DE1598208A1

DE1598208A1 - Verfahren zur selbsttaetigen kontinuierlichen Bestimmung von Sauerstoff in Gasen und doppelseitige Indikationselektrode zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1598208A1
Application number: DE19651598208
Authority: DE
Inventors: Jiri Bares; Erdoes Dr-Ing Emerich
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1964-04-23
Filing date: 1965-04-03
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1066513A; US3432404A

Description

Ceskoslovenska akademie ved, Praha (Tschechoslowakei)

Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Bestimmung von Sauerstoff in Gasen und doppelseitige Indikationselektrode zur Durchführung dieses Verfahrens

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Bestimmung von Sauerstoff in Gasen, insbesondere in Gasen, welche durch Oxydation von Brennstoffen durch Luft oder Sauerstoff bei hohen Temperaturen mit intensiver Wärmefreigabe entstehen. Die Erfindung betrifft auch eine doppelseitige Indikationselektrode zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Kontrolle des Verbrennungsprozesses von festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen in metallurgischen, .energetischen, chemischen und Maschinenbau-Betrieben benötigt eine verläßliche Methode und Elektrode zur schnellen, genauen und kontinuierlichen Bestimmung von

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Sauerstoff. Die sachliche Verfolgung des Verbrennungsprozesses hat große Bedeutung für die Aufrechterhaltung höchster Betriebsökonomie, insbesondere zur Verhinderung eines übermäßigen und überflüssigen Brennstoffsverbrauchs, zur Verhinderung von Betriebsstörungen und Vermeidung der Bildung von Knall- und Explosionsgemischen. Neben dem Brennstoffgebiet ist die Bestimmung von Sauerstoff auch in anderen Gebieten der Produktion und der Forschung von großer Bedeutung, z. B. in der Mikrobiologie, organischen Chemie und dgl.

Zur Zeit verwendet man in der Gasanalyse und bei der Verfolgung des Verlaufs der Brennstoffverbrennung in der Regel Analysatoren, die auf der elektrischen Messung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen begründet sind, weiters verwendet man auch paramagnetische Analysatoren von Sauerstoff, Analysatoren, die auf der selektiven Absorption von Gas in Flüssigkeiten begründet sind, und seltener auch Infra-Analysatoren. Allen angeführten Arten von kontinuierlichen Analysatoren fehlt jedoch die notwendige Selektivität, sie besitzen keine genügende Betriebsverläßlichkeit und weisen eine große Zeitträgheit auf. Es ist auch ein elektrochemischer Analysator bekannt, der im Prinzip als Sauerstoffelektrode in einem alkalischen Milieu konstruiert ist; bei praktischer Anwendung ist jedoch ein solcher Analysator nachteilig, da der Fühler in Gegenwart von saueren Gasen, z. B. Kohlendioxyd, der in den Verbrennungsprodukten enthalten ist, eine sehr kurze Lebensdauer besitzt. Außerdem ist das elektrische Signal des Fühlers nicht direkt proportional zum Sauerstoffinhalt und hängt von der Durchflußgeschwindigkeit ab.

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Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu-\ beseitigen.■

Das Wesen der Erfindung besteht in einem Verfahren zur selbsttätigen kontinuierlichen Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen mit kleiner Zeitträgheit, bei dem eine poröse, doppelseitige Indikationselektrode in eine Lösung getaucht wird, deren pH-Wert höchstens 7 ist, und die Elektrode zuerst an die Quelle eines negativen Potentials mit Bezug auf Wasserstoff angeschlossen wird, worauf dann die Indikationselektrode durch den Sauerstoff des analysierten Gases depolarisiert wird und nachher der, zwischen der Quelle des negativen Potentials und der Indikationselektrode fließende elektrische Strom gemessen wird. Die Quelle des negativen Potentials und die Indikationselektrode werden mit einem konstanten, einstellbaren Widerstand verbunden, der Indikat ions elektrode wird ein negatives Potential aus einer reversiblen und regenerierbaren Hilfselektrode zugeführt, die in die gleiche Lösung, wie die Indikationselektrode getaucht ist. Das negative Potential wird aus einem System von zwei reversiblen und regenerierbaren Hilfselektroden abgezweigt; es kann aber auch aus einem Potentiometer abgezweigt werden, der entweder vollkommen oder teilweise aus einer äußeren Quelle gespeist wird, wobei an dieses Potentiometer eine oder beide reversiblen und regenerierbaren Hilfselektroden angeschlossen sind. Die doppelseitige Indikationselektrode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus einem Material hergestellt, das in der gegebenen Elektrolytlösung eine Wasserstoffspannung besitzt, die höher als das negative Potential ist, das dieser Elektrode zugeführt wird. Die Elektrode, welche an einer Seite mit dem analy-.

sierten Gas und an der anderen Seite mit der Elektrolytlösung in Berührung steht, enthält einen Katalysator, der die Reaktion an der Elektrode beschleunigt, z. B. metallisches Silber. Diese Elektrode ist mindestens teilweise hydrophobisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ermöglichen die kontinuierliche Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in einem durchfließenden Gasstrom, wobei die zur Erreichung von 90 °/o des vollen Ausschlags notwendige Zeit in der Größenordnung von Zehnteln bis einigen Sekunden liegt. Die Bestimmung erfolgt voll automatisch und das gewonnene elektrische Signal ist genügend stark, um auch den direkten Anschluß einer Registriervorrichtung zu ermöglichen. Die Skala kann durch irgendeine Mischung mit bekanntem Sauerstoffgehalt geeicht werden und der Skalenbereich kann auf einfache Weise, z. B. durch ein Potentiometer eingestellt werden. Ebenso einfach kann die Skala auch adjustiert werden. Der vorher erwähnte unerwünschte Einfluß sauerer Gase, z. B. Kohlendioxyd, im analysierten Gas ist durch Verwendung einer saueren Lösung beseitigt. Die verwendete Hilfselektrode oder Hilfselektroden können infolge ihrer Reversibilität einfach durch Gleichstrom regeneriert werden, und zwar entweder periodisch, nach einer längeren Zeitperiode, oder ununterbrochen, und zwar dadurch, daß das erwähnte System der Hilfselektroden an ein, aus einer äußeren Quelle -gespeistes Potentiometer angeschlossen wird.

Die erfindungsgemäße doppelseitige Indikationselektrode kann in einer Lösung, deren pH-Wert höchstens 7 ist, angewendet werden, wobei weder ihre Lebensdauer, noch ihre

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Funktion durch die Gegenwart von Gasen sauerer Natur, z. B. Kohlendioxyd, beeinflußt werden. Hydrophobisierung der Elektrode gegen die Seite des Elektrolyts schützt die Elektrode gegen Überflutung und verlängert dadurch ihre Lebensdauer, ohne die eigentliche Funktion der Elektrode zu beeinträchtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll nun mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung, die ein System von zwei reversiblen und regenerierbaren Elektroden darstellt, näher erklärt werden.

Es wird ein gewöhnlicher Bleiakkumulator 1 verwendet, der mit Schwefelsäure, mit Konzentration JO % (Gewicht), gefüllt ist. Beide Elektroden 2 und 3 werden an die Enden des Potentiometers 4 angeschlossen, von dem ein Potential 175 mV abgezweigt wird. Dieses Potential ist positiver, als das negative Potential der Bleielektrode 3. Dieses Potential wird über einen einstellbaren Widerstand 5 an sLne hohle Indikationselektrode 6 aus Grafit angeschlossen, welche in die Akkumulatorsäure getaucht wird. Das analysierte Gas strömt durch die Elektrodenhöhlung. Die verwendete Grafitelektrode 6 wird durch eine Paraffinschicht hydrophobisiert und als Katalysator enthält sie metallisches Silber. Der Potentialabfall am erwähnten einstellbaren Widerstand wird durch ein Ee--\. gistrier-Millivoltmeter 7 gemessen*

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrene können z. B. zur Bestimmung von Sauerstoff in Gasen verwendet werden, welche durch Oxydation von Brennstoffen durch Luft oder Sauerstoff bei hohen Temperaturen, mit intensiver Wärmefreigabe,

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verwendet werden. Ihr Anwendungsgebiet liegt auch in Analysen von Gasen, die durch Gärprozesse in der Fermentationsproduktion entstehen, in Synthesen der organischen Chemie und überall dort, wo der Sauerstoffgehalt ständig und kontinuierlich bestimmt werden muß bzw. dort, wo schnelle Änderungen des Sauerstoffgehaltes bestimmt werden müssen. Die doppelseitige Indikationselektrode gemäß der Erfindung eignet sich insbesondere als !Fühler in selbsttätigen Registriergeräten " und kann in einem weiten Konzentrationsbereich von einigen Prozenten bis 100 % von Sauerstoff verwendet werden.

- Patentansprüche -

Claims

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Pat en tan sprüche

1. Verfahren zur selbsttätigen, kontinuierlichen Bestimmung des· Sauerstoffgehaltes in Gasen, mit kleiner Zeitträgheit, dadurch gekennzeichnet, daß eine poröse, doppelseitige Indikationselektrode, die in eine Lösung mit einem pH-Wert, der höchstens 7 "beträgt, getaucht wird, vor allem an die. Quelle eines negativen Potentials mit Bezug auf Wasserstoff angeschlossen wird, worauf dann die Indikationselektrode durch Sauerstoff aus dem analysierten Gas depolarisiert wird und dann der, zwischen der Quelle des negativen Potentials und der Indikationselektrode fließende elektrische Strom gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikationselektrode mit einem konstanten, einstellbaren Widerstand verbunden wird.

3- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Indikationselektrode ein negatives Potential aus einer reversiblen und regenerierbaren Hilfselek-'trode zugeführt wird, welche in die gleiche Lösung wie in die Indikationselektrode getaucht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das negative Potential aus einem System von zwei reversiblen und regenerierbaren Hilfselektroden abgezweigt wird, welche in die gleiche Lösung wie die Indikationselektrode getaucht sind^

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. das negative Potential aus einem Potentiometer abgezweigt wird, welches mindestens teilweise aus einer äußeren Quelle gespeist wird, wobei mindestens eine der beiden reversiblen und regenerierbaren Hilfselektroden an dieses Potentiometer angeschlossen sind.

6. Doppelseitige Indikationselektrode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Material hergestellt ist, welches in der gegebenen Lösung des Elektrolyts eine Wasserstoff-Überspannung besitzt,welche höher ist . als das negative Potential, das dieser Elektrode.zugeführt wird.

7. Doppelseitige Indikationselektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens teilweise hydrophobisiert ist.

8. Doppelseitige Indikationselektrode nach Anspruch 6 und 7* dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Katalysator, ζ. Β. metallisches Silber, enthält, welcher die Beaktion an der Elektrode beschleunigt.

18. Dezember 1969/925

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