DE2119705A1

DE2119705A1 - Precious metal electrodes - of precious metal bonded to gold or platinum base

Info

Publication number: DE2119705A1
Application number: DE19712119705
Authority: DE
Inventors: Derek Gerald Oxford; Clark Delia Margaret Bristol Somerset; Warne Michael Anthony Brewood Stafford; Wyatt (Großbritannien). M
Original assignee: Marston Excelsior Ltd., Wolverhampton; Wyatt, Derek Gerald, Oxford; Clark, Delia Margaret, Somerset; (Großbritannien)
Priority date: 1971-04-22
Filing date: 1971-04-22
Publication date: 1972-10-26

Description

Elektrode und Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden und insbesondere, jedoch nicht ausschließlichsauf aufElektroden, welche gegen den Durchgang von Wechselstrom eine geringe Impedanz besitzen.
Es ist seit vielen Jahren bekannt, die Strömungsgeschwindigkeit des Blutes in einem Blutgefäß unter Verwendung eines elektromagnetischen Strömungsmessers zu messen. Elektromagnetspulen werden außerhalb des Blutgefäßes verwendet, welche ein magnetisches Wechselfeld quer zur Richtung des Blutstromes erzeugen und Kontaktelektroden sind außerhalb des witgefäßes und quer dazu in rechten Winkeln zur Richtung des magretischen Feldes gelagert. Das magnetische Wechselfeld induziert im Blut eine Wechselspannung, deren Größe von der Geschwindigkeit des Blutstromes abhängig ist und diese Spannung wird von den Kontaktelektroden wahrgenommen.
Bei der Verwendung eines solchen elektromagnetischen Strömungsmessers sollen die Kontaktelektroden klein sein, wobei sie typisch eine Größe von 2 mm Durchmesser besitzen. Die Spannungen, welche durch die Kontaktelektroden wahrgenommen werden, sind auch sehr gering und dürfen nichtphasengeändert oder durch zufälliges elektrisches Rauchen wie solclies,welchesdurch hohen Kontaktwiderstand erzeugt wird, verundeutlicht werden. Eine verläßliche Meßtechnik ist daher von jeder Kontaktelektrode abhängig, welche dem Fluß des Wechselstromes den geringstmöglichen Polarisationswiderstand und geringstmögliche kapazitive Gegenwirkung bietet.
Bei den bekannten elektromagnetischen Strömungsmessern bestanden die Kontaktelektroden gewöhnlich aus rostfreiem Stahl oder aus einem Edelmetall und zwar entweder in der Form kurzer Stäbe oder einer Folie. Zur größeren Genauigkeit und für einen geringeren Rauschpegel sind die Elektroden vorzugsweise mit Platinschwarz überzogen, um eine niedrige Kontaktimpedanz zu erzielen. Das Überziehen kann entweder vor oder nach dem Zusammenstellen vorgenommen werden. Im letzteren Falle treten Ilandhabungsschwierigkeiten auf. Außerdem erfordern Strömungsmesser für medizinischen Gebrauch ein Sterilisieren, vorzugsweise durch Dampfbehandlung im Autoklaven bis zu etwa 1360 C. Dieser Prozeß steigert rasch die Impedanz des normalen Platinschwarz. Der Polarisationswiderstand und die kapazitive Gegenwirkung der Elektrodenoberfläche müssen so niedrig wie möglich sein und diese beiden Eigenschaften einer mit Platinschwarz überzogenen Elektrode werden nachteilig beeinfluß durch das Handhaben, die Autoklavenbehandlung, das Erhitzen und auch dadurch, daß die Elektrode Salzwasser oder Blut wiederholt ausgesetzt wird. Insbesondere ist es erforderlich, daß die Kapazität der Elektrodenoberfläche so hoch wie möglich ist, um ein Minimum an kapazitiver Gegenwirkung zu erzeugen und die Kapazität wird nach einer Anzahl von Autoklavenbehandlungen rasch erniedrigt.
Erfindungsgemäß soll daher eine Elektroue-geschaffen werden, welche in der Lage ist, in Situationen angewandt zu werden, bei denen eine niedrige Impedanz erforderlich ist und welche in der Lage ist, in größerem Ausmaß gehanuhabt zu werden als eine Elektrode mit Platinschwarzoberfläche.
;4ach qer Erfindung besteht eine Elektrode aus einem Suus ra eines nuelmetalls bzw. einer Edelmetallegierung und einem überzug aus Edelmetall bzw. Edelmetallegierung, wobei der Überzug auf mindestens einen Teil der Oberfläche des Substates aus eier Anstrichmasse ufgebrannt ist, welche das Edelmetall bzw. die Edelmetallegierung enthält.
Der Ausdruck "Edelmetall bzw. -legierungt' wie er hier gebraucht wird, bedeutet Gold, Silber, Metalle der Platingruppe und Legierungen auf Basis eines dieser Metalle.
Die Metalle der Platingruppe sind Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin.
Vorzugsweise besteht der Überzug aus einer Platin-Iridium-Legierung, typischerweise mit etwa 70 Gew.% Platin, Rest Iridium. Ferner ist vorzugsweise die Anstrichmasse eine Platin-Iridium-Resinat-Anstrichmasse. Auch ist vorzugsweise das Substrat Platin oder Gold.
Eine erfindungsgemäße Methode zur Herstellung einer Elektrode besteht darin, daß man auf zumindest einen Teil der Oberfläche eines Substrats aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung eine Anstrichmasse aufbringt, welche ein Edelmetall bzw. eine Edelmetallegierung enthält, und daß man die Anstrichmasse zwecks Erzeugen eines aufgebrannten Überzuges aus Edelmetall oder Edelmetallegierung brennt.
Vorzugsweise brennt man die Anstrichmasse bei etwa 450 C auf. Auch trocknet man die Anstrichmasse vorzugsweise 50 vor dem Brennen bei etwa 250 C. Ferner versieht man vorzugsweise das Substrat mit einer Anzahl dieser Überzüge.
Typische Ausführungsbeispiele der Erfindung seien nunmehr eingehender beschrieben. In einem ersten Beispiel ätzt man eine Probe Platinfolie in frischem Königswasser, indem man sie fünf Minuten auf 750 C darin erwärmt und für weitere fünf Minuten bei dieser Temperatur hält. Die Probe wird dann aus dem Königswasser entfernt, in Wasser gespült und getrocknet.
Eine Oberfläche der Probe versieht man dann mit einem Überzug des Platin-Iridium-Resinat-Anstrichs, welcher unter der Handelsbezeichnung '2Hanoviå Liquid Bright Platinum Grade IR1" erhältlich ist. Diese Anstrichmasse besitzt einen Metallgehalt von etwa 70 Gewichtsteilen Platin und 3o Gewichtsteilen Iridium. Die Probe trocknet man zuerst an der Luft und dann lo Minuten bei 2500 C. Anschließend brennt man in Luft 20 Minuten bei 4500 C.
Die Probe versieht man, in der gleichen Weise wie soeben beschrieben, mit vier weiteren Überzügen. Dies erzeugt einen Überzug von etwa 70 Gew.% Platin, Rest Iridium.
Der Überzug besitzt ein sehr hohes Oberflächengebiet und wird durch wässrige Lösungen ebenso leicht benetzt wie Platinschwarz.
Die Probe wird getestet, indem man sie Wechselstrom von 240 hertz unterwirft und zwar in Berührung mit o,9 Gew.
%igem wässrigen Natriumchlorid bei 18°C. Eine Scheibe von lmm Durchmesser besitzt einen Polarisationswiderstand, welcher mit demjenigen einer frisch bereiteten Platinschwarzoberfläche vergleichbar ist, und eine Kapazität von über 4 t Mikrofarad was einer Kapazität von größer als 1 200 Mikrofarad je Quadratzentimeter entspricht. Dies liegt etwa in der gleichen Größenordnung wie diejenige, welche bei einer frisch hergestellten Platinschwarzoberfläche erzielt wird. Jedoch wird die Kapazität der Elektrode dieses Beispiels nicht beeinträchtigt, wenn man sie 24 Stunden der Natriumchloridlösung aussetzt, wenn man sie 1 Stunde einer Temperatur von 1500 C aussetzt, wenn man sie mit Linsentuch fest poliert, wenn man sie handhabt, wenn man sie dem Blut aussetzt, oder wenn man sie 43 Behandlungsgängen bei 1360 C im Vakuum/Dampf-Autoklaven aussetzt. Weitere 590 Behandlungen im Vakuum/Dampfautoklaven bei 360 C,ergeben keine Auswirkung auf die Elektrode. Die mechanische Haftung des Überzuges wird getestet, indem man die Folie biegt und man findet, daß sie ohne Beschädigung 18o0-Biegungen widersteht, welche man dadurch etzeugt, daß man die Folie auf sich selbst faltet und sie von hand mit einem Messingstab flachrollt.
Es wird ein Vergleichsversuch mit einem frisch bereiteten Platinschwarzüberzug auf einer Platinmetallfolie durchgeführt. Nach sechs Behandlungen bei 1360 C im Vakuum/ Dampf-Autoklaven, hat sich der Polarisationswiderstand des Überzuges verdoppelt und die Kapazität des Überzuges ist um einen Faktor von zehn herabgesetzt.
heitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der oben beschriebenen Weise durchgeführt und ihr Polarisationswiderstand und die Kapazität bei 240 und 480 Hertz gemessen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle I zusammengestellt, wobei die Beispiele mit 2 bis 8 numeriert sind. Die Tabelle I umfaßt auch Vergleichsproben 1 und 2, welche glänzendes Gold bzw. in Königswasser geätztes Gold sind. Probe 3 ist geätztes Gold von Probe 2; welches in üblicher Weise mit einem Überzug aus Platinschwarz versehen worden ist. Alle Beispiele und Proben sind 2 mm-Scheiben.

Tabelle I

Elektrode Hertz Polarisations- Kapazität

(Kiloohm) (Mikrofarad)

Beispiel 240 0,76 30

480 0,173 30

3 240 0,175 größer als 60

480 0,173 " " " 60

4 240 0,182 30

480 0,180 26

5 5 240 0,174 großer als 60

480 0,174 " " 60

6 6 240 0, i170 II " 60

480 0,168 " " t 60

7 7 240 0r174 n " 60

480 0r172 53

8 240 0t174 54

480 0,172 44

Probe 1 240 0r90 0,24

480 0,52 0,22

11 2 240 0,21 3,8

480 0,20 3,1

3 3 240 Or175 größer als 60

480 0,173 n n 60

Die Ergebnisse der Tabelle I zeigen die Parität zwischen einer frisch bereiteten Platinschwarzoberfläche (Probe 3) und den erfindungsgemäßen aufgebrachten Platin-Iridium-Anstrichoberflächen.

Die Beispiele-2 bis 8 werden auch der Prüfung im Autoklaven mit Vakuum/Dampf bei 1360 C unterzogen. Nach hundert solcher Autoklavenbehandlungen werden alle Beispiele bei 240 Hertz getestet und Beispiel 3, welches für die anderen Beispiele repräsentativ ist, besitzt einen Polarisationswiderstand von o,l68 Kiloohm und eine Kapazität von 50 Mikrofarad. Bei einer herkömmlichen Platinschwarzoberfläche auf Platin, fällt die Kapazität bei der ersten Behandlung rasch ab und beträgt nach hundert dieser Behandlungen nur 42 Mikrofarad. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in identischer Weise hergestellt wurde wie dies oben im ersten Beispiel beschrieben ist, wird einem harten Test unterzogen, und dabei dem Blut ausgesetzt.
loo Kubikzentimeter Blut von der Blutbank werden in einem Becherglas bei 370 C gehalten und diese weitere Probe 24 Stunden in das Blut eingetaucht. Das Blut wird dann durch frisches Blut von der Blutbank ersetzt und man hält die gleiche Temperatur für weitere 24 Stunden des Eintauchens aufrecht. Dies wird einige Male wiederholt und zwar für insgesamt acht aufeinanderfolgende Zeiträume von 24 Stunden in frischem Blut jeden Tag. Nach dem Reinigen findet sich keine Veränderung der Probe hinsichtlich ihres Polarisationswiderstandes und ihrer Kapazität.
Eine Kontrollprobe von Platinschwarz auf Platin wird dem gleichen Test unterzogen. Der Polarisationswiderstanu ist höher und die Kapazität fällt von über 60 auf 19 Mikrofarad ab.
Ein weiters Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches wie in obigem Beispiel 3 bereitet wurde und die gleichen Ergebnisse von Beispiel 3 aus Tabelle I zeigt, wird mit mäßiger heftigkeit mit Linsentuch gerieben. Der Polarisationswiderstand ist in diesem Beispiel dann 0,189 Kiloohm und die Kapazität liegt unverändert bei größer als 60 Mikrofarad. Einer Kontrollprobe von Platinschwarz auf Platin wird die gleiche Behandlung erteilt, wobei der Polarisationswiderstand auf o,22 Kiloohm ansteigt und die Kapazität auf nur 3,9 Mikrofarad abfällt.
Die erfindungsgemäße Elektrode findet auch Anwendung auf anderen Gebieten, wo eine niedrige Impedanz gegen Wechselstrom erforderlich ist, insbesondere auf Gebieten, wo hohe Benetzbarkeit, geringer Polarisationswiderstand und geringe kapazitive Gegenwirkung gefordert werden. Die erfindungsgemäße Elektrode ist daher allgemein anwendbar bei wissenschaftlichen Instrumenten, welche flüssige Phasen aufweisen, beispielsweise bei Leitfähigkeitsmeßgeräten und Pegelwahrnehmun£fssonden, sowie bei Brennstoffzellenelektroden und anderen elektroden, welche bei elektrochemischen Oxydationen und reduktionen in Betracht gezogen werden.

Claims

Patentansprüche

W Elektrode, gekennzeichnet durch ein Substrat aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung und einem Uberzug aus einem Edelmetall oder einer Edelmetallegierung, welch letzterer auf zumindest einen Teil der Oberfläche des Substrates von einer Anstrichmasse aufgebrannt ist, welch letztere das Edelmetall bzw. die Edelmetallegierung enthält.
2. Elektrode nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Platin-Iridium-Legierung besteht.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platin-Iridium-Legierung aus 70 Gew.# Platin, Rest Iridium, besteht.
4. Elektrode nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstrichmasse eine Platin-Iridium-Resinat-Anstrichmasse ist.
5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Platin ist.
6. Elektrode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Gold ist.
7. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man auf zumindest einen Teil einer Oberfläche eines Substrats aus Edelmetall oder Edelmetallegierung eine Anstrichmasse aufbringt, welche ein Edelmetall bzw. eine Edelmetallegierung enthält, und daß man die Anstrichmasse zwecks Erzeugen eines aufgebrannten Überzuges aus Edelmetall bzw. Edelmetallegierung brennt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anstrichmasse bei etwa 450 C brennt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anstrichmasse vor dem Brennen bei etwa 2500 C trocknet.

lo. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Substrat mit einer Anzahl solcher Überzüge versieht.