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Elektrode für Gasanalyse Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode
für Gasanalyse, beispielsweise ur Bestimmung des Gehaltes an Sauerstoff oder Kohlensäure
in Ausatmungsgasen oder in Blut oder auch anderen Flüssigkeiten. Die bekannten Elektroden
dieser Art bestehen aus einem Edelmetel1draht, beispielsweise Platindraht, der in
einen Isolierkörper, beispielsweise Glaskörper, eingebracht, insbesondere eingeschmolzen
ist. Die gemeinsam Elektrodejistirnfläche von Isolierkörper und Edelmetallelektrodendraht
ist abei von einer für Gas durchlässigen Kunststoffmembran, beispielsweise Teflon
derart überzogen, daß zwischen der Membran und der Elektrodenstirnfläche in kleiner
Meßraum verbleibt, weicher mit einem Me#elektrolyten gefüllt ist und mit einem Elektrolytreservoir
kommuniziert Eine derartige Me#elektrodenanordnung ist beispielsweise in dem Aufsatz
von Gleichmann und Lübbers unter Mitwirkung von Burger und Eschweiler in Pflügers
Archiv, Band 271, Seiten 431 folgende April 1960 beschrieben worden. Bei dieser
bekannten Ausführungsform war vorgesehen, zur Festlegung des
erwähnten
geringen Abstandes zwischen der Membran und der Elektrodenoberfläche einen Abstandhalter
in Form einer saugfähigen Schicht, beispielsweise eines dünnen Seiclenpapiers, anzuordnen,
in welches der Elektrolyt aufgrund der Kapillarwirkung und der benetzung eindringt.
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Diese Elektrodenanordnung hat sich an sich in der Praxis sehr gut
bewährt. Diese Anordnung erlaubt jedoch wegen der relativ niedrigen Einstellgeschwindigkeit
nicht eine dynamische blessung sich ändernder Gaskonzentrationen. nur Bestimmung
rasch wechselnder Gaskonzentrationen, wie sie z. @. während der Atmung vorkommen,
benötigt man eine höhere Einstellgeschwindigkeit der Elektrode, die in diesem Beispiel
unterhalb der Ein- bzw. Ausatmungszeit liegen mu#. Nur dann lassen sich Konzentrationsänderungen
in der Ausatmungsluft messend verfolgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, üie erwähnte bekannte Itunststofflllebran-Jlektrode
da@ingehend weiter zu entwickeln und zu verbessern, da# sie eine kurze Einstellmei.
t, eier als 1 Sekunde 1 gestattet. Die bisher bekannten Anordnungen der membranüberzogenen
Elektroden weisen Einstellzeiten auf 1 die zwischen 3 und 3 Sekunden und ciarüber
liegen.
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Die Erfindung betrifft demnach eine schnellmessende Elektrode für
Gasanalyse niit in einen Isolierkörper eingebrachter Edelmetallelektrode und vor
deren Stirnfläche angeordneter, gasdurchlässiger Kunststoffmembran.
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Erfindungsgemä# wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, da# die
Elektroden~Stirnfläche (einschlie#lich Is@lierkörper) und/oder die Membran eine
von der Ebene derart abweichende -nicht
glatte - Oberflächenstruktur
aufweist, da# zwischen ihnen kommunizierende ohlräume verbleisell.
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Zur Herstellung eines Kunststoffüberzuges mit der erwähnten Oberflchenstruktur
der Membran ist gemä# einer besonderen Ausbildung des Erfindungs @@genstandes vorgesehen,
da@ ein zylindrischer Teil und ein kreisflächenförmiger hembranteil besonders hergestellt
werden, wobei der kreisflächenförmige Teil auf einer nicht glatten Unter lage zum
Aushärten gebracht wird, und anschlie#end beide Teile aufeinandergeb acht z. @.
zusamme @en@eklebt und/oder -geschwei# t werden. Das Verfahren kann auch so durchgeführt
werden, daiS diese beiden Arbeitsgänge zu einem vereinigt werden.
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Man erhält auf diese weise eine @embran, die als auf die elektrode
oder als auf eine @ülse, in der die Elektrode steckt, aufsteckbare Kappe ausgebildet
ist.
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Als t-iaterial hierfür ist an sich das für diesen Zweck bereits bekannte
und erwä@nte, Teflon geeignet, vorausgesetzt, da# was@erdichte Membranen aus diesem
Stoff dünner als bisher her-;es eilt werden können. Gemä# einer besonde@en Ausbildung
des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, für die @emb@an Silicon-Kautschuk zu
verwen en. Dieser Stoff weist wesentlich günstigere Fermeabilitätsei ensenaften
gegenüber Gasen als alle anderen bisher vervendeten und bekannten Kunststoffe aiif.
Durch die Erfindung der nicllt glatten @embraninnenseite oder der nicht glatten
ummantelten Elektroden-Stirnfläche wird der Vorteil erzielt, da eill. Austrocknen
der Elektrolytflüssigkeit im @e@raum zwisc@en der Kunststoffmembran und der Elektrodenstirnfl@che
verhinde@t wird. Diese austrocknung kommt bei en angebrachter Kunststoffmembran
vor, da diese fit Dase, 1
beispielsweise Sauerstoff und Kohlensäure
und damit auch für Wasser ampf Surchlässig ist. Desnalb lä#t es sich bei planer
Auflage der Membran nicht vermeiden, da# durch die Kunsstoffmembran das im me@raum
enthaltene Wasser @indurchverdampft.
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Um dem entgegenzuwirken, wu# dafür @eso@gt werden, da# ständig verhältnismä#ig
scanel Elektrolytflüssigkeit in den @e#raum nachdringt. Dies wird durch die erwä@nten,
durch die Unebenneiten der Membran oder der Elektrodenstirnfläche bedingten kommunizierenden
Spalträume bewirkt, in die Elektroflüssigkeit aufgrund der Kapillarwirkung ständig
nachströmt.
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Die bisher verwen etc dünne Teflonmembran wurde über die Stirnfläche
der Elektrode bzw. über die Elekt@oden@ülse gespannt und festgebunden. Durch diese
Spannung war die Auflage der Nembran auf der Elektrodenstirnfläche verhältnismäßig
g glatt Die zur Elektrodenreaktion notwendige Flüssigkeit wurde durch die zwischengele@ten
benetzbaren Materialien (Papier Cellophan) an die Elektrode gebracht. Allerdings
waren hierdurch die Abstände zwischen Membran und Elektrode so gro#, da;' lange
Einstellzeiten resu@tierten.
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Silicon-Kautschuk @at gegen@ber Teflon eine weit höhere Durchlässigkeit
für Gase. Infolgedessen ist es nicht notwendig, die Membran so lünn auszubilden,
wie es bei Teflon erforderlich ist 1 da die Diffusionsges@hwindigkeit der Gase Illit
der Permeabilität ar, steigt. Durch die @@rste@lung eines zusammengefügten zylindrischen
und eines nicht glatten kreisflächenförmigen Teils der Siliconmembran erhält man
eine Ka@pe von verhältnismä#ig dicker Wandstärke, Dei. der cs sich auf Grund der
Herstellung von selbst ergibt, @a# der inden der Kapse nicht völ@ig eben ausgebildet
ist.
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Wie Versuche gezeigt haben, lassen sich durch die Anordnung nach der
Erfindung Einstellzeiten der Me@elek@rode von weniger als einer halben Sekunde erzielen.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungs@ormen der Elektrodenanordnung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, Es zeigen: ig. 1 einen @uerschnitt
durch die Elektr@denanordnung, bei der der Elektrolyt @ösungsraum zwisc@en Oder
ummantelten Ede metailelektrode @nd der @unststoffka pe liegt.
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Fig. 2 einen Querschnitt, ilei der die Kunststoffka@pe über einer
Elektr@den@@lse aufgebracht ist. Der Elektrolytlösungsraum liegt hier zwischen der
ummantelten Edelmetal@elektrode und der ilse.
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Fig. 3 a) Kunststoffmembranteil im Querschnitt, bei der die geforderte
Unebenheit dn ch Rillen erzielt ist und b) bei die sie durch erhabene Streifen erzielt
ist.
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Fig. 4 Ummantelte Edelmetallelektrode, bei der ein Ersatz für das
verdunstete Wasser durch Rillen im Mantel ermöglicht wird. Bei dieser Elektrode
kann die Innenfläche der Membran glatt sein.
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Übereinstimmende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 bedeutet eine in einen Glassmantel 2 eingeschlossene Platinelektrode.
Auf dem @lasmantel 2 ist ein im wesentlichen zylindrischer Tragteil 3 angeordnet,
auf welchem die gemäß
der erfindung ausgebildete Kunststoffkappe
4 befestigt ist.
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Die Kunststoffkappe besteht aus Silicongummi. Sie weist -in der Zeichnung
unten-vor der Stirnfläche der Platinelektrode einen Membranteil 5 auf. Der zylindrische
Trägerkörper 3 weist Ausnehmungen auf, die entsprechende Vorspringe der Kunststoffkappe
4 einrasten können, so da die Kunststoffkappe und der Trägerteil in ihrer Lage zueinander
gut festgelegt sind. Der zwischen der Kunststoffkappe i und der glasbemantelten
Platinelektrode i, 2 verbleibende Hohlraum 6 dient gleichzeitig als Elektrolytreservoir,
in welches eine als Bezugselektrode dienende Silberelektrode 7 eintaucht, die in
dem Trägerteil 3 gleichfalls befestigt ist und mit der Platinelektrode 1 durch ein
gemeinsames Kabel 8 aus der Apparatur herausgeführt und mit der eletrischen Neßapparatur
verbunden ist. Der Trägerkörper 3 besteht zweckmä#igerweise ebenfalls aus einem
elastischen Kunststoff, so da'J die ineinander verrasteten Teile auch wieder auseinandergebaut
werden können. bei der Anordnung nach Fig. 2 ist vorgesehen, daß der Elektrolytreservoir-Raum
durch eine besondere Hülse 9 gebildet wird, die die Platinelektrode konzentrisch
umgibt und zweckmä#ig aus einem durchsichtigen Kunststoff oder Glas besteht. In
diesem Fa-le ist die Kunststoffkappe 4 über die @ülse 9 gezogen.
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Zwei verschiedene Ausführungsformen des Membranteils 5 sind in den
Fig. 3a und 3b in vergrößertem Ma#stab daroestellt.
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In Fig. 3a weist der Mernbranteil erhabene Streifen 10 auf, die mit
der Stirnfläche der Platinelektrode 1 kommunizierende Räume bilden.
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Gemäß Fig. 3b ist der Membranteil mit Rillen 11 versehen, die ebenfalls
mit der Stirnfläche der Platinelektrode 1 kommunizierende Räume bilden.
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In Fig. 4 ist die glasummantelte Platinelektrode im Längsschnitt und
in Draufsicht von unten dargestellt. Aus der Draufsicht von unten ist ersichtlich,
da# der die Elektrodenstirnfläche umgebende Teil des Glasmantels von Rillen durchzonen
ist 1 die sternförmig bzw. kreuzförmig von der Elektrodenstirnfl@che aus nach au#en
verlaufen und so Verbindungskanäle mit dem umgebenden Elektrolytraum 6 bilden so
da# stets ein guter Zuflu# von Elektrolytflüssigkeit zum v-or der Stirnfläche des
Platindrahts 1 befindlichen Me#raum gewährleistet ist.