probe body
δE, δE1, δE2δE, δE1, δE2
Dicke der Emaille-SchichtThickness of the enamel layer
δAδA
Dicke der Analyt-sensitiven SchichtThickness of the analyte-sensitive layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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  • WO 2018/069591 A1 [0007]WO 2018/069591 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN ISO 1101 Norm [0031]DIN ISO 1101 standard [0031]
  • DIN ISO 1101 [0032]DIN ISO 1101 [0032]

Claims (15)

Ionenselektive Elektrode (1) für einen elektrochemischen Sensor umfassend einen, insbesondere zylinderförmigen, Sondenkörper (2), eine Emaille-Schicht (4), welche zumindest in einem ersten Teilbereich (T1) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist, und eine Analyt-sensitive Schicht (5), welche zumindest in einem zweiten Teilbereich (T2) des Sondenkörpers angeordnet ist derart, dass die Analyt-sensitive Schicht (5) zumindest teilweise in Kontakt mit der Emaille-Schicht (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (1) eine elektrisch leitfähige Schicht (8) umfasst, welche in einem dritten Teilbereich (T3) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.Ion-selective electrode (1) for an electrochemical sensor comprising an, in particular cylindrical, probe body (2), an enamel layer (4) which is arranged at least in a first partial area (T1) of the probe body (2), and an analyte-sensitive one Layer (5) which is arranged at least in a second partial area (T2) of the probe body in such a way that the analyte-sensitive layer (5) is at least partially in contact with the enamel layer (4), characterized in that the electrode ( 1) comprises an electrically conductive layer (8) which is arranged in a third partial area (T3) of the probe body (2). Elektrode (1) nach Anspruch 1, wobei der dritte Teilbereich (T3) in einem nach innen gewandten Bereich des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.Electrode (1) Claim 1 , wherein the third partial area (T3) is arranged in an inwardly facing area of the probe body (2). Elektrode (1) nach Anspruch 1, wobei der dritte Teilbereich (T3) in einem nach außen gewandten Bereich des Sondenkörpers (2) angeordnet ist, und wobei der zweite Teilbereich (T2) vom dritten Teilbereich (T3) getrennt ist.Electrode (1) Claim 1 wherein the third partial area (T3) is arranged in an outwardly facing area of the probe body (2), and wherein the second partial area (T2) is separated from the third partial area (T3). Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster (d1) und/oder dritter Außendurchmesser (d3) des ersten (T1) und/oder dritten Teilbereichs (T3) etwa, insbesondere maximal, 12mm beträgt.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein a first (d1) and / or third outside diameter (d3) of the first (T1) and / or third partial area (T3) is approximately, in particular at most, 12 mm. Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Einbaulänge von einem ersten Endbereich (2a) der Elektrode (1) bis zu einem in einem zweiten Endbereich der Elektrode (1) angeordneten Elektrodenkopf oder bis zu einem Prozessanschluss zur Befestigung der Elektrode (1) an oder in einem Behälter im Bereich zwischen 120-500 mm beträgt.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein an installation length from a first end region (2a) of the electrode (1) to an electrode head arranged in a second end region of the electrode (1) or to a process connection for fastening the electrode ( 1) on or in a container in the range between 120-500 mm. Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein zweiter Außendurchmesser (d2) des zweiten Teilbereichs (T2) maximal so groß ist wie ein erster Außendurchmesser (d1) des ersten Teilbereichs (T1).Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein a second outer diameter (d2) of the second partial area (T2) is at most as large as a first outer diameter (d1) of the first partial area (T1). Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der dritte Teilbereich (T3) zumindest den ersten Teilbereich (T1) zumindest teilweise umgibt, und wobei der zweite Außendurchmesser (d2) des zweiten Teilbereichs (T2) maximal so groß ist wie ein dritter (d3) Außendurchmesser des dritten Teilbereichs (T3).Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the third sub-area (T3) at least partially surrounds at least the first sub-area (T1), and wherein the second outer diameter (d2) of the second sub-area (T2) is at most as large as a third (d3) Outside diameter of the third sub-area (T3). Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (8) zumindest ein Edelmetall, insbesondere Gold oder Platin, umfasst.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein the electrically conductive layer (8) comprises at least one noble metal, in particular gold or platinum. Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend zumindest eine elektrische Leitung (10), mittels welcher die elektrisch leitfähige Schicht (8) elektrisch kontaktiert ist.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, comprising at least one electrical line (10), by means of which the electrically conductive layer (8) is electrically contacted. Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine flexible, insbesondere geschirmte, Leiterkarte (11) zur elektrischen Kontaktierung der Analyt-sensitiven Schicht (5).Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, comprising a flexible, in particular shielded, printed circuit card (11) for making electrical contact with the analyte-sensitive layer (5). Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Vorverstärker (9) in einem Innenvolumen des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, wherein a preamplifier (9) is arranged in an inner volume of the probe body (2). Elektrode (1) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mechanisch stabilisierende Schicht (12), welche in einem vierten Teilbereich (T4) des Sondenkörpers (2) angeordnet ist.Electrode (1) according to at least one of the preceding claims, comprising a mechanically stabilizing layer (12) which is arranged in a fourth partial area (T4) of the probe body (2). Elektrode (1) nach Anspruch 12, wobei der vierte Teilbereich (T4) zumindest den ersten Teilbereich (T1) zumindest teilweise umgibt.Electrode (1) Claim 12 wherein the fourth sub-area (T4) at least partially surrounds the first sub-area (T1). Elektrode (1) nach Anspruch 12 oder 13, wobei der zweite Außendurchmesser (d2) des zweiten Teilbereichs (T2) maximal so groß ist wie ein vierter Außendurchmesser (d4) des vierten Teilbereichs (T4).Electrode (1) Claim 12 or 13th , wherein the second outer diameter (d2) of the second sub-area (T2) is at most as large as a fourth outer diameter (d4) of the fourth sub-area (T4). Elektrochemischer Sensor zur Messung einer Ionenaktivität in einem Messmedium, umfassend eine Analyt-sensitive Elektrode (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Referenz- bzw. Bezugselektrode.Electrochemical sensor for measuring ion activity in a measuring medium, comprising an analyte-sensitive electrode (1) according to one of the preceding claims and a reference electrode.
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