DE1523068A1 - Elektrode fuer Gasanalyse - Google Patents

Elektrode fuer Gasanalyse

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DE1523068A1
DE1523068A1 DE19641523068 DE1523068A DE1523068A1 DE 1523068 A1 DE1523068 A1 DE 1523068A1 DE 19641523068 DE19641523068 DE 19641523068 DE 1523068 A DE1523068 A DE 1523068A DE 1523068 A1 DE1523068 A1 DE 1523068A1
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electrode
membrane
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smooth
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DE19641523068
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English (en)
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Thews Dr Dr Gerhard
Physiolog I Gutenberg-Universi
Harth Dr Otto
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HARTH DR OTTO
PHYSIOLOG INST D JOHANNES GUTE
THEWS DR DR GERHARD
Johannes Gutenberg Universitaet Mainz
Original Assignee
HARTH DR OTTO
PHYSIOLOG INST D JOHANNES GUTE
THEWS DR DR GERHARD
Johannes Gutenberg Universitaet Mainz
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung betrifft demnach eine schnellmessende Elektrode für Gasanalyse niit in einen Isolierkörper eingebrachter Edelmetallelektrode und vor deren Stirnfläche angeordneter, gasdurchlässiger Kunststoffmembran.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie Versuche gezeigt haben, lassen sich durch die Anordnung nach der Erfindung Einstellzeiten der Me@elek@rode von weniger als einer halben Sekunde erzielen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Übereinstimmende Teile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 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.
  • 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.
  • Zwei verschiedene Ausführungsformen des Membranteils 5 sind in den Fig. 3a und 3b in vergrößertem Ma#stab daroestellt.
  • In Fig. 3a weist der Mernbranteil erhabene Streifen 10 auf, die mit der Stirnfläche der Platinelektrode 1 kommunizierende Räume bilden.
  • Gemäß Fig. 3b ist der Membranteil mit Rillen 11 versehen, die ebenfalls mit der Stirnfläche der Platinelektrode 1 kommunizierende Räume bilden.
  • 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.

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Elektrode fiir Gasanalyse mit in einen isolierkörper eingebrachter Edelmetallelektrode und von deren Stirnfläche angeo@dneter gasdurchlässiger Kunststoffmembran, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden-Stirnfläche und/oder die Membran eine von der Ebene derart abweichende - nicht glatte - Oberfl ; chenstrulitur aufweist, daß zwischen ihnen kommunizierende hohlraume sehr geringer Höhe verbleiben.
  2. 2. Elektrode nach Anspruch i, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Membran in an sich bekannter Weise aus Teflon oder anderen bisher verwendeten Materialien besteht.
  3. 3. Elektrode nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Membran aus Silicon-Kautschuk besteht.
  4. 4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 - 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran mit einer auf die Elektrode oder auf die Elektrodenhülse aufsteckbaren Kappe ausgebildet ist.
  5. 5. Verfahren zur Herstellung der Iiembran nach einem der Ansprüche 1-4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Membran bei der erstellung mindestens teilweise auf einer nicht glatten Unterlage zum Aushärten gebracht wird.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung der Membran nach Anspruch 4 und nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , da# ein zylindrischer Teil und ein kreisflächenförmiger Teil besonders hergeste@lt werden, wobei mindestens er kreisflächenförmige Teil auf einer nicht glatten Unterlage zum Aushärten gebracht wird, und das anschließend beide Teile aufeinandergebracht, zusammengeklebt und/oder -geschwei#t werden.
  7. 7. Vorfah@en zur @@rste@lung der Membran nach Anspruch 4 und nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , da# zylindrischer und kreisflächenförmiger Teil in einen Arbeitsgang hergestellt werden.
    L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4198280A (en) * 1978-12-19 1980-04-15 American Hospital Supply Corporation Membrane support structure for electrochemical sensing probe
US4211746A (en) * 1977-04-01 1980-07-08 Wti Wetenschappelijk Technische Instrumentatie B.V. Flame ionization detector
EP0039136A2 (de) * 1980-03-27 1981-11-04 Radiometer A/S Elektrodensystem, Verfahren zu dessen Herstellung und für dieses Verfahren brauchbare Dispersion

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