DE1773795A1

DE1773795A1 - Analyzer for measuring gas concentrations

Info

Publication number: DE1773795A1
Application number: DE19681773795
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr Breuer; Jacques Deprez; Berthold Dr Sturm
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1968-07-08
Filing date: 1968-07-08
Publication date: 1972-05-10
Also published as: FR2012511B1; DE1773795C3; GB1235969A; JPS5212588B1; FR2012511A1; DE1773795B2

Description

Analyzer for measuring gas concentrations

Die Erfindung betrifft ein Analysengerät zur Messung von Gaskonzentrationen mit einer Messzelle nach Art einer Nernst¹sehen Konzentrationskette, wobei der zu untersuchende Gasstrom an einer von den beiden Elektroden der Meßzelle vorbeigeführt wird, die beide mit einem Elektrolyten in Kontakt stehen und im äußeren Schließungskreis niederohmig miteinander verbunden sind.The invention relates to an analyzer for measuring gas concentrations with a measuring cell in the manner of a Nernst ¹ see concentration chain, the gas flow to be examined being guided past one of the two electrodes of the measuring cell, both of which are in contact with an electrolyte and have low resistance to one another in the outer closing circuit are connected.

Es ist bekannt, die Konzentration einer oder mehrerer Gaskomponenten in einem Gasstrom zu messen, indem man diesen Gasstrom an einer von zwei Elektroden vorbeiführt, die beide von einem Elektrolyten benetzt und durch eine in dem Elektrolyten angeordnete Sperrschicht (Diaphragma) voneinander getrennt sind. Die zu messenden Gaskomponenten erzeugen an der einen Elektrode eine Änderung der dort herrschenden Ionenkonzentration und damit nach Art einer Nernst 'sehen Konzentrationskette in einem äußeren elektrischen Schließungskreis zwischen beiden Elektroden einen meßbaren elektrischen Strom.It is known the concentration of one or more gas components to measure in a gas stream by passing this gas stream past one of two electrodes, both of which are from one Electrolytes are wetted and separated from one another by a barrier layer (diaphragm) arranged in the electrolyte. The too measuring gas components generate a change in the ion concentration at one electrode and thus a change in it Kind of a Nernst 'see chain of concentration in an outer one electrical closing circuit between the two electrodes produces a measurable electrical current.

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Niederohmige Strommessungen - etwa unterhalb 10 Kilo-Ohm im äußeren Schließungskreis haben gegenüber hochohmigen Potentialmessungen den Vorteil eines mit der Konzentration der zu messenden Gaskomponenten linear ansteigenden Meßstromes und eines definierten Nullpunktes.Low-resistance current measurements - approximately below 10 kilo-ohms im outer closing circuit have opposite high-resistance potential measurements the advantage of a measuring current that increases linearly with the concentration of the gas components to be measured and one defined zero point.

Wichtig für die niederohmige Strommessung ist die Beschaffenheit der zwischen den Elektroden im Elektrolyten angeordneten Sperrschicht, die eine sofortige Durchmischung der Ionen im Elektrolyten verhindert. Diese Sperrschicht muß selbst möglichst niederohmig sein und darf ihre elektrischen und ihre mechanischen Eigenschaften im Laufe der Messungen nicht verändern.The condition is important for the low-resistance current measurement the barrier layer arranged between the electrodes in the electrolyte, an immediate mixing of the ions in the electrolyte prevented. This barrier layer itself must have as low a resistance as possible and may be electrical and mechanical Do not change the properties in the course of the measurements.

Es ist bekannt, daß engporige, poröse, mit flüssigen Elektrolyten getränkte und den Elektrodenzwischenraum vollständig ausfüllende Körper die erforderliche Sperrwirkung besitzen können und, je nach Anwendungsfall, gegenüber dünnen Membranen und Diaphragmen große Vorteile bieten.It is known that narrow-pored, porous, soaked with liquid electrolytes and completely filling the space between the electrodes Body can have the required barrier effect and, depending on the application, against thin membranes and diaphragms offer great advantages.

Nachteilig bei automatischen Gasanalysen mit solchen flüssige Elektrolyten enthaltenden Systemen ist der nicht zu vernachlässJgende Dampfdruck der benutzten Elektrolyten, der z.B. bei wässerigen Elektrolyten im Wasserdampfaustausch mit Am Meßgasstrom einen Wasserverlust oder eine Wasseraufnahme und damit eine Einengung oder Verdünnung des Elektrolyten zur Folge hat, bei anderen Systemen einen beachtlichen Masseverlust bedeutet.The disadvantage of automatic gas analyzes with such systems containing liquid electrolytes is that which cannot be neglected Vapor pressure of the electrolytes used, e.g. in the case of aqueous electrolytes in the water vapor exchange with the measuring gas flow water loss or water absorption and thus a narrowing or dilution of the electrolyte result other systems means a considerable loss of mass.

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Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile behoben sind und für Dauermessungen sich eine sehr einfach aufgebaute Meßzelle ergibt, wenn gemäß der Erfindung der Elektrolyt aus einer oder mehreren aufeinander abgestimmten organischen Substanzen besteht und von fester Beschaffenheit ist. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besitzt der Elektrolyt einen Dampfdruck von weniger als 1 Torr bis 6o° C, eine Dielektrizitätskonstante von mehr als 20 oder einem Dipolmoment von mehr als 2,0 Debye und einen spezifischen Widerstand von weniger als 10-⁵ Ohm »am. Ein Elektrolyt mit diesen Eigenschaften hat ein sehr gutes Verhalten gezeigt und ermöglicht einwandfreie Messungen. It has now been found that these disadvantages have been eliminated and a very simply constructed measuring cell results for continuous measurements if, according to the invention, the electrolyte consists of one or more coordinated organic substances and is solid. According to a particular embodiment of the invention, the electrolyte has a vapor pressure of less than 1 torr to 6o ° C, a dielectric constant of more than 20 or a dipole moment of more than 2.0 Debye and a resistivity of less than 10- ⁵ ohm "on . An electrolyte with these properties has shown very good behavior and enables perfect measurements.

Der geringe Dampfdruck verhindert einen merklichen Masseverlust und erlaubt, das System ohne Störungen auch für Dauermessungen einzusetzen. Die hohe Dielektrizitätskonstante oder das große Dipolmoment befähigen die Substanz, die chemischen Reaktionspartner zu dissoziieren und damit die Punktion eines Elektrolyten zu übernehmen. Durch die feste Beschaffenheit wird ein rascher Ionenaustausch innerhalb des Elektrolyten verhindert, durch den geringen inneren Widerstand die vorteilhafte niederohmige Strommessung ermöglicht.The low vapor pressure prevents a noticeable loss of mass and allows the system to be used for long-term measurements without interference. The high dielectric constant or the large dipole moment enable the substance to dissociate the chemical reactants and thus to puncture an electrolyte. The solid nature prevents rapid ion exchange within the electrolyte, and the low internal resistance enables the advantageous low-resistance current measurement.

Als besonders geeignet hat sich ein Elektrolyt erwiesen, der aus einer Mischung aus Benzoesäure - etwa 50 bis 70 Gewichtsteile und Propylenkarbonat - etwa 50 bis 30 Gewichtsteile - besteht.An electrolyte has proven to be particularly suitable which consists of a mixture of benzoic acid - about 50 to 70 parts by weight and Propylene carbonate - about 50 to 30 parts by weight - consists.

Als großen Vorteil bieten diese Substanzen die Möglichkeit, in Le A 11 603 209820/0097 -4- As a great advantage, these substances offer the possibility of using Le A 11 603 209820/0097 -4-

einfacher Weise formbeständige, selbsttragende, stoß- und erschütterungsfeste und lageunabhängige Meßzellen herzustellen und im wartungsfreien Dauerbetrieb zur Gasanalyse einzusetzen.easy way to produce dimensionally stable, self-supporting, shock and vibration resistant and position-independent measuring cells and to be used in maintenance-free continuous operation for gas analysis.

Z.B. eine Meßzelle mit einem Elektrolyten aus einer Mischung von 60 Gewichtsteilen Benzoesäure und 40 Gewichtsteilen Propylenkarbonat ''/,die bei 120⁰C geschmolzen und dann in eine passende Form gegossen wird, erlaubt in Verbindung mit Silber als Elektrodenmaterial die Messung von Schwefelwasserstoff in Gasen.For example, a measuring cell with an electrolyte made from a mixture of 60 parts by weight of benzoic acid and 40 parts by weight of propylene carbonate '' /, which is ^{melted at 120 °} C. and then poured into a suitable mold, allows hydrogen sulfide to be measured in gases in conjunction with silver as the electrode material.

4 - Methyl - 1,3 - dioxolan - 2 - on4 - methyl - 1,3 - dioxolan - 2 - one

0 - CH₂ 0 - CH ₂

^X0 - CH ^X 0 - CH

CH₅ CH ₅

^ Eine derartige Meßzelle aJ:; Kem:;i,ür:k eincü AnalVGengeräter, nei an einem Ausl'ühruni r,\n- j r,\ κ.Ί ox'läut <Tt-:^ Such a measuring cell aJ :; Kem:; i, ür: k eincü AnalVGengeräter, nei at an outlet unit r, \ n- j r, \ κ.Ί ox'laud <Tt-:

Ein als Gegenelektrode oj · u'.'ndes Maut '?1 ν nr 1 au η einuin aucgewählt.en Elektrodonmauerlal ir;t. oicn und Griten durch jf? (-iru?n nil·. einer zentrischen Ga:.;durcr.rülirung ^lj und t- versehenen Ϊ3topfen 3 und 4 aus nichtleitendem I'aterlal abp^cschlossen. Das Innere des Mantelrohres 1 ist bis auf einen axialen, zylindrischen Hohlraum 7* der zweckmäßig den gleichen Durchmesser aufweist wie die Gasdurchführungen, mit dem organischen Festelektrolyten 8 ausge-A as a counter electrode oj · u '.' Ndes toll '? 1 ν nr 1 au η einuin also selected.en Elektrodonmauerlal ir; t. oicn and griten by jf? (-iru? n nil ·. a centric Ga:.; through-ruling ^l j and t- provided Ϊ3pots 3 and 4 made of non-conductive lateral. The inside of the jacket tube 1 is except for an axial, cylindrical cavity 7 * which expediently has the same diameter as the gas feed-throughs, with the organic solid electrolyte 8

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füllt. In die Grenzfläche des organischen Festelektrolyten 8 zum Hohlraum 7 ist die spiralig gewickelte Meßelektrode 2 eingebettet, die gleichzeitig durch den Stopfen 3 an den elektrischen Anschluß 9 geführt ist. Das als Gegenelektrode dienende Mantelrohr 1 ist mit dem Anschluß 10 leitend verbunden.fills. The spirally wound measuring electrode 2 is embedded in the interface between the organic solid electrolyte 8 and the cavity 7, which is passed through the plug 3 to the electrical connection 9 at the same time. The jacket tube serving as a counter electrode 1 is conductively connected to terminal 10.

Der zu untersuchende Gasstrom tritt durch die Gasdurchführung ein, passiert den Hohlraum 7 und verläßt die Zelle durch die Gasdurchführung 5. Die zu bestimmende Gaskomponente reagiert in der Oberfläche des organischen Elektrolyten 8 und verändert dort die Ionenkonzentration. Diese Veränderung erzeugt einen meßbaren elektrischen Strom in dem niederohmigen äußeren Schließungskreis zwischen den Anschlüssen 9 und 10.The gas stream to be examined enters through the gas duct, passes through the cavity 7 and leaves the cell through the Gas feed-through 5. The gas component to be determined reacts in the surface of the organic electrolyte 8 and changes the ion concentration there. This change creates you measurable electrical current in the low-resistance external closing circuit between the connections 9 and 10.

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Claims

Claims;

1. Analyzer for measuring gas concentrations with a Measuring cell in the manner of a Nernst's see concentration chain, with the gas flow to be examined is guided past one of the two electrodes of the measuring cell, both with an electrolyte are in contact and are connected to one another with low resistance in the outer closing circuit, characterized in that the Electrolyte (8) consists of one or more coordinated organic substances and is solid.

2. Analysis device according to claim 1, characterized in that the electrolyte (8) has a vapor pressure of less than 1 Torr to 60 ⁰ C, a dielectric constant of more than 20 or a dipole moment of more than 2.0 Debye and a specific resistance of is less than 10 ^ ohm cm.

3. Analysis device according to claims 1 and 2, characterized in that the electrolyte (8) consists of a mixture of benzoic acid and propylene carbonate.

4. Analysis device according to claim 3, characterized in that that the mixture of 50 to 70 parts by weight of benzoic acid and 50 to 50 parts by weight of propylene carbonate.

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