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