DE1598453B2 - ELECTRODE FOR THE POTENTIOMETRIC DETERMINATION OF SULFIDIONS IN A SOLUTION - Google Patents
ELECTRODE FOR THE POTENTIOMETRIC DETERMINATION OF SULFIDIONS IN A SOLUTIONInfo
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- DE1598453B2 DE1598453B2 DE19661598453 DE1598453A DE1598453B2 DE 1598453 B2 DE1598453 B2 DE 1598453B2 DE 19661598453 DE19661598453 DE 19661598453 DE 1598453 A DE1598453 A DE 1598453A DE 1598453 B2 DE1598453 B2 DE 1598453B2
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Elektrode aus einer mit Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer be-The invention relates to an electrode made of a
der Außenseite in Kontakt mit der Lösung stehenden vorzugten Ausführungsform durch Zeichnungen näherthe outside in contact with the solution preferred embodiment by drawings
unporösen Membran und einer mit der Innenseite der erläutert. Es zeigtnon-porous membrane and one with the inside of the explained. It shows
Membran in Kontakt stehenden, ein festliegendes Po- F i g. 1 eine im Schnitt dargestellte schematische tential aufrechterhaltenden Anordnung zur potentio- 5 Seitenansicht einer für die Bestimmung von Sulfidmetrischen Bestimmung von Sulfidionen in einer Lö- ionen in einer Lösung geeigneten Elektrode mit den sung. Merkmalen der Erfindung,Membrane in contact, a fixed po- F i g. 1 is a schematic, shown in section Potential maintaining arrangement for the potential 5 side view of a for the determination of sulphide metrics Determination of sulfide ions in a ion in a solution with the suitable electrode sung. Features of the invention,
Es gibt bereits mehrere instrumentelle Verfahren, F i g. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte schema-There are already several instrumental procedures, FIG. 2 is a partially sectioned schematic
mit deren Hilfe die Bestimmung der Sulfidionen in tische Seitenansicht einer Meßanordnung mit einerwith the help of which the determination of the sulfide ions in tables side view of a measuring arrangement with a
einer Lösung mit ziemlicher Selektivität durchgeführt io Elektrode zur Bestimmung von Sulfidionen,a solution carried out with quite a selectivity io electrode for the determination of sulfide ions,
werden kann. Häufig werden daher spektrophotome- F i g. 3 eine graphische Darstellung, welche die Wir-can be. Frequently, therefore, spectrophotomic F i g. 3 is a graph showing the effec-
trische Verfahren angewandt, doch da in Lösung be- kung einer pH-Wert-Änderung auf das Ansprechver-trical methods are used, but since in solution a change in pH value affects the response
findliche Sulfidionen nur wenig Licht absorbieren, halten der erfindungsgemäßen Elektrode gegenüberSensitive sulfide ions absorb only a little light, hold opposite the electrode according to the invention
müssen üblicherweise. Reagenzien zugesetzt werden, Sulfidionen veranschaulicht.usually have to. Reagents are added, sulfide ions illustrated.
die mit den Sulf.dipnen reagieren und lichtabsorbie- 15 Es hat sich gezeigt, daß durch anodische Ablagerungwhich react with the sulf.dipnene and absorb light. It has been shown that by anodic deposition
rende Verbindungen erzeugen. Es sind auch polaro- von Silber in Sulfidlösungen hergestellte ElektrodenCreate connections. There are also polar electrodes made of silver in sulfide solutions
graphische und amperometrische Detektoren bekannt, im allgemeinen Schwankungen unterliegen und nichtgraphic and amperometric detectors are known, generally subject to fluctuations and not
die jedoch eine genaue Steuerung des Stroms des zu reproduzierbare Potentiale ergeben, wodurch die in derwhich, however, result in a precise control of the current of the reproducible potentials, whereby the in the
prüfenden Mediumslerfordern, wenn die Bestimmung Literatur enthaltenen Untersuchungen bestätigt wer-test medium requirements, if the determination of the literature contained in the literature are confirmed
kontinuierlich erfolgen soll. Auch die Verwendung von 20 den. An Stelle der Anwendung der Elektronen-Über-should take place continuously. Also the use of 20 den. Instead of using the electron transfer
potentiometrischen Elektroden ist bereits vorgeschla- gangsreaktionpotentiometric electrodes is already the proposed reaction
gen und von zahlreichen Fachleuten für die Sulfid- 2Αε 4-S= -» Ae S 4- 2e~ Ci gen and by numerous experts for the sulfide 2Αε 4-S = - »Ae S 4- 2e ~ Ci
bestimmung untersucht worden (J. I ν e s und G. ■ . . ν «determination has been investigated (J. I ν e s and G. ■.. ν «
J an zt, »Reference Electrodes«, Academic Press, als Elektronenpotentialquelle beruht die ErfindungJ an zt, "Reference Electrodes", Academic Press, the invention is based as an electron potential source
New York, 1961, Kapitel VII). Es hat sich jedoch 25 auf der Verwendung einer Membran aus Silbersulfid,New York, 1961, Chapter VII). However, there has been 25 on the use of a membrane made of silver sulfide,
herausgestellt, daß nur Silber-und Quecksilber-Redox- die praktisch kein freies Silber enthält, welches einefound that only silver and mercury redox which contain practically no free silver, which one
elemente auf Sulfidionenaktivität ansprechen, während derartige Reaktion eingehen könnte. Der im folgendenelements respond to sulfide ion activity, while such a reaction could undergo. The one below
aus diesen Metallen hergestellte Elektroden Schwan- in Übereinstimmung mit seiner Anwendung in derSchwan electrodes made of these metals in accordance with its application in the
kungen und nicht reproduzierbare Spannungen zeigen. poteniometrischen Elektrodentechnik gebrauchte Aus-show tensions and non-reproducible voltages. poteniometric electrode technology used
Obgleich derartige Elektroden für die Bestimmung 30 druck »Membran« bezieht sich auf ein blatt- bzw.Although electrodes of this type are used to determine 30 pressure "membrane" refers to a leaf or
von Titration-Endpunkten brauchbar sind, fehlt ihnen folienartiges Gebilde, und zwar im allgemeinen un-of titration endpoints are usable, they lack a film-like structure, and indeed generally un-
die für absolute Aktivitätsmessung erforderliche Sta- abhängig von dessen Flexibilität oder Krümmung, dasthe state required for absolute activity measurement - depending on its flexibility or curvature, that
bilität. zwei Begrenzungsflächen festlegt, zwischen denen einmobility. defines two boundary surfaces, between which a
Elektroden zur potentiometrischen Bestimmung der Ladungsübergang stattfindet.Electrodes for potentiometric determination of the charge transfer takes place.
Ionenkonzentration von Lösungen können gemäß der 35 F i g. 1 veranschaulicht eine Elektrode 20 mit denThe ion concentration of solutions can be determined according to FIG. 35 FIG. 1 illustrates an electrode 20 having FIGS
USA.-Patentschrift 3 219 556 auch eine unporöse, aus Merkmalen der Erfindung, die einen an beidenU.S. Patent 3,219,556 is also a non-porous one, comprising features of the invention that unite one on both
Halbleitermaterial bestehende Membran aufweisen. Enden offenen länglichen, hohlen Behälter bzw.Have semiconductor material existing membrane. Ends of open elongated, hollow containers or
Derartiges Halbleitermaterial, das üblicherweise in Schaft 22 aufweist. Dieser Schaft 22 besteht typischer-Such a semiconductor material, which usually has in shaft 22. This shaft 22 typically consists
Form sehr dünner Schichten von beispielsweise 38 μ weise aus einem flüssigkeitsundurchlässigen, praktischForm very thin layers of, for example, 38 μ wise from a liquid-impermeable, practical
Dicke verwendet wird, bringt ebenfalls nur eine geringe 40 steifen, elektrisch isolierenden Werkstoff, wie uner-Thickness is used, also brings only a small 40 stiff, electrically insulating material, such as un-
Stabilität mit sich. Außerdem erhöht sich bei Halb- weichtem Polyvinylchlorid, Polytetrafluoräthylen, GlasStability with itself. In addition, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, and glass increase with semi-soft items
leitermaterial durch.geringe Verunreinigungen dessen od. dgl., der gegenüber den die Sulfidionen enthalten-conductor material durch.minor impurities of the or the like, the opposite of which the sulfide ions contain-
Leitfähigkeit beträchtlich, so daß in dieser Hinsicht den Lösungen, mit welchen der Schaft 22 in BerührungConductivity considerable, so that in this regard the solutions with which the shaft 22 is in contact
erhebliche Schwierigkeiten auftreten können, zumal gebracht werden kann, in praktischen Grenzen ehe- \J· considerable difficulties can arise, especially since it can be brought within practical limits before- \ J
durch die technologische Reinigung von Halbleiter- 45 misch inert ist.is inert due to the technological cleaning of 45 semiconductors.
materialien nur ein »nahezu« Störstellenfreies Halb- Das eine Ende des Schafts 22 ist durch eine Trennleiterkristallgitter erzielt werden kann. Ein weiterer scheibe bzw. Membran 24 abgedeckt bzw. abgedich-Nachteil von Halbleitermaterialien, wie Ge oder Si, tet, die aus praktisch unporösem, hohe Reinheit bebesteht in ihrer leichten Oberflächenoxydation, welche sitzendem Silbersulfid besteht, welches praktisch kein bei Aufbewahrung der Materialien an Luft erfolgt und 5° freies metallisches Silber enthält. Die Membran 24 die Leitfähigkeit des Materials bzw. dessen Reinheit kann an sich ziemlich dick sein und beispielsweise eine ungünstig beeinflußt. Stärke von etwa 6,35 mm besitzen; in der Regel wer-materials only an "almost" free of imperfections. One end of the shaft 22 is covered by an isolating conductor crystal lattice can be achieved. Another disc or membrane 24 covered or sealed-off disadvantage of semiconductor materials such as Ge or Si, tet, which consists of practically non-porous, high purity in their slight surface oxidation, which consists of sedentary silver sulfide, which is practically none takes place when the materials are stored in air and contains 5 ° free metallic silver. The membrane 24 the conductivity of the material or its purity can in itself be quite thick and, for example, a adversely affected. Have a thickness of about 6.35 mm; usually
Aufgabe der Erfindung demgegenüber ist die den jedoch dünnere Gebilde bevorzugt. Die MembranIn contrast, the object of the invention is preferred to the structure that is thinner. The membrane
Schaffung einer verbesserten stabilen Elektrode, welche 24 kann mit Hilfe einer Klebmasse, wie eines Epoxy-Creation of an improved stable electrode, which can be 24 with the help of an adhesive, such as an epoxy
einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand und 55 harzes, quer über das eine Ende des Schafts 22 geklebta relatively low resistivity and 55 resin glued across one end of the shaft 22
eine hohe kationische Leitfähigkeit aufweist, wobei die sein, ist jedoch vorzugsweise, wie dargestellt, auf einenhas a high cationic conductivity, which is, however, preferably, as shown, to one
Leitfähigkeit durch die Wanderung von Silberionen um den Umfang der im Schaft 22 vorgesehenen öff-Conductivity due to the migration of silver ions around the circumference of the opening provided in the shaft 22
hervorgerufen wird. nung herum angeordneten O-Dichtring 26 aufgesetztis caused. Around arranged O-ring 26 placed
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- und wird durch einen Ringflansch 27 einer auf denAccording to the invention, this object is thereby achieved and is provided by an annular flange 27 on the
lest, daß die Membran aus hochreinem, silberfreiem 60 Schaft 22 aufgeschraubten Manschette 28 in festerread that the membrane made of high-purity, silver-free 60 shaft 22 screwed cuff 28 in solid
Silbersulfid besteht. Anlage gegen den O-Dichtring 26 gehalten. Wenn dieSilver sulfide consists. System held against the O-ring 26. If the
Vorteilhafterweise spricht die erfindungsgemäfie Manschette 28 in der richtigen Richtung gedreht wird,Advantageously speaking, the cuff 28 according to the invention is rotated in the correct direction,
Elektrode wiederholbar auf Sulfidionenaktivität an, verschiebt sie sich axial und drängt die Membran 24 ; Electrode repeatably for sulfide ion activity, it displaces axially and urges the membrane 24 ;
so daß die gesamte Meßeinrichtung einekontinuierliche in Abdichtberührung mit dem O-Dichtring 26, so daßso that the entire measuring device is continuously in sealing contact with the O-sealing ring 26 so that
Meßspannung liefert, welche in einfacher logarith- 65 das eine Ende des Schafts 22 abgedichtet ist. SowohlMeasurement voltage supplies which one end of the shaft 22 is sealed in a simple logarithmic 65. As well as
mischer Beziehung zur Sulfidaktivität steht und durch der O-Dichtring 26 als auch die Manschette 28 be-mixed relationship to the sulfide activity and through the O-ring 26 and the sleeve 28
eine kurze Ansprechzeit auf Änderungen der Sulfid- stehen vorzugsweise aus einem Kunststoff, wie PoIy-a short response time to changes in the sulfide are preferably made of a plastic, such as poly-
aktivität eine verzögerungsfreie Regelunggewährleistet. vinylchlorid.activity ensures a delay-free regulation. vinyl chloride.
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Im Inneren des Schafts 22 ist in elektrischem und 2 Stunden lang gekocht wird. Die Verfahrensschritte physikalischem Kontakt mit der Innenfläche der Mem- des Absetzens, Dekantierens und Waschens in kochenbran 24 eine Ladungs-Übertragungseinrichtung mit dem Wasser werden mehrmals wiederholt, und schließfester Silberkonzentration entweder in metallischer lieh wird der Niederschlag abfiltriert und in destillier- oder ionischer Form vorgesehen. Bei der dargestellten . 5 tem Wasser aufgeschlämmt, gefiltert, gewaschen, und Ausführungsform der Erfindung besteht diese Ein- zwar zunächst mit verdünnter Salpetersäure und dann richtung aus einem Bezugselektrolyt 30, beispielsweise mit weiteren Mengen an destilliertem Wasser, und daraus einer wäßrigen gesättigten KCl-AgCl-Lösung. In aufhin unter Vakuum getrocknet. Der getrocknete den Elektrolyt 30 ist eine innere Bezugselektrode 32, bei- Niederschlag wird schließlich in CS2 auf geschlämmt, spielsweise ein bekanntes Ag-AgCl-Element einge- io um jeglichen Restschwefel aufzulösen, gefiltert, mit taucht. Diese Kombination des Elektrolyts 30 mit der Aceton gewaschen und bei 80 bis 100°C an der LuftInside the shaft 22 is in electric and is cooked for 2 hours. The process steps of physical contact with the inner surface of the membrane - the settling, decanting and washing in boiling burner 24 a charge transfer device with the water are repeated several times, and tightly sealed silver concentration either in metallic borrowed the precipitate is filtered off and provided in distilled or ionic form. In the case of the. 5 system water slurried, filtered, washed, and embodiment of the invention consists of this one, although initially with dilute nitric acid and then direction of a reference electrolyte 30, for example with further amounts of distilled water, and from it an aqueous saturated KCl-AgCl solution. Then dried under vacuum. The dried electrolyte 30 is an inner reference electrode 32, when the precipitate is finally slurried in CS 2 , for example a known Ag-AgCl element added to dissolve any residual sulfur, filtered, and immersed. This combination of the electrolyte 30 washed with the acetone and at 80 to 100 ° C in the air
Bezugselektrode 32 stellt ein Mittel dar, mit dessen getrocknet. ,Reference electrode 32 is a means by which it is dried. ,
Hilfe die Innenfläche, d. h. die mit dem Elektrolyt 30 Obgleich eine Vielzahl von Verfahren bekannt sind,Help the inner surface, d. H. those with the electrolyte 30 Although a variety of methods are known,
in Berührung stehende Fläche der Membran 24, an um das Ag2S-Pulver zu einer unporösen Membran zucontacting surface of the membrane 24, around the Ag 2 S powder to a non-porous membrane
ein praktisch stabiles bzw. festes Potential gelegt wer- ,15 verformen, wird die Membran 24 vorzugsweise durchIf a practically stable or fixed potential is applied, 15 deform, the membrane 24 is preferably through
den kann, was auf die Verwendung einer festen Silber- , Pressen unter Vakuum zu dünnen zylindrischen Ta-den can, suggesting the use of a solid silver, pressing under vacuum into thin cylindrical plates
konzentration zurückzuführen ist. Wenn der Elek- bletten bzw. Scheiben verformt; dieses Verfahren äh-concentration is due. If the elec- trolettes or disks are deformed; this procedure uh-
trolyt 30 beispielsweise einfach aus festem Silber be- nelt dem für die Herstellung von KBr-Tabletten fürtrolyt 30, for example, simply made of solid silver sprayed for the manufacture of KBr tablets for
steht, tritt zwischen dem Silber und dem Silbersulfid die Infrarotspektroskopie angewandten Verfahren,the infrared spectroscopy occurs between the silver and the silver sulfide,
bei einem festen Potential ersichtlicherweise durch 20 Sinter- oder Gießverfahren sind selbst in kontrollierterat a fixed potential evidently through 20 sintering or casting processes are themselves in controlled
Ionenübertragung eine Ladungsübertragung auf. In Atmosphäre nur äußerst schwierig anzuwenden, wasIon transfer on a charge transfer. Only extremely difficult to apply in atmosphere, what
. einem solchen Fall braucht die verwendete Bezugselek- darauf zurückzuführen ist, daß das Ag2S dazu neigt,. In such a case, the reference electrode used must be traced back to the fact that the Ag 2 S tends to
trode32 einfach ein Metalldraht, wie ein Kupfer- sich in der Nähe seines Schmelzpunkts zu zersetzen,trode32 simply a metal wire, like a copper one, to decompose near its melting point,
draht, zu sein, da die Silber-Kupfer-Verbindung eine .Das Pressen erfolgt in einem Gesenk aus gehärtetemwire, because the silver-copper compound is a. Pressing takes place in a die made of hardened
Ladungsübertragung durch Elektronen bewirkt. 25 : und poliertem Stahl, wobei während des VerdichtensCharge transfer caused by electrons. 25 : and polished steel, being during compaction
Das andere offene Ende des Schafts 22 weist eine gegebenenfalls ein' mäßiger Unterdruck angewandt ringförmige Kappe 34 mit,einer Öffnung auf, in welche werden kann. Zur Erzielung nicht poröser Scheiben ein übliches Koaxialkabel 36 eingedichtet ist, dessen sollten Mindestdrücke von etwa 4220 bis 5270 kg/cm2 Innenleiter mit der Bezugselektrode 32 verbunden ist, angewandt werden. Wenn das Ag2S ausreichende Reinwährend sein Außenleiter als elektrostatische Abschir- 30 heit besitzt, werden die Stahl-Gesenkformen nicht anmung dient. · gegriffen.The other open end of the shaft 22 has an annular cap 34 with an optionally a 'moderate negative pressure applied, an opening into which can be. To achieve non-porous disks, a conventional coaxial cable 36 is sealed, the minimum pressure of which should be of about 4220 to 5270 kg / cm 2 inner conductor connected to the reference electrode 32. If the Ag 2 S is sufficiently pure while its outer conductor is used as an electrostatic shield, the steel die molds are not used. · Grabbed.
Die wichtigsten Überlegungen bei der Herstellung Eine Membran, die zwei Lösungen voneinander
der Elektrode gemäß F i g. 1 betreffen den Aufbau der trennt, von denen die eine Silberionen bei fester Kon-Membran
24 und die Art der vorher beschriebenen zentration enthält und die andere eine Probenlösung
Dichtung zwischen dem Elektrodenschaft 22 und der 35 ist, erzeugt nach der bekannten Nernst-Gleichung eine
Membran 24. Die anderen Teile sowie die Form und elektromotorische Kraft:
die Größe der Elektrode 20 sind nicht besonders kri-The most important considerations in making a membrane, the two solutions from each other of the electrode according to FIG. 1 relate to the structure that separates, one of which contains silver ions with a fixed con-membrane 24 and the type of centration described above and the other is a sample solution seal between the electrode shaft 22 and the 35, creates a membrane according to the known Nernst equation 24. The other parts as well as the shape and electromotive force:
the size of the electrode 20 are not particularly critical
tisch und können in Abhängigkeit vom jeweils vorgese- En. = const + -■■ In ^Ag +, (1)table and can, depending on the E n . = const + - ■■ In ^ Ag + , (1)
henen Verwendungszweck ausgewählt werden. F can be selected for their intended use. F.
Silbersulfid ist insofern ungewöhnlich, als es nicht 40Silver sulfide is unusual in that it is not 40
nur in hohem Maß unlöslich in Wasser ist (Ksp 10~52), in welcher A Ag+ die Silberionenaktivität in der Prosondern zumindest in der Form (ß), die es bei niedri- benlösung bedeutet. Da jedoch Ag2S äußerst unlöslich gen Temperaturen annimmt, einen verhältnismäßig ist, wird A^s* durch das Vorhandensein des festen niedrigen elektrischen Massenwiderstand in Verbin- Salzes bestimmt und kann durch den Quotienten des dung mit außerordentlich hoher kationischer Leit- 45 Löslichkeitsprodukts Ksv von Ag2S und der Sulfidfähigkeit besitzt, d. h., die elektrische Leitfähigkeit aktivität As= der Probenlösung ausgedrückt werden, . durch das Silbersulfid-Kristallgitter hindurch wird in d. h.is only insoluble in water to a high degree (K sp 10 ~ 52 ), in which A Ag + the silver ion activity in the prosonder, at least in the form (ß), which it means in the case of low solution. However, since Ag 2 S assumes an extremely insoluble temperature and is relative, A ^ s * is determined by the presence of the fixed, low electrical mass resistance in the compound and can be determined by the quotient of the compound with an extraordinarily high cationic solubility product K sv of Ag 2 S and the sulphide capacity, ie, the electrical conductivity activity As = of the sample solution can be expressed,. through the silver sulfide crystal lattice is in dh
erster Linie durch eine Wanderung der Silberionen und o g primarily by a migration of silver ions and o g
nicht durch einen auf Sulfidionen oder -elektronen be- -^Ag+ — -—= · (2)not by a one on sulfide ions or electrons - ^ Ag + - -— = · (2)
ruhenden Leitmechanismus hervorgerufen. Die erfin- 50
dungsgemäße Silbersulfidmembran 24 muß einen ver-dormant guiding mechanism caused. The inven- 50
proper silver sulfide membrane 24 must have a
hälrnismäßig. hohen Reinheitsgrad besitzen, da das : Die Gleichung (1) läßt sich dann wie folgt umschrei-roughly. have a high degree of purity, because that : Equation (1) can then be described as follows
Vorhandensein von Fremdionen oder -molekülen, ben:Presence of foreign ions or molecules, ben:
wie Ag2O, Porosität und schlechte mechanische Eigen- RT ^ such as Ag 2 O, porosity and poor mechanical properties RT ^
schäften hervorruft. Die für die Reaktion mit den SuI- 55 E™ = const — ~zj ln As · (3)
fidionen zur Verfügung stehende Membranoberfläche
sollte möglichst frei sein von elementarem Silber undshafts. The for the reaction with the SuI- 55 E ™ = const - ~ zj ln As · ( 3 )
fidion available membrane surface
should be as free as possible from elemental silver and
Schwefel, da beide Stoffe, insbesondere das Silber, .. Diese logarithmische Beziehung wird im Betrieb aufSulfur, as both substances, especially the silver, .. This logarithmic relationship is based on in operation
instabile und abweichende Potentiale verursachen. die noch zu erläuternde Weise beachtet.cause unstable and deviating potentials. the manner still to be explained is observed.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des SiI- 60 Gemäß F i g. 2 wird die erfindungsgemäße ElektrodeA preferred method for producing the SiI-60 according to FIG. 2 becomes the electrode according to the invention
.bersulfids besteht darin, reinstes AgNO3 in wäßriger 20 im Betrieb so angeordnet, daß die Außenflächen der.bersulfids consists in the purest AgNO 3 in aqueous 20 arranged in operation so that the outer surfaces of the
Lösung einem geringen Überschuß an wäßrigem Na- Membran 24 mit einer zu prüfenden, die zu bestimmen-Solution of a small excess of aqueous Na membrane 24 with one to be tested, which is to be determined-
.triumthiosulfat zuzusetzen, wobei Ag2S ausfällt. Das den Sulfidionen enthaltenden Lösung 40 in Berührung. Add trium thiosulfate, whereby Ag 2 S precipitates. The solution 40 containing the sulfide ions in contact
Zusetzen, erfolgt bei Raumtemperatur unter gutem steht. Mit der Lösung 40 wird auch eine genormte Be-Addition takes place at room temperature under good standing. Solution 40 also provides a standardized
Rühren. 65 zugselektrode 42 in Berührung gebracht.Stir. 65 tension electrode 42 brought into contact.
Die Ausfällung wird zum Absetzen ungefähr 1 Stunde Die Bezugselektrode 42 ist typischerweise eine üblang stehengelassen, worauf die Lösung dekantiert, liehe Anordnung, die in einem herkömmlichen Glaslot frischem destilliertem Wasser versetzt und 1 bis kolben untergebracht ist und eine Ag-AgCl-ElektrodeThe precipitate will take about 1 hour to settle. The reference electrode 42 is typically a long one left to stand, whereupon the solution decanted, the arrangement borrowed in a conventional glass solder fresh distilled water is added and 1 to the flask is accommodated and an Ag-AgCl electrode
in gesättigter KCl-AgCl-Lösung enthält, welche durch eine Asbestfaserverbindung von einer lmolaren NaOH-Lösung getrennt ist. Die letztgenannte Lösung nimmt das untere Ende des Kolbens ein und ist über die übliche, bei 44 angedeutete Faserverbindung mit der Lösung 40 gekoppelt. Sowohl die Elektrode 20 als auch die Bezugselektrode 42 sind elektrisch an die betreffenden Eingänge einer elektrometrischen Vorrichtung 46 angeschlossen, welche vorzugsweise ein übliches Voltmeter mit hoher Eingangimpedanz darstellt. in saturated KCl-AgCl solution, which by an asbestos fiber compound from an 1 molar NaOH solution is separated. The latter solution occupies the lower end of the piston and is about the usual fiber connection indicated at 44 coupled with the solution 40. Both the electrode 20 as also the reference electrode 42 are electrically connected to the relevant inputs of an electrometric device 46, which is preferably a conventional voltmeter with high input impedance.
Im Betrieb der Anordnung gemäß F i g. 2 entsteht bei konstanten Temperaturbedingungen ein Potential Eref von praktisch festem Wert zwischen der Bezugselektrode 42 und der Lösung 40 unabhängig von der Sulfidkonzentration der Lösung. Ein anderes Potential Em entwickelt sich über die Membran 24 zwischen dem inneren Elektrolyt 30 und der Lösung 40, das jedoch von der Aktivität bzw. Konzentration der Sulfidionen in der Lösung 40 abhängt bzw. sich in Abhängigkeit davon logarithmisch ändert. Da das Potential Eint zwischen der Bezugselektrode 32 und dem Elektrolyt 30 ebenfalls festen Wert besitzt, ist das zwischen den Elektroden 42 und 20 auftretende Potential die Summe von Em, Eref und Emt und ändert sich somit nur in Abhängigkeit von Em. Das gesuchte Potential £« kann ohne weiteres an der elektrometrischen Vorrichtung 46 gemessen werden, wodurch das Vorhandensein und die Aktivität der Sulfidionen in der Lösung 40 angezeigt wird.In operation of the arrangement according to FIG. 2, under constant temperature conditions, a potential Eref of a practically fixed value arises between the reference electrode 42 and the solution 40, regardless of the sulfide concentration of the solution. Another potential E m develops across the membrane 24 between the inner electrolyte 30 and the solution 40, but this potential depends on the activity or concentration of the sulfide ions in the solution 40 or changes logarithmically as a function thereof. Since the potential Eint between the reference electrode 32 and the electrolyte 30 also has a fixed value, the potential occurring between the electrodes 42 and 20 is the sum of E m , E re f and Emt and thus changes only as a function of E m . The potential £ «sought can easily be measured on the electrometric device 46, as a result of which the presence and the activity of the sulfide ions in the solution 40 are indicated.
Die Elektrode gemäß F i g. 1 wurd in einer Anordnung wie derjenigen gemäß F i g. 2 bei mehreren Versuchen zur Bestimmung der Art des Ansprechverhaltens auf Sulfidionen auf die in den folgenden Beispielen beschriebene Weise geprüft:The electrode according to FIG. 1 was in an arrangement like that according to FIG. 2 if there are several Experiments to determine the nature of the sulfide ion response to those in the following examples way described:
Es wurden mehrere Prüflösungen hergestellt, indem etwa 24 g Na2S · 9 H2O abgewogen und in 1 Liter !molarer NaOH aufgelöst wurden. Unter Verwendung von lmolarer NaOH-Lösung als Verdünner wurden Reihenverdünnungen auf niedrigere Konzentrationen vorgenommen. Hierdurch ergaben sich eine Reihe von Proben mit konstanter NaOH-Grundkonzentration und sich ändernden Mengen an Na2S. Da die Lösungen nahezu konstante Ionenkonzentrationen besaßen, wurde der Aktivitätskoeffizient der Sulfidionen ebenfalls als nahezu konstant betrachtet. Der durch den NaOH-Grundgehalt festgelegte konstante pH-Wert gewährleistete außerdem, daß ein konstanter Bruchteil des gesamten vorhandenen Sulfids in Form von S= vorlag. Unter diesen Bedingungen sollte eine Auswertung des gemessenen Potentials in Abhängigkeit von log Na2S eine gerade Linie mit einem durch RTJ2F oder 29 mV bestimmten Gefälle pro Änderung der Na2S-Konzentration um eine Dekade ergeben. Die folgende Tabelle der Me3ergebnisse zeigt eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit der Theorie.Several test solutions were prepared by weighing approximately 24 g of Na 2 S · 9 H 2 O and dissolving it in 1 liter of 1 molar NaOH. Serial dilutions were made to lower concentrations using 1 molar NaOH solution as the diluent. This resulted in a series of samples with constant NaOH base concentration and varying amounts of Na 2 S. Since the solutions had almost constant ion concentrations, the activity coefficient of the sulfide ions was also considered to be almost constant. The constant pH value determined by the NaOH base content also ensured that a constant fraction of the total sulfide present was present in the form of S = . Under these conditions, an evaluation of the measured potential as a function of log Na 2 S should result in a straight line with a gradient determined by RTJ2F or 29 mV per change in Na 2 S concentration by one decade. The following table of measurement results shows excellent agreement with theory.
Das zeitliche Ansprechverhalten der Elektrode 20 wird durch die Lösungsübertragung begrenzt und beträgt 1 Minute oder weniger pro Änderung in der NaS-Konzentration um eine Dekade. Die Ansprechzeit kann beträchtlich herabgesetzt werden, indem ein schneller Ablaß für die Außenseite der Ag2S-Scheibe vorgesehen wird. Bei Raumtemperatur reproduziert die Elektrode 20 ihr Ausgangspotential in Normlösungen über Zeitspannen von mehreren Stunden hinweg mit einer Genauigkeit von etwa 1 mV. Die auf der Elektrode 20 selbst beruhenden tatsächlichen Änderungen sind sogar noch geringer, da ein Teil der Abweichungen auf die »Norm«-Lösungen zurückzuführen ist, die tatsächlich keine Normen darstallen, weil es schwierig ist, eine Oxydation der gelagerten Alkalisulfid-Normlösungen durch Luft zu Schwefel und anderen Produkten zu verhindern.The time response of electrode 20 is limited by solution transfer and is 1 minute or less per change in NaS concentration by a decade. Response time can be reduced significantly by providing a quick drain to the outside of the Ag 2 S disk. At room temperature, the electrode 20 reproduces its initial potential in standard solutions over periods of several hours with an accuracy of approximately 1 mV. The actual changes based on the electrode 20 itself are even smaller, since some of the deviations can be traced back to the "standard" solutions, which in fact are not standards, because it is difficult to allow the stored alkali sulfide standard solutions to be oxidized by air Prevent sulfur and other products.
Es wurden Messungen zur Bestimmung des Sulfidkonzentrationsbereichs vorgenommen, über welchen ■ die Elektrode 20 die Sulfidaktivität zu messen vermag.Measurements were made to determine the sulfide concentration range made, over which ■ the electrode 20 is able to measure the sulfide activity.
Zu diesem Zweck wurden gleichzeitig zwei Titrationen in der gleichen Lösung mit einer pH-Elektrode undder erfindungsgemäßen Elektrode 20 durchgeführt, wobei die Lösung anfänglich 1 Mol NaOH und 1 Mol Na2S ■enthielt. Das Titrieren erfolgte mit 1 Mol HCl. Die erhaltenen Daten wurden auf die in F i g. 3 gezeigte Weise ausgewertet.For this purpose, two titrations were carried out simultaneously in the same solution with a pH electrode and the electrode 20 according to the invention, the solution initially containing 1 mol of NaOH and 1 mol of Na 2 S ■. The titration was carried out with 1 mol of HCl. The data obtained were based on the method shown in FIG. 3 evaluated way shown.
In F i g. 3 ist der Logarithmus der S=-Aktivität in Abhängigkeit vom pH-Wert aufgetragen. In den einzelnen Ansprechverhalten jeder EleKtrode, nämlich der einen auf den pH-Wert und der anderen auf das Sulfid, traten zwei voneinander abweichende Gradienten auf, von denen angenommen wird, daß sie auf eine stufenweise Umwandlung von S= in HS und schließlich in H2S zurückzuführen sind. Die Kurve gemaß F i g. 3 scheint zwei gerade Liniensegmente zu enthalten, deren Gefälle eine Änderung der S=-Aktivität von etwa einer Dezimalstelle pro Änderung der Lösungen von hohem pH-Wert, d.h. von pH >7, um eine Dekade und von zwei Dezimalstellen pro Änderung bei den Lösungen mit niedrigem pH-Wert, d. h. pH <7, um eine Dekade anzeigen. Das geradlinige Verhältnis bei sich dem Wert 1 nähernden pH-Werten zeigt an, daß die erfindungsgemißs Elektrode 20 das Sulfid selbst bei freien SulfiJionenkonzentrationen von bis herab zu 10"17 Mol zu messen scheint.In Fig. 3 the logarithm of the S = activity is plotted as a function of the pH value. In the individual response behavior of each electrode, namely one to the pH value and the other to the sulfide, two deviating gradients occurred, which are assumed to be due to a stepwise conversion from S = to HS and finally to H 2 S are due. The curve according to F i g. 3 appears to contain two straight line segments, the slope of which is a change in S = activity of about one decimal place per change in solutions of high pH, ie from pH> 7, by a decade and two decimal places per change in solutions Low pH, i.e. pH <7, to indicate a decade. The linear relationship with approaches the value 1 approaching pH values indicates that the erfindungsgemißs electrode 20 even when free SulfiJionenkonzentrationen up down seems to be measured to 10 "17 moles of the sulfide.
Die Silbersulfidmembran 24 besitzt einen wesentlich •kleineren Widerstand als die übliche pH-Glasslektrode und arbeitet bei Temperaturen bis hiaab zum Gefrierpunkt der meisten wäßrigen Lösungen. Das Leistungsverhalten bei hohen Temperaturen wird zum großen Teil durch die Innendrücke begrenzt, die durch eine wäßrige Füll-Lösung oder den im Inneren befindlichen flüssigen Elektrolyt 30 erzeugt werden. Bei geringem Verlust an Einstellfreiheit für das Isopotential /?3= auf einen optimalen Wert kann jedoch die in das Innere eingefüllte Lösung durch eine metallische Silberbeschichtung ersetzt werden, die unmittelbar mit der Innenfläche der Membran 24 und der Bezugselektrode 32 verbunden ist. Hierdurch kann die praktisch anwendbare obere Temperaturgrenze bis auf etwa 175° angehoben werden; bei dieser Temperatur wandelt sich das Ag2S in seinen Festzustand («) bei gleichzeitigem mechanischem Bruch der Membran 24 um.The silver sulfide membrane 24 has a much lower resistance than the usual pH glass electrode and works at temperatures up to the freezing point of most aqueous solutions. The performance at high temperatures is in large part limited by the internal pressures generated by an aqueous filler solution or the liquid electrolyte 30 located inside. However, if there is little loss of freedom to adjust the isopotential /? 3 = to an optimal value, the solution filled into the interior can be replaced by a metallic silver coating that is directly connected to the inner surface of the membrane 24 and the reference electrode 32. As a result, the practically applicable upper temperature limit can be raised to about 175 °; At this temperature the Ag 2 S changes into its solid state («) with simultaneous mechanical rupture of the membrane 24.
Die erfindungsgemäße Elektrode 20 ist in ihrem Ansprechverhalten auf Sulfidionen ziemlich spezifisch. Die außerordentliche Unlöslichkeit des Ag2S verhindert eine Störung infolge von metathetisehen Reaktionen mit allen in der wäßrigen Lösung 40 Vorhändenen Ionenarten mit Ausnahme von Quecksilberionen, die jedoch nicht in wesentlichem Ausmaß in Lösungen vorhanden sein können, welche bedeutende Mengen an Sulfidionen enthalten. Die Elektrode 20 wird im allgemeinen nicht durch organische Stoffe und komplexbildende Ionen angegriffen, welche bekanntlich andere Silbersalzelektroden, wie die Ag-AgCl-Bezugselektrode, angreifen.The electrode 20 of the present invention is quite specific in its response to sulfide ions. The extraordinary insolubility of Ag 2 S prevents interference due to metathetic reactions with all types of ions present in the aqueous solution with the exception of mercury ions, which, however, cannot be present to any significant extent in solutions which contain significant amounts of sulfide ions. The electrode 20 is generally not attacked by organic substances and complex-forming ions, which are known to attack other silver salt electrodes, such as the Ag-AgCl reference electrode.
Selbstverständlich kann die Elektrode 20 in anderen Konfigurationen hergestellt werden. Vorteilhafterweise läßt sich Silbersulfid in hoch verdichteter Form, wie vorstehend beschrieben, ohne weiteres durch maschinelle Bearbeitung in eine Vielfalt von Formen bringen. Beispielsweise kann eine Durchfluß-Sulfidelektrode hergestellt werden, indem Ag2S in zylindrische Form gepreßt und mit einer axialen Zentralbohrung versehen wird, so daß ein hohles Rohr mit einer Wandstärke von bis zu etwa 6,35 mm gebildet wird. Die Außenfläche des Rohrs kann dann bei festem Kontaktpotential elektrisch mit einem Draht verbunden werden, indem beispielsweise das Rohr mit einem ringförmigen Silberstreifen überzogen und der Draht an letzterem befestigt wird. Anschließend wird die Außenfläche mit einer Isolierung abgedichtet. Wenn die Sulfidionen enthaltende Lösung 40 durch das Innere des Rohrs hindurchgeleitet wird, wird das gewünschte Potential über das Rohr von der Berührungsfläche mit der Lösung zum Silberstreifen erzeugt.Of course, the electrode 20 can be made in other configurations. Advantageously, high density silver sulfide, as described above, is readily machinable into a variety of shapes. For example, a flow-through sulfide electrode can be made by pressing Ag 2 S into a cylindrical shape and providing it with an axial central bore so that a hollow tube with a wall thickness of up to about 6.35 mm is formed. The outer surface of the tube can then be electrically connected to a wire at a fixed contact potential, for example by covering the tube with an annular silver strip and attaching the wire to the latter. The outer surface is then sealed with insulation. As the solution 40 containing sulfide ions is passed through the interior of the tube, the desired potential is created across the tube from the interface with the solution to the silver streak.
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