DE2210527B2 - Elektrode zum potentiometrischen messen von kupfer-ii-ionenaktivitaeten - Google Patents

Elektrode zum potentiometrischen messen von kupfer-ii-ionenaktivitaeten

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DE2210527B2 DE19722210527 DE2210527A DE2210527B2 DE 2210527 B2 DE2210527 B2 DE 2210527B2 DE 19722210527 DE19722210527 DE 19722210527 DE 2210527 A DE2210527 A DE 2210527A DE 2210527 B2 DE2210527 B2 DE 2210527B2
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Description

Die Erfindung betrifft cmc Elektrode zum potentiometrischen Messen von Kupfer(ll)-ioncnaktivitäten mit einem scheibenförmigen ionenselektiven Element aus einem Gemisch von Metallchalkogeniden.
Tür derartige Elektroden sind bisher nur eine Sorte von Chalkogcniden benutzt worden, nämlich die Sulfide (GB-PS 12 22 476. Anal. Chemistry. Vol. 41, 1969, S. I09A - 11 3A, Analyiica Chimica Acta Vol. 51 [1970]. S. 209-212), und zwar trotz der Kenntnis der Fachwelt von einer homologen Reihe von Chalkogeniden und bedeutsamer Entwicklungen neuer Techniken auf dem Gebiet der ionenselektiven Membrane mit Hilfe der >s neuen sogenannten Mischkrisialltcchnik.
Nach A. Ok a c. »Qualitative analytische Chemie«, Leipzig 1960, S. 492 und 496. sind die chemischen Eigenschaften einer homologen Reihe wie Kupfer(I)-chalkogenide sich ziemlich ähnlich, jedoch unlersehei- («> den sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Keramiken, die unier Verwendung von Kupfcr(I)chalkogcnidcn und Silberchalkogenidcn hergestellt werden, in ihren Eigenschaften sehr erheblich von den Keramiken der Kupfer(ll)-chalkogenide und Silbersulfi- <>s de.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, eine Elektrode zum potentiometrischen Messen von K.upfer(II)-ionenaktivitäten zu schaffen, die sehr empfindlich auf K.upfer(II)-ionen anspricht und mit gleichbleibender Empfindlichkeit über einen weiten pH-Bereich verwendbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Gemisch aus K.upfer(l)-chalkogenid mit Silbertellurid und/oder Silberselenid besteht und gesintert ist.
Eine weitere Lösung besteht darin, daß das Gemisch aus Silberchalkogenid und Kupfer(I)-tellurid und/oder Kupfer(I)-selenid besteht und gesintert ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgestellt.
Überraschenderweise besitzt die keramische Membran, die durch Verwendung von Kupfer(I)-chalkogeni- den und Silberchalkogeniden hergestellt worden ist, eine viel höhere Empfindlichkeit als die Membran, die nach dem Stand der Technik mit Hilfe von Kupfer(II)-Sulfid-Silbersuliid oder Kupfer(I)-sulfid hergestellt worden ist. Durch die Erfindung wird eine Empfindlichkeit bis zu einer Konzentration von weniger als 10"7 Mol/l für die Elektrode erreicht (Tabelle 1 der Beschreibung). während die Empfindlichkeit für Elektroden bekannter Zusammensetzung nur bis zu einer Konzentration von mehr als 10 -·> Mol/l reicht (Analytica Chimica Acta Vol. 51 [1970], S. 209-212).
Durch die Erfindung wird ferner erreicht, daß die keramische Membranelektrode, die unter Verwendung von Kupferchalkogeniden und Silberchalkogeniden hergestellt worden ist, über einen größeren Bereich von pH-Werten verwendet werden kann als Elektroden auf der bekannten Kupfer(II)-sulfid- und Silbersulfid-Basis. Die Potentiale der erfindungsgemäßen Elektroden ändern sich nicht über einen pH-Bereich von unterhalb von Null bis einen pH-Wert, bei dem sich Kupfer(ll)-h\- droxid niederschlägt, während die Potentiale der bekannten Elektroden sich bei einem pH-Wert von weniger als 2 bis 2,5 ändern. Damit ist der pH-Bereich großer als bei herkömmlichen Elektroden.
Dieses Verhalten wird auf die geringere Löslichkeit derjenigen keramischen Membrane, die Kupfer(l)-chalkogenidc und Silberchalkogenide in einer wäßrigen Lösung mit Kupfer(ll)-ionen enthalten, zurückgeführt.
An Hand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 eine Selcktivelektrode als Ganzes, die eine Scheibe 1 mit einer Materialzusammensetzung gemäß der Erfindung enthält. Der Leiter 3 ist von einem Isolierclraht 4 umschlossen. Die aus dieser Scheibe 1 und diesem Leiter 3. der teilweise von einem Isolierdraht 4 umschlossen ist. bestehende Einheit ist von einem Gehäuse 2 so umhüllt, daß die andere Oberfläche der Scheibe 1 mit einer Lösung 6 m Berührung steht. Das Gehäuse 2 im mit einem isolierenden harzartigen Material 5 gefüllt. Eine Bezugselektrode 7, die teilweise in cc Lösung 6 eintaucht, ist mit einer Anschlußklemme eines Voltmeters 8 mit einer hohen Impedanz elektrisch verbunden. Der Leiter 3 ist mit einer anderen Anschlußklemme dieses Voltmeters 8 elektrisch verbunden.
Eine Änderung hinsichtlich des Logarithmus der Kupfer(ll)-ionenaktivität in der Lösung 6 stellt in einer im wesentlichen linearen Beziehung zu der Potentialändcrung zwischen der Sclektivclektrode 10 und der Bezugselektrode 7. die beide teilweise in die Lösung 6 eintauchen. Man kann irgendeine zur Verfugung stehende und geeignete Elektrode, wie z. B. eine gesättigte Kalomelelektrode oder eine Silber-Silberchloridelcktrode. als Bezugselektrode 7 benutzen.
Die Scheibe 1 hat vorzugsweise eine Materialzusammensetzung, die eine Kombination von 5 bis 60 Gew.-% KUpfer(l)-chaIkoger.id und 40 bis 95 Gew.-% Silbertellurid und/oder Silberselenid aufweist, oder eine Materialzusammensetzung, die eine Komoination von 40 bis 95 Gew.-% Silbersulfid und b bis 60 Gew.-% Kupfer(I)-tellurid und/oder Kupfer(I)-selenid aufweist.
Eine Materialzusammensetzung aus einer Kombination von mehr als 95 Gew.-°/o Kupfer(l)-chalkogenid und weniger als 5 Gew.-% Silberchalkogenid führt zu einer ,0 geringen Empfindlichkeit der erhaltenen Elektrode und zu einem veränderlichen Potential, das gegenüber dem Vorhandensein vor· statischen Ladungen empfindlich ist.
Eine Materialzusammensetzung aus einer Kombination von weniger als 5 Gew.-% Kupfer{I)-chalkogenid is und mehr als 95 Gew.-% Silberchalkogenid führt zu einer geringen Empfindlichkeit und einer langen Ansprechzeit der erhaltenen Elektrode.
Unter Kupfer(l)-chalkogenid üind hier Kupfer(I)-sulfid, Kupfer(l)-selenid und Kupfer(l)-tellurid zu verstehen.
Als Materialzusammensetzung wird hier die Zusammensetzung des aus den Ausgangsstoffen bestehenden Materials vordem Erhitzen verstanden.
Ein besseres Ergebnis wird durch Anwendung einer 2s Materialzusammensetzung erzielt, bei der das Silbersul fid wenigstens ein Mitglied der aus Silberselenid und Silbertellurid bestehenden Gruppe enthält, wobei das Gewichtsverhälinis zu dem ein^n genannten Mi'died der Gruppe in einem Bereich von 1 bis 10 liegt. Diese Materialzusammensetzung führt zu einer großen Empfindl'chkeit und einer kurzen Ansprechzeit der erhakenen Elektrode.
Eine bevorzugtere Materialzusammensetzung weist eine Kombination von im wesentlichen 10 bis 30 ^5 Ge\v.-% Kupfer(l)-tellurid und 70 bis 90 Gew.-% Silbersulfid auf.
Eine längere Betriebslebensdauer kann erzielt werden, wenn die Scheibe mit einer Edclmetallelektrode versehen w>rd, wie z. B. mit einer Gold-, Palladium- oder Platinelcktrode. In der Fig. 2 weist die Scheibe 1 eine Edelmetallelektrode 9 auf. und zwar ist diese auf der einen Oberfläche der Scheibe 1 angebracht. Ein Leiter wird mit der Edelmetallclektrodc 9 nach einem zur Verfügung stehenden und geeigneten Verfahren, wie z. B. durch Verlöten, leitend verbunden. Diese Edelmetallclektrode kann z. B. durch Vakuumaufdampfen einer Edelmetallschicht oder durch Auftragen einer im Handel erhältlichen Edelmetallfarbe hergestellt werden.
Die Scheibe, die für eine Verwendung in der so Selektivelektrode vorgesehen ist, kann durch Erhitzen eines verpreßten Körpers aus einem Gemisch mit einer bestimmten Materialzusammensetzung nach einem auf dem Gebiet der Keramik üblichen Verfahren erhalten werden.
Ein Gemisch von den Ausgangsstoffen in Form eines feinen Pulvers mit einer bestimmten Materialzusammensetzung gemäß der Erfindung wird in einem Trockenverfahren mittels einer geeigneten und zur Verfügung stehenden Vorrichtung gut vermischt und mit einem Druck von 100 bis 20 000 kg/cm2 zu einer Scheibe mit der gewünschten Form verpreßt. Die verpreßte Scheibe wird bei einer Temperatur von 100 bis 6000C 1 Stunde bis 10 Stunden lang erhitzt, und zwar vorzugsweise in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, <>> wie z. B. in Stickstoff oder Argon. Die Elektrode gemäß der Erfindung kann bei Temperaturen von 0 bis 95°C in 7tivnrlässii?er Weise benutzt werden. Das gemessene Potential steht im wesentlichen in einer linearen Beziehung zu dem Logarithmus der Kupfer(Il)-ionenaktivität
Viele Art2n verschiedener Ionen, wie z. B. Natrium-, Kalium-, Calcium-, Magnesium-, Nickel-, Kobalt-, Aluminium-, Zink-, Blei-, Kadmium-, Chlorid-, Sulfat- und Perchlorationen, können geduldet werden und während der Messung der Kupfe^ll)-ionenaktivkät ebenfalls vorhanden sein. Eisen-, Silber-, Quecksilber-. Iodid- und Sulfidionen sollten jedoch aus der zu messenden Lösung entfernt werden.
Beispiel 1
Ein Gemisch aus 25 Gew.-% Kupfer(l)-tellurid und 75 Gew.-% Silbersuifid wird nach einem Trockenverfahren gut vermischt und mit einem Druck von 10 000 - 20 000 kg/cm2 zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Dicke von 3 mm verpreßt. Die verpreßte Scheibe wird bei 400 C 2 Stunden in einem reinen Stickstoffgasstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,2 Liter/Minute erhitzt. Die gesinterte Scheibe wird an beiden Oberflächen mit Siliciumcarbidschleifmaterial und dann mit Diamantpaste bis zu einer Dicke von 2 mm geschliffen. Die geschliffene Scheibe wird an der einen Oberfläche mit einer Goldelektrode versehen, die aus Goldfarbe erhalten worden ist. Die geschliffene Scheibe wird, hei der Goldelektrode, mit einem Leiter verbunden, der teilweise von einem Isolierdraht umhüllt ist, und wird in einem Gehäuse aus Polyvinylchloridharz befestigt. Das Gehäuse wird mit Epoxyharz gefüllt, um so eine Selektivelektrode auszubilden, wie sie in der F 1 g. 1 dargestellt ist. Eine Baueinheit aus der Selektivelektrodc und einer gesättigten Kalomelelektrode als Bezugselektrode wird in e>ne wäßrige Lösung jus reinem Kupfer(ll)-nitrat bei 25°C eingetaucht. Das Potential zwischen der Selektivelektrode und der Kalomelelektrode wird mit einem für eine pH-Meßvorrichiiing geeigneten Voltmeter gemessen.
Die Verrichtung mißt die Kupfer(ll)-ionenakti\itiit mit einer großen Empfindlichkeit, wie der Tabelle I zu entnehmen ist.
Tabelle 1
Kupfcr(ll)- ionenaktivilät. M l'iiiemial. 111 \
10 ' 20
10 2 - M
10 j -38
10 4 -t>7
10 ■ - 46
10 '-■ - 12b
10 -z - 1 5b
10 8 - 1 7 5
Beispiel 2
(K) Die Vorrichtung zum Messender Kupfer(ll)-ionenaktivitäl wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt. Die Scheibe dieses Beispiels 2 enthiilt Kupfer(l)-sulfid und Silbertellurid. Das Verfahren zur Herstellung dieser Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Das Potential zwischen der Selektivelektrode und der gesättigten Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von reinem Kupfer(ll)-nitrat wird nach dem in dem
Beispiel 1 beschriebenen Verfahren gemessen. Die Vorrichtung mißt die Aktivität der Kupfer(ll)-ionen mit einer großen Empfindlichkeit, wie der Tabelle Il zu entnehmen ist.
Tabelle 11 . 5 :95') 25:75*) 90 : K)*)
Kupfer 11 12 18
ionen Potential. mV -18 -17 -10
aktivität. -46 -46 -40
M -75 — 75 -69
1O': 1 :99') -104 -105 -98
\02 7 -133 -134 -126
10 3 -10 -161 -162 - 148
io-4 -30 -165 -178 -162
ΙΟ"5 -52 . von Kiipfcr(l)siilfid zu Silbcrtellurid
10"* -75
ΙΟ"7 -92
10 8 -103
-103
M Clou ichtsverhüllnis
K.upfer(ll)-nitrai wird nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren gemcssei . Die Vorrichtung mißt die Aktivität der Kupfer(!l)-ioncn mit einer großen Empfindlichkeit, wie der Tabelle IV zu entnehmen ist.
Tabelle IV
Kupfer-
(H)-
ionen-
Potential. mV 25 :75·) 60:40' ) 90:10')
aktivität. 10 13 20
M -17 -13 -3
io-1 1 :99·) 5 :M5') -46 -37 -27
10~2 _5 5 -/5 -66 - 5b
IO3 -25 -23 -104 -96 -84
io-4 -46 -29 -133 -125 - 113
ΙΟ"5 -68 -78 -160 -153 -127
ίο-* -93 -107 - 178 -163 -127
10 ? -113 -136 unferill-ielliirid /u Silherseloni
ΙΟ"8 -121 -163
M (icwic -123 -173
hts\ erhä'lin is von K
Beispiel 3
Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(Il)-ionenaktivität wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels 3 enthält Kupfer(l)-sulfid und Silbertellurid Das Verfahren zjr Herstellung dieser Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Das Potential zwischen der Selektivelektrodc und der gesättigten Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von reinem Kupfer(II)-nitrat wird nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren gemessen. Die Vorrichtung mißt die Aktivität von Kupfer(ll)-ionen mit einer großen Empfindlichkeit, wie in der Tabelle 111 angegeben ist.
Beispiel 5
Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(ll)-ioncnak tivität wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebene! Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels : enthält Kupfer(l)-selcnid und Silberselenid als Aus gangsmatcrialien. Das Verfahren zur Herstellung diese Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Das Potcntia /wischen der Selcktivelektrode und der gesättigte! Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von reinen Kupfer(Il)-nitrat wird nach dem in dem Beispiel
beschriebenen Verfahren gemessen. Die Vorrichtung mißt die Kupfer(ll)-ionenaktivität mit einer große! Empfindlichkeit. wiederTabelle V zu entnehmen ist.
Tabelle V
Kupfer- Potential, mV
Tabelle _ ' 10 Potential. mV 25 :75* ) 60:40*) 90: 10*) (III- 1 :99*) 5 :95*) 25 :75 55 Beispiel ") M):40* ) 90:10*)
10""2 ■*° ioncn-
Kupfer- 10 23 24 29 aktivitäl. -1 10 17 20 21
(»)■ ΙΟ'4 _2 -2 4 M -20 -8 -11 - 7 — 5
ionen- ίο-6
ίο-7
I :99*) 5:95*) -31 -28 -22 -34 -35 -40 -35 -31
aktivität. ίο-8 -60 -57 -48 ΙΟ"1 -57 -64 -70 -64 -59
M 14 16 -89
-118
-132
-87
-115
-135
-75
-95
-99
45 10 2 -79 -93 -99 -93 - 85
-3 -10 -138 -140 -99 10 3 -100 - 122 - 127 -122 -99
-24 -38 Kupfei-m ■sclenid zu Silbcrsulfid. -103 -145 -138 -138 -101
-43 -66 IO5 IO8 -107 -163 -148
*) Gewichisverhältnis von Kupfer(l)-
-143
sclenid /u
-101
Silbersclenii
-68
-79
-88
-93
-117
-138
10"b 6
-93 -143 50 10- 7
rhtsvcrhältnis von
Beispiel 4 Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(II)-ionenak-
Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels 4 ist aus Kupfer(I)-tellurid und Silberselenid als Materialzusammensetzung (Gemisch der Ausgangsmaterialien) hergestellt worden. Das Verfahren zur Herstellung dieser fts Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Das Potential zwischen der Selektivelektrode und der gesättigten Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von reinem Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(H)-ionenak tivität wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels enthält 25 Gew.-% Kupfer(J)-tellurid, 35 Gew.-0/ Silberselenid und 40 Gew.-°/o Silbersulfid- Das Verfar
Beispiels 1. Das Potential zwischen der Selektivelektrc de und einer gesättigten Kalomelelektrode in eine wäßrigen Lösung von reinem Kupfer(ll)-nitrat wir nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahre gemessen. Die Vorrichtung mißt die Kupfer(H)-ioner aktivität mit einer großen Empfindlichkeit wie de Tabelle Vl zu entnehmen ist
tabelle VI Potential, mV Tabelle VlI Poicntial, mV
Kupfer(II)-ionenaktivität, M __3 Kupfer(ll) ioncnaklivität. M -15
10-' -3Ί s 10-' -40
ίο-2 -59 -68
ίο-3 -88 10 ■» -97
ίο-4 -117 ίο-4 -127
10-5 -146 ίο-5 -156
10-b -175 ίο 10-* -182
10-7 -195 io-; -195
10-« io-x
Beispiel 7
Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(ll)-ionenaktivität wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels 7 enthält 15 Gew.-% Kupfer(I)-sulfid, 15 Gew.-% Kupfer(l)-tellurid, 50 Gew.-% Silbersulfid und 20 Gew.-% Silberselenid als Ausgangsmaterialien. Das Verfahren zur Herstellung dieser Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Das Potential zwischen der Selektivelektrode und der gesättigten Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von Kupfer(ll)-nitrat wird nach dem in dem Beispiel 1 beschriebenen Verfahren gemessen. Die Vorrichtung mißt die Kupfer(U)-ionenaktivität mic einer großen Empfindlichkeit, wie der Tabelle VIl zu entnehmen ist.
Beispiel 8
Die Vorrichtung zum Messen der Kupfer(ll)-ionenaktivität wird nach der in dem Beispiel 1 beschriebenen Weise hergestellt. Eine Scheibe dieses Beispiels 8 enthält 10 Gew.-% Kiipfer(I)-i.elenid, 15 Gew,% Kupfer(l)-tellurid und 75 Gew.-% Silbersulfid al» Ausgangsmatcrialien. Das Verfahren zur Herstellung dieser Scheibe entspricht dem des Beispiels 1. Da; Potential zwischen der Selektivclektrode und dei gesättigten Kalomelelektrode in einer wäßrigen Lösung von Kupfcr(ll)-nitrat wird nach dem in dem Beispiel
beschriebenen Verfahren gemessen. Die Vorrichtunj mißt die Kupfer(II)-ionenaktivität mit großer Empfind lichkeil, wie der Tabelle VIII zu entnehmen ist.
Tabelle VIII Hierzu 1 Blatt Zci Potential. mV
Kiipfer(ll)-ionenaktivit;ii, M -20
10 ' -48
ίο--1 -106
ίο-4 -135
ι ο -s -165
10 h -191
10 7 -204
IO « ehnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Elektrode zum potentiometrischen Messen von Kupfer(II)-lonenaktivitäten mit einem scheibenförmigen ionenselektiven Element aus einem Gemisch von Metallchalkogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Kupfer(I)-Chalkogenid mit Silbertellurid und/oder Silberselenid besteht und gesintert ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 5 bis 60 Gew.-% Kupfer(l)-chalkogenid und 40 bis 95 Gew.-% Silbertellurid und/oder Silberselenid enthält.
3. Elektrode zum potentiometrischen Messen von Kupfer(Il)-lonenaktivitäten mit einem scheibenförmigen ionenselektiven Element aus einem Gemisch von Metallchalkogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Silberchalkogenid und Kupfer(I)-te]lurid und/oder Kupfer(l)-selenid besteht und gesintert ist.
4. Elektrode nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 40 bis 95 Gew.-% Silberchalkogenid und 5 bis 60 Gevv.-% Kupfer(l)-tellurid und/oder Kupfer(l)-selenid enthält.
5. Elektrode nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer(I)-chalkogenid im wesentlichen mindestens aus Kupfer(l)-sulfid. K.upfer(I)-selenid oder Kupfer(l)-tellurid besieht.
fa. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silberchalkogenid aus Silbersulfid mit Silberselenid und/oder Silbertellurid besteht, und daß das Gewichtsverhältnis des Silbersulfids zum Silberselenid und/oder Silbertellu-id im Bereich vor I bis 10 liegt.
7. Elektrode nach Anspruch 3. dadurch gekenn zeichnet, daß das Gemisch im wesentlichen aus 10 bis 30 Gew.-"/» Kupfer(l)-tcllurid und 70 bis 90 Gew.-% Silbersulfid besteht.
40
DE19722210527 1971-03-02 1972-03-02 Elektrode zum potentiometrischen Messen von Kupfer-ll-ionenaktivitäten Expired DE2210527C3 (de)

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DE2210527C3 DE2210527C3 (de) 1977-05-26

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