DE1027431B - Verfahren und Geraet zur Konstanthaltung des O-Partialdruckes und Messung des O-Verbrauches - Google Patents
Verfahren und Geraet zur Konstanthaltung des O-Partialdruckes und Messung des O-VerbrauchesInfo
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Description
DEUTSCHES
Zur direkten Messung von Änderungen des Sauerstoff-Partialdruckes
in geschlossenen Gasvolumen, z. B. zur Bestimmung des Sauer stoff Verbrauches von
Tieren, Pflanzen, Mikroorganismen usw. oder Bestimmung des Sauerstoffverbrauches bei chemischen
Reaktionen, z. B. Oxydationen, ist es üblich, die durch den Sauerstoffverbrauch bewirkte Abnahme des gesamten
Gasvolumens bzw. Gasdruckes zu messen, wobei entsprechende Oxydationsprodukte, wie CO2
usw., absorbiert werden. Dieses bekannte Verfahren hat insbesondere bei der Sauerstoffverbrauchsmessung
von- Lebewesen den entscheidenden Nachteil, daß der vorhandene Sauerstoff im Verlauf der Messung aufgezehrt
wird. Solche Messungen können deshalb nur über sehr geringe Zeitabschnitte durchgeführt werden,
da sie sonst schon nach kurzer Zeit in einer wesentlich sauerstoffärmeren Atmosphäre stattfinden als
unter den normalen Bedingungen. Dies kann zu starken Verfälschungen der Messung führen. Es ist
daher insbesondere bei der Messung des Sauerstoffverbrauches von Lebewesen, die sich in einem geschlossenen
Gasvolumen befinden, aber auch bei den anderen oben angegebenen Anwendungsfällen günstig,
den verbrauchten Sauerstoff durch neu zugeführten Sauerstoff zu ersetzen und die Menge des neu zugeführten
Sauerstoffes zu messen. Dies kann durch eine Elektrolysezelle geschehen. Der Stromdurchgang durch
die Elektrolysezelle ist dem gelieferten Sauerstoff proportional und kann daher als Maß für diesen benutzt
werden.
Die Erfindung betrifft ein solches Verfahren zur Konstanthaltung des Sauerstoff-Partialdruckes in
einem geschlossenen Gasvolumen und Kompensation der Sauerstoff-Partialdruckänderung auf elektrolytischem
Weg und zur Bestimmung des Sauerstoffverbrauches durch Messung des Elektrolysestromes.
Gemäß dem Vorschlag der Erfindung wird der Widerstand der Elektrolysezelle oder der Zuleitungen zur
Elektrolysezelle in Abhängigkeit vom Sauerstoff-Partialdruck verändert.
Das Verfahren nach der Erfindung wird mit Vorteil mit Hilfe eines Gerätes ausgeübt, welches in der
Hauptsache aus einem U-förmigen Elektrolysegefäß mit erweitertem Anodenschenkel besteht, der mit dem
zu messenden Gasvolumen verbunden und so angeordnet ist, daß eine durch Druckänderung im Gasvolumen
bewirkte Niveauverschiebung des Elektrolyts eine Veränderung des inneren Widerstandes der
Elektrolysezelle zur Folge hat. Diese Änderung des Widerstandes der Elektrolysezelle bzw. ihrer Stromzuleitung
bewirkt eine Veränderung des Stromdurchganges und damit des in der Zeiteinheit an der Anode
abgeschiedenen Sauerstoffes. Die Änderung des inneren Widerstandes der Elektrolysezelle kann
Verfahren und Gerät
zur Konstanthaltung des O2-Partialdruckes
und Messung des O2-Verbrauches
Anmelder:
Hartmann & Braun Aktiengesellschaft, Frankfurt/M.-West 13, Gräfstr.97
Dr. Peter Moyat, Bergen-Enkheim, ist als Erfinder genannt worden
durch Änderung der wirksamen Länge der Ionenwege zwischen Kathode und Anode sowie durch Änderung
des wirksamen Querschnittes im Elektrolyt erfolgen. Abb. 1 zeigt eine schematische Übersicht eines Gerätes
zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung und seine Anwendung zur Sauerstoffverbrauchsmessung von kleinen Tieren.
Es ist mit 1 ein geschlossenes Gefäß bezeichnet, in welchem sich Versuchstiere befinden, deren Sauerstoff-,
verbrauch zu messen ist. Die Luft im Gefäß 1 wird durch eine Pumpe 2 über eine Ringleitung 3 ständig
durch ein Absorptionsgefäß 6 für das bei der Atmung frei werdende Kohlendioxyd gedrückt. An die Ringleitung
3 ist über eine Leitung 4 das Gerät zur Konstanthaltung des Sauerstoff-Pairtialdruckes 5 angeschlossen.
Die Leitung 4 ist an dem gasdicht verschlossenen Anodenschenkel des Gerätes angeschlossen,
so daß der an der Anode gebildete Sauerstoff über die Ringleitung 3 in das Gefäß 1 gelangen kann. Der an
der Kathode gebildete Wasserstoff kann frei in die Außenluft entweichen. Zur Reduktion des neben dem
Sauerstoff an der Anode gebildeten Ozons ist in die Verbindungsleitung zwischen Anodenschenkel und
Ringleitung ein mit Natriumkalk gefülltes Gefäß 7 eingeschaltet.
Die besondere Ausbildung des Gerätes 5 zur 02-Kompensation ist in Abb. 2 näher gezeigt. Das
Gerät besteht in der Hauptsache aus einer Elektrolysezelle 8, die annähernd U-förmig ausgeführt ist, derart,
daß der an der Anode abgeschiedene Sauerstoff und der an der Kathode abgeschiedene Wasserstoff in den
verschiedenen Schenkeln hochsteigt. Als Kathode 9 dient ein Platinplättchen, als Anode ein im erweiterten
Anodenschenkel etwas gegen die Horizontale ge-
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neigter Platindraht 10. Das U-förmige Gefäß 8 ist mit Elektrolysegefäß 15 dargestellt, dessen Anodeneinem
vorzugsweise sauren Elektrolyt, z.B. verdünn- schenkel 15a mit dem geschlossenen Gasvolumen 1
ter Schwefelsäure, so weit gefüllt, daß die Anode 10 verbunden ist, in welchem der Sauerstoff - verzum
Teil umspült oder benetzt wird. Der Anoden- brauchende Prozeß vor sich geht. Die Anode 16 ist
schenkel ist mit dem zu messenden Gasvolumen ver- 5 derart angeordnet, daß eine Verschiebung des Elekbunden,
der Kathodenschenkel durch eine öffnung 11 trolytniveaus keinen Einfluß auf die Sauerstoffmit
der freien Atmosphäre. Die Elektroden sind mit lieferung des Gerätes hat. An der Kathode 17 wird
einer Stromquelle 12 verbunden. In den Stromkreis eine oxydierende Verbindung, wie Braunstein, angeist
ein Strommesser 13 zur Messung des augenblick- bracht, so· daß kein Wasserstoff in Freiheit gesetzt
liehen Sauerstoffverbrauches und ein Schreiber 14 io wird. Mit dem geschlossenen Gasvolumen 1 ist ein
zur Aufzeichnung des Säuerstoffverbrauches einge- waagerechtes Kapillarrohr 18 verbunden, in welchem
schaltet. Es kann auch' zusätzlich noch ein Elek- voneinander isoliert zwei lange Widerstandsdrähte 19,
trizitätszähler zur Integration des Sauer stoff ver- 20 angeordnet sind. Diese liegen in Serie mit der
brauches vorgesehen werdenr
Elektrolysezelle, welche von einer Gleichstromquelle
Die Ausbildung der Elektrolysezelle ist so getroffen, 15 23 gespeist wird. An seinem anderen Ende trägt das
daß ihr innerer Widerstand und damit die entwickelte Kapillarrohr einen kleinen Gasballon 21. Ein Queck-Sauerstoffmenge
von der Höhe des Elektrolyts im silbertropfen 12 schließt das geschlossene Gasvolumen
Anodenschenkel und damit vom Druck im Gefäß 1 ab. Er kann sich, abhängig vom herrschenden Druck
abhängt. Dieser wiederum hängt vom Sauerstoff- im Gasvolumen 1, in horizontaler Richtung ververbrauch
des zu untersuchenden Objektes ab. Wird 20 schieben. Der Quecksilbertropfen 12 schaltet je nach
z: B. kein Sauerstoff verbraucht, scr wird an der seiner Lage einen mehr oder weniger großen Teil der
Anode der Elektrolysezelle so lange Sauerstoff abge- Widerstände in den Elektrolysestromkreis ein. Wird
schieden, bis der Elektrolytspiegel im Anoden- durch den zu beobachtenden Prozeß Sauerstoff verschenkel
8 die gestrichelte Linie erreicht. Dadurch braucht, so sinkt der Druck in dem geschlossenen
wird der Stromfhiß und damit die Sauerstofflieferung 25 Gasvolumen 1. Der Quecksilbertropfen in der Kapillare
der Elektrolysezelle unterbrochen. Wird Sauerstoff wird auf das geschlossene Gasvolumen zu bewegt und
verbraucht, so· sinkt der Druck im Gefäß 1 (Abb. 1) dadurch der Widerstand des im Stromkreis liegenden
und in dem mit ihm verbundenen Anodenschenkel des Teils der Drähte 19, 20 in der Kapillare verkleinert.
Elektrolytgefäßes 5. Das Elektrolytniveau in. diesem Die Stromzuführung zur Elektrolysezelle wird da-Schenkel
steigt an. Der als Anode dienende, schräg 30 durch so lange erhöht, bis die Sauer stoff lieferung dem
gegen die Horizontale geneigte Draht 10 kommt mit Sauerstoffverbrauch angeglichen ist. Die Stärke des
dem Elektrolyt in Berührung und wird weiter auf
einem immer näher an der Kathode liegenden Teil
seiner Länge durch den Elektrolyt benetzt. Der von
den Ionen zwischen Anode und Kathode durch den 35
Elektrolyt zurückgelegte Weg wird dadurch verkürzt.
Ebenso wird der Querschnitt der leitenden Elektrolytschicht zwischen Anode und Kathode vergrößert, so daß insgesamt der innere Widerstand der Zelle sinkt
einem immer näher an der Kathode liegenden Teil
seiner Länge durch den Elektrolyt benetzt. Der von
den Ionen zwischen Anode und Kathode durch den 35
Elektrolyt zurückgelegte Weg wird dadurch verkürzt.
Ebenso wird der Querschnitt der leitenden Elektrolytschicht zwischen Anode und Kathode vergrößert, so daß insgesamt der innere Widerstand der Zelle sinkt
und die Sauerstoffabscheidung an der Anode so weit 40 Erfindung genau bestimmt werden. Der Vorteil, der
vergrößert wird, bis der erzeugte Sauerstoff den Ver- sich aus seiner Anwendung gegenüber bisher üblichen
brauch ausgleicht. Es findet dann keine weitere Druck- Meßmethoden ergibt, ist auch hier die Möglichkeit,
änderung mehr statt, und der Elektrolytspiegel kommt den zu beobachtenden chemischen Vorgang genau in
in einer dem Sauerstoffverbrauch entsprechenden Lage seinem zeitlichen Verlauf zu verfolgen und nicht nur
zur Ruhe. Die Ausbildung, des Anodenschenkels und 45 eine Integration des Sauerstoffverbrauches durchder
Anode ist so getroffen, daß ein kleiner Druck- zuführen,
unterschied im Gefäß 1 und damit eine kleine Niveauverschiebung im Anodenschenkel zur Aussteuerung
des Gerätes genügt, so daß praktisch immer der
gleiche Druck und damit Sauerstoffgehalt im Be- 50
hälter 1 herrscht.
unterschied im Gefäß 1 und damit eine kleine Niveauverschiebung im Anodenschenkel zur Aussteuerung
des Gerätes genügt, so daß praktisch immer der
gleiche Druck und damit Sauerstoffgehalt im Be- 50
hälter 1 herrscht.
Da der Widerstand der Elektrolysezelle und damit die Sauerstofflieferung in der Zeiteinheit durch die
Niveauverschiebung des Elektrolytspiegels kontinuierlich verändert wird, gestattet das Verfahren nach der 55
Erfindung eine kontinuierliche Aufzeichnung des durch die Versuchstiere oder die zu untersuchende
chemische Reaktion verbrauchten und von der Elektrolysezelle nachgelieferten Sauerstoffes. Es ergibt
sich eine genaue Registrierungsmöglichkeit des 60 Sauerstoff Verbrauches. Das gezeigte Gerät kann mit
kleinen Abänderungen zur Sauerstoffverbrauchsmessung kleiner Säugetiere, von Insekten und
Pflanzen verwendet werden.
Auch eine Messung des Stoffwechsels von Mikro- 65 Organismen ist mit dem Verfahren nach der Erfindung
möglich.
Die Abb. 3 zeigt ein Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung für die Bestimmung eines
sehr kleinen Sauerstoffverbrauches. Es ist wieder ein 70
Elektrolysestromes wird wieder durch ein Amperemeter 24 und ein Registriergerät 25 gemessen und
aufgezeichnet.
Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist jedoch nicht auf die Messung der Stoffwechselvorgänge
von Lebewesen beschränkt. Auch der Sauerstoffverbrauch chemischer Reaktionen bzw.
Oxydationen, kann durch das Verfahren nach der
Claims (6)
1. Verfahren zur Konstanthaltung des Sauerstoff-Partialdruekes
in einem geschlossenen Gasvolumen durch Kompensation der Sauerstoff-Partialdruckänderung
auf elektrolytischem Weg und Bestimmung des Sauer stoff Verbrauches durch
Messung des Elektrolysestromes, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand der Elektrolysezelle
oder der Zuleitungen zur Elektrolysezelle druckabhängig verändert wird.
2. Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein U-förmiges
Elektrolysegefäß zur Erneuerung des verbrauchten Sauerstoffes, dessen Anodenschenkel mit dem zu
messenden Gasvolumen verbunden ist und dessen Anode teilweise von der Elektrolytflüssigkeit
umspült ist.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem entsprechend erweiterten
Anodenschenkel angeordnete Anode als lang-
gestreckter, gegen die Waagerechte geneigter Körper, vorzugsweise als ausgespannter Draht
ausgebildet ist.
•
4. Gerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das tiefliegende Ende der schräg gestellten Anode weiter von der Kathode entfernt
ist als das höher liegende Ende.
5. Gerät zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vom
Druck im Gasvolumen abhängigen veränderlichen Widerstand in der elektrischen Zuleitung zum
Elektrolytgefäß.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der druckabhängige Widerstand aus zwei
in einer einseitig mit dem geschlossenen Gasvolumen verbundenen Kapillare eingelegten Widerstandsdrähten
besteht und ein Tropfen leitender Flüssigkeit als Abschluß für das Gasvolumen dient, welcher die Widerstandsdrähte miteinander
verbindet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 70995S/378 3.58
Priority Applications (2)
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DEH28161A DE1027431B (de) | 1956-09-22 | 1956-09-22 | Verfahren und Geraet zur Konstanthaltung des O-Partialdruckes und Messung des O-Verbrauches |
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ID=7150794
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