DE2001643B2 - Ph-empfindliche elektrode und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Ph-empfindliche elektrode und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine pH-empfindliche Elektrode, enthaltend einen aus einem stromleitenden
Material bestehenden, mit einer Oxidschicht überzögenen Körper und weiterhin auf ein Verfahren zum
Herstellen einer Elektrode.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Messung der Konzentration von Wasserstoffionen
durch Bestimmung der elektrischen Spannung, die sich an der Stelle des Zusammentreffens der Elektrode mit
der Probenlösung entwickelt.
Es ist üblich, zur pH-Messung Glaselektroden zu verwenden. Bei einem üblichen System wird beispielsweise
eine Bezugselektrode benutzt, die eine innere Halbzelle enthält, welche mit der Probenflüssigkeit über
eine Flüssigkeitsverbindung in Verbindung steht. Ferner ist eine Meßelektrode vorgesehen mit einer ionenempfindlichen
Glasmembran und einer weiteren inneren Halbzelle, wobei die Glasmembran in Kontakt mit der
Probenflüssigkeit steht. An der Oberfläche der Glasmembran entwickelt sich eine elektrische Spannung,
deren Größe in Abhängigkeit der lonenkonzentration der Probenflüssigkeit variiert. Diese Spannung wird
normalerweise dadurch bestimmt, daß die zwischen den Halbzellen bestehende Potentialdifferenz gemessen
wird.
Ein derartiges System weist einen hohen elektrischen Widerstand auf, so daß die Messung einen relativ teuren
Verstärker hoher Impedanz erfordert. Ferner hat ein derartiges System eine relativ lange Ansprechzeit.
Es sind ferner Metall-Metalloxid-Elektroden der eingangs genannten An bekannt (K. Schwabe,
»pH-Meßtechnik«, 3. Auflage, Verlag Theodor Steinkopff, Dresden und Leipzig 1963, Seite 97-99), wie
etwa Antimon-, Tellur-, Molybdän-, Wolfram-, Germanium-, Arsen-, Niob- und Tantalelektroden; jedoch
haben sich derartige Elektroden für pH-Messungen
35
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55
65 überwiegend als nicht befriedigend erwiesen und sind
daher im wesentlichen nur zu potentiometrischen Titrationen verwendet worden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode der
eingangs genannten Art zu schaffen, die zur pH-Messung in besserer Weise geeignet ist und insbesondere
ein genügend hohes Ansprechvermögen aufweist, um in Apparaturen eingesetzt zu werden, in denen elektronische
Informationsverarbeitung vorgesehen ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberflächenschicht aus Uranoxid besteht
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Elektrode eine sehr gut reproduzierbare und ungewöhnlich
hohe Wasserstoffionen-Empfindlichkeit aufweist
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Körper in eine UransalzschmeJze, vorzugsweise eine Uranylnitratschmelze,
eingetaucht wird und danach auf 500 bis 10000C erhitzt wird und diese Schritte bis zur Erzielung
einer dünnen glatten Uranoxidschicht wiederholt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit der Figur näher beschrieben.
In der Figur ist eine Bezugselektrode 1 und ein pH-Abfühlelement oder eine Elektrode 3 gezeigt, wobei
jede Elektrode mit der zu untersuchenden Probe 5 in dem Behälter 6 in Kontakt steht. Die Bezugselektrode 1
kann eine von einer Vielzahl wohlbekannter Bezugselektroden sein, z. B. eine herkömmliche Kalomelbezugselektrode,
welche selbst im wesentlichen unempfindlich ist gegenüber Variationen in der Konzentration
der Wasserstoffionen der zu untersuchenden Probe. Zwischen die Bezugselektrode 1 und die Abfühlelektrode
3 ist ein hochohmiger Spannungsmesser 7 gekoppelt. Es ist selbstverständlich, daß die bisher beschriebene
Ausführungsform grundsätzlich bekannt ist und bekannten elektrisch betriebenen pH-Meßsystemen gemeinsam
ist. Bei einer solchen Anordnung ist die sich zwischen den beiden Elektroden entwickelnde elektrische
Spannung die Netto- oder algebraische Summe der von jeder Elektrode entwickelten einzelnen elektrochemischen
Spannungen.
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein neues und verbessertes pH-Abfühlelement, das eine
niedrige elektrische Impedanz aufweist, benutzt. Infolge dieser niedrigen Impedanz ergibt sich ein pH-Meßsystem,
das sehr schnell anspricht und nicht teuer ist. Dieses neue Abfühlelement weist nicht nur niedrige
elektrische Impedanz auf, sondern ist auch unempfindlich und hat Eigenschaften, die eine größere Einfachheit
und Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Elektrodenformen gestatten. Demgemäß kann das
Abfühlelement in Form einer dünnen nadeiförmigen Sonde oder einen flachen Platte oder einer zylindrischen
Durchlaßelektrode hergestellt werden. Selbstverständlich sind auch andere Konfigurationen möglich.
Bei der in der Figur gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Abfühlelektrode
3 gezeigt, die einen Draht 9 aufweist, der beispielsweise aus Indium besteht, das mit einem
dünnen glatten Film 11 von Uranoxid (U3Oe) überzogen
ist.
Das bei der Herstellung der erfindungsgemäßen
Abfühlelektrode 3 der bevorzugten Ausführungsform
angewendete prinzipielle Verfahren ist, verhältnismäßig einfach. Vorzugsweise werden Edelmetalle wie Platin,
Iridium oder Rhodium als Drahtleiter benutzt wegen ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer Reaktionslosigkeit
besonders gegenüber Sauerstoff. Es versteht sich jedoch von selbst, daß jedes Metall oder jede
Metallegierung verwendet werden kann, die einen hinreichend hohen Schmelzpunkt aufweist und verhältnismäßig
frei von Oxydationsneigung ist Das Ausgangs- to
material für den Uranoxidfilm ist vorzugsweise Uranylnitrit [UO2(NO3)Ze H2O]. Es können jedoch auch
andere lösliche Uransalze, z. B. Uranylazetat, benutzt
werden. Die Uranylnitratkristalle schmelzen bei 6O0C
und bilden bei etwa 8O0C eine Flüssigkeit geringer Viskosität Ein beispielsweise aus Iridium bestehender
Draht wird in das geschmolzene Kristall eingetaucht und bei 900 bis 10000C geflammt Auf diese Weise wird
Uiranylnitrat auf der Oberfläche des Iridiumdrahtes zu U ranoxid umgewandelt.
Der oben beschriebene Prozeß wird einige Male wiederholt, bis ein dünner glatter Film die gesamte freie
Oberfläche des Iridiumdrahtes bedeckt.
Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß ein auf diese Weise gebildetes unlösliches Element eine genaue 2_s
und reproduzierbare pH-Empfindlichkeit aufweist. Dies wird unter Bezugnahme auf die nachstehende Tabelle
deutlich, wobei die Konzentration der Wasserstoffionen, wie sie mit dem aus Uranoxid bestehenden
Abfühlelement gemessen wurde, mit dem pH-Wert ^0
einer Standardlösung verglichen wird.
.15
40
| pH-Lösung | Uranoxid |
| 7,41 | 7,41 |
| 10,00 | 10,08 |
| 12,00 | 11,65 |
| 13,00 | 12,79 |
| 7,41 | 7,45 |
| 4,00 | 4,05 |
Es hat sich gezeigt, daß die Darstellung der Spannungsempfindlichkeit der in der Figur dargestellten
Uranoxidelektrode für Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung und variierender pH-Werte einer
Nernstschen Gleichung folgt:
wobei 50,058 V pro pH-Einheit ist Die Linearität dieser Darstellung war hoch, nämlich zwischen pH 4 und pH 9.
Infolgedessen ist die Elektrode sehr gut geeignet für die Messung von pH und PCO2 in Blut und anderen
physiologischen Flüssigkeitea
Es ist zu beachten, daß Elektroden, die unter Anwendung einer Flammungstemperatur von zwischen
600 bis 8000C hergestellt wurden, ebenfalls empfindlich
gegenüber Wasserstoffionen waren. Es ist jedoch selbstverständlich, daß bei diesen niedrigeren Temperaturen
die UO2- und UO3-Formen von Uranoxid mehr hervortreten, und daher ist die auf diese Weise
hergestellte Oberflächenschicht der Elektroden löslicher. Es ist daher offensichtlich, daß für die hier
genannten Anwendungszwecke der Elektroden mit Temperaturen von zwischen 900 bis 1200° C hergestellte
Elektioden besser sind. In einem derartigen Temperaturbereich sind die Spuren von UO2 und UO3 minimal,
und der Oberflächenfilm der Elektrode ist in hohem Maße unlöslich, wodurch eine bessere Elektrode
geschaffen wird.
Die beschriebene Elektrode hat zwar vorteilhafterweise
die Form eines Metalldrahtes, der mit einem dünnen Film von Uranoxid überzogen ist, es ist jedoch
selbstverständlich, daß auch andere Formen möglich sind. Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäße
Drahtanordnuiig einen bequemen Weg bietet, um gleichzeitig das Uranoxid zu tragen und den notwendigen
ohmschen Kontakt zu bilden. Es ist jedoch offensichtlich, daß ein aus Uran-Uranoxid bestehender
Körper, der durch Oxydation der Oberfläche eines Urankörpers erhalten wird, ebenfalls verwendet werden
kann. Bei einer derartigen Anordnung wirkt das Uran als Träger für das Uranoxid und bildet einen ohmschen
Kontakt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. pH-empfindliche Elektrode, enthaltend einen aus einem stromleitenden Material bestehenden, mit
einer Oxidschicht überzogenen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht
aus Uranoxid besteht
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus Edelmetall besteht ,
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Edelmetall um Iridium
handelt
4. Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper
drahtförmig ist.
5. Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die
Oberflächenschicht bildende Uranoxid im wesentlichen aus in hohem Maße unlöslichem U3O8 besteht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Körper in eine Uransalzschmelze, vorzugsweise eine Uranylnitratschmelze,
eingetaucht wird und danach auf 900 bis 1000°C erhitzt wird und diese Schritte bis zur Erzielung
einer dünnen glatten Uranoxidschicht wiederholt werden.
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Publications (3)
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| DE2001643A1 (de) | 1970-07-23 |
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|---|---|---|---|
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