DE2642864A1

DE2642864A1 - Elektrodenanordnung zur durchfuehrung elektrischer messungen in einer fluessigkeit

Info

Publication number: DE2642864A1
Application number: DE19762642864
Authority: DE
Inventors: Lucas Willem Dornseiffen; Gerardus Wouter Serge Van Osch; Antonius M H Weelink
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-09-23
Publication date: 1977-04-14
Also published as: NL7511924A; FR2327537A1

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

_ " , ^ . „ j_. Möhlstraße 37

Control Data Corporation D-8000 München 80

Minneapolis, Minn., V.St.A. Tel-089/982085-87

—: ^: Telex: 0529802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

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Elektrodenanordnung zur Durchführung elektrischer Messungen

'in einer Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung elektrischer Eigenschaften in einer Flüssigkeit und insbesondere eine Elektrodenanordnung zur Kontaktierung einer Flüssigkeit zwecks Messung ihrer elektrischen Eigenschaften.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für Elektrodenanordnungen, wie sie bei bestimmten Verfahren zur Anwendung gelangen, etwa bei der Ausfälltitration, der Mehrstofftitration (complexing titration), und anderen Verfahren, in denen die Elektrodenoberfläche verschmutzt oder korrodiert oder die Betriebs fähigke it der Elektrode aufgrund einer Störerscheinung beeinträchtigt werden kann, die durch abnormale Ionenkonzentrationen an der Elektrodenoberfläche oder durch Polarisation hervorgerufen wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem für Elektrodenanordnungen bei Gefäßen vorteilhaft, die ein Gemisch aus zwei oder mehr Flüssigkeiten enthalten, wobei es wesentlich ist, daß das Flüssigkeitsgemisch an der Elektrodenoberfläche mit dem Flüssigkeitsgemisch durch das gesamte Gefäß hindurch übereinstimmt. Die letztgenannte Erwägung kann von großer Bedeutung bei Ausfälltitrationsverfahren sein, bei

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• if.

denen kein vollständiges Vermischen der zu titrierenden Flüssigkeit mit dem Titriermittel stattgefunden hat.

Bei der Vornahme elektrischer Messungen in einer Flüssigkeit kann die Konzentration eines bestimmten Ions den Meßwert bestimmen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Spannung mittels einer ionenselektiven Elektrode gemessen wird, wie sie beispielsweise bei der Ausfall- oder Mehrstofftitration verwendet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung mit einem oder mehreren Rühr- bzw. Abstreifelementen, die sich längs mindestens einer Elektrodenfläche bewegen, und hat sich die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Vorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen, die unter Reinhaltung der Elektrodenflächen eine Steuerung der Strömung des Strömungsmittels ermöglicht.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine Elektrode in Austauschbeziehung zu einer Flüssigkeit gebracht wird, um die Zusammensetzung der Flüssigkeit zu beeinflussen, insbesondere die Ionenzusammensetzung oder -konzentration in der Flüssigkeit zu ändern. Eine solche Elektrode kann z.B. bei Titriervorgängen eingesetzt werden, bei denen ein der Elektrode zugeführter Strom ein Maß für die Ionen darstellt» die durch die Elektrode in die Flüssigkeit eingebracht oder aus ihr entfernt werden. Hierbei können sich ebenfalls Schwierigkeiten bezüglich der Reinhaltung der Elektrodenoberfläche und des Flüssigkeitsstroms unmittelbar längs der Elektrode ergebene

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besteht mindestens eine Elektrode aus einem solchen Material, und sie nimmt einen solchen Strom bzw. eine solche Spannung auf, daß sie die Ionenzusammensetzung der Flüssigkeit verändert.

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Gemäß einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung enthält ein Gefäß eine zylindrische Strömungsmittelkammer, in deren Wandfläche eine oder mehrere Elektrodenflächen angeordnet sind. Ein Rühr- und Abstreifelement mit einer Rotationsfläche wird in der Kammer axial bewegt, um sowohl die Flüssigkeit ausreichend zu mischen als auch die Elektrodenoberfläche ausreichend sauber zu halten. Vorzugsweise ist das Rühr- und Abstreifelement eine wendeiförmige Bürste, die in Drehung versetzbar ist, so daß sie die Flüssigkeit durchrührt und fördert und gleichzeitig die Elektrodenfläche reinigt.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformeη der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine insbesondere für diskontinuierliche Titration geeignete Elektrodenanordnung gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine insbesondere für kontinuierliche Titration geeignete Abwandlung der Erfindung und

Fig_e 3 eine weiter abgewandelte Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine Elektrodenanordnung gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind zwei ringförmige Elektroden 12 und 13 innerhalb der Strömungsmittelkammer eines Gefäßes 11 angeordnet. Eine zylindrische Bürste 19 mit einem wendel- oder schraubenförmigen Borstenmuster ist auf einer Welle 20 montiert und innerhalb der kreisförmigen Bohrung der Elektroden 12 und 13 drehbar. Die Welle 20 wird durch eine geeignete, nicht dargestellte Einrichtung, etwa einen Elektromotor, kontinuierlich in Drehung versetzt. Der Durchmesser der Bürste 19 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Bohrungen in den Elektroden,,

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Die Elektrode 12 kann eine ionenselektive Elektrode sein, während die Elektrode 13 eine Bezugselektrode sein kann. Der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 12 und 13 wird durch einen Differentialverstärker 14 verstärkt, dessen Ausgangssignal eine Steuervorrichtung 15 ansteuert, die ihrerseits eine Dosierpumpe 16 und einen Anzeiger 17 steuert. Obgleich für die Elemente 15, 16 und 17 verschiedene Konstruktionen verwendbar sind, kann für die Meß- bzw. Steuervorrichtung 15 z.B. ein spannungsgesteuerter Generator mit variabler Ausgangsfrequenz eingesetzt werden, dessen Ausgangsfrequenz für den Antrieb eines Schrittschaltmotors zum Antreiben der Dosierpumpe 16 benutzt wird. Der Anzeiger 17 integriert die Zahl der Impulse oder Perioden des Ausgangssignals der Vorrichtung 15 oder addiert diese zur Ableitung einer Anzeige des Titrierergebnisses. Die Dosierpumpe 16 wird von einem ein Titriermittel enthaltenden Vorratsbehälter 18 aus gespeist.

Im Betrieb der Elektrodenanordnung vird nach dem Füllen des Gefäßes 11 mit einer bekannten Menge der zu titrierenden Flüssigkeit die nicht dargestellte Antriebseinrichtung in Betrieb gesetzt, so daß sich die Welle 20 unter Drehung der Bürste 19 um ihre Achse dreht. Infolge des wendeiförmigen Schemas der Borsten der Bürste 19 wird die Flüssigkeit durchgerührt, wodurch die im Gefäß enthaltenen Flüssigkeiten gründlich vermischt werden. Außerdem streifen hierbei die Borstenenden die Elektrodenflächen ab, so daß diese sauber gehalten werden und gleichzeitig verhindert wird, daß die lokale Ionenkonzentration von der Durchschnittskonzentration abweicht. Zudem wird infolge der wendeiförmigen Ausbildung der Bürste das Strömungsmittel durch die Bürste an den Elektrodenflächen vorbeigefördert.

Wenn anfänglich noch kein Titriermittel zur Strömungsmittelkammer zugeführt ist, ist die Spannung über die Elektroden und 13 groß, so daß die Dosierpumpe 16 mit hoher Drehzahl ange-

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trieben und folglich eine große Menge des Titriermittels vom Vorrat 18 zugeführt wird, das dabei unter der Wirkung der Bürste 19 schnell und innig mit der zu titrierenden Flüssigkeit vermischt wird. Wenn nahezu ein Titrationsäquivalent erreicht ist, wird der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 12 und 13 kleiner, so daß die Pumpe 16 langsamer fördert und die in die Strömungsmittelkammer eingeführte Titriermittelmenge verringert wird. Wenn schließlich Äquivalenz erreicht ist, kann das Titrierergebnis am Anzeiger 17 abgelesen werden.

Gemäß Fig. 2 weist ein Mischgefäß ein Gehäuse 27 mit zwei Einlassen 21 und 22 sowie einem Auslaß 28 auf. Im Gehäuse sind zwei den Elektroden 13 und 12 gemäß Fig. 1 entsprechende, ringförmige Elektroden 23 und 24 angeordnet, während eine zylindrische Bürste 25 auf einer Welle 26 sitzt, die durch einen nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzt wird. Bei dieser Ausführungsform sind die Borsten der Bürste ebenfalls derart in einem wendel- oder schraubenförmigen.Muster angeordnet, daß die Flüssigkeit bei der Drehung der Welle 26 von den Einlassen 21 und 22 zum Auslaß 28 gefördert wird. Die (Innen-)-Ringflachen der Elektroden 23 und 24 bilden dabei einen Teil der Wand des Gehäuses 27 zwischen den Einlassen 21, 22 und dem Auslaß 28.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 eignet sich für kontinuierliche Titration. Beispielsweise kann eine Flüssigkeitsmenge in konstanter und vorbestimmter Durchsatzmenge zum Einlaß 22 gefördert werden, um gegen ein in variabler Durchsatzmenge über den Einlaß 21 zugeführtes Titriermittel titriert zu werden. Der Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 23 und 24 wird dabei zur Steuerung der Zufuhr des Titriermittels benutzt, wobei Flussigkeits- und Titriermittelmenge derart aufeinander abgestimmt werden, daß der Titrationsäquivalenzpunkt erreicht oder zumindest eng angenähert erreicht wird.

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Dieses Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung desselben sind in der Dt-OS · ... ... (Anmeldung vom gleichen Tage; Case No. 530) näher beschrieben.

In Fig. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die im wesentlichen derjenigen gemäß Fig. 2 entspricht, bei welcher jedoch vier Ring-Elektroden 31, 32, 33 und 34 vorgesehen sind. Bei dieser Ausführungsform können die Elektroden 31 und 32 in einen nicht dargestellten Stromkreis eingeschaltet sein, welcher zur elektrochemischen Änderung der Ionenkonzentration in der Flüssigkeit dient. Die Elektroden 33 und 34 entsprechen den Elektroden 13 bzw. 12 (Fig. 1) oder 23 bzw. 24 (Fig. 2). Die Ringflächen der Elektroden 31 bis 34 bilden einen Teil der (Innen-)Wand der Strömungsmittelkammer des Gefäßes zwischen Einlaß 35 und Auslaß 38.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 eignet sich speziell für eine Titrationsart, bei welcher eine Menge der zu titrierenden Flüssigkeit am Einlaß 35 zugeführt und die Ionenkonzentration mittels eines Stromflusses zwischen den Elektroden 31 und 32 geändert wird. Die Ionen vermögen dabei eine Titrationsreaktion in Gang zu setzen, die mittels der Elektroden 33 und 34 steuerbar ist. Dieses Titrierverfahren ist in der Dt-OS · ... ... (Anmeldung vom gleichen Tage; Case No₀ 532) näher erläutert. Eine Bürste 36, wiederum mit wendeiförmigem Aufbau, ist auf einer Welle 37 montiert, deren Drehachse mit der Achse der Strömungsmittelkammer übereinstimmt. Die titrierte Flüssigkeit wird über den Auslaß 38 ausgestoßen.

Die Erfindung ist keineswegs auf eine bestimmte Elektrodenzahl beschränkt, sondern vielmehr auf jede beliebige und zweckmäßige Zahl von Elektroden anwendbar. Außerdem ist es dabei nicht nötig, ein und dieselbe Bürste für alle Elektroden zu benutzen, vielmehr kann für ein bestimmtes Mischgefäß oder eine bestimmte Elektrodenzahl mehr als eine Bürste vorgesehen sein_o

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Da die Bürste dicht an der ringförmigen Elektrodenfläche entlangstreift, werden Niederschläge, die sich möglicherweise an den Elektroden absetzen, abgestreift. Zudem bewirken die Bürsten ein inniges Vermischen der Flüssigkeit im Gefäß unter Verhinderung einer starken Abnahme der Ionen gegenüber einem bestimmten Abschnitt der Oberfläche jeder Elektrode. Obgleich die Erfindung speziell in Verbindung mit der Ausfälltitration beschrieben ist, ist sie gleichermaßen auf Fälle anwendbar, in denen es erforderlich ist, die Elektrodenoberfläche in sauberem Zustand und die Zusammensetzung der mit der Elektrode in Berührung stehenden Flüssigkeit in gründlich vermischtem Zustand zu halten.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist im Betrieb robust und zuverlässig, und sie besitzt einen einfachen Aufbau, Sie vermag somit ihre Aufgabe der innigen Vermischung von Flüssigkeiten im Gefäß sowie der Sauberhaltung der Elektroden zur Lieferung genauer Titrierergebnisse wirksam zu erfüllen.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen, beispielhaft offenbarten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr soll sie alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen und Abwandlungen mit umfassen.

Zusammenfassend werden mit der Erfindung somit Elektrodenanordnungen geschaffen, bei denen in einem Gefäß Elektroden mit jeweils einer ringförmigen Elektrodenfläche angeordnet sind. Ein Rühr- und Abstreifelement, etwa eine wendel- oder schraubenförmige Bürste ist dabei in bezug auf die Ringflächen der Elektroden so angeordnet, daß sie die Elektroden sauberwischt und gleichzeitig die im Gefäß enthaltene Flüssigkeit durchrührt und fördert.

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Jo-

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Claims

Patentansprüche

1_β Elektrodenanordnung zur Durchführung elektrischer Messungen in einem Strömungsmittel, gekennzeichnet durch ein Gefäß (11) zur Aufnahme des Strömungsmittels bzw. der Flüssigkeit, an welcher die elektrischen Messungen vorgenommen werden sollen^ durch mindestens eine im Gefäß gehalterte Elektrode (12, 13) mit einer (inneren) Ringfläche, mit welcher die Flüssigkeit in Berührung bringbar ist und die eine Achse besitzt, durch ein abstreifendes Rührelement (19) mit einer dicht an der Ringfläche der Elektrode befindlichen Rotationsfläche und einer Achse, die praktisch parallel zur Achse der Ringfläche verläuft bzw. mit dieser koinzidiert, und durch eine Antriebseinrichtung für die axiale bzw. um die Achse erfolgende Bewegung des Rührelements (19), um dabei die im Gefäß befindliche Flüssigkeit zu rühren und zu fördern und gleichzeitig durch Abstreifwirkung die Elektroden-Ringfläche zu säubern.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührelement eine Bürste ist, deren Borsten in einem wendeiförmigen Muster angeordnet sind, und daß die Antriebseinrichtung eine die Bürste tragende axiale Welle aufweist, die zum Drehen der Bürste um ihre Achse in Dre-

. hung versetzbar ist, um dabei die Flüssigkeit im Gefäß zu rühren und zu fördern und die Elektroden-Ringfläche s aube rzuwis chen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden mit jeweils einer um eine gemeinsame Achse herum angeordneten Ringfläche vorgesehen sind und daß die Rotationsfläche des Rührelements dicht an der Ringflache jeder Elektrode liegt bzw. anliegt.

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4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß einen Einlaß und einen Auslaß für den Durchfluß von Flüssigkeit aufweist und daß die Ringflächen der einzelnen Elektroden einen Teil der Wand des Gefäßes bilden, so daß die Flüssigkeit zwischen Einlaß und Auslaß fortlaufend über die einzelnen Elektroden strömt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode eine ionenselektive Elektrode ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode eine Stromelektrode ist, die im Gefäß zwischen dem Einlaß und der ionenselektiven Elektrode angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektroden mit jeweils einer um eine gemeinsame Achse herum angeordneten Ringfläche vorgesehen sind und daß die Rotationsfläche des Rührelements dicht an der Ringfläche jeder Elektrode liegt bzw. an dieser anliegt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß einen Einlaß und einen Auslaß für den Durchfluß von Flüssigkeit aufweist und daß die Ringflächen der einzelnen Elektroden einen Teil der Wand des Gefäßes bilden, so daß die Flüssigkeit zwischen Einlaß und Auslaß fortlaufend über die einzelnen Elektroden strömt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode eine ionenselektive Elektrode ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode eine Stromelektrode ist, die im Gefäß zwischen dem Einlaß und der ionenselektiven Elektrode angeordnet ist.

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