DE2415176A1 - Elektrode mit austauschbarem ionen-selektivem glassensor - Google Patents

Description

Elektrode mit austauschbarem Ionen-selektivem Glassensor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode mit einem austauschbaren Ionen-selektiven Glassensor.

Glaselektroden zum Bestimmen des pH-Wertes sind seit Beginn des 20. Jahrhunderts bekannt. Seit einigen Jahren sind Glaselektroden für die Selektion von verschiedenen metallischen und anderen Ionen kommerziell erhältlich. Beispielsweise wurde in der US Patentschrift 2 829 090 von G. Eisenman et al. eine aus einer Glaszusammensetzung für die Selektion von Natriumionen hergestellte Elektrode beschrieben. In der US Patentschrift 3 OkI 252 von G. Eisenman et al. wurde eine Glaselektrode zum Messen von Kaliumionen beschrieben. Eine Elektrode zur Bestimmung von Silberionen ist in der US Patentschrift 3 278 399 von A. L. Budd offenbart. Derartige Elektroden sind· für die Bestimmung einer großen Vielzahl von Kationen und Anionen erhältlich.

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Normalerweise wurden die Glaselektroden hergestellt, indem am Ende einer Röhre aus einem Ionen-selektsiven Glas ein dünner Wulst geblasen wurde oder indem ein derartiger dünner Glaswulst an die Enden eines normalerweise dickeren und mehr inerten Glasstieles, der den Hauptkörper der Elektrode bildete, angeschmolzen wurde.

Obgleich derartige Glaselektroden eine weite Verbreitung erfahren haben, treten bei ihrer Herstellung und ihrem Gebrauch einige ernste Probleme auf. Die Herstellung dieser Glaselektroden erfordert eine spezielle Technik des Glasblasens, um den erforderlichen dünnen Ionen-selektiven Glasfühlkopf oder -wulst zu schaffen. Da die Elektroden selbst aus Glas gefertigt wurden und da die geblasenen Wulste aus dem Ionen-empfindlichen Glas notwendigerweise sehr dünn waren, waren diese Elektroden extrem zerbrechlich und machten ein häufiges Austauschen erforderlich. Außerdem mußte man eine Vielzahl von verschiedenen kompletten Elektroden zur Verfügung haben, um verschiedene Ionen messen zu können.

In der US Patentschrift 3 598 712 von A. J. Petersen ist eine Eletrode beschrieben, die austauschbar angeordnete Ionen-empfindliche Glaskolbenstrukturen aufweist. Eine derartige Konstruktion ist jedoch noch vielen der oben erwähnten Nachteile einer konventionellen Glaselektrode ausgesetzt und wirft zusätzlich das Problem einer Stromableitung zwischen den Ionen-empfindlichen Glaskolben oder Wulste und dem Elektrodenkörper auf. Die vorgeschlagene mechanische Abdichtung

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ist bestenfalls von kurzer Dauer.

Eine Elektrode, die austauschbar mit einer Vielzahl von in einfacher ¥eise hergestellten und relativ dauerhaften Ionenselektiven Glassensoren ausgerüstet werden könnte, in der es das Zerbrechen des Glassensors lediglich erforderlich machen würde, daß für den alten Sensor ein neuer eingesetzt und nicht die ganze Elektrode ausgetauscht zu werden brauchte, und bei der das Problem der Stromableitung oder des Stromverlustes vermieden werden könnte, würde gegenüber den bekannten Glaselektroden wesentliche Vorteile bieten.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode zu schaffen, die mit einem verbesserten austauschbaren Ionen-selektiven Glassensor ausgerüstet ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Elektrode, bei der das Zerbrechen des Ionen-selektiven Glassensors lediglich den Austausch dieses Sensors erforderlich macht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Elektrode zu schaffen, in der ein Typ eines Ionen-selektiven Glassensors sofort für einen anderen ausgetauscht werden kann, um eine Vielzahl von verschiedenen Ionenarten messen zu können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Elektrode mit einem Ionen-selektiven Glassensor, die in einfacher Weise hergestellt werden kann und relativ dauerhaft ist.

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Schließlich, besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, die mit der Verwendung von Elektroden mit austauschbaren Glasmeßkolben verbundenen Nachteile der Stromableitung bzw. des Stromverlustes zu überwinden.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.

Die erfindungsgemäße Elektrode mit dem austauschbaren Ionenselektiven Glassensor umfaßt einen Elektrodenkörper, der eine Normelektrode (standard reference electrode) und eine Vorrichtung zum Schaffen eines elektrischen Anschlusses an einen externen Stromkreis, beispielsweise an eine Potentialmeßvorrichtung, enthält und mit einer austauschbaren Kappe versehen ist, die einen Ionen-selektiven Glassensor enthält, der dauerhaft mit der Kappe verbunden ist. Der Elektrodenkörper sieht zusammen mit der austauschbaren Kappe ein Reservoir für einen Elektrolyten vor, der in Kontakt mit der inneren Normelektrode und dem Ionen-selektiven Glassensor gehalten wird.

Durch die Verwendung einer Kappe, die den Ionen-selektiven Glassensor enthält, wird es möglich, eine Vielzahl von Elektroden vorzusehen, die Sensoren aufweisen, welche für verschiedene lonenarten, beispielsweise ¥asserstoff oder andere einwertige Kationen, wie Natriumionen, Ionen-selektiv sind. Durch bloßes Austauschen einer Kappe mit einem besonderen Sensor durch eine andere Kappe, die einen anderen Sensor

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enthält, ist es möglich, eine Elektrode zu schaffen, die eine völlig verschiedene Ionen-Selektivität aufweist. In gleicher Weise ist es möglich, zerbrochene Glassensoren zu ersetzen, ohne die gesamte Elektrode ersetzen zu müssen.

Auf diese Weise steht ein gesamter Elektrodensatz mit verschiedenen ionischen Merkmalen zur Verfügung, wobei nur ein einziger Elektrodenkörper, eine innere Normelektrode und ein Elektrolyt zusammen mit einem Satz Kappen verwendet zu werden braucht, von denen jede einen Glassensor enthält, der eine besondere gewünschte ionische Selektivität aufweist.

Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung dient die beigefügte Zeichnung, die einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrode darstellt.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Elektrodenkörper bezeichnet, der aus irgendeinem geeigneten Kunststoff, beispielsweise einem Polyacetal oder Melaminharz oder einem anderen chemisch beständigen Kunststoff mit geringer Warmdehnung, geformt sein kann und der das koaxiale Kabel 11 und die Normelektrode 12 enthält. Das Kabel 11 besteht aus einer äußeren Isolationsschicht 13» einer umflochtenen Umhüllung 14, einer inneren Isolationsschicht 15 und dem Leiter 16. Die Umhüllung 14 ist· über eine Lötverbindung 18 mit der Metallscheibe 17 verbunden. Die innere Isolationsschicht 15 des Kabels 11 läuft durch die Bohrung 19 in der Scheibe 17 in den Luftraum 20 im Isolator 21, der aus einem Phenolharz hergestellt sein kann. Die

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Außenfläche des Isolators 21 ±s"t über die Scheibe 17 und die perforierte Umhüllung 22, die an der Scheibe 17 befestigt ist und an den Elektrodenkörper 10 angeschweißt ist, vom Elektrodenkörper abgetrennt. Die perforierte Umhüllung 22 kann aus Kupfer, Messing oder Aluminium hergestellt sein. Der Leiter 16 ist über eine Lötverbindung 2h an der Fassung 23 angeschlossen. Die Normelektrode 12 ist über die Steckeinheit 25, die mit dem Kragen 26, welcher an den Isolator 21 anstößt, verbunden ist, elektrisch an die Fassung 23 angeschlossen. Die Silber-Silberchlorid-Elektrode 27 erstreckt sich von dem Kragen 26 aus über das von der Steckeinheit 25 entfernte Ende der Normelektrode 12. Der O-Ring 28 umgibt die Normelektrode 12. Über ein Gewinde 30, das sich mit dem Gewinde 31 des Körpers 10 in Eingriff befindet, ist die Kappe 29» die- aus dem gleichen Material wie der Elektrodenkörper 10 besteht, am Elektrodenkörper 10 befestigt. Der Glassensor 32 besteht aus einer Abtastscheibe 33 ^aus einem Ionen-selektiven Glas, die beispielsweise aus einem pH-empfindlichen Glas hergestellt sein kann und die an den chemisch widerstandsfähigen Glaszylinder 34 angeschmolzen ist, der über einen Kleber 35, einen chemisch härtbaren Kleber, vorzugsweise einen wärmehärtbaren Kleber wie ein Expoxidharz, dauerhaft mit der Kappe 29 verbunden ist. Der Glassensor 32 ist durch einen O-Ring 36 vom Isolator 21 abgetrennt, wobei der 0-Ring 36 über ein Halteelement 37, das an dem von der Scheibe 17 entfernten Ende des Isolators 21 ausgebildet ist, in Position gehalten wird. Der 0-Ring 38 trennt die Kappe 29 von dem Elektrodenkörper 10 und sichert zusammen mit dem 0-Ring 36 eine

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strömungsmitteldichte Verbindung, die es ermöglicht, daß die Elektrode ohne Lecken in Flüssigkeit bis über das Gewinde hinaus eingetaucht werden kann.

Der Glassensor besitzt eine flache Abtastfläche, die diesen umempfindlich und weniger zerbrechlich als die herkömmlichen wulstartigen oder halbkugelförmigen Elektroden macht. Diese Elektrode mit flachem Boden ist besonders gut für die Messung der Ionenaktivität von kleinen Proben zu verwenden. Wegen der im wesentlichen ebenen Ausbildung des Sensors können sogar fluidische Oberflächenfilme leicht gemessen werden.

Die Herstellung des Glassensors mit flachem Boden kann leicht mittels einer Glas-Glas-Verbindung durchgeführt werden unter Verwendung einer flachen Glasscheibe, die die gewünschte Ionen-Selektivität aufweist, und eines zylindrischen Stieles aus einem chemisch beständigen Glas.· Die Scheibe aus dem Ionen-selektiven Glas wird in einem rechten Winkel zur Zylinderachse angeschmolzen.

Die Verwendung eines chemisch beständigen Glasstieles erleichtert die Bildung einer Verbindung mit der Kunststoffkappe, da auf diese Weise ein Kleber, wie Epoxidkleber, verwendet werden kann, um die Außenwandung des zylindrischen Glasstieles an die Innenwand der Kunststoffkappe anzubinden und auf diese Weise eine Elektrode zu schaffen, bei der Stromableitung oder Stromverluste vermieden werden.

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Falls es zu einem Zerbrechen kommt, wird die Kappe, mit der der Glassensor verbunden ist, ausgetauscht, und der übrige Teil der Elektrode -wird wiederverwendet. Es können verschiedene Kappen, die mit Glassensoren mit unterschiedlichen Ionen-Selektivitäten verbunden sind, ausgetauscht werden, um die Messung einer Reihe von unterschiedlichen lonenaktivitäten zu ermöglichen.

Die in dieser Weise ausgebildeten Kappen können am Elektrodenkörper leicht über Gewinde oder andere geeignete reibende Eingriffsmittel befestigt und wieder davon getrennt werden.

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Claims (9)

Patentansprüche :

1. Ionen-selektive Elektrode, gekennzeichnet durch einen Elektrodenkörper, eine Normelektrode innerhalb des Elektrodenkörpers, Mittel zum Anschließen der Normelektrode an einen externen Stromkreis und eine Kappe, die einen Ionen-selektiven Glassensor enthält, wobei die Kappe wieder lösbar mit dem Elektrodenkörper verbunden ist und eines seiner Enden abschließt und wobei der Ionen-selektive Glassensor mit mindestens einem Teil der Innenfläche der Kappe verklebt ist.

2. Elektrode nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor eine Scheibe aus einem Ionen-selektiven Glas aufweist, die an das Ende eines Zylinders aus chemisch beständigem Glas angeschmolzen ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor über einen chemisch härtbaren Kleber an die Kappe angeklebt ist.

k. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor über einen wärmehärtbaren Kleber an die Kappe angeklebt ist.

5. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor über ein Epoxidharz an die Kappe angeklebt ist.

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6. Elektrode nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor eine Scheibe eines pH-empfindlichen Glases aufweist, die an das Ende eines Zylinders aus chemisch beständigem Glas angeschmolzen ist.

7· Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor eine für einwertige Kationen selektive Glasscheibe umfaßt, die an das Ende eines Zylinders aus chemisch .beständigem Glas angeschmolzen ist.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Ionen-selektive Glassensor eine für Natriumionen selektive Glasscheibe umfaßt, die an das Ende eines Zylinders aus chemisch beständigem Glas angeschmolzen ist.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe über ein Gewinde mit dem Elektrodenkörper verbunden ist.

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