DE2056188A1 - Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Analyse flüssiger und gasförmiger Medien - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur elektrochemischen Analyse flüssiger und gasförmiger Medien

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DE2056188A1
DE2056188A1 DE19702056188 DE2056188A DE2056188A1 DE 2056188 A1 DE2056188 A1 DE 2056188A1 DE 19702056188 DE19702056188 DE 19702056188 DE 2056188 A DE2056188 A DE 2056188A DE 2056188 A1 DE2056188 A1 DE 2056188A1
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electrodes
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/4162Systems investigating the composition of gases, by the influence exerted on ionic conductivity in a liquid

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Description

  • VERFAE B N UND VORRICHXUNG ZUR ELEKTROCHEMISCHEN ANALYSE FLÜSSIGER UND GASFÖRMIGER MEDIeN Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen, quantitativen Analyse flüssiger und gasförmiger Medien mittels elektrochemischer Indikation.
  • Bei der Routineanalyse vieler gleichartiger Einzelproben werden in den chemischen Laboratorien immer mehr automatisch arbeitende Analysengeräte eingesetzt, die selbsttätig in kurzer Zeit eine große Anzahl von Analysen ausführen. Die dazu verwendeten Verfahren müsen eine gute Genauigkeit und Reproduzierbarkeit besitzen, sollen eine kurze Ansprechzeit haben, um eine hohe Probenfrequenz zu ermöglichen, und einen weiten Konzentrationsbereich überstreichen.
  • In der Verfahrenstechnik werden häufig zur Konzentrationsüberwachung von Bädern und Produktströmen Analysatoren benötigt, die die Messungen schnell und sicher ausführen, um bei Abweichungen vom Sollwert eine sofortige Korrektur zu ermöglichen.
  • Die Kontinuierliche Luft- und Gasüberwachung wird auf immer mehr Komponenten ausgedehnt und benötigt dazu Gasanalysatoren, die spezifisch und genügend empfindlich auf die jeweilige Gaskomponente ansprechen.
  • Darüber hinaus gilt für die genannten Anwendungsgebiete gemeinsam, daß zwischen der Konzentration oder Menge der gesuchten rxomponente und dem Analysensignal ein linearer Zusammenhang bestehen soll und daß das entsprechende Verfahren einen konstruktiv einfachen Aufbau zuläßt und eine gute Betriebssicherheit gewährleistet.
  • Die nachfolgend beschriebene Erfindung soll die Anforderungen für die genannten Anwendungsgebiete erfüllen und eine schnelle, automatische Bestimmung von oxidierend oder reduzierend wirkenden Substanzen in flüssigen oder gasförmigen Medien ermöglichen0 Nachfolgend soll nur die spezielle Anwendung der Erfindung auf die fälle der quantitativen Bestimmung der Oxidationsmittel Kaliumdichromat in wässriger lösung und Chlor in gasförmigen Proben beschrieben werden, wobei das Hilfsredoxsystem Eisen(II)-Eisen(III) eingesetzt wird. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, daß die Erfindung durch Umkehr des Mischungsverhältnisses des Hilfsredoxsystem oder durch Einsatz anderer geeigneter HilEsredoxsysteme allgemein zur Bestimmung. von oxidierend oder reduzierend wirkenden Substanzen eingesetzt werden kann.
  • Es ist bekannt, daß zur automatischen Analyse von Einzelproben selbsttätig arbeitende Pitriergeräte mit elektrometrischer [1] oder kolorimetrischer E 23 Indikation eingesetzt werden. Zu diesem Zweck sind auch kontinuierlicfr durchflossene Analysatoren bekannt, die zur Konzentrationsbestimmung die photometrische Iiethode verwenden E33 Die Titriergeräte benötigen jedoch einen erheblichen konstruktiven und steuerungstechnischen Aufwand, während die photometrische Methode den Nachteil hat, daß kein linearer Zusammenhang zwischen der gesuchten Konzentration und der gemessenen Extinktion besteht und daß der Einsatz eines Photometers notwendig ist, das zur Erzielung der geforderten Präzision komplizierte Maßnahmen zur Stabilisierung der Photometerlampen und der Photozellen erfordert.
  • Zur Regelung von Konzentrationsbädern ist ein Verfahren bekannt worden, bei dem durch kontinuierliche Mischung der Probe mit einer Reagenzlösung ein bestimmtes Redoxpotential eingestellt wird, dessen-Veränderung als Regelgröße dient[4]. Ein anderes bekanntes Verfahren setzt zur Bestimmung von Chlor in Bleichbädern ein reversibles liilfsredoxsystem ein, dessen zwischen zwei Platinelektroden gemessenes Redoxpotential das Analysensignal darstellt T53 Ferner ist ein Verfahren vorgeschlagen, das zur Bestimmung von Kaliumdichromat bei der Abwasseranalyse ein Hilfsredoxsystem benutzt und durch eine Potentialmessung das Analysensignal darstellt 62.
  • Diese Verfahren sind jedoch vorwiegend zur kontinuierlichen messung bei langsamen Konzentrationsänderungen geeignet, da sie nur eine geringe Ansprechempfindlichkeit besitzen.
  • Zur kontinuierlichen Gasanalyse ist ein Verfahren zur Bestimmung von Chlor bekannt, das auf der Messung der änderung der elektrischen Leitfähig in wässriger Lösung beruht £73. Ein anderes bekanntes Verfahren bestimmt die Sauerstoffkonzentration in Gasgemischen durch Einsatz eines Redoxsystems, dessen Potential als Meßgröße dient 8]. Diese Verfahren bleiben jedoch auf die Gasanalyse beschränkt.
  • Der vorgeschlagenen Erfindung liegt in dem speziell beschriebenen Fall die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Bestimmung eines oxidierend wirkenden Stoffes in wässrigen Proben z.B. Kaliumdichromat und in gasförmigen Proben z.B. Chlor rait hoher Genauigkeit, guter Ansprechempfindlichkeit und geringem Reagenzienverbrauch und dazu eine einfache und störungsunanfällige Vorrichtung anzugeben, bei welchen insbesondere die Nachteile der photometrischen Methode und der Temperatureinfluß vermieden werden.
  • Diese aufgabe wird erfindungsgemß dadurch gelöst, daß eine geeignete Reagenzlösung, die ein reversibles Redoxsystem enthält, kontinuierlich durch einen Elektrodenraum mit einer inerten Redoxelektrode gefördert wird und direkt darauf zusammengebracht wird mit der ebenfalls kontinuierlich geförderten Probe, die, falls sie in flüssiger Form vorliegt, mit Gasblasen in einzelne Segmente unterteilt ist, daß die Reagenzlösung mit dem Probestrom in einer kontinuierlich durchflossenen Absorptions- und Mischkammer zu vollständiger Absorption und homogener Mischung gebracht und nach quantitativer Reaktion der Reagenzlösung mit der zu bestimmenden Komponente in einen Gasabscheider geführt wird, von dem ein Teil der Flüssigkeit abgesaugt und durch einen zweiten Elektrodenraum mit einer inerten ftedoxelektrode geführt wird, wobei zwischen den elektroden eine Potentialdifferenz entstcht, die das Analysensignal darstellt, und die elektrolytisch leitende Verbindung zwischen den Elektrodenräumen durch einen festen Stromschlüssel gebildet wird.
  • Um den Sinfluß der temperatur auf die sich an den Elektroden einstellenden Potentiale zu eliminieren, wird die Meßvorrichtung erfindungsgemäß in einer Thermostatisiervorrichtung angeordnet und sowohl die Reagenzlösung vor Eintritt in den Elek-.
  • trodenraum als auch die Mischung aus Reagenzlösung und Probe vor Eintritt in den Gasabscheider durch je eine Thermostatisierspirale geleitet.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind insbesondere die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten in der Serienanalyse von Einzelproben als auch zur kontinuierlich durchgeführten Überwachungsanalyse als auch zur Gasanalyse, wobei jeweils durch Änderung der Gesamtkonzentration des Hilfsredoxsystems Proben in einem Konzentrationsbereich von mehreren Zehnerpotenzen bestimmt werden können. Der einfache und robuste Aufbau, der die konstruktiven Schwierigkeiten und potentialstörenden irscheinungen vermeidet, die sich bei der Trennung der Elektrodenräume durch Salzbrücke oder Diaphragma ergeben, ergibt zusammen mit dem Einsatz von Kapillaren und mit der gleichmäßigen Einführung von Gasblasen in den Probestrom bei flüssigen Proben eine kurze Ansprechzeit und hohe Genauigkeit bei geringem Reagenzienverbrauch. Die in den Flüssigkeitsstrom eingeführten Gasblasen bewirken außerdem eine gute Durchmischung von Probe und Reagenz, selbst wenn diese unterschiedliche Dichten und hohe Viskositäten besitzen. Ein weiterer Vorteil ist, daß bei einer zeitlichen Änderung des Titers der Reagenzlösung keine Verfälschung der Analysenwerte auftritt, da sich nicht nur das Potential an der Heßelektrode ändert, sondern auch in gleichem Maße das Potential an der Referenzelektrode verschoben wird. Ferner liegt bei der erfindungsmäßigen Verwendung einer Reagenzlösung, die ein Redoxsystem mit einem Mischungsverhältnis des reduzierten Teiles zum oxidierten Teil von z.B. 70:30 enthält, eine lineare Abhängigkeit zwischen der Konzentration der zu bestimmenden Komponente und der Potentialdifferenz der Elektroden vor, welche die Auswertung der Analysenergebnisse, ihre Verwendung zu Regelungszwecken und ihre Verarbeitung in elektronischen Rechenanlagen sehr erleichtert.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abbildung 1 gezeigt und wird im folgenden näher beschrieben: Durch die Zuleitung 1 und die Thermostatisierspirale 2 wird die Reagenzlösung, welche z.B. aus einer wässrigen Dösung-von Eisen (II)- und Eisen(III)ammonsulfat im Verhältnis von z.B. 70:30 besteht, zur Elektrode 3 geführt, die als Referenzelektrode konstanten Potentials dient. Durch die Zuleitung 4 wird die Probe gefördert, die, wenn sie in flüssiger Form,z.B. als wässrige Kaliumdichromatlösung vorliegt, mit Gasblasen unterteilt wird, die durch die Zuleitung 5 in den Probenstrom eingeführt werden.
  • Ist die zu bestimmende Komponente z.B. Chlor in einem Gasgemisch vorhanden, so wird dieses ebenfalls durch die Zuleitung 4 gefördert, wobei jedoch die Zuleitung 5 geschlossen bleibt. Der Pro benstrom wird mit der Reagenzlösung im T-Stück 6 zusammengebracht und durch die Absorptions- und Mischkammer 7 geleitet, die z.B. als Kapillare geeigneter Länge ausgeführt ist. Darauf wird die Mischung zur Abführung der entstandenen Reaktions- und Verdünnungswärme durch die Thermostatisierspirale 8 zum Gasabscheider 9 geführt, in dem die flüssige Phase von der Gasphase getrennt wird. Ein Teil der flüssigen Phase wird vom Gasabscheider zur Elektrode 10 geführt, die als Meßelektrode dient, und fließt durch den Abfluß 12 ab. Das Gas und die überschüssige Flüssigkeit fließen durch den Abfluß 11 ab. Die elektrolytisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden wird durch die sie umgebenden Elektrolyten und über einen festen Stromschlüssel 13 aus s.B. Asbest hergestellt. Zum Temperaturausgleich zwischen den Elektroden 3 und 10 wird die Vorrichtung in einer Thermostatisiervorrichtung angeordnet. Das Analysensignal wird an den Elektroden 3 und 10 abgegriffen.

Claims (7)

  1. VATENTANSPRÜCHE
    Verf'ahren zur schnellen, quantitativen Analyse flüssiger und gasförmiger Medien mittels zweier Elektroden, die von einem Elektrolyten unterschiedlicher Zusammenset ztng umspült werden und deren Potentialdifferenz als kennzeichnende Größe dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionslösung zunächst die eine Elektrode umspült und außerhalb des Elektrodenraumes mit dem Medium, das die zu bestimmende Komponente enthält, vermischt wird und nach vollständiger Reaktion der zu bestimmenden Komponente mit der Reaktionslösung ein Teil der Lösung die zweite Elektrode umspült, wobei die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Elektroden durch die sie umgebenden Elektrolyten und über einen festen Stromschlüssel erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Analyse flüssiger Medien, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenstrom durch eingeführte Gasblasen in einzelne Segmente unterteilt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bestimmende Komponente eine oxidierend oder reduzierend wirkende Substanz ist und als unbehandelte Reaktionslösung eine wässrige Lösung eingesetzt wird, die den oxidierten oder den reduzierten Anteil eines Redoxpaares in einem Verhältnis zwischen 30% und 70% der Gesamtkonzentration des Redoxpaars enthält, und als Elektroden inerte Redoxelektroden eingesetzt werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden ionselektive elektroden eingesetzt werden, welche in Abhängigkeit von der Konzentration eines Ions ein reproduzierbares Potential annehmen.
  5. 5. Vorrichtung zur Vurchighrung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzBichnut, daß das Röhrchen, das die elektrode 3 enthält, auf der einen Seite über das Röhrchen 2 mit der Zuleitung 1 verbunden ist und auf der anderen Seite rit dem @-Stück 6, cias die Verbindung mit den Zuführungen 4 und 5 und der Absorptions- und Mischkammer 7 herstellt, daß der Ausgang von 7 über das @ Röhrchen 8 mit dem, Gasabscheider 9 verbunden ist, dessen einer Ausgang zum Abfluß 11 führt, während der andere Ausgang mit dem Röhrchen verbunden ist, das die Elektrode 10 enthält, und das zum Abfluß 12 führt, und daß die Röhrchen mit den @lektroden 3 und 10 über den festen Stromschlüssel 13 miteinander verbunden sind.
  6. 6. Vorrichtang nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Stromschlüssel 13 aus Asbestfaser besteht.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen @ und 8 als Thermostatisierspiralen ausgebildet sind und die ga@ze @orrichtung in einer Thermostatisiervorrichtung 14 an@ @r@@et ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2399020A1 (fr) * 1977-07-27 1979-02-23 Hartmann & Braun Ag Elements electrochimiques pour mesurer la quantite de gaz nuisibles dans l'air

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