DE202009014978U1 - Online measuring system for pH values in soils - Google Patents

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Abstract

Online-Messsystem für pH-Werte im Boden dadurch gekennzeichnet, dass die handelsübliche pH-Einstabmesskette in zwei getrennte Elektroden aufgespalten wird: in eine pH-Glaselektrode (Pluspol) und eine separate Ag/AgCl-Referenzelektrode (Minuspol), um die Lebensdauer der Referenzelektrode auf nahezu unbegrenzte Zeit zu verlängern.Online measuring system for pH values in the soil, characterized in that the commercial pH combination electrode is split into two separate electrodes: in a pH glass electrode (positive pole) and a separate Ag / AgCl reference electrode (negative pole) to the lifetime of the reference electrode to extend to almost unlimited time.

Description

Eine der zentralen Eigenschaften des Schutzgutes Boden ist sein pH-Wert. Dieser ist von entscheidender Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit und für die Auswaschungsgefahr von Schadstoffen ins Grundwasser. Zur Bestimmung des pH-Wertes werden in der Regel Bodenproben im Gelände entnommen, welche zunächst im Labor getrocknet, gemörsert und auf eine Korngröße von 2 mm gesiebt werden müssen. Anschließend wird die aufbereitete Probe mit wässrigen Salzlösungen oder mit Wasser zu einer Suspension angerührt, in welcher dann der pH-Wert mit einer pH-Einstabmesskette bestimmt wird (Quelle: z. B. Schlichting, E., Blume, H.-P., Stahr, K. (1995): Bodenkundliches Praktikum; Blackwell Wissenschaftsverlag, 2. Auflage, 295 S. ).One of the key features of the protected soil is its pH. This is of crucial importance for soil fertility and for the risk of leaching of pollutants into the groundwater. To determine the pH, soil samples are usually taken in the field, which must first be dried in the laboratory, mortared and sieved to a grain size of 2 mm. Subsequently, the treated sample is mixed with aqueous salt solutions or with water to form a suspension in which the pH is then determined with a pH combination electrode (source: eg. Schlichting, E., Blume, H.-P., Stahr, K. (1995): Bodenkundliches Praktikum; Blackwell Wissenschaftsverlag, 2nd edition, 295 pp. ).

Problem 1Problem 1

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass

  • a) der Aufwand bei der bisherigen Vorgehensweise hoch ist, die Messwerte durch die Aufbereitung der Bodenproben beeinflusst werden können und zudem lediglich eine Momentaufnahme darstellen.
  • b) handelsübliche pH-Elektroden als sogenannte Einstabmessketten konzipiert sind. Bei diesen Elektroden wird die zur Messung des pH-Wertes erforderliche Glaselektrode (Pluspol) mit einer Referenzelektrode (Minuspol) zu einer Messkette vereinigt. Die enthaltene Referenzelektrode ist mit einer Kaliumchloridlösung gefüllt, welche zur Gewährleistung des elektrischen Kontakts zwischen Glaselektrode (Plus) und Referenzelektrode (Minus) stetig durch das Diaphragma, eine Öffnung im Elektrodenschaft, an das zu messende Medium abgegeben wird und so nach und nach verbraucht wird. Dieser stetige Verlust von Elektrolytflüssigkeit während der Messung verkürzt die Lebensdauer solcher Einstabmessketten erheblich, so dass sie für den Dauereinsatz im Boden nicht geeignet sind.
The protection specified in claim 1 invention is based on the problem that
  • a) the effort in the previous procedure is high, the measured values can be influenced by the preparation of the soil samples and also represent only a snapshot.
  • b) commercially available pH electrodes are designed as so-called combination electrodes. In these electrodes, the glass electrode (positive pole) required for measuring the pH is combined with a reference electrode (negative pole) to form a measuring chain. The contained reference electrode is filled with a potassium chloride solution which, to ensure electrical contact between the glass electrode (plus) and the reference electrode (minus), is continuously discharged through the diaphragm, an opening in the electrode shaft, to the medium to be measured and thus gradually consumed. This steady loss of electrolyte fluid during the measurement shortens the life of such combination electrodes considerably, so that they are not suitable for continuous use in the ground.

Lösung 1Solution 1

Dieses Problem wird gelöst, indem die handelsübliche pH-Einstabmesskette in zwei getrennte Elektroden aufgespalten wird: in eine pH-Glaselektrode (Pluspol) und eine separate Ag/AgCl-Referenzelektrode (Minuspol). Dieser Aufbau ermöglicht es, den Elektrolytverlust der Referenzelektrode als wesentliche Ursache für die Alterung einer herkömmlichen pH-Einstabmesskette vom restlichen Messaufbau zu separieren.This Problem is solved by the commercial pH electrode is split into two separate electrodes: into a pH glass electrode (positive pole) and a separate Ag / AgCl reference electrode (Negative pole). This structure allows the loss of electrolyte the reference electrode as a major cause of aging a conventional pH combination electrode from the rest Separate test setup.

Die Referenzelektrode des neuen pH-online-Systems ist elektrotechnisch identisch mit der Referenzelektrode einer handelsüblichen pH-Einstabmesskette. Sie erlangt aber eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer, indem das flüssige KCl-Innenelektrolyt zwar aus dem Diaphragma austreten kann, aber dort nicht direkt in das Messgut (Boden) austritt und sich schnell verbraucht, sondern indem das Diaphragma mit einer sogenannten Salzbrücke umgeben wird. Diese Salzbrücke besteht aus einem chemisch stabilisierten KCl-Gel, welches die Diffusionsgeschwindigkeit des KCl aus dem Diaphragma der Referenzelektrode extrem verlangsamt, trotzdem aber den elektrochemischen Kontakt zwischen der Referenzelektrode und dem Boden gewährleistet. Dieser Aufbau verlangsamt den Verlust des Kaliumchlorid aus der Referenzelektrode um ein Vielfaches und ermöglicht damit den Dauereinsatz des Messsystems im Boden ohne nennenswerte Alterung des Referenzsystems. Zum Ausgleich des über lange Zeiträume auch bei diesem Aufbau eintretenden Elektrolytverlustes ist es überdies möglich, sowohl die KCl-Füllung der Referenzelektrode als auch die Gelfüllung der Salzbrücke zu erneuern. Da für diese Wartungsarbeiten lediglich die Referenzelektrode ausgebaut und gepflegt werden muss, wird eine Demontage der eigentlichen pH-Glas-Elektroden vermieden und eine Störung des pH-Messwertes durch Ein- und Ausbau der Sensoren verhindert.The The reference electrode of the new pH-online system is electrotechnical identical to the reference electrode of a commercial pH combination electrode. But it achieves an almost unlimited life, Although the liquid KCl inner electrolyte from the diaphragm can escape, but there does not leak directly into the material to be measured (bottom) and consumes quickly, but by the diaphragm with a so-called salt bridge is surrounded. This salt bridge consists of a chemically stabilized KCl gel, which controls the diffusion rate of the KCl from the diaphragm of the reference electrode extremely slows down, nevertheless, the electrochemical contact between the reference electrode and the ground guaranteed. This construction slows down the loss of potassium chloride from the reference electrode by a multiple and thus enables continuous use of the measuring system in the ground without appreciable aging of the reference system. To compensate for the over long periods also in this structure occurring electrolyte loss It is also possible, both the KCl filling the reference electrode as well as the gel filling of the salt bridge to renew. As for this maintenance only the Reference electrode must be expanded and maintained, is a Disassembly of the actual pH glass electrodes avoided and a Disturbance of the pH value by installing and removing the sensors prevented.

Problem 2Problem 2

Der im Schutzanspruch 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass pH-Werte im Boden in horizontaler und vertikaler Richtung stark variieren können. Um die pH-Werte eines Standortes ausreichend zu dokumentieren, sind daher mehrere pH-Elektroden erforderlich. Herkömmliche pH-Einstabmessketten mit fest eingebauter Referenzelektrode benötigen in diesem Fall für jeden Messpunkt einen eigenen Anschluss am Messgerät. Dieser Umstand erhöht den messtechnischen Aufwand besonders dann, wenn die Daten nicht nur gemessen, sondern auch mit Datenloggern aufgezeichnet werden sollen. Handelsübliche Laborgeräte zur automatischen Messung und Aufzeichnung von pH-Werten sind aufwändig und kostspielig, so dass die Mehrfachbestimmung von pH-Werten in einem Boden in situ unüblich ist.Of the in claim 2 protection invention is based on the problem that pH levels in the soil vary widely in the horizontal and vertical directions can. To adequately adjust the pH of a site Therefore, several pH electrodes are required. conventional Need pH combination electrodes with permanently installed reference electrode in this case, a separate connection for each measuring point on the meter. This circumstance increases the metrological Expense especially when the data is not only measured but should also be recorded with data loggers. commercial Laboratory devices for automatic measurement and recording of pH levels are cumbersome and costly, so the Multiple determination of pH in soil in situ unusual is.

Lösung 2Solution 2

Dieses Problem wird durch ein eigens entwickeltes Messwerterfassungsmodul gelöst, welches an einen Datenlogger angeschlossen wird und durch den automatischen Datenversand eine online-Überwachung von pH-Werten im Gelände erlaubt. An dieses Messwerterfassungsmodul können bis zu 7 Glaselektroden sowie eine oder mehrere Referenzelektroden gleichzeitig angeschlossen werden, so dass eine Mehrfachbestimmung der pH-Werte einer Bodentiefe und/oder die pH-Messung in verschiedenen Bodentiefen mit unterschiedlichen pH-Werten möglich ist. So lange die pH-Glaselektroden (Pluspol) und Referenzelektroden (Minuspol) über das Bodenwasser elektrisch verbunden sind, können bis zu sieben pH-Werte gleichzeitig mit einer einzigen Referenzelektrode gemessen werden.This problem is solved by a specially developed data acquisition module, which is connected to a data logger and allows online monitoring of pH values in the field by the automatic data transmission. Up to 7 glass electrodes as well as one or more reference electrodes can be connected to this data acquisition module at the same time, so that a multiple determination of the pH values of a soil depth and / or the pH measurement in different soil depths with different pH values is possible is. As long as the pH glass electrodes (positive pole) and reference electrodes (negative pole) are electrically connected via the bottom water, up to seven pH values can be measured simultaneously with a single reference electrode.

Der extrem hohe Eingangswiderstand des neuen Messwerterfassungsmoduls von über einem Teraohm ermöglicht zudem die Messung von Redoxpotenzialen über dieselbe Referenzelektrode, so dass mehrere pH-Werte und mehrere Redoxpotenziale in einem Schaltkreis online messbar sind.Of the extremely high input resistance of the new data logging module above a teraohm also allows the measurement of redox potentials via the same reference electrode, so that multiple pH values and multiple redox potentials in a circuit are measurable online.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Schlichting, E., Blume, H.-P., Stahr, K. (1995): Bodenkundliches Praktikum; Blackwell Wissenschaftsverlag, 2. Auflage, 295 S. [0001] Schlichting, E., Blume, H.-P., Stahr, K. (1995): Bodenkundliches Praktikum; Blackwell Wissenschaftsverlag, 2nd edition, 295 p. [0001]

Claims (2)

Online-Messsystem für pH-Werte im Boden dadurch gekennzeichnet, dass die handelsübliche pH-Einstabmesskette in zwei getrennte Elektroden aufgespalten wird: in eine pH-Glaselektrode (Pluspol) und eine separate Ag/AgCl-Referenzelektrode (Minuspol), um die Lebensdauer der Referenzelektrode auf nahezu unbegrenzte Zeit zu verlängern.Online measuring system for pH values in the soil, characterized in that the commercial pH combination electrode is split into two separate electrodes: in a pH glass electrode (positive pole) and a separate Ag / AgCl reference electrode (negative pole) to the lifetime of the reference electrode to extend to almost unlimited time. Online-Messsystem nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein eigens entwickeltes pH/Redox-Messwerterfassungsmodul an einen Datenlogger angeschlossen wird und durch den automatischen Datenversand eine gleichzeitige online-Überwachung von mehreren pH-Werten und Redoxpotenzialen im Gelände erlaubt.Online measuring system according to protection claim 1, characterized that a specially developed pH / ORP measurement acquisition module a data logger is connected and by the automatic Data sent a simultaneous online monitoring of several pH values and redox potentials in the terrain allowed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115629114A (en) * 2022-11-17 2023-01-20 重庆市农业技术推广总站 Soil pH detection method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Schlichting, E., Blume, H.-P., Stahr, K. (1995): Bodenkundliches Praktikum; Blackwell Wissenschaftsverlag, 2. Auflage, 295 S.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115629114A (en) * 2022-11-17 2023-01-20 重庆市农业技术推广总站 Soil pH detection method

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